振动与冲击

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王鑫鑫闫晓强

振动与冲击. 2019, 38(5): 1-6.

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轧机振动是一种机电液界耦合的“幽灵”式振动，而目前现场针对轧机振动的抑振手段是以调节轧机参数为主的抑振方法，鉴于此，本文提出一种轧机振动抑振方法。首先利用扩张状态观测器估计轧机振动外扰和系统不确定参数并将其视为总和扰动；然后将总和扰动转化为伺服阀的等效输入，最后将等效输入实时地补偿到伺服阀控制信号中以达到抑振目的。此抑振器可以作为模块化嵌入到原控制系统中，仿真结果表明，该抑振器针对三种经常出现的轧机振动现象均有良好的抑振效果。

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一种弹芯用聚碳酸酯的动态力学性能研究及本构关系

王江波1，高光发1，杜忠华1，徐立志1，刘鹍2, 朴春华3

振动与冲击. 2019, 38(5): 7-12.

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为了研究一种弹芯用聚碳酸酯材料在冲击作用下的动态力学响应，利用材料试验机和SHPB装置对该材料在不同应变率条件下动静态压缩性能进行测试分析，获得了该聚碳酸酯材料不同应变率下的应力应变曲线，试验结果表明：聚碳酸酯材料的压缩过程呈现明显的粘弹性现象，其动静态屈服强度和模量随着应变率的增加而变大，塑性阶段表现为应变软化与应变硬化相互作用的结果，且不同应变率下塑性阶段的应力应变曲线切向模量近似相等；基于试验结果建立了描述聚碳酸酯材料大变形力学行为的粘弹塑性本构模型，并得到了该材料的本构方程。对比分析显示，该模型可以较准确地描述聚碳酸酯材料动静态压缩行为。

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井底岩石的共振响应分析及数值模拟研究

宋恒宇,李根生,史怀忠,黄中伟,宋先知,杨睿月

振动与冲击. 2019, 38(5): 13-20.

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共振钻井是一种新型的钻井提速技术，在钻井过程中，为了达到最优的破岩效果，需要使振动频率与不同状态下岩石的共振频率相匹配，因此研究岩石在井底围压及约束状态下的共振响应特性十分必要。该论文考虑到井底岩石的内部孔隙结构,以及岩石受到的井底围压作用，通过理论分析和数值模拟，获得不同约束下、不同孔隙分布下，岩石的位移响应振幅与冲击力频率的关系，进而得到岩石的共振频率。在本文模拟条件下，岩石的共振频率不随围压变化，但围压下的共振频率略高于自由状态下的共振频率；当岩石受到径向位移约束时，共振频率变大，且共振频率随岩石泊松比的增大而增大；当岩石内部孔隙沿冲击方向分布均匀时，其共振频率与孔隙度无关；当岩石内部孔隙沿冲击方向分布不均匀时，其共振频率与孔隙分布的不均匀程度相关，不均匀程度越高，共振频率越低。本文为分析岩石在井底状态下的共振响应特性提供了初步的理论基础，也为共振钻井技术的参数选择提供了依据。

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周期时变转子系统参数识别技术研究

王志1，2，王建军1，刘玉1

振动与冲击. 2019, 38(5): 21-27.

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针对周期时变转子振动系统，提出了基于方波脉冲函数展开的参数识别方法。首先将振动系统状态空间方程用方波脉冲级数展开，然后利用方波脉冲函数具有脱关性及正交性等性质，并根据矩阵分块与谱分解理论，推导出周期时变系统参数识别递推公式。通过对二自由度刚度周期时变系统仿真模型和实际非对称转子系统进行结构参数识别，结果表明，在合适计算步长下刚度值识别准确，平均绝对百分误差分别小于0.5%与1%，验证了该方法的正确性和有效性，有较大的工程应用价值。

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地表爆炸荷载作用下大型输水箱涵的毁伤评估及防护效应分析

杨广栋1,2，王高辉1,2，卢文波1,2，赵小华1,2，严鹏1,2，陈明1,2

振动与冲击. 2019, 38(5): 28-37.

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随着我国跨区域调水工程的增多，箱涵结构的抗爆问题越来越受到重视。考虑爆炸荷载作用下混凝土的应变率效应、流体与固体间的耦合以及结构的非线性动态响应等复杂问题，基于Lagrangian-Eulerian耦合方法建了地表爆炸荷载作用下钢筋混凝土输水箱涵的全耦合模型。通过与已有的经验公式和现场爆炸试验进行对比，分别验证了土体地表爆炸模型和爆炸荷载作用下钢筋混凝土模型的可靠性；对比研究了有水和无水两种工况下箱涵的动力响应及毁伤发展过程，并分析了地表爆炸荷载作用下冲击波的传播特性；同时采用聚苯乙烯泡沫作为箱涵的防护材料，探讨了其对钢筋混凝土输水箱涵抗爆性能的影响。结果表明：突发地表爆炸荷载将对输水箱涵结构的安全性构成巨大的威胁；而在箱涵顶部铺设聚苯乙烯泡沫可以有效地提高其抗爆性能。

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振动条件下楔形垫圈的防松性能研究

刘检华，巩浩，丁晓宇

振动与冲击. 2019, 38(5): 38-44.

