2019年, 第38卷, 第8期　
刊出日期：2019-04-15

  

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  基于MSST的旋转机械故障诊断研究

  黄传金1，2,陈宏3，雷文平3，李凌均3，孟雅俊1,赵静1

  振动与冲击. 2019, 38(8): 1-8.

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  在介绍多变量信号调制模型的基础上，提出了一种基于双变量同步挤压小波变换的旋转机械故障诊断新方法。该方法首先通过正交采样技术获取互相垂直通道的振动信号并将其组成一个双变量信号；然后用同步压缩小波变换分别获取每个变量的同步压缩值，并运用自适应频率拼接技术划分双变量带宽的时频域，以识别双变量中的单分量信号，确定在这些频带内存在的瞬时振幅和频率；最后，根据多通道联合瞬时频率概念融合双变量信号中每个通道的瞬时频率和瞬时幅值，得到双变量信号的时频表征。转子双稳态信号、转子松动不对中碰摩复合故障和齿轮减速箱振动信号分析结果证明了所提方法的可行性和有效性。
  
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  基于小波形函数的动态荷载识别方法

  贺文宇，汪洋，任伟新

  振动与冲击. 2019, 38(8): 9-13.

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  基于形函数和时域反卷积法的动态荷载识别方法能有效减少待求量数目和提高识别效率。为实现识别精度与效率之间的平衡，本文提出了一种基于多尺度小波形函数和时域反卷积的动态荷载识别方法。在时域内动态荷载进行离散化处理，并以小波尺度函数在时域单元内近似地逼近动态荷载，进一步组集所有时域单元小波形函数的动力响应，建立基于小波形函数的荷载-响应矩阵，识别结构动态荷载。通过提升小波尺度来提升荷载-响应矩阵尺度，提高动态荷载识别精度。采用悬臂梁和单层框架的数值算例验证了该方法的可行性。
  
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  基于弹塑性理论的落石碰撞恢复系数和峰值冲击力研究

  梅雪峰1，胡卸文1,2，罗刚1，杜映锦1，马洪生3，吴建利1

  振动与冲击. 2019, 38(8): 14-20.

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  考虑土体的弹塑性特征，利用经典接触理论，假设在法向与切向相互独立的基础上，根据入射条件，提出了一种计算切向力的新模型。推导了落石碰撞过程中的能量恢复系数和冲击力的计算公式。得到以初始入射速度和入射角为变参量下的恢复系数和冲击力的变化规律。结果表明：当入射速度相同时，恢复系数与入射角呈正相关；当冲击入射角相同时，恢复系数与速度呈负相关，而冲击力与速度呈线性正相关；落石回弹的运动状态取决于初始入射条件，通过坡面条件及入射条件对可能掉落的危岩体进行运动形态的判别；目前普遍采用的Thornton速度恢复系数偏大，会造成防护结构的失效或材料浪费。
  
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  稳定器作用下坦克行进间炮口振动特性研究

  陈宇，杨国来

  振动与冲击. 2019, 38(8): 21-27.

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  为了研究减小坦克在稳定器作用下行进间炮口振动，提高射击精度的方法和途径。本文基于PID控制，在MATLAB/Simulink环境下对坦克垂向稳定器进行模拟。基于多体系统动力学、车辆地面力学及火炮发射动力学建立了某坦克行进间多体系统动力学模型，并基于RecurDyn/Control建立坦克行进间机电耦合动力学模型，通过数值计算对坦克在稳定器作用下的行进间炮口振动特性进行分析，结果表明：在坦克行进过程中，车体振动是影响炮口高低角位移的最主要因素。坦克垂向稳定器能有效控制坦克行进间摇架处的垂向振动，但身管柔性及身管衬瓦间隙会造成炮口处高低角位移明显大于摇架处，影响垂向稳定器工作效果。通过改进垂向稳定器的控制目标为炮口处高低角位移，可有效减小炮口处高低角位移，提高稳定精度。研究可为提高坦克高机动条件下的射击精度提供一定的参考。
   
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  超深矿井提升系统两绳区圈间过渡不同步时钢丝绳张力差分析

  张骁1,2，龚宪生1,2，宁显国1,2，万园1,2

  振动与冲击. 2019, 38(8): 28-35.

