振动与冲击

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张生光 1,王文中 2

振动与冲击. 2019, 38(3): 1-7.

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表层下缺陷严重影响滚动轴承使用性能与精度，为研究其对轴承振动特性影响，搭建了球-环接触实验台，使用球-环接触模型模拟滚动体与滚道接触，以圆环内表面或表层下加工的圆孔模拟缺陷，通过实验过程中对球托振动位移和载荷的测量，研究了缺陷对系统振动的影响。实验结果表明，随着载荷增加，表层下缺陷对系统振动行为的影响逐渐增大，但是影响显著小于表面缺陷；随着转速升高，缺陷对系统振动的影响逐渐减小，并通过理论建模进行了分析和验证；研究表明滚道缺陷是影响系统精度保持性的重要因素之一。

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缠绕式提升系统悬绳横向振动特性的理论与实验研究

彭霞1,2,3，龚宪生1,2，李济顺4，巫显照1,2

振动与冲击. 2019, 38(3): 8-15.

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缠绕式提升系统悬绳的横向振动是钢丝绳多层缠绕有序排绳和工程安全的主要评价指标。为了研究悬绳在不同形式绳槽激励下的横振响应，基于Hamilton原理建立提升系统振动方程，推导不同形式绳槽的激励函数，用Galerkin法离散振动方程，以某布莱尔式钢丝绳提升试验台运行状态曲线作为运动参数输入分析不同形式绳槽激励下的横振响应，用高速相机记录钢丝绳振动，并提出一种有效的图像处理方法，得到悬绳固定点处横振时域图，比较模型的数值仿真解与实验结果发现：在本实验台参数下，对称绳槽激励的悬绳横振大于非对称绳槽布置；悬绳横振的实测曲线与数值仿真变化趋势基本一致，实测频率与计算频率也非常接近，说明本文建立的边界激励下悬绳的横振模型是有效的。模型可为将来超深井提升卷筒绳槽型式的选择提供可靠的理论依据。

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复杂激励下复合行星传动系统频率耦合与耦合共振研究

窦作成1，李以农1，曾志鹏1，杜明刚2，杨阳2

振动与冲击. 2019, 38(3): 16-23.

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建立了考虑时变啮合刚度、啮合间隙、啮合误差等多种非线性因素的复合行星传动系统动力学模型，研究了发动机时变转矩输入、定值转矩输入等不同外界激励与多种内部非线性激励同时作用下对复合行星传动系统频率耦合的影响。在此基础上，对外部激励、内部激励以及内外部耦合激励引起的低频、高频以及低高频耦合产生的系统扭转共振问题进行了分析。结果表明：在定值转矩驱动时，齿轮啮合力与主轴剪切力的主要频率成分都为啮频及其倍频；在时变转矩驱动时，齿轮啮合力在各转速下的主要频率成分都为啮合相关频率，而主轴剪切力的主要频率成分随转速提高逐渐由啮合相关频率转变为发动机各谐次频率；系统共振转速带中，由啮合频率及其耦合频率引起的共振转速主要集中于中低速工况，而发动机激励引起的共振转速主要集中于中高速。

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爆炸冲击波和高速破片载荷的复合作用特性及判据研究

郑红伟1，陈长海2，侯海量2，朱锡2，黄晓明3，李茂2

振动与冲击. 2019, 38(3): 24-31.

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为探讨爆炸冲击波和高速破片对固支方板的复合作用特性，设计端部预制破片的TNT近爆试验。分析了大尺度薄板在不同载荷情况作用下的毁伤形貌，根据试验结果提出了结合载荷强度和作用时间来判定是否发生复合作用的判据。结果表明：在近距离爆炸时，平板在载荷复合作用下整体发生大挠曲变形，局部受高速破群作用发生密集的侵彻穿孔，两种载荷具有很强的复合毁伤能力；当距离增大后冲击波的毁伤能力极大减弱，达到一定范围距离后，破片成为防护结构的主要设计载荷，可以忽略复合作用；通过判据可以比较合理地判断出结构在某一爆距下，冲击波和高速破片两种载荷是否发生复合作用，并可以计算需要考虑复合作用的区间。

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移动效应的下击暴流风场特性分析

汪之松1,2，武彦君1，方智远1

振动与冲击. 2019, 38(3): 32-38.

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稳态下击暴流风场研究已相对成熟,而实际下击暴流由于风暴移动，其风场是非稳态的。为了研究冲击风射流速度、移动速度对下击暴流风场特性的影响，采用冲击射流装置进行了移动下击暴流风场试验,并使用大涡模拟建立了移动喷口的冲击射流三维缩尺和足尺风场进行数值分析。结果表明：试验和模拟吻合较好，移动速度对峰值放大作用比较明显，射流速度对峰值大小影响不大；移动下击暴流风场具有风向转变和明显不对称的特点，移动速度对风暴前方近壁面水平风速具有显著的增大效应，但对风暴后方风速有一定程度的削减；下击暴流发展到稳定状态时的风剖面随高度增加先增大到最大值，然后迅速减小，最大风速出现在风剖面下端；曲线峰值所在位置和下降段所持续的时间与移动速度和射流速度大致满足一定的比例关系。

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基于混沌理论的音乐信号非线性特征研究

赵志成,方力先

振动与冲击. 2019, 38(3): 39-43.