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螺纹松动是影响机械产品可靠性和安全性的重要因素之一，楔形垫圈是一种特殊结构的防松产品，越来越得到工业界的重视，但是其防松机理没有完全得到揭示。本文采用有限元仿真与试验分析相结合方法，评估了振动条件下楔形垫圈的防松性能，从正负反馈调节的角度分析了楔形垫圈的防松机理，并系统研究了楔形角、垫圈外径、摩擦系数和材料特性对楔形垫圈防松性能的影响规律。研究结果表明：楔形垫圈在振动条件下具有良好的防松性能，这主要因为楔形垫圈的使用导致螺纹松动时预紧力增加，螺纹面滑移面积减少、松动减弱，这是一个负反馈调节的过程，最终导致螺纹松动停止、预紧力不变；同时楔形角、垫圈外径和材料刚度越大，楔形垫圈的防松性能越好；另外上下放射状齿形表面的摩擦系数也是影响楔形垫圈防松性能的重要因素，为了保证楔形垫圈的防松性能，上下放射状齿形表面的摩擦系数要比上下垫圈摩擦系数大0.06以上。最后进行了横向振动试验，验证了本文仿真结果的可靠性。

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基于平移不变CNN的机械故障诊断研究

朱会杰1,2,3,王新晴4,芮挺4,张欲保2,李艳峰5

振动与冲击. 2019, 38(5): 45-52.

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常规机械故障诊断方法需要信号预处理、特征提取、特征选择、模式识别等多个步骤，过程复杂，通用性差。卷积神经网络（convolutional neural network, CNN）是一种自学习性能好、抗干扰能力强的深度神经网络。为了简化步骤、提高效率，本文将CNN引入到机械故障诊断，直接使用传感器测得的原始数据进行故障识别。由于机械振动信号的特征具有典型的时移性，CNN需要大量数据才能自我学习到这种特性。结合故障信号的冲击特点和CNN的不足，提出了权值求和和大尺度最大值池化策略，有效解决了特征的平移不变性，增强了小样本时的泛化能力。通过对单点和多点故障的轴承进行诊断，验证了平移不变CNN的有效性。与常规故障诊断方法和其他机器学习算法对比显示，平移不变CNN不仅准确率高，而且使用简单，为故障诊断提供了一种新的途径。

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圆弧兜孔圆柱滚子轴承的动态不稳定规律特性研究

刘延斌 1,2，邱明 1，张占立 1,2

振动与冲击. 2019, 38(5): 53-59.

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以具有圆弧兜孔保持架的圆柱滚子轴承为对象，研究其高速轻载工况下滚子打滑和保持架涡动规律。利用牛顿-欧拉动力学及接触力学理论，建立了轴承的动力学模型，考虑滚子直径的加工误差，利用龙格库塔法对轴承进行了动力学数值仿真，分析了兜孔的弧面偏置角、弧面半径对滚子打滑和保持架涡动的影响规律，结果表明，高速轻载工况下兜孔的弧面偏置角、弧面半径对滚子打滑和保持架涡动的影响显著，当弧面偏置角为锐角且弧面半径显著大于滚子半径时，可有效抑制滚子打滑和保持架涡动。

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轮船-桥墩碰撞简化荷载模型

宋彦臣1 王君杰1 尹海蛟2 刘慧杰1

振动与冲击. 2019, 38(5): 60-70.

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目前各国桥梁设计规范普遍将船舶撞击力处理为等效静力，忽略了冲击荷载引起的结构动力效应，为建立更加合理的实用荷载模型，本文建立了5艘轮船的有限元模型，采用正撞刚性墙模型，通过数值仿真获得了45条不同撞击速度下的撞击力时程样本。提出采用修正半波正弦函数近似描述撞击力样本过程，通过数理统计确定了模型的实用参数。最后，以一座连续梁桥为例进行了接触碰撞反应分析与撞击力时程反应分析，并将修正半波正弦荷载模型的响应求解误差分为3类，分别讨论了3种误差对结构响应误差的贡献大小。算例分析结果表明，本文建立的轮船修正半波正弦荷载模型具有良好的求解精度，具有很好的工程实用价值。

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基底悬摆隔震结构振动台试验研究

鲁亮胡宇飞张会会罗检文何燕青

振动与冲击. 2019, 38(5): 71-79.