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  为了对超深井提升系统在圈间过渡激励下钢丝绳的张力差进行研究。以双绳多层缠绕式提升系统为研究对象，考虑天轮和悬绳的影响，基于连续介质力学理论，应用Hamilton原理建立了变长度的双绳提升系统动力学模型，采用Galerkin方法对导出的振动偏微分方程进行离散化，并利用MATLAB编程对变系数方程组进行数值求解，分析了同一卷筒两缠绳区圈间过渡不同步所形成的圆心角差值对两钢丝绳张力差变化的影响。结果表明：两绳张力差的最大值是出现在共振区域，过渡不同步时所形成圆心角差值越大，共振时张力差越大；同时，不同速度下的共振幅值越大，同一圆心角差值下张力差也越大。为保证两绳张力差不超过初始平均张力的10%，需使两缠绳区的过渡圆心角差最大值不能超过 。
  
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  基于翼型凹变的叶片结构动力学性能优化方法研究

  马剑龙1,2，霍德豪1，李学彬1，段亚范1，吴雨晴1，汪建文1,2

  振动与冲击. 2019, 38(8): 36-41.

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  针对某分布式水平轴风力机叶片，首次提出于翼型吸力面进行基于翼型凹变的结构改良，以额定工况时不降低叶片功率输出为前提，成功地将翼型凹变应用于叶片刚度、阻尼比及频率上的有效改进。研究揭示，翼型向内侧凹变可较好地控制吸力面绕流的汇聚位置和影响范围，配合凹槽对汇聚流线流动的诱导效应，可在一定程度上减小吸力面气体流动的能量损伤，提升叶片的做功能力。此外，翼型凹变可显著将风轮1、2阶阻尼比及叶片刚度分别提高3-9%与32%，可有效将叶片最大位移及应变值，同时降低28%与19%。翼型凹变在风力机叶片设计中的成功应用，不仅为翼型族的衍生提供了新的实现方法，并且可为叶片气动性能和结构动力学性能的兼优性开发提供新的实现途径。
  
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  方形棱柱涡激压力空间相关性研究

  朱乐东1,2,3，陈修煜1,2

  振动与冲击. 2019, 38(8): 42-47.

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  涡激共振是一种具有强迫和自激双重特性的非线性自限幅风致振动现象，目前对涡激共振的研究大多局限于二维涡激力非线性特性和数学模型，对涡激力的跨向相关性研究相对较少。本文采用方形棱柱节段模型，进行固定与弹簧悬挂两种状态下测压测振风洞试验，分析了固定与涡激共振两种情况时，作用于方形棱柱截面上的涡激压力沿跨向与截面的相关性规律。研究发现：涡激共振时棱柱断面涡激压力的跨向相关性好，并随跨向间距增加而衰减，同时振幅增大明显提高涡激压力跨向相关性；静止模型的涡激压力跨向相关性要差得多，随着跨向间距的增加相关系数下降至接近于0；截面不同测点涡激压力相关性不同，差异较大。
  
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  地震作用下软弱夹层参数对岩质边坡锚固界面剪切作用影响

  李亚鹏1,2，言志信2

  振动与冲击. 2019, 38(8): 48-53.

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  利用FLAC3D软件建立了含软弱夹层的锚固岩质边坡数值模型，研究了软弱夹层参数对边坡位移响应和锚固界面剪切作用的影响，并通过正交试验对软弱夹层参数进行了敏感性分析。研究结果表明：锚固界面上的剪应力随时间呈阶梯式变化，且与地震动能量密切相关；随着软弱夹层厚度增加，边坡永久位移和峰值剪应力都增大，随着黏聚力和内摩擦角增大，二者减小，随着倾角增大，二者则先增大后减小；软弱夹层参数对界面剪应力的敏感性由大到小依次是软弱夹层倾角、黏聚力、内摩擦角和厚度。
  
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  非对称П型梁和流线型箱梁气动性能风洞试验研究

  李明 1,2，孙延国 1,2，李明水 2，周强 1,2

  振动与冲击. 2019, 38(8): 54-60.

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  为了研究非对称人行道对主梁气动性能的影响，本文利用节段模型风洞试验，分别研究了非对称П型梁和流线型箱梁在不同来流风向下的三分力系数、涡振以及颤振特性。试验结果表明：在正攻角范围内，0°来流风向下（人行道板一侧的来流方向）两种类型主梁的三分力系数均大于180°来流风向值，且非对称人行道对П型梁三分力系数的影响比流线型箱梁显著；断面的非对称性会严重影响不同来流风向下П型梁的涡振性能，包括出现涡振的风攻角、涡振响应振幅、起振风速以及锁定区间等。从空气动力学角度分析，人行道板的存在使0°风向来流提前发生分离，再附点发生改变，涡激力减弱，进而改善了主梁在该来流风向的涡振性能。0°来流风向下两种类型非对称主梁的颤振临界风速均高于180°来流风向值。颤振导数结果显示非对称人行道板和栏杆可提供一定的扭转气动正阻尼，因此0°来流风向主梁的颤振临界风速较高。
  
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  轴承支承刚度对行星轮系统动态稳定性的影响

  荀超 龙新华 华宏星

  振动与冲击. 2019, 38(8): 61-68.