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音乐信号是人们表达情感与交流的重要形式，其实际是一个时滞的非线性动力学系统，用传统手段难以分析音乐信号的非线性特征。本文根据音乐的曲式结构中的小节对音乐信号进行划分，分析音乐信号局部特征并由此总结推测其整体特征。通过计算分析音乐信号的功率谱和李雅普诺夫指数，验证音乐信号具有弱混沌特性。其关联维数的计算结果表明音乐信号具有复杂的内部结构，且经典钢琴曲有较一致的特征，对比Disco等乐曲，其内部结构更复杂。对音乐信号差分运算后的关联维数计算结果，证明了其非线性特征具有稳定性。

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集中冲击荷载作用下修正Timoshenko梁剪力动载系数研究

曹振,马海英,周军勇,李徽,石雪飞

振动与冲击. 2019, 38(3): 44-50.

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推导了修正Timoshenko梁运动方程正交条件，并在此基础上得到了梁在跨中冲击荷载作用下的剪力响应计算方法。根据该方法计算的结果与经典Timoshenko梁理论计算结果对比，发现在梁长细比较小的情况下采用修正Timoshenko梁理论计算结果更精确。采用该方法得到了不同长细比固结梁和简支梁在跨中无增长时间三角形和有增长时间三角形集中力冲击荷载作用下的最大剪力动力荷载系数(DLF)，并拟合出计算公式，可根据梁长细比和荷载持续时间与构件第一阶自振周期的比值来计算最大剪力动载系数，并用来确定墩柱等构件在冲击作用下的抗剪需求。

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7075-T651铝合金靶板剪切冲塞的试验和数值模拟研究

肖新科1，陈琳1,2，杜太生1,2

振动与冲击. 2019, 38(3): 51-58.

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为揭示在断裂准则中引入Lode角的必要性，在一级轻气炮上开展了刚性平头弹侵彻7075-T651铝合金靶板试验,获得了靶板的断裂行为和弹道极限；通过圆棒试样拉伸试验和平板试样剪切试验，标定了Johnson-Cook(JC)本构模型和断裂准则参数和一种Lode角相关的断裂准则；运用ABAQUS软件，分别采用Lode角相关和无关断裂准则对试验进行了三维数值模拟,并对Lode角的影响进行了分析。结果表明：在刚性平头弹撞击下，7075-T651铝合金靶板发生剪切冲塞破坏；7075-T651铝合金的断裂与Lode参数相关，剪切带中初始失效材料的应力三轴度低于0且Lode角接近0，用圆棒拉伸试验标定的JC断裂准则高估了断裂应变；采用JC断裂准则预报的断裂行为与试验有较大差别，得到的弹道极限比试验值高大约42%；采用Lode角相关断裂准则得到的弹道极限与试验结果吻合较好。

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地铁辅助变流器用变压器电磁振动计算与减振分析

丁杰1,2，张平1，尚敬2，刘海涛2，李华2

振动与冲击. 2019, 38(3): 59-66.

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针对某地铁辅助变流器用变压器振动问题，进行了变压器模态测试及振动测试，基于试验条件与模型修正方法，建立了变压器电磁场、电磁激振力、振动响应的多物理场耦合分析流程，计算分析了变压器因磁致伸缩产生的电磁力及其电磁振动特性。结果表明：考虑实际电流源三相不对称谐波电流时，铁心磁通密度含有较丰富的3、5、7、9、11次谐波分量，该谐波分量导致铁心产生较大谐波振动。在此基础上提出变压器减振方案，经过仿真计算验证了所提方案的合理性，具有一定工程应用价值。

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基于UKF的结构动荷载识别方法与试验验证

郭丽娜1，宋开明2，张延哲2，丁勇2,3

振动与冲击. 2019, 38(3): 67-74.

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结构荷载识别是结构动力系统反问题研究的一个重要方面，而实际工程结构动力荷载的有效识别对结构设计、维护和加固具有重要的指导意义。本文首先利用基于UKF算法的两种荷载识别方法，即基于荷载时程正交分解的间接荷载识别法和直接荷载识别法，对一单自由度滞回非线性剪切模型进行数值仿真模拟，验证了直接荷载识别法应用于单自由度非线性模型荷载识别的合理性和有效性。随后，对抗震实验室振动台进行空台加载，通过无线传感器测量振动台台面动力响应，利用UKF算法识别地震模拟振动台的刚度和阻尼参数。在已识别参数的基础上，采用直接荷载识别法对外部激励进行识别，并针对出现漂移现象的识别结果提出了位移-加速度联合观测值和噪声水平自适应评估两种直接扩展状态量的荷载识别方法，改善了识别过程的收敛性。

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基于声全息的超声波与微缺陷耦合声场特性研究

马宏伟张一澍王星关志阳

振动与冲击. 2019, 38(3): 75-79.

