振动与冲击

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杨勇1，芦俊伟1，李荣喆2，田秀淑3，赵维刚2

振动与冲击. 2020, 39(10): 1-6.

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高速铁路无砟轨道功能层缺陷直接影响高速铁路运营安全，而现有方法难以准确估计缺陷尺寸，造成无砟轨道状态评估困难。针对这一难题，该研究建立了带缺陷层状介质弹性波回波模型，分析了测点位置与功能层缺陷回波的关联关系，提出了弹性波缺陷边缘回波频率分布模式；研究了AR功率谱模型，分析了Burg功率谱的频率分辨率和相关参数获取方法，并在此基础上，提出了无砟轨道功能层缺陷边缘估计和缺陷成像方法；通过CRTSⅢ型无砟轨道现场试验对比分析，验证了该方法在无砟轨道缺陷检测中的适用性。研究结果表明：基于Burg功率谱方法能够较为准确地实现缺陷边缘估计和无砟轨道功能层缺陷成像。研究成果可用于高速铁路无砟轨道缺陷检测与状态分析，为高速铁路安全运营提供理论支撑。

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基于幂次趋近律滑模控制的H桥逆变器复杂动力学行为研究

江伟，吴荣华

振动与冲击. 2020, 39(10): 7-14.

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基于幂次趋近律的滑模控制具有响应速度快、对噪声干扰和参数摄动不敏感等特点，在H桥逆变器的控制中得到广泛应用。然而，滑模控制的H桥逆变器是一种非线性控制的时变非线性系统，必然表现出强的复杂的动力学行为，控制参数和电路参数的选取将影响系统工作的稳定性。分析该系统的工作过程，运用频闪映射法建立系统的一阶离散模型；采用折叠图和频谱图的方法分析了系统在不同控制参数 α和k 下的复杂动力学行为，发现一种多种倍数的倍周期状态同时存在的特殊分岔现象，并通过分析输出波形峰值和谷值附近采样的分岔图进行了一一验证。运用快变稳定性定理对系统工作的稳定性进行进一步的分析，研究结果为系统控制参数的合理选择提供重要依据。研究发现输入电压 E、负载电感L与电阻R 等外部电路参数的选取对系统的稳定性能有重要的影响。因此，研究结论对基于幂次趋近律滑模控制的H桥逆变器的设计和调试提供了可靠的参考，具有一定的理论意义和实际的工程价值。

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Kevlar织物软壁包容环抗冲击数值仿真分析研究

冯振宇，裴惠，迟琪琳，解江，牟浩蕾

振动与冲击. 2020, 39(10): 15-23.

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针对机匣包容性问题，提出Kevlar平纹织物本构模型的拟合方法，分别采用单层壳、多层壳、层合壳三种有限元建模方式对Kevlar织物软壁包容环弹道冲击过程进行模拟，发展了机匣包容性仿真分析模型。结果表明，多层壳模型和层合壳模型的计算结果更准确，并且可以通过调节摩擦因子使仿真结果与试验结果更接近。在此基础上研究了撞击点位置和弹体入射姿态对弹体剩余速度的影响。结果表明：在较小偏移距离内，撞击点的位置对剩余速度的影响可以忽略不计；滚转角和俯仰角对剩余速度影响较小，而对于偏航角，当角度大于30°时，剩余速度会随着角度的增大明显呈下降趋势，且弹体出射姿态也会发生明显变化。

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船舶推进轴系振动控制研究

杨俊1,2，王刚伟1，田佳彬1，刘正林2

振动与冲击. 2020, 39(10): 24-31.

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推进轴系运行引起的振动是船舶艉部振动噪声的主要噪声源，轴系振动控制对船舶振动噪声控制有重要意义。从系统动力特性设计角度出发，对影响轴系振动的因素进行了理论分析，提出了控制轴系纵向一阶叶频临界转速、缩短推进器悬臂长度、开展轴系与结构动力学匹配设计等振动控制措施。通过台架试验对理论研究结果进行了验证，结果表明所提出的振动控制措施切实有效，对实船推进轴系振动控制具有实际指导意义。

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预报振动噪声的径向基点插值无网格与无限元耦合方法

吴绍维1，向阳2，黄庭瑞3

振动与冲击. 2020, 39(10): 32-43.