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  分析了轴承支承刚度对行星轮传动机构动态稳定性的影响，建立了同时考虑各齿轮和行星架横向和扭转振动、时变啮合刚度、齿侧间隙、脱齿现象、齿廓误差和齿轮偏心误差的非线性动力学模型。提出了新的模态分类方式，该分类方式同时考虑中心轮和行星轮的振动情况。借助多尺度法，依据该模态分类，分析了轴承支承刚度对行星轮系统各模态固有频率、各模态不稳定边界、各不稳定区域内振幅的影响。分析结果与数值模拟取得了一致的结论：轴承支承刚度对行星轮系统稳定性的影响主要取决于行星轮的振动类别，各模态不稳定振动的激励条件同样依据行星轮的振动类型而不同。分析轴承支承刚度对行星轮动态稳定性的影响，可以为行星轮系统轴承的选择提供指导。
  
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  浸液轴向变速运动黏弹性板的组合参数共振

  张宇飞1,2，刘金堂2，闻邦椿1

  振动与冲击. 2019, 38(8): 69-74.

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  针对浸没于液体中的轴向运动黏弹性板，考虑其速度发生扰动变化，根据经典薄板理论以及达朗贝尔原理，得到该系统的横向振动控制微分方程。假定液体为无粘、无旋、不可压缩的理想流体，流体对板的动压力由板的附加质量来描述。然后采用多尺度法，分析系统的偏微分方程及边界条件。根据可解性条件及Routh-Hurwitz判据，确定系统和式组合共振与差式组合共振的失稳区域。最后，讨论不同参数对系统两种组合共振失稳区间的影响。
  
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  一种分析非均匀厚度1-3型压电复合材料换能器性能的方法

  孙瑛琦，曾德平，张春杨，许佳琪，张菁霓，龚洋，何倩，高雪梅，杨增涛

  振动与冲击. 2019, 38(8): 75-79.

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  非均匀厚度1-3型压电复合材料可用于制作宽带压电换能器，已广泛应用于水浸无损探伤、声波测井以及超声成像等领域。为分析该换能器的振动及其性能，本文提出了一种并联振子等效电路模型，将非均匀厚度1-3型压电复合材料换能器看成并联的谐振器阵列，采用三维厚度伸缩振动模型对单个谐振器单元进行理论分析，得出了非均匀厚度1-3型压电复合材料换能器的阻抗计算公式。为验证该模型的正确性，设计并制作了一个平凹的1-3型压电复合材料换能器，实验结果显示，并联振子等效电路模型能准确的分析非均匀厚度1-3型压电复合材料片的性能。结果表明，非均匀厚度换能器带宽的主要是由压电片的厚度差异决定，研究结果可为非均匀厚度宽带换能器的设计提供参考。
  
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  穿越不良地质段山岭隧道动力模型箱设计及其试验验证

  赵建沣，高波，范凯祥，周鹏发，申玉生

  振动与冲击. 2019, 38(8): 80-87.

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  在地震模拟隧道振动台模型试验研究中，模型箱设计合理与否，将直接关系到隧道结构动力响应数据的可靠性。以高烈度地震区穿越不良地质地段山岭隧道工程为依托，主要设计了穿越基覆交界面隧道整体式刚性模型箱和穿越活动断层隧道错动式刚性模型箱，通过模态分析，分析了土-箱共振和箱体承载力问题，提出了模型箱加固技术方案，避免模型土-模型箱结构的共振和承载力不足的问题。采用8 m×10 m大型振动台开展两种不同条件下山岭隧道结构动力响应研究，试验及分析结果表明两种不同地质条件下振动台模型箱具有良好的边界性能，提高了不良地质段隧道结构动力响应的试验结果的可靠性，为同类地震动模型试验模型箱研究奠定了基础。
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  基于波原子变换的三维地震信号盲去噪

  何峰，周亚同，赵翔宇，石超君

  振动与冲击. 2019, 38(8): 88-95.