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声全息技术空间分辨率高、计算速度快，能够对在结构内部传播的结构波进行可视化。该技术的出现为超衍射极限分辨率的检测提供了重要方向。本文主要研究近场超声在薄工件中的传播以及声场与微小缺陷相互作用的规律，基于近场声全息建立纵波信号与工件结构、缺陷类型的定量关系，找到可以通过工件表面声场特性来判别近场区域内是否存在缺陷的方法，将计算结果与有限元仿真进行对比，以验证该方法的正确性。该模型对于提高近场检测分辨率以及微小缺陷的特征提取具有一定的指导意义。

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基于数字化齿面的弧齿锥齿轮柔性多体接触动力学分析

姚廷强姚龙王学军王立华

振动与冲击. 2019, 38(3): 80-88.

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基于弧齿锥齿轮局部综合法，计算弧齿齿面的精确空间数字化坐标点，建立了弧齿齿面的四边形面片有限元网格模型。基于弧齿齿面的四边形面片接触块模型，运用弧齿齿面的包围盒全域搜索方法和结点-目标面的主从面局部搜索方法，实现高精度数字化真实弧齿齿面的动态接触搜索计算。以四边形面片单元中心的外法向矢量来计算弧齿齿面的从结点到目标单元面的接触变形量，采用罚函数法计算弧齿齿面的动态接触作用力，提出了多柔性体、多界面动态接触的弧齿锥齿轮动力学分析方法。计算分析了弧齿锥齿轮的传动误差、动态接触力、等效约束力、弧齿边缘动态接触、最大应力值等动态接触特性。研究表明：忽略多柔性体、多界面动态接触特性，会低估弧齿齿轮的传动误差、动态接触力和等效约束力。新方法较好地模拟了弧齿锥齿轮传动动态接触特性，对弧齿锥齿轮系统动态设计提供了理论参考。

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液压节流阀内非定常空化特性的数值分析

刘秀梅1，徐化文1，李贝贝1,2，孙福华1，李怀义1

振动与冲击. 2019, 38(3): 89-95.

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基于修正的RNG k-ε湍流模型并结合Schnerr-Sauer空化模型及多相流模型对液压节流阀内部非定常空化流动进行了数值计算，分析了节流阀内空化形态的周期性变化过程及其对应的内部流场的压力脉动特性，讨论了非定常空化形态演变与压力脉动之间的关系，同时研究了不同空化阶段对节流阀内速度场的影响差异。结果表明：节流阀内空化的发展是一种非定常的周期性过程，主要包括空化的产生、脱落以及溃灭；在空化初生时，不同位置截面在轴向速度分布上均未出现反向射流，但在空化溃灭阶段，不同位置截面在靠近壁面处均存在一个宽度大约1mm的反向射流区，且不同截面位置所对应的反向射流的强度不同；阀口下游不同监测点处压力脉动的主频与空化结构演化的周期有着良好的一致性，此外还存在一个次级频率，对应为小尺度空化脱落、溃灭的频率。

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雷管延期误差对地震波叠加降振的概率分析

韩亮1，李红江2，刘殿书3，凌天龙3，李晨3，梁书锋3

振动与冲击. 2019, 38(3): 96-101.

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基于不同距离处测点的实测单孔波形，以1ms等间隔双段叠加方法得到了叠加信号振速幅值随距离的变化情况，并确定了各测点最优微差时间。在考虑雷管延期误差的基础上，建立概率模型定量分析了延期误差对地震波干扰降振的影响。结果表明：近距离测点，低段位雷管的降振概率较大，远距离测点，高段位雷管的降振概率较大；此外，低段位雷管的降振概率受测点距离影响较大，高段位雷管所受影响较小。在实际爆破设计中，可根据不同测点处所允许的最大振速，对爆源处的雷管段别进行优化选取，为爆破设计提供有益的参考依据。

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一类内共振非线性随机振动系统的可靠性控制

齐玉明，吴勇军

振动与冲击. 2019, 38(3): 102-107.

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本文研究了一类随机激励的多自由度非线性内共振拟可积哈密顿系统的首次穿越可靠性的最优控制问题。基于随机平均法与动态规划原理，得到了最优控制系统的Itô随机微分方程，建立了最优控制系统条件可靠性函数满足的后向Kolmogorov方程及平均首次穿越时间满足的Pontryagin方程。通过具体的算例，结合Monte Carlo数值模拟验证了理论方法的有效性。

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设备-结构动力相互作用振动台试验方法研究

姜忻良1，张崇祥1，姜南1，唐贞云2

振动与冲击. 2019, 38(3): 108-115.

