振动与冲击

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张戈，高志慧，边宇枢

振动与冲击. 2019, 38(24): 1-7.

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以刚柔耦合的柔性机械臂为研究对象，构造了具有非线性耦合项的半主动式内共振吸振器。通过调节吸振器参数，使柔性机械臂的一阶振动模态与吸振器振动模态形成2∶1内共振，建立了柔性机械臂的一阶振动模态与吸振器振动模态之间的能量通道。应用Kane方法建立了计入内共振吸振器的柔性机械臂在持续小幅外激励作用下的非线性动力学方程，利用多尺度方法得到非线性动力学方程的近似稳态解。通过分析稳态解的存在形式，证明了系统具有饱和现象；数值仿真验证了饱和现象的存在与吸振器的有效性。

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含分层复合材料层合板的接触阻尼特性

何意1，肖毅1，苏众庆2

振动与冲击. 2019, 38(24): 8-17.

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阻尼响应是用于识别分层损伤的高敏感动态参数。分层板的阻尼包括材料阻尼和接触阻尼两部分：基于应变能法，计算了复合材料材料阻尼；基于静-动摩擦一体化能量损耗模型，计算了一阶模态下分层界面接触阻尼；采用有限元软件Abaqus建立了分层板有限元模型（FEMs），借助罚刚度法引入界面法向接触刚度，同时运用等效黏性阻尼引入接触阻尼参数，分析了分层层合板动态响应；采用自由衰减试验测量了不同分层尺寸和厚度方向位置板件的动态参数。结果表明，分层比例越大，层合板的一阶模态阻尼上升越多，其中接触阻尼起主要作用。试验结果与有限元结果吻合较好，验证了有限元模型的合理性和准确性。

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基于固有频率的风力机叶片裂纹精确定位与程度识别

吴琪强，郭帅平，王钢，李学军

振动与冲击. 2019, 38(24): 18-27.

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针对叶片裂纹诊断问题，基于裂纹引起的叶片任意两阶固有频率变化之比只与损伤位置有关的性质, 提出了基于任意两阶固有频率变化比的裂纹位置参数、裂纹定位参数及裂纹定位准则；将叶片表面划分多个区域，每次在区域边界植入单个裂纹，计算裂纹定位参数，实现叶片裂纹所属区间定位；同时，研究叶片裂纹定位参数在裂纹区间内的变化规律，建立了裂纹定位参数与区间相对位置间的映射关系，实现了叶片裂纹区间内的精确定位。基于完好叶片与裂纹叶片一阶固有频率变化量的平方与一阶固有频率之比只与损伤程度相关的性质，建立了叶片不同裂纹位置下裂纹损伤程度函数模型，实现叶片裂纹损伤程度的识别。通过数值仿真分析及试验验证了该方法的有效性，且识别精度较高，为实际的应用提供有力的依据。

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基于谱比法的高铁地震台站场地分类初探

黄俊1,2，陈志高1,2，杨江1,2,夏界宁1,2

振动与冲击. 2019, 38(24): 28-33.

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我国高铁地震台站未进行场地分类，限制了高铁强震记录的使用范围。利用2016年青海门源6.4级地震兰新高铁地震监测台站记录到的主余震强震数据，计算余震峰值加速度小于35 cm/s2的平均谱比曲线作为场地线性反应参考，评估峰值加速度超过35 cm/s2的强震记录对应台站场地的非线性程度，从而筛选出用于台站场地分类的强震记录，随后采用中国强震台站经验场地分类方法完成了4 个高铁地震台站的场地分类，并证明同一台站近远高铁监测点的场地分类结果相同，这表明我国高铁地震台站建设方案能够有效降低双监测点在场地条件上差异，具有合理性。最后分析了同一台站近远高铁监测点主震强震动记录相差较大的原因。

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钢板剪力墙约束边缘构件与内嵌钢板刚度匹配关系研究

王威，向照兴,梁宇建,王俊,黄思考

振动与冲击. 2019, 38(24): 34-40.

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为了研究波形钢板剪力墙的力学性能和耗能能力，设计了3个钢板剪力墙试件并进行了拟静力试验。试验结果表明，波形钢板剪力墙的滞回性能、承载能力和延性均优于平钢板剪力墙，且横向波形钢板的力学性能最优；同时分析试验的破坏形态发现，3个试件均是由于约束边缘构件H型钢柱刚度不足，导致试件发生失稳破坏，未能充分发挥内嵌钢板的力学性能；为了明确约束边缘构件与内嵌钢板刚度匹配关系，通过ABAQUS有限元分析软件建立12个模型进行数值分析，其中3个模型的几何参数与试验试件保持一致。对比数值分析结果和试验结果得出：有限元分析结果和试验结果吻合度较高；其余9个模型通过改变H型钢柱的翼缘宽厚比的方法，来改变H型钢柱与内嵌钢板的刚度匹配关系。分析结果表明，H型钢柱的翼缘宽厚比为13.9时，约束边缘构件与内嵌钢板的刚度匹配最优。

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基于ICEEMDAN方法和频率解调的行星齿轮箱故障电流信号特征分析

管一臣，童攀，冯志鹏

振动与冲击. 2019, 38(24): 41-47.