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  基于波原子变换的三维地震信号盲去噪算法，首先利用基于块的噪声估计算法估计信号噪声，然后采用循环平移处理信号并进行波原子变换，利用估计的噪声标准差按不同尺度分层设置阈值并进行修正，再采用改进的阈值函数处理波原子变换系数，最后进行波原子反变换与逆循环平移，得到去噪后三维地震信号。对含噪的合成与实际地震信号去噪，并与小波、双树复小波、曲波及传统波原子变换的去噪结果对比。结果表明本文算法较其它对比算法有明显优势，且随含噪量的增加，去噪优势愈加明显。从输出信噪比、均方误差以及峰值信噪比等评价指标可看出，基于波原子变换的三维地震信号盲去噪算法去噪效果最佳，其次为传统波原子变换算法，然后为曲波变换与双树复小波变换算法，传统小波变换算法的去噪效果最差。
  
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  涡激振动驱动的柱群结构俘获海流能的稳定性分析

  罗竹梅1，张立翔2，张晓旭1，李丹1

  振动与冲击. 2019, 38(8): 96-102.

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  基于海流能发电涡激振动驱动俘获能量这一想法，对耦合连接的四圆柱结构在均匀海流流速下的自由涡激振动进行模拟发现：振动结构的响应幅值在较大和较小约化速度下，随组合间距比LH/D2的变化相差较大。因此对Ur=5.71和Ur=14.29两种约化速度下结构位移幅值谱图、升力特性、相位差进行分析，结果表明：Ur=5.71时，不同间距比下各圆柱升力与位移间的相位角Φ不同，存在明显的主频且按较规则的正弦规律变化，四个圆柱对结构的振动都起激励作用，各圆柱俘获的水动能或转移到水流中的机械能相对稳定；而Ur=14.29时，各圆柱升力波动不规则，升力频率成分复杂，升力位移间的相位角Φ不明显，各圆柱俘获水动能不稳定，对结构振动起主要作用的是下游两圆柱。论文结果对柱群结构俘获海流能时其约化速度范围的确定有一定的参考作用。
  
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  基于TVD和MSB的滚动轴承故障特征提取

  朱丹宸,张永祥，赵磊，朱群伟

  振动与冲击. 2019, 38(8): 103-109.

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  针对滚动轴承故障冲击信号周期性强且易被背景噪声淹没的特点，提出一种基于二阶全变分去噪（total variation denoising,TVD）与调制信号双谱（modulation signal bispectrum，MSB）的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先利用二阶TVD处理故障信号，包络谱相关峭度被用于确定滤波过程中的参数λ；然后，为了进一步抑制噪声干扰，对滤波后信号进行MSB分析，选取故障特征频率占比最大的5个切片进行平均得到复合切片谱，提取出轴承故障特征；最后通过分析复合切片谱，判断轴承故障类型。将该方法运用到轴承故障仿真和实验信号，结果表明，本文提出的方法能够有效抑制强背景噪声的干扰，实现了滚动轴承的故障诊断，证明了方法的有效性。
  
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  基于相关峭度共振解调的滚动轴承复合故障特征分离方法

  胡爱军，赵军，孙尚飞，黄申申

  振动与冲击. 2019, 38(8): 110-116.

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  提出了一种基于相关峭度的共振解调方法，并应用于滚动轴承复合故障特征的分离。首先沿频率轴平移一给定滤波窗，计算每个滤波信号的相关峭度；然后通过设定不同的故障移位周期，形成多条故障的相关峭度曲线；最后根据筛选出的目标相关峭度曲线的最大值，确定多个共振频带对原信号进行共振解调。解决了由于某一频带的峭度值过大，利用谱峭度可能无法识别出不同故障各自激起的共振频带的问题。通过不同能量的多共振频带轴承复合故障仿真验证了共振频带选择的准确性，不同载荷下的轴承内、外圈复合故障实测信号分析表明，该方法可以有效实现轴承复合故障特征的分离。
  
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  基于统计信息的多体系统区间不确定性分析

  陈光宋，钱林方，王明明，林通

  振动与冲击. 2019, 38(8): 117-125.

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  本文构造了一种区间方法分析机械系统多体动力学动态不确定性问题，该方法首先将系统中的输入不确定性参数用参数上界和下界构造的区间描述，无需概率分布信息。为有效抑制在动态分析过程中由于“包裹效应”导致的输出参数区间逐渐放大问题，采用极大极小距离拉丁超立方采样(Latin hypercube sampling, LHS)方法对输入参数进行采样，通过Bootstrap方法统计获得输出参数的前四阶统计矩，并采用极大熵方法获得输出参数的分布函数，进而根据分布函数通过泰勒展开估计出输出参数的区间。算例1表明本文能够在较少样本的情况下获得有效的输出参数区间，并通过两个典型的机械系统动态不确定性问题验证了本文方法的有效性，最后将本文方法应用于一个具体的工程算例。
  
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  反向转动双机驱动振动筛同步控制

  姜娇1,2，陈长征1，薄磊3，舒鑫3，王仲4，王远涛5

  振动与冲击. 2019, 38(8): 126-132.