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基底悬摆隔震（Base-suspended Pendulum Isolation, BSPI）结构通过设置在基底处的吊杆来悬挂整体结构，隔离地震作用，减小结构地震响应。为了解BSPI结构的抗震性能，设计和制作了等效BSPI结构模型，分别进行了水平单向和三维的振动台试验。试验设计内容包括等效结构试验模型、减震弹簧及耗能阻尼器的参数、试验工况、测点布置以及地震波选取。试验结果表明，BSPI结构在设防地震和罕遇地震下具有良好的隔震效果，阻尼器对结构位移和加速度响应控制效果明显，同时布置的竖向隔震措施对水平向地震响应影响较小。最后，采用有限元软件对BSPI结构进行地震响应数值模拟，模拟结果与试验结果吻合很好。

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考虑弹流润滑影响的表面局部缺陷中介轴承动力学建模

田晶1,艾延廷2,赵明1,孙丹2,张凤玲2

振动与冲击. 2019, 38(5): 80-85.

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航空发动机中介轴承位于发动机高、低压转子之间，其内、外环随高、低压转子同向或反向旋转，相对转速高和润滑条件恶劣造成中介轴承故障频发。针对表面局部缺陷中介轴承的振动故障诊断，本文考虑弹流润滑影响和时变位移激励，提出了一种带局部缺陷的中介轴承动力学建模方法。采用双转子实验台开展中介轴承外圈故障模拟实验，采集振动信号并进行分析。对比动力学模型数值模拟结果和故障轴承实验结果，验证了所建动力学模型的准确性。基于所建立动力学模型对有、无润滑的中介轴承在不同缺陷尺寸条件下的振动响应进行数值模拟。研究结果表明：该模型能够准确模拟中介轴承在不同状态、不同缺陷尺寸下的振动响应变化规律，可用于中介轴承故障机理分析。

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三轴向冲击载荷作用下RDX基PBX炸药损伤模式与表征

蔡宣明1，张伟2，高玉波1，范志强1

振动与冲击. 2019, 38(5): 86-91.

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导弹战斗部在攻击地下目标高速侵彻过程时常因损伤而发生提前起爆，极大削弱了对攻击目标的毁伤作用，甚至影响整个战略局势，针对这一急迫需要解决的问题，进而对导弹战斗部中的RDX基PBX炸药在高g值加载方式下的损伤特性进行研究。基于一级轻气炮对PBX炸药试件在三轴向冲击加载方式下的损伤特性进行了一系列的实验研究，结合数值模拟、Griffith晶体颗粒细观裂纹断裂强度和扫描电子显微镜（SEM），对PBX炸药试件损伤模式进行研究和表征，并探索实验后的试件密度与冲击载荷之间的量化关系。结果表明，晶体颗粒表面与粘结剂之间的剪切强度约为0.6Mpa，因此，在较小冲击载荷作用下就已发生剪切脱粘现象，随着三轴向冲击载荷压力的增大，逐渐出现晶体颗粒孪晶带，颗粒破碎和融化细观损伤模式；实验后的试件密度与冲击载荷压力之间修正的玻尔兹曼关系与实验结果基本相符；Griffith晶体颗粒细观裂纹断裂强度预测结果与SEM测试分析结果基本吻合，可为该PBX炸药细观损伤机理研究提供重要依据。

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高烈度地震区隧道洞口段刚柔相济抗减震模型试验研究

崔光耀1，纪磊1，王明年2,3，朱长安4

振动与冲击. 2019, 38(5): 92-97.

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为研究高烈度地震区隧道洞口段刚柔相济抗减震技术，依托白云顶隧道进口段，开展了大型振动台模型试验，通过对试验数据的分析，主要研究了地震动峰值加速度、纵向应变、接触应力及结构内力。试验结果表明：仅采取结构加强措施，隧道洞口段全段结构安全系数最小值增长百分比在30%～65%之间；仅施设减震缝，隧道洞口段全段结构安全系数最小值增长百分比在40%～55%之间，减震缝在消减强制位移方面有明显作用，减震效果明显；采取刚柔相济抗减震措施，隧道洞口段全段结构安全系数最小值增长百分比在85%～145%之间，其在抵抗地震震动、消减强制位移方面作用显著，减震效果最佳。研究成果可为高烈度地震区交通隧道抗震性能的提高提供借鉴。

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带弹性膜的部分充液罐车罐体内液体横向晃动的瞬态响应分析

王琼瑶，Subhash Rakheja，上官文斌

振动与冲击. 2019, 38(5): 98-105.