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为了合理评估设备与结构的抗震性能，本文开展设备-结构动力相互作用振动台试验方法研究。首先按照分支子结构方法推导设备-结构动力相互作用运动方程，提出了考虑设备-结构动力相互作用振动台实时子结构试验方法，该方法将设备作为试验子结构由振动台加载同时结构作为数值子结构由仿真软件计算联合进行振动台试验，能够考虑设备-结构相互作用对设备抗震性能的影响。然后设计了四层的钢框架设备-结构动力相互作用缩尺模型，进行各地震动作用下的振动台实时子结构试验与传统整体振动台试验。通过比较发现两种试验方法得到的结果基本吻合在一起，证明本文提出的振动台实时子结构方法是可靠有效的。试验分析表明忽略设备-结构动力相互作用将影响结构或设备真实的地震反应，特别是对于设备反应的影响更显著。

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基于启发式模型仿真的货车转向架悬挂非线性研究

杨晶1，李华2，朴明伟1，徐世峰2，吴荣坤2

振动与冲击. 2019, 38(3): 116-124.

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为了合理挖掘技术潜能，货车转向架设计及运用需要依靠基础试验手段，通过启发式模型仿真，逐步形成对其悬挂非线性的正确认知，在轻量化车体与走行部之间尽可能避免产生相关激励。利用刚柔耦合仿真技术，典型工程案例分析表明：在轻量化车体与走行部之间，重载卡滞是相关激励形成的1项主要成因。在重载卡滞的影响下，如中部横向支架斜撑杆局部结构失稳和中部侧墙横向结构不稳定，两者均会转变为振动开裂或振动疲劳问题。等效斜楔摩擦模型具有对干摩擦强非线性影响的启示意义，且形成了如下2点正确认知：相对摩擦因子并非恒定不变，在重载工况下，一般不得大于0.10；加载卡滞单边力学特性迫使心盘垂向动荷趋于脉冲载荷类型，其对轻量化车体结构疲劳损伤的负面影响不容忽视。结合快捷铁路货运需求，合理制订了解决重载卡滞问题的技术方案，利用复合斜楔新技术，参考典型配置形式，适当增大斜楔尖角，消除或减轻干摩擦强非线性影响。

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一个新的超大范围混沌系统及其自适应滑模控制

徐昌彪1，钟德2，夏诚2，黎周1

振动与冲击. 2019, 38(3): 125-130.

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提出了一个超大范围的混沌系统，其中参数的取值为[0，107]。理论分析了系统的动力学特性，考察了系统的Lyapunov指数谱、分岔图以及Poincare映射。设计了系统的硬件电路，并用Multisim软件进行了电路仿真，构建了一个系统在未知参数条件下全局稳定的自适应控制器和一个对给定信号追踪与未知参数辨识的自适应滑模控制器。仿真结果表明所设计控制器是有效的。

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超大型冷却塔风-雨双向耦合作用机理和气动力分布研究

余文林1,2,柯世堂1

振动与冲击. 2019, 38(3): 131-140.

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传统研究大多仅关注风单项驱动雨对于结构表面的冲击效应，均忽略了暴雨对脉动风湍流效应的反作用。针对国内已建成210m世界最高超大型冷却塔，以风-雨双向耦合算法为核心，基于计算流体动力学（CFD）方法采用连续相和离散相模型分别进行风场和雨滴的模拟迭代。首先，对比研究9种不同风速和雨强组合对塔筒表面风驱雨量、雨滴附加作用力和雨致压力系数的影响规律，揭示风雨耦合场中塔筒速度流线、湍动能强度、雨滴运行速度和轨迹的作用机理，并针对不同工况的塔筒表面压力、雨荷载以及不同高度和角度下的等效压力系数进行了定性和定量的对比分析。在此基础上，提炼出最不利风雨组合工况，并基于非线性最小二乘法原理，以子午向高度和环向角度为目标函数拟合给出了超大型冷却塔等效压力系数的计算公式和对应的二维空间曲面。研究结论可为此类超大型冷却塔在极端气候下的表面荷载精确化取值提供依据，同时加深对风雨共同作用机理的理解。

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爆破载荷作用下煤厚变异区损伤破坏特征实验研究

朱飞昊1,2，刘泽功1,2，高魁1,2，刘健1,2

振动与冲击. 2019, 38(3): 141-148.