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为了从电流信号中准确地提取行星齿轮箱故障特征，提出了基于改进自适应噪声完备集合经验模式分解和频率解调分析的故障诊断方法。通过改进自适应噪声完备集合经验模式分解将感应电机电流信号自适应地分解为一系列本质模式函数；根据故障频率调制供电频率的特性，以瞬时频率最接近供电频率为优选原则，优选出含有故障信息的本质模式函数作为敏感分量；并对敏感分量进行频率解调，通过频率解调谱诊断行星齿轮箱故障。齿轮箱试验分别采集太阳轮、行星轮以及齿圈三种局部故障状态的电机电流信号；信号分析结果表明该方法不仅可以减小定子电流噪声的影响，而且可以有效地提取复杂信号中的故障特征频率。

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基于裂缝分布特征的RC框架中间节点受剪性能计算拉压杆模型

董俊宏1，杨红1,2，赵雯桐1

振动与冲击. 2019, 38(24): 48-55.

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大量钢筋混凝土梁柱组合体抗震性能试验表明，梁柱节点剪压比较大时核心区混凝土在受力后期一般将出现明显的非线性剪切变形。采用有限元方法模拟节点的受力规律时，正确计算节点区的剪应力-剪应变关系是有限元模型合理、非线性变形计算结果准确、可靠的基础和前提；基于梁柱组合体试验中节点裂缝的发展过程和分布规律，提出了一种基于裂缝分布特征的拉压杆模型，推导了相应的剪应力-剪应变骨架曲线的计算方法；在OpenSees软件中的超级节点单元的基础上，将节点的剪应力-剪应变骨架曲线的计算结果用于多个典型梁柱组合体抗震试验的有限元模拟分析之中。通过将节点剪切块的剪应力-剪应变滞回曲线、梁端力-位移滞回曲线的模拟结果与试验结果进行比较，验证了该模型的适用性和有效性。

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考虑阻尼材料频变特性的结构响应计算方法

刘岚1，刘雨侬1,2，刘超1，刘更1，吴立言1 岳彦炯3

振动与冲击. 2019, 38(24): 56-62.

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为了对附加阻尼结构的振动响应进行准确计算，提出了一种考虑阻尼材料频变特性的结构响应计算方法，可以准确提取附加阻尼结构的模态参数并计算振动响应。阻尼材料的材料属性会受到激励频率的影响而变化，导致附加阻尼结构的建模和振动响应计算不够精确；因此在传统模态应变能法的基础上，建立了考虑材料频变特性的改进模态应变能法，提取了复合结构的模态参数，并通过模态试验验证了所提取模态参数的准确性；并在振动响应计算中准确计入了模态参数，对比了测试点在仿真和试验中的加速度频响曲线，验证了响应计算方法的准确性。结果表明该方法可以准确提取附加阻尼结构的模态参数，并能在一定频段范围内准确计算其振动响应。

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高铁简支梁桥横向地震碰撞效应振动台试验研究

孟栋梁，高琼，杨孟刚

振动与冲击. 2019, 38(24): 63-73.

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地震作用下，当桥梁上、下部结构间的横向相对位移超过挡块-梁体或挡块-垫石间的初始间隙时，就会发生碰撞。为研究高铁简支梁桥在地震激励下的横向碰撞效应，以32 m标准跨径简支梁桥为研究对象，按1∶6缩尺比设计并制作了单跨桥梁模型。通过振动台试验研究了地震波频谱特性、地震动峰值加速度（PGA）、挡块-垫石初始间隙等因素对横向地震碰撞效应的影响，并探讨了在挡块与垫石间填充橡胶缓冲垫层的防碰减震效果及橡胶垫层的减震机理。试验结果表明：振动台试验再现了桥梁结构横向地震碰撞过程，在多遇地震作用下，固定支座未发生破坏，挡块与垫石之间没有出现碰撞现象；而在设计地震和罕遇地震激励下，固定支座出现破坏，多数工况发生了碰撞。挡块与垫石之间的碰撞限制了墩梁间横向相对位移的发展，但碰撞会激起结构的高频响应，增大墩底弯矩响应；橡胶缓冲垫层的设置会减小挡块与垫石间的碰撞刚度，降低由地震碰撞所引起的高频响应，从而达到减震的效果。

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玻-碳混杂纤维缠绕复合材料发射筒发射动力学研究

孙同生1，王琪2，于存贵1

振动与冲击. 2019, 38(24): 74-80.