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针对部分充液罐车转向过程中罐体内液体的晃动问题，提出了一种新型抑制液体晃动的阻尼装置：弹性膜。建立了相应的罐体内带弹性膜的流体-弹性膜耦合动力学模型，并通过实验验证了模型的有效性。通过计算仿真方法研究了弹性膜及其预应力的大小对液体瞬态时的晃动力和载荷转移量的影响。研究结果表明：弹性膜能限制液体的晃动幅值，从而减小液体晃动时对罐体壁面产生的侧倾力矩；弹性膜增大了液体横向晃动的固有频率，使液体横向晃动的固有频率远离了液罐车的紧急转向频率，从而避免了液罐车紧急转向时共振现象的发生。

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基于复合耗能假设的粘弹夹芯梁振动的有限元分析

黄志诚1,刘莉娅1,吴南星1,王兴国1,褚福磊2

振动与冲击. 2019, 38(5): 106-115.

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建立了一种新的有限元模型用于研究粘弹夹芯梁的振动和阻尼特性。该模型同时考虑了粘弹性层的剪切和压缩阻尼。建模时将约束层和基梁层视作欧拉-伯努利（Euler-Bernoulli）梁，假定中间粘弹性层同时承受纵向剪切和横向压缩变形以耗散振动能量。应用该模型研究了不同边界条件和几何参数的粘弹夹芯梁结构的振动和阻尼特性。通过与精确解析法及其它常用数值法的对比，结果证明该模型具有良好的精度和适用性，在对夹芯梁结构固有频率和损耗因子的预测中，其精度要高于常规的几种数值模型。最后通过实验结果进一步地验证了该有限元模型的正确性。

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岸桥刚度畸变相似模型振动台地震模拟试验研究

李哲1 王贡献2

振动与冲击. 2019, 38(5): 116-123.

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动力学模型试验是研究岸桥地震破坏机制的重要手段之一。针对由岸桥不完全相似模型（即畸变模型）试验结果来预测原型动力学特性的问题，基于振动台性能参数及模型加工约束提出了弯曲刚度畸变模型试验，并采用预测系数法对试验数据进行修正。设计制作了3套刚度产生不同倍率畸变的1:20岸桥试验模型，分别进行了振动台地震模拟试验，测试了模型结构在不同地震作用下的动力响应。同时，采用ABAQUS软件建立岸桥原型有限元模型并进行地震时程计算，将计算值与试验数据进行对比，结果显示:经过预测系数修正后的试验数据与有限元计算结果吻合较好，刚度畸变模型是可以对岸桥原型的地震响应进行准确预测的。

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冲击载荷下周期性层状管结构中应力波衰减特性研究

李应刚1, 2，周雷2，朱凌2，郭开岭2

振动与冲击. 2019, 38(5): 124-127.

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本文利用分离式霍普金森压杆试验装置（SHPB）开展了周期性层状管结构的动态冲击试验，结合有限元数值仿真研究了冲击载荷作用下周期性层状管结构中瞬态应力波传播与衰减特性。基于固体晶格能带理论，研究了周期性层状管结构的带隙特性，阐明了能带结构与应力波频谱衰减区域的对应关系，分析了层状管的材料和结构参数对带隙的影响。研究结果表明，周期性层状管结构具有良好的冲击应力波衰减特性和抗冲击性能，其应力波衰减特性主要由其带隙引起，层状管的材料和结构参数对带隙的频率范围和宽度具有有效的调节作用。本文的研究工作可以为工程抗爆抗冲击提供新思路。

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疏水硅胶颗粒的吸能机理研究

赵鹏1，余慕春2，陈前1

振动与冲击. 2019, 38(5): 128-134.

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疏水硅胶是一种由水和布满微孔的疏水硅胶颗粒组成的缓冲介质，将疏水硅胶密封在可压缩的液压缸内即可形成疏水硅胶缓冲器。在冲击过程中利用水分子侵入和逸出疏水微孔，可以实现能量的存储、转化和消耗。基于Laplace-Washburn方程和接触角迟滞模型，研究水分子侵入和逸出疏水微孔的过程，建立疏水硅胶的力学模型；采用准静态试验验证疏水硅胶的力学模型，并根据实测的力-位移曲线计算疏水硅胶的耗能效率。结果表明：理论与试验结果具较好的一致性；疏水硅胶在加载与卸载过程中呈现较大的迟滞现象，是一种理想的吸能材料；若设计得当，疏水硅胶具有优异的缓冲性能。

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一种改进的有限频域状态反馈H∞控制方法研究

王兴野，张进秋，刘义乐，毕占东，李国强

振动与冲击. 2019, 38(5): 135-141.