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  在充分考虑电机与筛箱相互作用的基础上，研究了反向转动双机驱动振动筛控制同步的问题。在考虑感应电动机数学模型的基础上，建立了双机驱动振动筛的机电耦合模型。采用主从控制结构和滑模控制算法，设计了主电机的速度控制器和从电机的相位差控制器。基于Lyapunov稳定性理论及Barbalat引理，证明了所设计控制系统的稳定性。对于每台电机，采用矢量控制实现电机的快速反应。最后，应用Matlab/Simulink仿真分析验证所设计控制系统的有效性，并讨论了转速、相位差、激振质量等参数的影响，说明了控制系统的鲁棒性。通过研究发现，反向转动双机驱动控制同步振动筛不仅可以实现直线振动形式，而且可以灵活的调节振动方向角，还可以获得椭圆等其他振动形式。所研究内容可为振动筛的设计、控制与实际应用提供借鉴。
  
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  一种圆柱壳类声子晶体振动带隙及振动特性研究

  罗金雨，姚凌云，江国期，吴飞

  振动与冲击. 2019, 38(8): 133-138.

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  圆柱壳类结构在结构设计中应用广泛，其振动噪声问题十分普遍。基于二维板类声子晶体提出了一种基于布拉格散射机理的圆柱壳类声子晶体模型。该模型利用圆柱壳的动力学方程理论和Bloch周期条件，建立其结构有限元模型并分析其振动特性。针对一半径为0.1m的圆柱壳声子晶体结构，利用有限元法计算能带结构，并分析其振动带隙的特性。为了验证带隙准确性，利用有限元法对多个周期结构圆柱壳模型进行了振动传递分析，获得的振动传递函数曲线与能带带隙相匹配，同时给出了带隙外和带隙内的两个不同频率点的位移场分布。结果表明，与板类结构相似，圆柱壳声子晶体同样具有良好的沿轴线和圆柱环两个方向的带隙或全禁带隙，其振动传递损失也验证该结论。
  
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  淹没条件下环境流速对磨料水射流流场特性的影响

  杨胜发12，黄 岱12，曾施雨3

  振动与冲击. 2019, 38(8): 139-144.

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  基于满足连续介质假设的欧拉模型作为磨料水射流的两相流计算模型和Realizable k-ε湍流模型，对不同环境流速条件下淹没状态磨料水射流的流场做出数值模拟，得出磨料水射流的固液两相流态变化。结果表明：环境水流会对淹没状态下磨料水射流造成明显的偏移，流速越大偏移程度越大；通过对射流结构的分段分析，发现能量损耗以及偏移较大的发生部位为射流基本段；通过对水平和垂直分速度的分析，发现速度方向随着环境流速的变大而增大偏移，速度峰值随着环境流速的变大而增大偏移，总速度趋势与垂直分速度趋势保持一致。本文研究可对磨料水射流进行水下作业提供一定的参考。
  
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  基于SA-EMD-PNN的柱塞泵故障诊断方法研究

  杜振东 赵建民 李海平 张鑫

  振动与冲击. 2019, 38(8): 145-152.

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  为了提高柱塞式液压泵的故障诊断效率和准确性，本文提出了SA-EMD-PNN柱塞泵故障诊断方法。首先，提取各种状态下振动信号的特征参数，并对所提取特征参数进行敏感度分析(Sensitivity Analysis，SA)，找出敏感度较高的特征参数；接着，对原始故障信号进行经验模态分解(Empirical Modc Dccomposition ，EMD)结合，构造出新的故障信号，再提取敏感度高的特征参数；最后，将所提取特征参数以向量的形式输入概率神经网络(Probabilistic Neural Network，PNN )进行训练和测试。实验表明，SA-PNN方法能快速、有效的诊断出柱塞泵故障，减少诊断时间；而SA-EMD-PNN能在SA-PNN的基础上提高正确率。
  
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  基于改进VMD和深度置信网络的风机易损部件故障预警

  郑小霞1，陈广宁1，任浩翰2，李东东1

  振动与冲击. 2019, 38(8): 153-160.