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为准确模拟弹丸的膛内运动过程，考虑了玻-碳混杂纤维缠绕复合材料发射筒内火药燃气压力的二维瞬态分布特性，建立了以接触碰撞理论为基础并计及火药燃气强动态冲击作用的非线性弹-管耦合动力学数值分析模型。通过有限元用户自定义子程序再现了火药燃气压力随时间、空间的动态变化规律及其与弹丸运动相互关联的动力学过程。数值分析结果与实弹射击试验对比，结果表明，所建立的数值仿真模型能够再现实际发射过程中的物理场变化规律，真实地模拟复合材料发射筒的动态应力响应,为复合材料发射筒铺层设计、优化及发射安全性评估提供理论支持。

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楔形物垂向撞击船体板的简化解析法研究

张敏1.2,3，刘敬喜2,3，赵耀2,3，黄诗雯4

振动与冲击. 2019, 38(24): 81-84.

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船体板在受到楔形物撞击下会发生大的塑性变形甚至撕裂。对四周固支矩形板在楔形物垂向撞击下的塑性大变形响应进行了理论分析和试验研究；基于上限定理，提出了矩形板在线载荷或面载荷作用下发生大变形的抵抗力计算简化解析解，将理论计算结果用模型试验验证，表明所提解析方法有较好的计算精度。该解析公式对船体结构初期的耐撞性快速评估和设计具有指导意义。

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转子支承系统临界转速概率分析的随机响应面法

左彦飞1，江志农1，冯坤1，王建军2

振动与冲击. 2019, 38(24): 85-90.

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为分析不确定因素影响下转子系统临界转速的概率分布规律，提出一种基于随机响应面的转子支承系统临界转速概率分析方法。该方法从临界转速与转子系统力学不确定参数的隐式函数关系入手，使用临界转速的随机响应面替代Campbell图，避开了使用Campbell图直接进行临界转速概率分析的困难。对典型双转子支承系统临界转速概率分析验证了该方法的准确性和高效性。

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1 000 kV电容式电压互感器抗震性能优化研究

林森，程永锋，孟宪政，孙宇晗，卢智成，张谦

振动与冲击. 2019, 38(24): 91-100.

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为保证特高压变电工程中重要电气设备的抗震安全性，提高瓷套类设备抵御地震灾害的能力，对1 000 kV电容式电压互感器(CVT)及装设了金属减震器的设备结构开展振动台试验研究，考察了特高压CVT的抗震性能和配套减震器的耗能效果。试验结果表明，应用减震器后设备的根部应力和顶部加速度幅值分别降低了59%和54%。针对试验中设备在抗震方面所表现出的不足，通过有限元仿真进一步探究了设备存在的结构缺陷，提出了通过减材方式将原型设备整体改进为塔型且局部缩调套管下、中段外径差至5 mm的结构改型优化方案。改型后，设备最大应力由32.46 MPa降至20.18 MPa，底、首节套管最大应力比由7.92降至2.33，应力分布更为均衡，设备所能满足的抗震设防要求由0.2g提升至0.3g。针对0.3~0.5g不同等级的抗震优化目标，结合结构改型和减震手段提出了相应的1 000 kV电压等级CVT抗震性能提升策略。

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摆动式抛光磨头动力学特性正交试验研究

叶友东，汪凯，周哲波

振动与冲击. 2019, 38(24): 101-106.

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设计并搭建了摆动式抛光磨头动力学特性实验平台。通过加速度传感器测量磨头工作时的振动信号，基于磨头工作时的振动影响因素，开展了以磨头主轴转速、磨头压力和磨块粒度号三个参数为因素的正交试验，通过分析对比试验数据及信号瀑布图，得到以抑制振动为目的的最佳匹配抛光参数。试验研究结果为摆动式抛光磨头在抛光机上的应用提供参考。

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低速冲击作用下混凝土板破坏效应试验研究

古松1,2，彭丰1，余志祥3，李金星1,2,4

振动与冲击. 2019, 38(24): 107-114.

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为探讨混凝土板在低速冲击作用下的破坏效应，利用落锤试验机对6组混凝土板进行试验研究，分析了不同冲击速度、混凝土板强度和长厚比对混凝土板冲击破坏效应的影响；采用高速摄像机记录了各个试件在冲击过程中裂缝的发生、发展直至破坏的全过程。试验表明：在冲击荷载下混凝土板的裂缝分布随冲击速度的提高向冲击点局部集中有明显趋势，在较高能量下混凝土板在冲击点附近发生冲切破坏；并且基于试验现象推导了考虑板结构整体变形的冲击力计算方法，与试验结果对比可知，该计算方法结果偏差在25%以内，该计算方法合理。

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中心支撑钢框架在空腹效应作用下抗连续倒塌分析

乔惠云1,2，魏建鹏3，田黎敏3

振动与冲击. 2019, 38(24): 115-121.