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以广义KYP引理为基础，提出并理论推导了一种改进的有限频域状态反馈H∞控制方法，控制所需参数更少。以某四分之一主动悬架系统为研究对象，以提高人体最为敏感的4~8Hz频域范围内的振动控制效果为目标，应用该方法为其设计了有限频域状态反馈H∞控制器。最后，通过随机激励仿真对控制器的控制效果进行了验证。仿真结果表明：与被动无控制状态相比，全频域和有限频域状态反馈H∞控制下车体加速度均方根值分别降低了28.16%和65.23%，对数据的频域分析表明，改进的有限频域状态反馈H∞控制器能够在满足控制约束的条件下更好的抑制4~8Hz频域范围内的振动。

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中间约束轴向运动梁横向非线性振动

赵小颖1, 李彪2, 丁虎1, 陈立群1,3

振动与冲击. 2019, 38(5): 142-145.

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聚焦于中间弹性约束对轴向运动梁横向非线性振动的影响。应用哈密顿原理，建立带有中间弹簧支撑的轴向运动梁的动力学控制方程。通过Galerkin截断方法数值计算了简支边界梯型截面轴向运动梁的固有频率，并数值计算得到梁的稳态响应。着重讨论了中间约束弹簧的刚度、系统的轴向运动速度、不同Galerkin截断阶数对系统固有频率、非线性受迫振动稳态响应的影响。研究发现，中间约束弹簧显著改变轴向运动梁的横向振动特性，而且轴向运动的速度能够改变中间弹簧对系统横向振动的影响。

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翻转动能对基础隔震剪力墙结构高宽比限值的影响分析

赖正聪1,2,潘文1,2，白羽1,2，叶燎原2,3

振动与冲击. 2019, 38(5): 146-154.

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针对上部结构整体刚度较大的基础隔震剪力墙结构体系，通过将上部剪力墙结构简化为刚体得到能够考虑结构翻转动能的两自由度基础隔震简化模型，并以此为分析对象，建立体系振动微分方程。采用复模态方法进行解耦变换，分析结构平动及隔震层翻转角位移的频响特性。在此基础上提出了考虑上部结构翻转动能影响动力倾覆分析方法，并推导了高宽比限值的动力法计算公式。通过对比分析动力法及等效静力计算结果，得出以下结论：上部结构翻转动能对基础隔震高层剪力墙结构以支座不受拉为控制条件的高宽比限值的影响不容忽视；所提出的动力倾覆分析法较仅考虑平动动能的等效静力法更为准确，且更偏于安全；等效静力法相对于动力法计算结果的偏差随着地震烈度、隔震结构周期、场地卓越周期的增大而减小，随隔震层水平等效阻尼比的增大而增大；在其他设计条件不变的情况下，减轻上部结构质量、增大隔震支座总竖向刚度，对基础隔震剪力墙结构高宽比限值的提高是有利的；分析基础隔震剪力墙结构高宽比限值时，应当充分考虑场地条件、地震分组、结构周期、阻尼比等因素的影响。

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基于Lorenz混沌同步系统的未知频率微弱信号检测

李国正，谭南林，苏树强，张驰

振动与冲击. 2019, 38(5): 155-161.

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针对现有混沌类检测方法存在的不足，提出一种基于混沌同步系统测量强噪声背景下微弱信号频率值的新方法。该方法利用Lorenz混沌系统自身的初值敏感性、噪声免疫性和混沌系统的可同步性，采用驱动-响应法构建同步检测系统对微弱信号进行降噪处理，再结合多信号分类算法处理所得到的同步误差信号，最终实现微弱信号的频率测量。该方法有效解决了单Duffing振子参数设定复杂、运行状态转换时间长和状态判定困难的问题，也无需采用复杂的混沌系统阵列结构求解待测信号的频率值。仿真和实验结果表明新方法能够准确检测出微弱信号的频率，进一步完善了现有混沌类检测方法，为其应用于实际工程提供了新的思路。

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旋转叶片-柔性机匣碰摩振动响应分析

郭旭民1，孙祺1，马辉1,2,3，孙帆1

振动与冲击. 2019, 38(5): 162-168.

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以旋转叶片-柔性机匣为研究对象，基于ANSYS分析软件，考虑叶片旋转导致的离心刚化，旋转软化和科氏力效应，分别采用悬臂梁和圆柱壳来模拟叶片和柔性机匣，分析了碰摩导致的机匣及叶片振动，并与将机匣简化为集中质量点模型进行了对比。研究结果表明，考虑机匣柔性时能观察到由碰摩诱发的机匣节径振动，并且碰摩力和叶片振动响应相对于集中质量点模型均呈现出降低趋势。

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长杆弹机械式脱壳技术研究

张汉武，李干，王明洋

振动与冲击. 2019, 38(5): 169-172.

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为实现二级轻气炮发射长杆弹的弹托分离、充分发挥二级轻气炮的发射性能，提出了一种机械式脱壳系统设计。在二级轻气炮上应用该技术进行了脱壳试验，利用AUTODYN软件对该系统的工作过程进行了数值模拟，通过与试验结果比较，证明了数值模拟的准确性，最后通过数值模拟对不同速度条件下脱壳系统的工作性能进行了研究。结果表明：该脱壳技系统设计合理，在500-1750m/s速度范围内，均可实现对长杆弹的弹托分离，且效果理想；当发射速度低于1500m/s时，脱壳器损伤较小，可重复使用。

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基于J-C模型的45钢本构参数识别及验证

魏刚 1，张伟 2，邓云飞 1

振动与冲击. 2019, 38(5): 173-178.