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  考虑到风电机组运行时监测到的轴承、齿轮等易损部件的振动信号早期故障特征微弱且难以提取，提出了基于变分模态分解的风机易损部件故障特征提取方法，并采用深度置信网络对故障进行预警。为克服变分模态分解参数选取对特征提取效果的影响，基于各分量的相关系数确定分解个数，并采用粒子群算法来优化惩罚因子，将改进的变分模态分解用于振动信号进行分析处理，在此基础上，进一步提取各分量的排列熵和均方根值并将其构成的高维特征向量作为深度置信网络的输入，建立早期故障诊断模型。最后选取风机传动故障诊断实验平台早期故障数据和某风电机组的现场信号进行故障诊断分析，结果表明，该方法能准确稳定地提取风机易损部件故障信号的微弱特征，并进行故障有效识别，提高了风机易损部件故障预警的准确性。
  
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  机构系统关节约束反力分析

  敬谦1,2 刘宏昭1 王庚祥1

  振动与冲击. 2019, 38(8): 161-165.

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  为了研究机构系统约束反力的计算方法，在考虑第一类拉格朗日方程中拉格朗日乘子与约束反力关系的基础上，明确了拉格朗日乘子项是广义约束力中各个约束所占的权重。通过拉格朗日增广法计算了机构系统中关节的反力，详述了每个关节对应关节反力的计算流程和筛选步骤。为了证明计算方法的正确性，利用牛顿欧拉法对所选研究对象的关节反力再次求解，并通过ADAMS仿真软件进行动力学仿真，将三种结果进行对比，验证了利用拉格朗日增广法计算机构对应关节反力时所用筛选方法的正确性。
  
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  SPH-FEM耦合方法在弹丸膛内运动中的应用

  孙玉杰，崔青春，丁宏民，徐坚，郭俊行

  振动与冲击. 2019, 38(8): 166-172.

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  大口径火炮弹丸膛内运动是个高度非线性冲击动力学过程，采用有限元(FEM)与光滑粒子(SPH)耦合方法，结合SPH方法处理大变形能力和FEM计算效率高的互补优势，对大变形的弹带采用光滑粒子离散，发射系统的其它结构采用有限元模拟，综合考虑弹带材料的动态力学性能及损伤行为，弹带与身管内膛摩擦界面特性及火药燃气的波尔登效应，建立了较为全面的火炮发射动力学模型，成功模拟出弹丸挤进过程和随后直膛运动。通过与任意的拉格朗日－欧拉自适应网格(ALE)仿真结果相比验证了该方法的优越性，通过对比仿真结果与试验数据验证了其有效性，获得了弹丸膛内运动过程中弹带温度、炮口振动和弹丸运动姿态的变化规律，为火炮弹炮匹配设计及精度设计提供了参考。
  
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  基于HDP-HMM的机械设备故障预测方法研究

  王恒，周易文，瞿家明，季云

  振动与冲击. 2019, 38(8): 173-179.

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  针对隐马尔科夫模型状态数必须预先设定的不足，提出了一种基于分层狄利克雷过程—隐马尔科夫模型(HDP-HMM)的机械设备故障预测方法。该算法通过构造HDP作为HMM参数的先验分布，利用HDP分层共享和自动聚类的优点，实现了模型结构动态更新，获得设备运行过程中的隐状态数；基于HDP-HMM所建立的退化状态动态转移关系，确定设备早期故障点和功能故障点，实现设备的健康等级评估和故障预测。利用美国USFI/UCR智能维护系统中心提供的滚动轴承全寿命数据进行了应用研究。结果表明，针对多观测序列，HDP-HMM能有效实现组合聚类，识别结果不依赖于算法初始参数的选择，具有较强的鲁棒性。与基于K-S检验的退化评估算法比较表明，HDP-HMM更能有效描述设备实际退化过程。
  
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  基于振动信号时频分解-样本熵的受电弓裂纹故障诊断

  施莹，林建辉，庄哲，刘泽潮

  振动与冲击. 2019, 38(8): 180-187.

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  构建了基于时频分解-样本熵测度的受电弓振动信号故障特征提取模型。首先对振动信号进行聚合经验模态分解，接着对分解得到的本征模态函数计算参数优化后的样本熵特征。将获取的故障特征输入基于粒子群参数优化的支持向量机（PSO-SVM）进行受电弓故障识别分析。结果发现，基于受电弓顶管振动信号的EEMD样本熵故障诊断效果较好，而碳滑板振动信号诊断效果较差。针对这一特点，利用二代小波样本熵进行优化，进一步提高了碳滑板振动信号故障诊断结果，验证了现代时频分析算法与信息熵联合的诊断方法在受电弓振动信号特征提取与故障诊断的可行性与有效性。
  
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  向量式有限元的力-位移复合控制方法

  曲激婷，胡强，宋全宝

  振动与冲击. 2019, 38(8): 188-192.