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关键构件失效后，多层框架各层表现出不同的抗倒塌机制，空腹效应是一种重要的抗连续倒塌机制。采用考虑损伤与应变率的动力非线性分析，模拟已有多层框架拆柱试验，并提出空腹效应理论模型；改进抗震设计常用的中心支撑钢框架，在框架结构顶层布置水平支撑；并将水平支撑体系应用到俄亥俄综合大楼。研究结果表明，空腹效应是竖向构件对各层内力重分配的结果，体现了框架结构的整体受力特点，空腹效应与其它抗倒塌机制共同抵抗不平衡荷载；顶层水平支撑可以显著减小失效点处位移，发挥空腹效应作用，提高结构的抗连续倒塌性能；俄亥俄综合大楼的两根中柱失效后，支撑体系将失效跨的大部分重力传递到相邻结构。

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CAARC标准高层建筑模型风致效应及背风侧流场特性研究

董欣1,2，叶继红3，邹云峰4，左太辉4

振动与冲击. 2019, 38(24): 122-130.

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通过风洞测压试验、PIV试验和动力响应计算，对比分析0°和90°风向下，CAARC模型围护结构风压、模型背风侧流场特性及主体结构风振响应。①对比了模型立面风压分布及整体风力，两种风向下，模型表面风压分布的较大差异存在于侧风面。相比于0°风向，90°风向下模型整体阻力和升力较小，但整体扭矩较大。②直观展现了模型背风侧的流场特性。两种风向下，模型后部水平面内均出现尾流涡对；竖直面内的显著旋涡仅出现在0°风向。相比而言，0°风向下，尾流涡对尺寸较大，逆向流速较高，周围流体横风向运动剧烈。③给出了模型顶部位移和加速度随折减风速变化的拟合方程，两种风向下，模型顶部顺风向响应与折减风速的2~2.6次幂成正比；横风向响应与折减风速的3~3.5次幂成正比。相比而言，90°风向下，模型顶部横风向位移和加速度随折减风速的增幅分别为0°风向下的2倍和2.6倍。

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高压水射流冲蚀混凝土破碎区演进特征及裂纹扩展规律研究

刘佳亮1,2,3，李坤元1，张娣1

振动与冲击. 2019, 38(24): 131-137.

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高压水射流冲击下混凝土内部裂纹扩展规律是洞察水力破碎机制的重要基础。借助相似材料、模型试验及高速摄像技术，构建了高压水射流冲击透明类混凝土冲蚀孔洞及裂纹扩展检测系统，研究了射流冲击混凝土冲蚀破碎区演化历程及裂纹扩展模式。结果表明，在射流冲击下混凝土破碎区演进过程分为三个典型阶段：水锤压缩区扩展、非压缩区扩展及侵彻贯通后扩展。在水锤压缩区冲蚀孔洞以近似“花瓣”状形态向自由面扩展，在冲蚀孔洞阵前面存在显著的塑性屈服区及交错裂纹网，并从理论上提出了冲蚀孔洞演进的临界判据；在非压缩区冲蚀孔洞近域塑性屈服区明显减少，材料去除演变为完全脆性破碎模式，冲蚀孔洞轴向演进速度呈现阶段性停滞；侵彻贯通后冲蚀孔洞径向维度将继续增大，并在孔壁近域出现不连续、半球状微裂纹区域，当扩展至初始贯通孔径2倍左右时，主冲蚀孔洞将趋于稳定。

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颗粒冲击形式对阻尼器能量损耗影响的研究

宋晓宇，尹忠俊，陈兵

振动与冲击. 2019, 38(24): 138-143.

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为揭示冲击形式与损耗功率之间的依赖关系，基于离散单元法复现圆柱形和圆台形容器内颗粒的运动形式，探究由颗粒运动形式不同而造成的冲击形式以及能量损耗的差异。结果表明，相比于圆柱形容器，圆台形容器内颗粒的运动存在明显的区域特性，这种特殊的运动形式对冲击力周期分岔具有一定的抑制作用，使其对系统的冲击形式呈“小而密”型。耗能结果显示，这种“小而密”型冲击方式所产生的能量损耗要高于圆柱形内“大而疏”型冲击形式，并且二者的耗能差值会随着振动强度的提高而增大。通过分析容器倾角的渐变过程进一步验证了冲击形式对损耗功率的显著影响。

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启动振动与海浪冲击耦合时变UHMWPE轴承润滑分析

谢奕浓，王优强，宋晓萍，赵晶晶，张平

振动与冲击. 2019, 38(24): 144-149.

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建立了启动过程超高分子量聚乙烯(UHMWPE)轴承的弹流润滑模型。综合考虑加速过程伴随振动与冲击载荷耦合时变效应，数值模拟了UHMWPE轴承不同工况下启动时的润滑情况，以期为实际工况中UHMWPE轴承的安全运转提供参考。结果表明：冲击对压力的影响较大，而振动对膜厚的影响较大。轴法向振动与海浪冲击同周期下，当两者变化一致时，将产生叠加的协同作用，反之则相互削弱。其中负正弦振动对压力和膜厚的影响更为明显。随着加速度的增大，压力随之降低，膜厚随之增大，膜厚增幅变大，振动对压力和膜厚的影响变小。

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基于内燃机振动信号的可视化识别诊断

蔡艳平1,2，徐光华1,3，张恒2，范宇2，李艾华2

振动与冲击. 2019, 38(24): 150-157.