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为克服传统的有限元耦合无限元方法中的单元匹配问题，研究了径向基点插值法和无限元法的耦合规律，提出了一种预报无限域结构振动噪声的径向基点插值无网格与可变阶无限声波包络单元耦合方法，推导了预报声压的计算公式。为提高声场预报精度和满足声波在无限域的自由衰减，结构外部无限声场分为使用无网格表示的近场和可变阶声波包络单元离散的远场。在该耦合方法中，通过在近场与远场之间的交界面上配置虚拟网格来构造具有连续性的声压形函数，确保了声压的连续与一致性。采用数值仿真和试验对该耦合方法进行了验证，结果表明该耦合方法拥有无网格法的高精度和可变阶声波包络单元法满足声波自由衰减的特点，具有良好的精度和收敛性，可用于实际噪声预报。

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冷热枪状态下弹枪相互作用的热力耦合分析

杨宇召，张晓云，徐诚

振动与冲击. 2020, 39(10): 44-51.

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为了研究在冷热枪状态下弹枪的相互作用，以某型自动步枪的铜被甲弹丸与枪管为研究对象，建立了其相互作用的热力耦合有限元模型，模型结合了考虑温度对摩擦因数影响的摩擦力子程序以及基于火药燃烧过程的内弹道载荷子程序，对弹丸温度变化及其在全枪管中的运动进行了数值仿真分析。结果表明：冷枪时，铜被甲弹丸表层升温在200 ℃左右；400 ℃及700 ℃的假设热枪状态下，刚完成挤进时铜被甲弹丸表层温度已经接近熔点，在膛内运动过程中表层铜材料剥落，枪管内膛会出现了“挂铜”现象；另外，热枪状态下弹丸在膛内的攻角变化明显大于冷枪状态下的攻角，不仅印证了热枪射击精度比冷枪射击精度差，也揭示了造成此现象的机理：由于高温下铜被甲圆柱部材料软化脱落，变形不规则，造成弹丸在膛内及出膛摆动增大。

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TC4钛合金板厚度对其撞击失效特性影响研究

张铁纯，张永，田锐，周楠，邓云飞

振动与冲击. 2020, 39(10): 52-57.

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为了揭示TC4钛合金板抗撞击性能与失效模式随厚度的变化规律及机理，采用ABAQUS/Explicit有限元软件建立平头弹撞击不同厚度靶板的模型，对弹体撞击不同厚度靶板进行计算。通过对比数值仿真与撞击实验结果，验证仿真模型的有效性。研究结果表明，靶板的主要失效模式、耗能机制、弹道极限随其厚度增加会发生改变，靶板厚度存在对应的转折值。对于TC4钛合金薄板，当靶板厚度比较小时，靶板拉伸撕裂破坏占主导作用。但是，当靶板厚度比较大时，靶板主要失效模式是局部剪切破坏。当靶板厚度小于4 mm、大于8 mm时，弹道极限速度随靶板厚度的增加而增加；当厚度为4~8 mm时，弹道极速度变化不明显。

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厚壁金属管挤压变形缓冲制动响应特性研究

毕世华1，何泽鹏1，傅德彬1，宋斌2

振动与冲击. 2020, 39(10): 58-64.

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金属管挤压变形是高效缓冲制动的重要形式，但目前对不同结构形式在动态冲击条件下的响应特性缺少系统的认识；以厚壁金属管为对象，对其挤压变形缓冲制动响应进行数值研究。参照试验状态和结果建立厚壁金属管缓冲制动装置的有限元分析计算模型，进行准静态仿真模拟分析并校核；在此基础上利用有限元法和显示动力学算法，对厚壁金属管缓冲制动响应特性以及影响缓冲力的主要因素进行研究和分析。结果表明：①厚壁金属管缓冲制动结构具有尺寸小、冲击载荷平稳、变形能力强的特点；②利用此计算模型能够清晰地表征厚壁金属管缓冲制动装置的动态响应；③影响缓冲力大小的主要结构因素是缓冲筒下部内孔直径、上部内孔直径以及外部直径，缓冲筒上下内径比 D 1应控制在0.7～0.8， D 2应控制在1.8～2.0，当比值越小时，冲击杆会出现反冲现象，当比值越大时，冲击杆受到较大的冲击力，缓冲筒的惯性制动段的制动也有较大波动的影响。针对工程应用中不同的缓冲制动需求，可以通过设置合理的缓冲筒内外廓直径参数来获得有效的制动载荷。可为相关研究和工程应用提供参考。

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基于失衡样本特性过采样算法与SVM的滚动轴承故障诊断

黄海松，魏建安，任竹鹏，吴江进

振动与冲击. 2020, 39(10): 65-74.