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  向量式有限元是在向量力学基础上提出的一种新型数值方法，在分析结构大变形和复杂边界条件时具有很大优势。本文基于向量式有限元基本思想，借鉴结构试验中的力控制和位移控制方法，提出力-位移复合控制的模拟方法，对同一结构、同一分析过程可以分别考虑时间上的力-位移交替控制和空间上的力-位移混合控制，在此基础上可求解结构的大变形。数值算例验证了本文方法的可行性和有效性，拓展了向量式有限元的应用范围。
  
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  基于剪切振动模态的压电复合材料应用于水声换能器的研究

  贾俊博1,2，秦雷1,2,3,，仲超1，王丽坤1,2,3

  振动与冲击. 2019, 38(8): 193-197.

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  压电陶瓷的剪切振动模态因其独有的剪切形变和高压电常数、高机电耦合系数以及介电常数低等特点，在压电俘能器、新结构复合材料换能器方面有着不俗的表现。通过设计具有特殊结构的过渡层，探索压电陶瓷剪切振动的利用方法，将压电陶瓷产生的剪切振动转化为复合材料的厚度振动，以此来满足水声换能器的要求，进而提高复合材料的压电性。通过有限元分析和实验验证，研究了该设计中结构参数、过渡层材料种类对复合材料整体性能的影响。力求有效提高复合材料的能量转换效率和压电性,并研制出具有较小结构尺寸的低频换能器。
  
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  接触刚度对制动摩擦块时域-频域响应的影响

  隋鑫1，丁千1,2

  振动与冲击. 2019, 38(8): 198-202.

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  考虑Stribeck效应的摩擦力，建立摩擦块-制动盘耦合动力学方程，应用Runge-Kutta法和有限差分法数值模拟相对移动作用下的系统振动。本文主要分析摩擦块切向运动的动力学特性，揭示表面接触刚度比对其Hopf分岔的影响，并应用时域-频域分析方法得出摩擦块动力学特性随制动盘转动速度变化的规律，分析其粘滑振动机理。
  
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  地震作用下某大型隔震博物馆楼层波及楼层反应谱研究

  王亚1，杨维国1，王萌1，刘佩1，葛家琪2，马伯涛2

  振动与冲击. 2019, 38(8): 203-209.

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  为了得到隔震博物馆类框架结构准确的楼层响应及楼层反应谱，以国内某实际隔震博物馆为基础，首先建立结构有限元模型并利用环境振动测试进行模态验证。然后选择7条地震波调幅进行时程分析，通过时程曲线频谱、加速度峰值两参数分析楼层波与地震波的差异。在此基础上，通过MATLAB程序计算楼层加速度反应谱，拟合用于展陈设计的标准化设计反应谱。研究结果表明：有限元模型动力特性与实测结果吻合较好；地震作用下，1~3层展厅处的加速度峰值较其它层低，楼层波频谱的频率范围主要为低频段，楼层波卓越频率为结构自振频率。楼层波与地震波差异较大；楼层加速度反应谱是地震波与结构共同作用的结果；最后得到了展厅处加速度标准化设计谱曲线及数学表达，提出展陈及文物的防震设计方法。
  
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  在线自适应神经网络算法及参数鲁棒性分析

  王涛1,2,3,翟绪恒2，孟丽岩2

  振动与冲击. 2019, 38(8): 210-217.

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  为了提高传统BP神经网络在线预测精度和计算效率，提出一种在线自适应神经网络算法。该算法在传统BP网络的输入层和隐含层之间增加一个反馈层，通过存储内部状态增强网络动态映射能力，以提高算法自适应性。同时，在学习阶段采用递推形式在线训练算法权值和阈值，以提高算法计算精度和计算效率。然后，基于两组防屈曲支撑构件拟静力试验数据，在线预测防屈曲支撑恢复力。研究表明：与传统神经网络算法相比，本文所提出了在线自适应网络算法具有更好的在线预测精度和计算效率。最后，对网络结构中的输入变量、输入和观测样本、隐含层激活函数等算法参数进行了鲁棒性分析，找到了算法参数对算法性能的影响规律，给出算法应用时参数选择建议。
  
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  基于分形理论的结合面法向接触刚度模型

  陈虹旭，董冠华，殷勤，谭峰，殷国富

  振动与冲击. 2019, 38(8): 218-224.