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使用万能材料试验机、霍普金森拉杆（SHTB）和Taylor撞击试验研究了调质处理的45钢在常温~1000 ℃、应变率10-4~103/s下的力学行为。拟合试验数据，结合Taylor撞击试验反算，得到了J-C本构相关参数和C-L断裂准则的模型参数。通过对高速下Taylor撞击试验中弹体变形和断裂的数值仿真与试验结果的比较，验证了模型及参数对预测调质处理的45钢动态大变形和断裂的有效性。

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超大型冷却塔施工全过程风振响应及风振系数演化规律研究

朱鹏1,2 柯世堂1

振动与冲击. 2019, 38(5): 179-189.

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现有冷却塔规范仅给出了成塔单一风振系数取值，完全忽略了施工过程中混凝土材料和结构性能的实时演化。以国内某在建210m世界最高超大型冷却塔为对象，综合考虑工程进度与计算精度建立八个冷却塔施工全过程三维实体模型，基于大涡模拟（LES）技术获得了施工全过程冷却塔三维气动力时程，将成塔表面风压与规范及国内外现有实测曲线对比验证了数值模拟的有效性。在此基础上，采用完全瞬态时域方法对比分析了冷却塔施工全过程塔顶位移、子午向轴力及环向弯矩等典型响应风振实时变化特性，并基于三种典型目标和五种取值方法系统探讨了超大型冷却塔施工全过程风振系数沿高度和环向角度的演化规律，最终首次拟合给出了超大型冷却塔施工全过程随高度变化的风振系数计算公式。研究结论可为进一步理解施工全过程冷却塔风振响应的演化规律和风振系数差异化取值提供科学参考。

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基于基本尺度熵与GG模糊聚类的轴承性能退化状态识别

王冰1，胡雄1, 李洪儒2, 孙德建1

振动与冲击. 2019, 38(5): 190-197.

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针对轴承性能退化状态的识别问题，提出一种基于基本尺度熵与GG聚类的退化状态识别方法。首先分析轴承性能退化过程中的基本尺度熵演化规律，并分析该参数的单调性与敏感性。考虑到轴承退化状态在时间尺度的连续性，构建基本尺度熵、有效值以及退化时间的三维退化特征向量，并采用GG模糊聚类方法对轴承性能退化状态的不同阶段进行划分，实现对性能退化状态的识别。采用来自IEEE PHM 2012的轴承全寿命试验数据进行实例分析，并与FCM、GK算法进行对比，结果表明本文所提出的方法聚类效果更优，同一退化状态内的时间聚集度更高，能够为轴承性能退化状态的识别提供一种有效的途径。

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一种基于变恢复系数的接触碰撞力模型

王旭鹏1, 张艳1, 吉晓民1, 马尚君2, 佟瑞庭2

振动与冲击. 2019, 38(5): 198-202.

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为了有效描述机械系统中的接触-碰撞现象，本文在考虑材料屈服强度和初始碰撞速度的基础上，提出一种变恢复系数模型，进而建立了一种改进的、变恢复系数的接触-碰撞模型；随后，分别以轴-轴承、球-球以及平面曲柄滑块机构为例，通过大量数值模拟和实验测试，以及二者间的对比分析，对改进模型的有效性、准确性进行了验证。研究结果表明，改进的模型能够更加准确的描述间隙铰链处的接触碰撞效应,以及间隙铰链对机械系统动态特性的影响规律。

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水下航行体微气泡减阻特性试验研究

宋武超王聪魏英杰路丽睿

振动与冲击. 2019, 38(5): 203-208.

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为研究微气泡对水下航行体减阻影响规律，分析微气泡流形态变化特性，本文基于高速摄像系统和测力系统，开展水下航行体微气泡减阻特性试验研究。基于高速摄像系统，对比分析了微气泡流形态变化特性及微气泡尺寸分布特征；基于测力系统，分析了微气泡减阻特性变化规律及微气泡尺寸对减阻效率的影响。试验结果表明：通气环和通气段模型在不同通气率下微气泡流形态的最主要差别在于是否存在“卷起”和空穴现象，且微气泡流形态的不同对微气泡的减阻规律产生直接影响；不同条件下，微气泡尺寸分布均服从正态分布，且相同来流速度下，微气泡直径随着微孔介质孔隙的增加而增大；随着通气量的增加，通气环模型减阻率依次呈现缓慢增加、快速增加和逐渐稳定三个阶段，通气段模型减阻率则始终保持以一个较为稳定的增长率线性增加，直到最后逐渐稳定；尺寸较小的微气泡具有更高的减阻效率。

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高速铁路简支箱梁桥准静态变形对车桥动力响应的影响研究

周爽1，张楠1，夏禾1，张允士1，蔡超勋2

振动与冲击. 2019, 38(5): 209-215.