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针对地质构造区域爆破施工容易诱发煤与瓦斯突出的现实情况，建立煤岩组合弹性力学模型、根据爆炸应力波在煤岩介质中的传播与作用规律，分析了煤层变厚时原岩应力的分布特征、爆炸应力波在构造煤岩体中的传播过程，并结合相似模拟实验与数值模拟研究了爆破载荷作用下煤厚变异区的损伤破坏特征。理论分析表明，薄煤层区域承受的原岩应力高于厚煤层，且应力变化梯度随煤厚减小率的增大而增大，爆炸应力波由岩体传播至构造煤体时会发生波的透射和反射现象，反射形成的拉伸波将加剧煤岩交界面岩体侧的损伤程度；爆破模拟实验中采集得到的应力曲线，煤厚变异区岩体处的测点存在着2次较大的拉应力峰值，应力波在该处相互作用形成了叠加破坏区，破坏区同时又引导其余方向的爆生裂纹向其延伸汇集，导致岩体严重破坏。数值模拟验证了爆炸应力波在煤岩交界面上的透射和反射现象，应力云图表明应力波在煤厚渐变区的叠加作用最明显且延续时间长。研究成果对于揭示爆破扰动煤厚变异区诱发煤与瓦斯突出的机制有重要指导意义。

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复合材料低速冲击损伤评估数值分析与试验研究

徐瑀童，左洪福，陆晓华，邵传金，李鑫

振动与冲击. 2019, 38(3): 149-155.

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针对复合材料低速冲击损伤模式复杂多样以及损伤评估时损伤表征参数选取和简化困难的问题，通过编写VUMAT子程序，采用三维Hashin准则和Cohesive界面单元建立了复合材料从低速冲击损伤发生到损伤后压缩破坏的全过程仿真分析模型，用于复合材料低速冲击损伤评估，考虑了复合材料损伤模式的多样性，规避了损伤表征参数的选取和简化问题。分别进行了复合材料低速冲击试验和冲击后压缩试验，从冲击响应、损伤情况和剩余强度三方面将试验结果和仿真结果进行了对比，对比效果良好，表明建立的模型适用于复合材料低速冲击损伤评估。采用该模型进一步对冲击能量和冲击角度对损伤的影响进行了探讨。

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基于频域子结构法的动量轮弹性边界微振动研究

李雄飞，程伟

振动与冲击. 2019, 38(3): 156-163.

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动量轮会与卫星弹性安装界面发生结构耦合，并将导致动量轮微振动的定量分析更为复杂。基于频域子结构方法对动量轮与弹性边界耦合系统的微振动特性进行研究，首先，对频域子结构法进行了推导，引入界面坐标转换矩阵表达不同坐标系下子结构的综合；其次，将动量轮模型简化成12自由度质量-弹簧-阻尼系统，并采用Lagrange能量方法建立其运动方程；再次，将耦合系统划分成动量轮与弹性边界两个子结构，应用推导所得的频域子结构法综合子结构的频响函数得到耦合系统的频响函数矩阵并计算其响应；最后，运用数值仿真和多体动力学仿真进行了验证。结果表明：频域子结构法适用于预测动量轮在弹性边界的微振动响应，具有较高的分析精度和计算效率。

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水下发射装置非线性冲击响应分析及减振器参数优化

张亚静 1,2，苏金鹏 1,2，董彦鹏 3，彭雪明 3，华宏星 1,2

振动与冲击. 2019, 38(3): 164-169.

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水下弹体连续发射时，会导致振动叠加问题，同时随着发射装置中剩余弹体数目减少和纵向减振器锁死，系统的质量、刚度发生突变，必需采用非线性方法进行冲击响应分析。本文将水下发射装置简化为多自由度非线性时变系统，根据牛顿第二定律建立了系统运动方程，其中系统质量、阻尼、刚度及外载荷矩阵均随时间变化，随后基于NewMark直接积分法求解了系统非线性冲击响应。最后给出数值算例，通过比较本文方法和有限元建模得到的动力学响应，验证了本文方法的准确性，并对系统冲击响应特性进行分析。在此基础上，提出了系统纵向减振器刚度、阻尼参数的优化方法，研究结果为发射装置减振器设计和参数优化提供高效分析手段，具有重要工程意义。

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一种曲面-弹簧-滚子机构的非线性隔振器特性分析

韩俊淑，孙景工，孟令帅

振动与冲击. 2019, 38(3): 170-178.

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设计了一种以曲面-弹簧-滚子机构为负刚度元件的非线性隔振系统，得到了系统零刚度条件；针对系统存在过载或欠载使用的情况，建立了谐波位移激励下系统非线性动力学方程，并应用谐波平衡法求解系统响应；分别分析了最小刚度为零和正刚度时，不同激励幅值、偏移量、阻尼比时的系统动态；最后通过实验验证了最小刚度为零时过载系统的动态特性。结果表明，所设计的隔振系统具有低频隔振效果，系统在过载使用时呈渐软或渐软-渐硬的刚度特性，具有很好的隔振性能；设计和使用中应当合理选择设置隔振器刚度系数、阻尼系数，并适当限制系统所受的最大激励幅值，从而保证系统具有更好的隔振性能。

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高频正弦压力发生装置的非理想因素影响分析

薛斌 1,杨军 1，2,李博 1

振动与冲击. 2019, 38(3): 179-185.