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  基于修正的分形理论，以尺度系数定义微凸体大小，在充分考虑微凸体接触变形过程的基础上，对赫兹接触模型进行补偿修正，建立了结合面法向接触刚度模型，研究了法向接触刚度与分形维度之间的关系，并进行了仿真；以螺栓结合面为实验对象，采用结构函数法获取分形参数，进而求出结合面法向接触刚度值并录入有限元模型，在此基础上应用m+p噪声振动测试系统开展模态实验，通过对比理论模态与实验模态的振型和固有频率来验证理论模型的正确性；实验和仿真结果表明：理论模型和实验模型前8阶模态的振型一致，前8阶固有频率误差在-10.2%～-1%以内。
  
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  基于EMD和CICA的单通道盲源分离方法用于齿轮箱混合故障诊断研究

  郝如江，安雪君，史云林

  振动与冲击. 2019, 38(8): 225-231.

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  针对传统的独立分量分析难以解决齿轮箱混合故障诊断中存在的欠定盲分离问题，提出了基于EMD和CICA（约束独立分量分析）的单通道盲源分离方法。通过单通道加速度传感器采集齿轮箱混合故障信号，对其进行EMD分解以实现降噪及单通道扩展，采用基于白噪声统计特性和峭度值结合的方法选取有效的IMF分量，将其作为盲源分离的输入信号，然后通过CICA方法提取目标振动信号，识别故障特征。通过对齿轮箱轴承与齿轮混合故障的仿真及实验研究，验证了该方法的有效性和可行性。
  
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  基于多源信号融合的球磨机负荷预测方法研究

  罗小燕,邵凡,陈慧明,卢小江

  振动与冲击. 2019, 38(8): 232-237.

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  针对单一因素的球磨机负荷预测时存在的局限性问题，分别提取磨矿过程中振动、磨音、电流的特征信息值，采用网格搜索与交叉验证相结合的支持向量机（SVM）磨机负荷预测方法判断磨机负荷的类型，并得到基本信度分配函数（mass函数）。通过改进后的D-S证据融合规则，提出了磨机负荷的多源异类信号特征层融合方法，通过实例验证与不同算法间对比分析，表明该方法应用于磨机负荷预测时，得到的融合结果置信度更高、收敛速度更快、稳定性更强。
  
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  应用混合单元基光滑点插值法的声固耦合分析

  陈泽聪1，陈毓珍2，何智成3，张桂勇1,4,5，王海英6

  振动与冲击. 2019, 38(8): 238-245.

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  基于有限元法的声固耦合计算模型由于刚度过硬，频率增高时计算结果容易出现较大的色散误差。为了提高计算精度，提出将采用梯度光滑技术的混合单元基光滑点插值法（CSαPIM）应用于三维声学模拟，通过与边基光滑有限元（ESFEM）的二维板单元结合，对结构声振耦合系统进行模态和频率响应分析。结果表明梯度光滑可以有效软化系统刚度，提供更加准确的计算结果。同时，新方法采用三角形和四面体单元来分别离散结构域和声学域，对任意几何形状具有普遍适应性，可以减少复杂模型的前处理时间，具有很好的工程应用前景。
  
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  复杂背景下对称差分解析能量算子在轴承故障诊断中的应用

  徐元博，蔡宗琰，丁凯

  振动与冲击. 2019, 38(8): 246-254.

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  针对对称差分能量算子对噪声和振动干扰较为敏感的不足，在其基础上提出了对称差分解析能量算子。对称差分解析能量算子在很大程度上克服了噪声和振动干扰的影响，能从重度污染的信号中提取出微弱的故障信号频率，因此具有更强的鲁棒性。将该方法应用于模拟实验和真实轴承故障诊断实验中，并且与对称差分能量算子和传统能量算子进行对比，该方法取得了良好的诊断效果，体现了优越性。因此，将该方法应用于故障诊断领域，尤其是工作背景复杂的环境下，有着很大的实际意义。
  
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  多段式拖曳系统低张力缆段隔振方法研究

  王志博

  振动与冲击. 2019, 38(8): 255-262.

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  为抑制拖曳系统中振动沿缆传递对搭载探测设备的影响，建立了多段式的拖曳系统的动力学模型，通过对拖曳系统阻尼成分的分类结合振动传递的衰减定性模型的定性分析。依据成因将缆阻尼分为张拉结构阻尼、水流阻尼和空间扭转阻尼。改变低张力缆与拖曳体组合的设计变量，采用强迫振动的方法，计算振动传递响应特性。设计变量驱动阻尼成分变化，造成了性质不同的响应系统，考察阻尼器设计安装的隔振效应。发现了共振激励现象。