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为提高故障识别诊断的精确度和实时性，有效解决内燃机多分量、非平稳振动信号特征提取困难的问题，提出一种基于改进局部二值模式(ILBP)与双向二维主成分分析(TD-2DPCA)的内燃机振动信号可视化故障识别诊断方法。针对传统时频方法在分析内燃机振动信号中，存在时频分辨率低及交叉干扰项的问题，将经验小波变换(EWT)与同步压缩小波变换(SST)应用到内燃机振动信号的时频图表征中；利用ILBP提取图像的纹理特征，并对ILBP图谱采用TD-2DPCA降维，将降维后的编码矩阵向量化后得到图像的特征参数；通过支持向量机(SVM)和最近邻分类器(NNC)分别特征向量进行训练、测试，实现内燃机的故障识别诊断。在内燃机气门间隙故障8种工况下缸盖振动信号的识别诊断试验中，均得到较高的分类精度；通过参数的合理优化，在保证了分类速率的同时，最高识别率达到96.67%，对比其他方法，充分表明该方法在内燃机故障诊断中的有效性。

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动载荷作用下的轴颈涡动与滑动轴承瞬态油膜力耦合机制研究

李强1，张硕1，王玉君1，许伟伟2，王振波1

振动与冲击. 2019, 38(24): 158-164.

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滑动轴承瞬态油膜力既是转子-轴承系统阻尼的主要来源，也是导致机组稳定性下降的重要原因。针对大扰动下的动网格更新问题，采用一种适用于固定瓦轴承的新型结构化动网格技术，建立了动载荷作用下滑动轴承非线性瞬态油膜力的CFD模型，该模型中采用“全空化模型”描述润滑介质的空化。针对圆柱形轴承和多油楔滑动轴承分析了轴颈涡动与瞬态油膜力之间的相互作用机制。结果表明：非线性油膜力支撑下，计算得到静平衡位置结果与试验结果的偏差小于2.5%，说明了该模型可以较为准确的描述转子-滑动轴承系统；非线性油膜力支撑下，动载荷对于转子稳定性有明显影响，当动载荷较小时，在轴颈涡动过程中油槽会严重削弱径向、切向油膜力；随着动载荷的增加，油槽的作用减小，径向、切向油膜力逐渐增加，进而抑制半速涡动；对于多油楔滑动轴承，油槽的影响相对较小，故而油膜力可以提供足够的刚度和阻尼，以保持较高的稳定性。

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基于广义有限差分法的输流直管振动响应特性研究

张挺1，林震寰1，郭晓梅1，张恒1，范佳铭2

振动与冲击. 2019, 38(24): 165-171.

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基于输流直管横向振动微分方程，采用广义有限差分法和Houbolt法分别对空间和时间上的偏微分项进行离散，建立高阶精度的无网格法数值模式。将该数值模式应用于两端支撑轴向运动梁模型和两端固支输流直管模型，所得的固有频率和振幅时程等与前人研究成果和理论解均吻合良好；并对不同总点数N、时间步长△t、子区域选点数ns的数值结果进行对比，表明提出的数值模型在求解输流直管振动响应问题上具有良好的准确性和鲁棒性；对比分析了三种不同支撑条件（两端固支、两端简支和一端固支一端简支）下输流直管的振动响应特性。结果表明：两端简支时输流直管中点处的振幅最大，振动频率最小；两端固支时输流直管中点处的振幅最小，振动频率最大；且在端部约束限制条件不对称时，其振动幅值最大值出现位置会向弱约束端偏移。

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#br# 随机车辆荷载下大跨钢桥伸缩缝纵向位移响应及病害控制研究

韩大章1，郭彤2，黄灵宇2，刘中祥2

振动与冲击. 2019, 38(24): 172-178.

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伸缩缝是桥梁结构中的易损部件之一，而大跨钢桥由于柔性大，对振动较为敏感，其伸缩缝病害更为突出。为控制大跨钢桥的伸缩缝病害，结合随机车辆荷载模型和有限元分析，建立了一种随机车流下伸缩缝位移响应的分析方法。研究了车速、车致振动频率、车流量和重型车对伸缩缝纵向位移的影响，发现当车速和振动频率较高、车流量较大、重型车比例较高时，伸缩缝的累计位移显著增大。基于上述研究，提出两类车流限速和增设梁端阻尼器的措施，以控制伸缩缝病害。分析结果表明：与分时段限速措施相比，分车型限速的效果更为明显；在梁端增设黏滞阻尼器后，伸缩缝位移幅值、累计位移和高频位移都有显著的降低。

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计及非稳态效应的地脉动功率谱密度包络修正及应用

郝雨，陈学前，范宣华，王玉军，杜强，胡绍全

振动与冲击. 2019, 38(24): 179-182.