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高频正弦压力发生装置通过安装在底端的压电换能器作为激励源，谐振腔将会对谐振点分布和幅值产生影响。在实际装置安装的过程中，会因工程因素而造成一定的非理想性，其中包括管腔连接位置处的安装缝隙，管腔内的水介质未完全充满管腔，存在空气夹层，以及压电换能装置表面不平齐等。本文通过COMSOL仿真平台，以多物理场耦合仿真的方式，分析了压固耦合情况下谐振频率与理论计算的误差，同时针对以上的非理想性因素进行仿真研究，结果表明安装缝隙将会导致压力幅值降低，当管腔内部存在空气缝隙时，会造成谐振点幅值下降，对低频影响严重。同时压电换能器在安装过程中表面不平整时，将导致谐振频率偏移，且倾斜角度越大，偏移程度越严重。最后通过与实验数据相对比，对仿真结果进行验证，规律基本一致。

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基于变长度单元ANCF的轴向伸展悬臂梁振动分析

王忠民，吴力国

振动与冲击. 2019, 38(3): 186-191.

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伸展悬臂梁系统中含有刚体运动和大变形运动，属于时变刚柔耦合非线性动力学问题。采用Shabana提出的绝对节点坐标法（ANCF），建立了一种变长度的Euler-Bernoulli梁单元模型。从大变形条件下准确的曲率和Green- Lagrangian正应变出发，基于考虑惯性力的虚功原理，得到了轴向伸展悬臂梁的单元非线性动力学方程组，以及组装后的伸展悬臂梁系统的非线性动力学方程组。最后，通过算例分析了材料特性参数（弹性模量、密度）和伸展规律（匀速伸展、匀加速伸展）对伸展悬臂梁系统的末端非线性挠度响应的影响。

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基于MRE的变刚度变阻尼减振器设计研究

毕凤荣1,2，曹荣康1，Xu Wang3，马腾2

振动与冲击. 2019, 38(3): 192-198.

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针对磁流变弹性体材料的变刚度及变阻尼特性，将其成功应用于半主动控制减振器研究中。设计专用磁场发生夹具，制备了具有良好磁流变效应的磁流变弹性体材料，并对其力学性能参数进行测试；根据磁流变弹性体材料在挤压工作模式和剪切工作模式的特性，设计了刚度、阻尼均可变化的减振器，并利用有限元软件对该设计方案进行电磁场仿真分析；试制减振器原理样机，在INSTRON万能拉压试验机上，测试其在不同磁感应强度下的变刚度变阻尼特性。试验结果表明：在模拟半主动控制策略下其动刚度变化最大可达55.4%，阻尼变化可达214.3%，证明了该设计方案的可行性。

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基于BP神经网络的围岩介质爆炸峰值压力预测

郭璇1,2，马思远1，郭一帆1，张晓新3

振动与冲击. 2019, 38(3): 199-206.

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基于BP（Back Propagation）神经网络法，收集对比130个公开的地下封闭爆炸数据，区分粘土、砂性土和岩石三组围岩介质，简化地下任意点爆炸围岩介质峰值力的多因素影响，分析爆炸比例距离、纵波波速、密度和饱和度等特征参数产生的权重影响，考察爆冲的输出峰值压力特征，提出土中任一点围岩介质峰值压力的简易预测方法，并通过与经验方法对比，验证简易方法的实效性。利用Matlab®建立不同隐含层单元数的BP（Back-Propagation）神经网络，当隐含层分别选择6、7、6个神经元时整体网络性能最佳，该条件下对比测试样本的BP神经网络、经验公式和多元回归分析方法（MVRA）的预测效果，BP神经网络方法得到最小平均绝对误差。在各围岩介质数据的误差对比分析中，BP神经网络法得到砂性土的预测误差相对最小，相比经验公式和多元回归分析优势明显。在同一围岩介质参数的敏感度分析中，纵波波速对峰值压力产生最显著影响。将工程实例参数带入对比BP神经网络和MVRA，考虑不同介质反射系数得到峰值压力预测值和拱顶爆炸荷载峰值实测值的相对误差可小于20%。该估算方法可为类似地下结构防护设计值提供一种简化参考。

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温度场中悬索受多频激励组合联合共振响应研究

赵珧冰，林恒辉，黄超辉，陈林聪

振动与冲击. 2019, 38(3): 207-213.