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针对高速列车运营阶段简支箱梁桥准静态变形对轨道平顺性的影响而引起的行车安全性问题进行了分析研究。首先建立了车辆-桥梁耦合动力相互作用模型，分析了桥梁准静态变形对轨道不平顺的影响，然后以轨道不平顺作为外部激励，分析了高速铁路简支梁桥在多因素作用影响下的准静态变形对车桥动力响应的影响。分析结果表明：梁体准静态变形对桥梁的动力响应影响很小；梁体徐变上拱对车辆竖向的动力响应影响较大，温度旁弯及墩顶横向变位对车辆横向的动力响应较大；梁体徐变上拱、温度效应引起的梁体旁弯幅值达到20mm及墩顶变位幅值达到50mm时，桥梁及列车各动力学参数均在行车安全范围内。

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基于信息融合及堆栈降噪自编码的齿轮故障诊断

李松柏，康子剑，陶洁

振动与冲击. 2019, 38(5): 216-221.

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针对传统分类器在齿轮故障诊断时易受噪声干扰，以及单传感器可靠性和容错性不佳的问题，提出了基于信息融合及堆栈降噪自编码（SDAE）的齿轮故障诊断方法。该方法提取多传感器振动时域信号进行数据级融合；利用SDAE进行逐层特征提取；通过有标签数据对网络进行整体微调，建立齿轮状态监测模型。对不同故障齿轮进行故障诊断，对比SDAE、支持向量机（SVM）、神经网络（BPNN）的诊断准确性和鲁棒性。实验结果表明：基于信息融合的SDAE的齿轮故障诊断率达到95.17%，高于单一信号分类器的准确率，鲁棒性优于对比方法。

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基于结构动力学修改技术的传递路径分析方法

徐铁 1,王增伟 2，3，廖毅 1,陈丹华 1,覃智威 2，3，朱平 2，3

振动与冲击. 2019, 38(5): 222-228.

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针对传统传递路径分析（TPA）方法的局限性，提出一种基于结构动力学修改技术的传递路径分析方法。该方法通过系统频响函数预测被动部件频响函数，结合工况数据识别耦合力，实现路径贡献量分析。采用数值案例对该方法进行演示，验证其理论的正确性。针对轿车车身振动问题进行应用研究，选取发动机悬置安装点加速度和车内底板处加速度作为振动传递分析的研究对象。结果表明，该方法预测的被动部件频响函数与试验测试值吻合，可以在不拆分系统的情况下得到与传统TPA精度相仿的分析结果，验证了方法的工程可行性和应用简便性，为开展轿车车身NVH性能分析提供可借鉴的新方法和途径。

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考虑热效应的滚滑并存线接触粗糙界面的摩擦能量耗散特性研究

肖会芳1,2，孙韵韵3，陈再刚2

振动与冲击. 2019, 38(5): 229-236.

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高速、重载工作条件下，机械结构滚滑并存界面的温度热效应变得显著，可导致系统的动力学特性、磨损特性和工作稳定性等发生根本性变化。本文通过建立滚滑并存线接触粗糙界面模型，基于界面的法向载荷由润滑油膜和粗糙体共同承担的载荷分配思想，采用Greenwood-Williamson统计模型描述粗糙表面形貌，考虑界面温度热效应的影响，建立了滚滑并存线接触粗糙界面的能量方程、油膜厚度方程和粗糙体接触压力方程，求解了界面温度场，获得了表面粗糙形貌、界面法向载荷和运动速度对热润滑油膜厚度参数和摩擦能量耗散量的影响特性，为机械结构的润滑状态预测和系统动态性能分析提供基础。

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二轴列车行经序列等跨桥时车辆共振响应分析

时瑾1，姚忠达2，王英杰1

振动与冲击. 2019, 38(5): 237-242.

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本研究采用解析方法推导了二轴车通过序列等跨桥梁时车辆共振机理和条件，进而运用列车与桥梁动力分析模型及数值模拟方法来验证共振条件。文中结合重载铁路实例分析，以研究车辆共振对车桥系统影响规律。由研究结果得到以下几点结论：（1）车辆出现共振现象是由车轮下规则的等跨梁重复性振频与车辆频率（车体点头或沉浮频率）一致而引起，就当前运营的重载列车而言，主共振车速常在正常运营速度之上，而次共振车速会落在列车运行速度范围之内；（2）在车辆发生沉浮和点头主共振和次共振条件下，车辆动力响应和轮轨力将会被明显地放大；（3）尽管车辆共振对桥梁动力响应的影响要比桥梁共振对车辆响应的影响要小，但对于短跨度桥梁而言，车辆共振也会显著加剧桥梁振动响应；（4）当各节车辆均同时达到共振速度时，则会出现整列车出现全体性共振现象，是值得注意之处。

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地铁隧道与人防地下室相互作用的地震反应分析

毛昆明1,赵凯2,朱利明2,左熹1,陈磊3

振动与冲击. 2019, 38(5): 243-250.