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地脉动载荷是影响大型精密装置稳定性的重要因素，地脉动载荷功率谱密度（PSD）包络的计算是制定结构稳定性设计载荷的前提。根据地脉动载荷的数值特征，提出了一种考虑地脉动信号非平稳性的功率谱密度包络的修正方法，经过修正后的地脉动功率谱密度包络避免了传统平稳或局部平稳假设下高振幅信号被平均化的问题，所得功率谱密度包络能够充分反映地脉动载荷的最危险剖面，且与时间长度的选取无关。根据所提方法，计算得到了绵阳花荄监测站2015年—2016年的地脉动功率谱密度包络，为大型光机结构的地脉动载荷确定奠定了基础。

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基于自相关分析与MCKD的滚动轴承早期故障诊断

祝小彦，王永杰

振动与冲击. 2019, 38(24): 183-188.

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滚动轴承早期故障信号通常呈现出非平稳性、弱调制性、故障特征成分不突出以及背景噪声强烈等特点，有效提取轴承故障特征比较困难，因此难以准确判断轴承的故障位置。针对这一问题，提出了基于自相关分析与最大相关峭度解卷积（MCKD）算法的滚动轴承故障诊断方法：①利用有偏估计自相关分析方法对轴承信号作初步分析，抑制信号中噪声成分；利用MCKD算法对所得信号作进一步分析，突出信号中的原始冲击成分并进一步去噪，使得信号的信噪比进一步提高；③对信号进行包络谱分析，通过包络谱中的主导频率成分与滚动轴承各元件的故障特征频率对比从而判断轴承的故障位置。仿真数据和实测数据分析结果证明，所提方法能够有效提取故障信号中的特征信息，具有一定的有效性。

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考虑套管边界和液柱高压的射孔液压力脉动规律分析

李明飞，窦益华，曹银萍，于洋，曹亭

振动与冲击. 2019, 38(24): 189-196.

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射孔爆轰冲击和压力脉动常引发射孔段管柱振弯、振断等事故。考虑射孔液高压、狭长套管边界对冲击波传播的影响，考虑射孔弹密集排列引起干扰的影响，考虑相变界面冲击波传播的连续性，基于Tait方程，建立冲击波初始压力分析方法；考虑套管狭长边界条件限制，阐明冲击波传播规律，构建直达冲击波分析方法；基于波的反射原理，建立套管交界面、射孔液参数的近似图解和波反射的分析方法；应用直达和反射波的叠加原理，建立压力脉动分析方法。经过实际射孔井验证表明，反射波压力明显大于入射波，反射波压力随爆距增大而减小；射孔弹按16孔/m排列，附近4颗弹将对某弹产生的冲击波存在影响，其余可忽略；压力衰减时间增长了30 μs。

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#br# 基于模态展开法的水下航行器辐射噪声远场预测方法研究

周思同1,2,3，帅长庚1,2，杨家轩4

振动与冲击. 2019, 38(24): 197-202.

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为了通过圆柱体表面离散声压或振速数据，实现对有限长圆柱壳体的辐射声场预测，提出“基于模态展开法的声场预测”算法。该算法将介质中有限长圆体的径向振动用轴向及周向模态表示，并建立各阶模态与全息面之间的传递函数矩阵，通过匹配全息面声压或振速来确定各阶模态系数；在此基础上，少量远场声压数据进行最小二乘意义下的参数匹配，获取最优的轴向及周向模态阶数，最终实现辐射声场的预测；通过点声源、圆柱体模型及船舶模型的数值仿真及消声室试验，验证了该方法的准确性和有效性。仿真及实验结果表明：与圆柱统计最优近场声全息方法相比，所提出的方法在全息孔径以外不会出现周期性虚像，适用于有限长圆柱体的辐射声场预测。

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基于双维度变化的形态学多重分形的战场声目标识别

张坤1，邸忆1,2，顾晓辉1

振动与冲击. 2019, 38(24): 203-208.

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针对战场声目标识别的多重分形特性，提出了基于双维度变化的数学形态学多重分形计算方法。该方法定义了基于双维度变化的配分函数(DDCDF)，同时引入回归分析对分形尺度与配分函数进行高精度拟合，确保采用两点式斜率计算作为分形维数的准确性；以运算速度与识别率为标准，筛选出最优尺度组合，并计算多重分形维数。通过半实物仿真对比试验验证了所提算法的运算效率较现有的形态学多重分形维数算法有明显提升；此外，将多重分形维数作为特征输入，使用支持向量机进行声目标识别，识别结果显示了该算法所提取的多重分形维数特征具有更好的区分度，其识别率比现有算法提升了23.5%，为战场声目标的非线性特征快速识别提供了一种有效的技术手段。

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梁桥多级设防SMA减震装置

曹飒飒1，伍隋文2，孙卓1，王欢1，杨俊1

振动与冲击. 2019, 38(24): 209-217.