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基于温度变化对拉索张拉力和垂度的影响，利用Hamilton变分原理，引入拟静态假设，推导温度场中受多频激励下悬索的非线性运动微分方程。利用Galerkin法得到离散后的无穷维方程，并考虑一阶正对称模态，利用多尺度法求解系统发生组合联合共振时的幅频响应方程组，并判断稳态解的稳定性。考虑四组垂跨比及四种温度变化工况，通过数值算例探究悬索组合联合共振的响应特性及其受温度变化影响。研究结果表明：多频激励时系统同时展现出组合共振和超谐波共振响应的特性；此时稳态解个数、共振区间、响应幅值及其相位等均会发生改变；温度变化会使得组合共振和超谐波共振发生定性和定量的变化，从而导致联合共振响应亦发生明显的定性和定量的改变；组合联合共振响应受温度变化的影响与悬索的垂跨比和温度变化幅度密切相关；为了更好地区分系统受多频激励下的的稳态解，可以通过研究解的相位来分辨。

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钢阻尼器考虑水平2方向变形的简化滞回模型研究

陈书娴 1,周鑫 2,谢旭 1

振动与冲击. 2019, 38(3): 214-221.

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为了简单有效地模拟钢阻尼器在考虑水平2方向变形时的滞回性能，基于多重剪切弹簧力学模型和Menegotto-Pinto(MP)滞回模型提出一种改进的多重剪切弹簧（Modified Multi-Shear-Spring，MMSS)模型。将MP滞回模型作为MMSS模型中各弹簧的滞回曲线,其基本力学参数由钢阻尼器多方向的弹塑性变形性能确定，形状参数通过优化计算确定。以常用的U型钢阻尼元件为例，通过在单向循环位移、水平2方向规则循环位移以及随机位移下MMSS模型与阻尼器滞回曲线的比较，验证了提出的MMSS模型能较精确地模拟U型钢阻尼元件在考虑水平2方向变形时的滞回性能，为钢阻尼器的地震反应分析提供了一种简便的计算方法。

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基于动态等效刚度的平面柔性铰链建模与分析

应玲君，赵荣珍，马德福，唐小斌

振动与冲击. 2019, 38(3): 222-228.

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提出一种能够实现虎克铰功能的平面柔性铰链。在分析平面柔性铰链自由度的基础上扩展铰链的运动形式，对铰链的两种位姿建立一种动态等效刚度计算的理论模型，借助Gauss拟合探究大变形位姿下刚度的非线性变化规律，并在有限元平台上验证了模型的正确性。根据理论模型对铰链整体的刚度变化特点进行了分析，探讨了铰链的性能特性。最后将该平面柔性铰链引入6DOF并联隔振平台，采用ADAMS、ANSYS联合仿真对所建新平台进行刚柔耦合动力学分析。结果表明，该平面柔性铰链在满足虎克铰运动要求的同时还能够有效避免虎克铰间隙引起的振动传递率突变问题。

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仿古建筑钢-混凝土组合框架抗震性能试验研究

薛建阳，马林林，赵轩，翟磊

振动与冲击. 2019, 38(3): 229-236.

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为研究仿古建筑钢-混凝土组合框架的抗震性能，以抗震设防烈度7度区的某殿堂式仿古建筑钢-混凝土组合框架为原型，设计了1榀缩尺比为1:2的仿古建筑钢-混凝土组合框架，并对其进行拟动力试验。分别输入El Centro波、Taft波、兰州波，地震峰值加速度依次为35gal (7度多遇地震)、100gal (7度设防地震)、220gal (7度罕遇地震)和400gal，实测了试件的加速度时程曲线、基底剪力-位移滞回曲线、耗能能力和变形性能。研究结果表明：仿古建筑钢-混凝土组合框架具有较好的塑性变形性能，结构的自振频率和动力放大系数随地震加速度的增大而降低。当峰值加速度为400gal时，试件刚度较35gal时减小66%。试件的耗能能力随地震加速度的增加而增大，且在各地震波作用下其变化幅度不同，El Centro波作用下最大，兰州波作用下最小。整个结构可满足7度抗震设防要求，具有良好的抗震性能。

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多轴振动与冲击复合环境试验技术研究

邹学利、李宏民、王海燕

振动与冲击. 2019, 38(3): 237-243.

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目的研究多轴振动与冲击的多力学复合环境试验技术。方法通过对试验系统的搭建、试验控制方案以及振动与冲击信号的解耦等方面进行深入的研究，提出了信号分离技术，并设计了信号分离器，将信号分离器作为闭环控制的一个重要环节，可以实现振动与冲击信号的解耦。结果信号分离器的分离精度达到了预期效果，实现了振动与冲击的实时解耦和实时控制，提高了冲击试验的控制精度。结论通过试验验证，本文采取的方法是可行的，具有实际应用价值。

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曲线轨道参数对钢轨振动衰减率的影响研究

刘卫丰，杜林林，刘维宁

振动与冲击. 2019, 38(3): 244-251.