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基于Abaqus软件64CPU显式并行计算集群平台，以南京地铁4号线鼓楼站附近的地下建筑结构为背景，建立了深软地基土–地铁隧道-人防地下室耦合的三维精细化非线性地震反应分析的有限元模型，数值模拟了其在近场汶川大地震清平波、远场大地震Mexico波和100a超越概率3%的南京人工地震波作用下的地震反应。结果表明：“五心圆形”隧道拱肩及拱腰圆弧连接处附近的损伤值最大，塑性变形的产生导致结构相对位移曲线出现突变；人防地下室的顶底板、侧墙顶底部，尤其转弯处损伤程度最严重，其余部位则较为安全；人防地下室的相对位移曲线光滑，沿高度单调增加；相比隧道，虽然人防地下室局部区域的损伤值略大，但相对位移较小；人防地下室导致隧道的局部区域损伤值略有增大而相对位移大范围明显减小；隧道对人防地下室的影响无明显规律。

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基于流固耦合的管道车振动运移水力特性数值模拟与试验

张春晋1，孙西欢1,2，李永业1，张学琴3

振动与冲击. 2019, 38(5): 251-258.

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鉴于传统运输方式在环境污染与能源危机方面存在的问题，本文提出了一种新型节能环保的运输方式—筒装料管道水力输送技术。为了进一步分析管道车在平直管段振动运移的水力特性，本文采用ANSYS Fluent 12.0对管道车结构响应和管道内部流场进行流固耦合数值模拟，其中流场计算采用RNG k-ε紊流模型，结构响应计算采用结构动力学方程。结果表明：模拟值与试验值基本吻合，且相对误差不超过4.8%；管道车在平直管段的瞬时速度在一定范围内呈不规则振动变化，可以将管道车的振动运移视为恒定运动；管道车近壁面流场区域的沿程测压管水头呈“W”型分布规律；管道车运移时平均能耗与管道流量之间呈线性变化趋势。本文的研究对进一步准确掌握管道车在平直管段振动运移过程中轴向流速与压强的瞬态变化特性具有重要的参考价值。

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基于空间变光滑长度SPH方法研究

施文奎，沈雁鸣，陈坚强

振动与冲击. 2019, 38(5): 259-264.

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光滑粒子方法（SPH）在模拟界面变形问题方面有独特优势，但传统SPH方法大都采用区域恒定一致光滑长度算法，存在计算效率低的不足。为提高其在求解问题时的计算效率和空间分辨能力，采用粒子扩散分布模型，给每个粒子配置独立的光滑长度及质量，并使用空间变光滑长度SPH方法求解。以气泡上浮和非对称楔形体入水冲击两个算例验证了方法的有效性。结果显示，采用合理的粒子分布方式结合空间变光滑长度算法，均可获得与实验吻合很好的结果，但所需粒子数都较均匀粒子分布减少1/4，计算效率提高了25%。这表明空间变光滑长度SPH方法可以在保证计算精度的同时大幅提高计算效率，适合模拟三维多相流动、入水冲击等复杂工程问题。

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面齿轮传动啮合刚度分析与修形减振优化

付学中1，方宗德1，贾超1，彭先龙2

振动与冲击. 2019, 38(5): 265-272.

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为准确求解面齿轮传动的啮合刚度，基于齿轮的承载接触分析(LTCA)技术，综合考虑变位、小轮偏置、齿面修形以及安装误差，提出了面齿轮传动啮合刚度计算方法，并验证了本文方法的精确性。分析了负载、变位、小轮偏置和安装误差对面齿轮传动综合啮合刚度均值和波动幅值的影响，并将LTCA技术与遗传算法相结合，建立了面齿轮传动修形减振优化模型。研究结果表明：面齿轮传动综合啮合刚度幅值波动较大，存在阶跃突变现象，但波动幅值对负载、变位、小轮偏置和安装误差并不敏感，而综合啮合刚度均值受负载、小轮偏置和安装误差影响较大，且在3类安装误差中，轴夹角误差对综合啮合刚度均值影响最大；优化小轮修形参数后使综合啮合刚度的波动幅值大幅下降，从而可有效减小面齿轮传动的振动和噪声。

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刊出日期：2019-02-28

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