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近场地震动输入下，减隔震桥梁会发生比较大的位移和残余变形，导致落梁等严重震害。拟提出一种新型多级设防SMA减震装置，由三级SMA索与铅芯橡胶支座并联组成；随地震强度增大，各级SMA索依次张紧，满足不同性能需求；基于OpenSees和Sap2000软件，探索多级设防SMA减震装置恢复力模型和滞回模型，对比分析两种软件对多级设防SMA减震装置的模拟效果。以某一连续梁桥为例，以SMA索截面积进行参数分析，研究其多级减震效果。结果表明，该装置具有较好的自复位、限位和耗能能力，兼具多级设防的优点。

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不同谱型激励下包装件动态响应研究

王志伟1,2,3，房树盖1,2,3

振动与冲击. 2019, 38(24): 218-226.

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根据正弦扫频振动试验结果设置共振频率区域谱型相同、非共振频率区域谱型不同的两种加速度随机振动功率谱（PSD）激励。研究了非线性包装系统在3种约束、3种振动等级下，上述两种谱型激励对产品加速度响应和包装件动压力响应的影响。研究结果表明：相同约束和激励等级条件下，两种激励谱在激励相同的区域产品加速度响应PSD基本一致，包装件动压力响应PSD也基本一致；当振动强度较高时，由于阻尼影响，共振点附近小范围内两种谱型激励的响应存在一定偏差；两种谱型激励的加速度响应概率密度分布大致相同，且加速度响应的均值、均方差、偏度和峭度均比较接近；两种谱型激励下动压力峰值分布存在一定差异，谱型1的动压力峰值分布更窄、更高，但两种谱型激励下动压力响应的均值、均方差、均值穿越次数、峰值数和带宽系数均比较接近；共振区域的激励控制了整个非线性包装系统的响应。

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水下自激吸气式脉冲射流装置瞬时冲击力分解

于晓龙1,2，刘新阳2，徐洪增1，陈豪2，汪顺生2，高传昌2

振动与冲击. 2019, 38(24): 227-234.

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为了提取水下自激吸气式脉冲射流装置瞬时冲击力中的时变冲击力和脉动冲击力。运用离散正交小波变换和经验模态分解（EMD）对装置瞬时冲击力进行消噪和分解，确定离散正交小波变换提取时变冲击力的小波基函数和分解层数以及EMD提取时变冲击力的固有模态函数（IMF）个数，分析围压对时变冲击力脉冲幅值和脉冲周期以及脉动冲击力脉动强度的影响规律。结果表明：在不同围压下，离散正交小波变换对时变冲击力的提取效果要优于EMD，但小波基函数的选择需要考虑不同围压下瞬时冲击力的变化特点；围压对装置吸气后时变冲击力脉冲周期影响不大，但对脉冲幅值影响较大；围压和吸气对瞬时冲击力时均值和脉动冲击力脉动强度影响较大，但在不同围压下吸气对两者的影响规律有所不同。

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EWT与加权多邻域粗糙集结合的旋转机械故障特征提取方法

吴耀春1，2，赵荣珍1，靳伍银1

振动与冲击. 2019, 38(24): 235-242.

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针对邻域粗糙集（NRS）特征选择算法中邻域半径需要多次迭代调整、无法自动确定的问题，提出一种加权多邻域粗糙集（WMNRS）的特征选择方法；将该方法与经验小波变换（EWT）结合应用于旋转机械中，提出了一种旋转机械故障特征提取方法。利用EWT对非线性、强噪声振动信号进行分解，根据相关性选择一组最优模式分量进行重构，计算重构后信号的时域特征并构造高维原始特征集；在不同邻域半径下，利用NRS对原始特征集约简得到特征子集；统计原始特征集中各个特征在多邻域属性约简中出现的概率，将其作为权值与特征进行加权提取便于分类的敏感特征集；该方法最显著的特点是实现了邻域粗糙集的自动化特征提取，并且提取出的特征更具可区分性。试验结果表明:该方法能够有效提取旋转机械的振动信号特征，并且根据提取的特征向量可以正确辨识出旋转机械的故障类型；该研究可为解决非线性、强噪声、高维机械故障数据集的分类问题，提供理论参考依据。

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轴心轨迹测量中圆弧形导致的偏差及其修正方法

马会防，万召

振动与冲击. 2019, 38(24): 243-248.

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对转子轴心轨迹测量中圆弧形导致的偏差进行了分析，探讨了测量截面上转子半径、径向位移对偏差大小的影响，分析表明：测量截面圆半径越小、径向位移越大，测量值与实际值偏差也就越大；在对偏差进行分析的基础上，提出了一种偏差修正方法，给出了修正计算公式，该方法需输入测试截面的转子半径，然后可基于测得的位移计算实际的轴心位移。修正方法可以消除圆弧导致的测量偏差，提高测量精度，可用于实时测量系统，也可用于测量后的数据后处理。该方法具有重要的工程应用价值，对于提高测量精度等方面具有重要的参考价值。

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磨介球对小麦麸皮振动冲击破碎性能的影响

程敏1,2，刘保国2，刘彦旭2

振动与冲击. 2019, 38(24): 249-256.