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建立曲线轨道解析模型，研究扣件刚度、扣件阻尼、扣件间距以及曲线轨道半径对钢轨振动衰减率的影响规律。轨道模型考虑为具有周期性离散支承的曲线Timoshenko梁，在频域内，将曲线钢轨的位移及转角表达为轨道模态的叠加，进而求解固定谐振荷载作用下曲线轨道的平面内和平面外动力响应。由于此轨道模型为无限周期性结构，将周期性结构理论应用于轨道模型的运动方程，可以在一个基本元内高效地求解轨道的动力响应。利用此模型计算固定谐振荷载作用下曲线钢轨的速度频响函数，据此计算钢轨的振动衰减率。经计算分析可知：在2000Hz以内，扣件刚度对钢轨振动衰减率有一定的影响，随着扣件刚度的增加，钢轨振动衰减率增大；对于100Hz以上频段，扣件阻尼对钢轨振动衰减率有非常显著的影响，增加扣件阻尼可以显著提高钢轨振动衰减率；如果考虑全频段的钢轨振动衰减率，0.6m扣件间距要优于0.4m和0.8m扣件间距；对于铁路轨道或城市轨道交通的轨道，曲线轨道半径变化对钢轨振动衰减率没有影响。

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激波管管长对阶跃压力波形的影响分析

杨军 1,2,薛斌 1

振动与冲击. 2019, 38(3): 252-257.

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激波管作为动态压力校准装置，其产生的阶跃压力幅值大小，以及平台时间是对阶跃压力进行测量校准的重要指标。本文基于理想情况下，选择管腔内气体介质为空气，通过理论分析得到了使得阶跃平台时间最长的高低压腔长度比优化设计方案。在考虑由实际激波管管腔内的粘性所导致的激波衰减情况时，通过仿真方式对理论结果进行误差分析，得到理想情况下与实际的偏差度。结果表明，在有粘情况下压力幅值随距离增加而逐渐减小，同时入射激波的马赫数在底端面附近呈线性衰减，衰减系数随马赫数增加而增大，而在入射激波马赫数相同时，低压腔越长，底端面附近位置处的衰减系数越小。同时利用仿真结论对实验测量计算马赫数结果进行修正，减小底端面位置处的真实值与实验计算值之间的误差。

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变刚度Winkler地基上受压非均质矩形板的自由振动与屈曲特性

滕兆春1，衡亚洲2，崔盼1，刘露1

振动与冲击. 2019, 38(3): 258-266.

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基于经典薄板理论，利用Hamilton原理建立变刚度Winkler地基上受压非均质矩形板自由振动与屈曲问题的控制微分方程并进行无量纲化。通过一种半解析方法微分变换法（DTM）研究其无量纲固有频率和屈曲临界载荷特性。首先采用DTM将其无量纲控制微分方程及边界条件变换为等价的代数方程，得到含有频率和屈曲载荷的特征方程。再将该问题退化为面内变刚度矩形板情形，其DTM解与精确解进行对比，结果表明DTM具有非常高的精度和很强的适用性。最后计算出在不同边界条件下屈曲临界载荷并分析地基刚度变化参数、弹性模量变化参数、密度变化参数、面内载荷和长宽比对矩形板无量纲固有频率的影响，给出了不同边界条件下变刚度Winkler地基上受压非均质矩形板的前三阶振型。

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相容拉格朗日-欧拉法求解粘性流体中弹性圆柱壳的振动

郝亚娟，郭茜茜，陈佳慧

振动与冲击. 2019, 38(3): 267-270.

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采用相容拉格朗日-欧拉法，研究圆柱壳表面不间断振动时粘性流体的速度以及壳体的推进速度。根据粘性流体分子的粘附条件简化接触面条件，变形后的变量通过变形前各量的泰勒级数展开式近似表示。假设雷诺数Re < 0.1，纳维-斯托克斯方程采用斯托克斯近似，考虑弹性圆柱壳表面发生横向振动与纵向振动。结果表明，弹性圆柱壳半径增大时，流体的速度趋近于薄板振动时的结果，纯横向振动时壳的位移方向与波的方向相反，纯纵向振动时二者方向相同，两种形式的振动均有，则方向可能相同，也可能相反。

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补片参数对胶接修理碳纤维层合板抗冲击损伤性能的影响

周喜辉，铁瑛，李成，侯玉亮

振动与冲击. 2019, 38(3): 271-278.

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为了研究补片修补参数对碳纤维层合板抗冲击损伤性能的影响，基于瞬态冲击连续损伤力学和内聚力模型，对不同胶接补片参数的碳纤维层合板在低速冲击过程中，内部和层间损伤演变情况进行了研究，并进行了低速冲击试验的对比分析。5种不同形状的补片被选定用于评价修补效果：圆形补片、正四边形补片、菱形补片、正六边形补片以及正八边形补片，同时，考虑补片面积对修补效果的影响，通过试验与数值计算，获得了冲击过程的冲击力、冲击能量等数据。研究结果表明，同面积不同形状补片中，圆形补片的修补效果是最好的；在一定范围内增加补片大小可以增强修补效果，但是当补片的面积达到一定程度时，修补效果不再有明显的改善。

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2019年, 第38卷, 第3期　
刊出日期：2019-01-28

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