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针对传统支持向量机(SVM)算法在滚动轴承故障诊断领域中，对失衡数据集效果不佳、对噪声敏感以及对本身参数依赖较大等缺点，提出一种基于样本特性的过采样算法(OABSC)。该算法利用改进凝聚层次聚类将故障样本分成多个簇；在每个簇中综合考虑样本距离、近邻域密度对“疑似噪声点”进行识别、剔除，并将剩余样本按信息量进行排序；紧接着，在每个簇中采用K-信息量近邻域(KINN)过采样算法合成新样本，以使得数据集平衡；模拟3种不同失衡比下的轴承故障情况，并采用粒子群算法优化了SVM分类器的参数。经试验证明：相比已有算法，OABSC算法能更好地适用于数据呈多簇分布且失衡的轴承故障诊断领域，拥有更高的G-mean值与AUC值以及更强的算法鲁棒性。

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周期性输流管道的非线性动力学特性研究

周坤1,2，倪樵1,2，代胡亮1,2，王琳1,2，熊夫睿3，姜乃斌3

振动与冲击. 2020, 39(10): 75-80.

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基于绝对节点坐标法，推导出不同材料组成的周期性悬臂输流管道在定常内流作用下的非线性动力学方程，通过数值求解的方式对两种不同形式的周期性输流管道，即，铝-钢及钢-铝周期性悬臂输流管道的稳定性和非线性动力学行为进行了研究。研究结果表明，单位长度内，当管道周期数大于8时，两种周期性输流管道的临界流速均趋于定值。非线性分析结果显示，铝-钢周期性输流管道的非线性动力学行为随着周期数目的减小变得越来越复杂，从单周期行为演变为多周期、倍周期、概周期和混沌等多种运动的复杂动力学行为，而对于钢-铝周期输流管道而言，管道一直处于单周期运动状态。

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基于VMD-SSI的结构模态参数识别

殷红1，董康立2，彭珍瑞1

振动与冲击. 2020, 39(10): 81-91.

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将变分模态分解(VMD)和随机子空间法(SSI)结合，提出了基于VMD-SSI的结构模态参数识别新方法。针对VMD中的模态分层数 K 值确定困难的问题，提出模态重复比率准则，保证了模态信息的有效分解。依据模态重复比准则确定测量信号的最优分层数 K ；利用VMD方法进行信号并行分解，用奇异值分解(SVD)去噪，以提高模态参数的识别精度。用该研究提出的VMD-SSI方法识别模态固有频率和阻尼，用VMD方法辨识模态振型，将VMD-SSI法应用于外伸梁模型的模态参数识别，并利用统计理论分别检验识别的模态频率、模态阻尼和模态振型的精度。结果表明, VMD-SSI法识别模态参数的精度高于传统SSI法。

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异跨框架式地铁地下车站结构抗震性能水平与评价方法研究

王建宁1,2，马国伟1，窦远明1，庄海洋3，付继赛3

振动与冲击. 2020, 39(10): 92-100.

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针对现有异跨地铁地下车站结构抗震分析方法缺乏合理性能评价指标的问题。考虑土体与结构混凝土的材料非线性和接触非线性，建立了土—异跨地铁车站静动耦合整体时域有限元数值模型，通过在基岩处输入不同强度等级和类型的地震动，研究了异跨地铁车站结构的侧向变形规律与地震损伤特性，揭示了该车站结构的地震损伤破坏演化过程，建立了基于层间位移角与损伤破坏状态的异跨框架式地下车站结构抗震性能水平评价方法与物理特征描述。所建议的抗震性能评价方法能初步应用于异跨框架式地下结构的抗震性能水平分析。

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空间多光谱成像的旋转滤光轮机构动力学试验研究

王跃1,2，李世其2，张恒2

振动与冲击. 2020, 39(10): 101-105.

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分时获取不同谱段的光谱信息是空间多光谱成像的前提。为了满足卫星相机多光谱成像中的光谱细分要求，设计了一种高精度、高稳定性分光器装置，通过周边安装的步进电机驱动大尺寸角接触球轴承实现滤光片频繁的切入切出运动。采用数值模型与模态试验方法验证机构的动力学特性，根据正弦扫频及随机振动试验分析滤光轮机构在卫星发射阶段的有效性，一种地面微振动试验用以描述滤光轮机构的在轨稳定性。数值分析与试验结果表明，旋转滤光轮机构满足发射安全性与在轨稳定性需求。这类周边驱动大尺寸薄壁轴承的新型旋转滤光轮为大口径卫星相机的空间应用提供了一种新途径。

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基于HHT-RDT算法的高拱坝泄流结构工作模态识别方法

魏博文，钟紫蒙，李火坤

振动与冲击. 2020, 39(10): 106-113.