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充分考虑振动磨机磨介球在磨筒内的运动形态，根据相似原理提出了“磨介-小麦麸皮-磨介”双边冲击计算模型，克服了单边冲击计算模型无法模拟冲击剪切的不足，同时给出了该模型的材料参数以及利用该模型进行有限元数值模拟计算的求解设置。在此基础上，针对影响小麦麸皮破碎性能的运动特性、质量特性以及破碎形式等因素，利用LS-DYNA进行了有限元数值模拟计算。计算结果表明：磨介球对小麦麸皮破碎性能的影响是显著的。在运动特性方面，磨介球冲击速度越大，麸皮破碎性能越好；磨介球冲击角越大，麸皮破碎性能越差。在质量特性方面，磨介球密度越大，麸皮破碎性能越好；磨介球直径越大，接触力越大，麸皮接触区域也越大，但接触次数会降低。在破碎形式方面，冲击剪切与冲击挤压产生的接触力、接触时间、接触面积的差异较小，但冲击挤压引起的麸皮中心单元有效塑形应变大于冲击剪切；对于大尺寸麸皮应以冲击挤压为主要破碎形式，对于小尺寸麸皮应以冲击剪切为主要破碎形式。以上研究初步探明了磨介球对麸皮破碎性能的影响规律，为全面探索振动磨机物料破碎性能的影响规律提供了一条新途径。

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压缩脆性介质爆破破坏时冲击荷载与初始应力卸载特征

姚颖康1，2，孙金山1，贾永胜2，吴亮3，倪明亮1，明胜1，陈洋3

振动与冲击. 2019, 38(24): 257-266.

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针对含压缩应变能脆性介质的爆破破坏机制问题，开展了建筑物底层立柱的现场爆破试验。分析了立柱保留部分的应变变化过程。动应变监测结果表明，炮孔炸药爆轰时，炮孔远区的爆炸荷载时程曲线大致呈三角形折线状，爆炸荷载升压阶段应变率高于卸压阶段；装药长度约20 cm时，爆炸荷载作用时间约为1 ms。爆炸冲击波作用消失后，由于碎块运动速度远低于冲击波和应力波传播速度，起爆后爆破介质的承载能力仍可保持数毫秒时间，此时介质主要受爆生气体膨胀作用，附加动应变较低。介质完全破碎后，碎块以较高的初速度发生抛掷飞散，其承载能力迅速消失，初始应变随之释放至0；应变释放的时程曲线接近于直线形，且卸载的应变率较低。构建了一维直杆的爆炸冲击与初始应力卸载力学模型，通过对直杆加载和卸载过程在时间域上的叠加，近似模拟了压缩立柱爆破时保留区的应变历程。对爆破试验的模拟表明，炸药爆炸作用结束数毫秒时间后初始应力才开始卸载。

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收获期马铃薯块茎跌落冲击特性及损伤规律研究

冯斌1,2，孙伟1，孙步功1，张涛1，吴建民1，石林榕1

振动与冲击. 2019, 38(24): 267-274.

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为了减少马铃薯机械收获中的损伤，揭示马铃薯块茎跌落冲击损伤机理，以“陇薯7号”马铃薯为试验对象，进行了不同因素下的跌落冲击试验，分别研究了跌落高度、碰撞材料、马铃薯含水率和跌落方向等因素对马铃薯块茎冲击特性和损伤综合指数的影响，并分析了其损伤规律。研究结果表明碰撞材料、马铃薯跌落高度和含水率对冲击特性影响极显著，而跌落方向不显著；冲击特性参数与损伤指标相关性表明：最大变形量与损伤综合指数之间呈显著正相关（r=0.729，P<0.05），恢复系数与损伤综合指数之间呈显著负相关（r=-0.573，P<0.05），并得到了恢复系数和最大变形量与损伤综合指数的线性回归模型，决定系数分别为R2=0.990 7，R2=0.992 3，加速度峰值与损伤综合指数之间不相关（|r|<0.5，P>0.05）；马铃薯与各碰撞材料相撞时，损伤综合指数与跌落高度之间线性相关，决定系数R2≥0.951 4。研究结果可对马铃薯在收获过程中碰撞损伤进行评估。

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一种基于频率估计的自适应主动控制方法

杨理华1，孙俊忠1，张海鹏1，刘树勇2，杨庆超2

振动与冲击. 2019, 38(24): 275-282.

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主动控制是隔离水下航行器机械振动的有效方式，受安装空间限制及设备间耦合复杂激励作用，往往不便或难以有效拾取高信噪比参考信号，这将严重影响基于参考信号的主动控制算法应用及其效果。以滤波自适应算法为基础，通过频率识别和信号数字合成理论，提出一种不需要外界参考信号的自适应控制策略，并应用于旋转设备双层隔振系统主动控制。结果表明：两种算法可有效降低隔振系统残差信号，传统算法基频线谱控制能力较好，而频率估计自适应算法多线谱控制能力更优，但两者稳态控制力基本相当，说明要抑制同样激励均需消耗等量次级振源能量；因此，所提频率估计和数字合成方法能获得稳定有效的参考信号，可应用于复杂安装环境下旋转机械的振动主动控制。

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刊出日期：2019-12-15

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