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根据高拱坝泄流结构自身的工作特点，为准确辨识环境激励下的结构模态参数特征，提出了一种基于改进的HHT-RDT算法的高拱坝泄流结构工作模态识别方法。以某高拱坝原型振动响应测试资料为基础，利用改进的小波阈值-EMD算法对原始信号进行降噪预处理，滤除干扰噪声的同时保留有效特征信息；采用HHT-RDT算法识别高拱坝泄流结构的工作模态参数，运用带通滤波对振动响应信号的EMD过程进行控制得到结构的各阶模态分量，利用RDT法提取各阶模态分量的自由衰减信息，识别出高拱坝泄流结构系统的固有频率及阻尼比。工程实例表明，该方法避免了复杂系统定阶过程，有效提高结构振动响应工作模态识别精度，为辨识高拱坝泄流结构的工作模态参数提供捷径。

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脉冲风洞短时测力信号的延拓与动态载荷辨识方法

武龙，王锋，丁智坚，陈圣兵

振动与冲击. 2020, 39(10): 114-120.

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研究了一种可快速辨识脉冲风洞中试验模型所受动态载荷的方法。给出了载荷、系统单位脉冲响应函数、天平输出三者的时域离散化模型，指出后者是前两者线性卷积的截断；将天平短时振荡输出延拓为完整的线性卷积结果，对前两者补零延拓，将上述模型转化为圆周卷积形式，进而通过离散傅里叶变换得到三者的频域离散化模型，求解频域模型得到载荷。通过单自由度系统简单载荷、多自由度系统复杂载荷两个数值模拟算例验证了该方法仅需对测量信号低通滤波即可准确辨识出载荷；经风洞试验，验证了方法的准确性和实用性。

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基于改进的最大似然法识别风力发电机转子的载荷参数

李建华1，毛文贵1，周舟2

振动与冲击. 2020, 39(10): 121-126.

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风机不对中故障是多载荷参数耦合而成，工程师难以凭经验了解载荷参数的大致范围。针对因转子结构参数和测试条件等不确定性参数的存在及载荷参数先验信息未知，最大似然法识别转子不对中故障的载荷参数时采用的搜索计算面临计算量大，且迭代过程中灵敏度会带来一些数值问题。引入搜索区间进退法到敏感矩阵法与最大似然法中，对最大似然法进行改进。改进后的最大似然法中的迭代适于处理复杂工程优化问题，避免传统迭代数值法对搜索空间的苛刻要求。以输入尺寸和输出测试响应具有随机性测量误差的风力发电机转子系统为例，在三种测量误差下的识别结果表明，改进的最大似然法提高了最大似然法的辨识效果，可以减少不确定性因素对识别结果的影响，鲁棒性好。

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高速列车轴箱圆柱滚子轴承启动过程的打滑动力学特性

涂文兵1，杨锦雯1，罗丫1,2，周生通1，周建民1

振动与冲击. 2020, 39(10): 127-132.

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轴箱轴承的动力学性能对列车安全、平稳运行有非常重要的影响。基于刚性套圈假设建立轴承内部变形几何关系，采用Hertz接触理论描述滚子与套圈的接触关系，采用线性压缩弹簧来模拟滚子与保持架之间的相互作用，考虑拖动系数随滑移速度的非线性关系计算滚子与套圈的摩擦力，建立考虑内圈、滚子和保持架自由度的圆柱滚子轴承的动力学模型，研究轴承启动过程中的运动学特性和力学特性。结果表明：在轴承启动过程中，滚子自转转速抖动上升；启动初始阶段滚子打滑明显，其中滚子在刚进入承载区时出现的打滑对轴承性能影响较大；轴承启动的初始阶段，滚子与内圈的摩擦力和与保持架的接触力变化剧烈，且随内圈角加速度的增大而增大。

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三维模型柱状药包爆生裂纹扩展规律研究

郭洋1，李清2，杨仁树1,2,3，许鹏2，王渝1，霍树森2

振动与冲击. 2020, 39(10): 133-140.

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利用有机玻璃材料，采用高速摄影和数值模拟方法研究不同位置起爆柱状药包爆生裂纹扩展和损伤破坏差异。研究结果表明，正反向起爆时炮孔周围均产生多条径向裂纹，爆生裂纹面经历了由“密集波纹状→光滑平坦→少量径向微裂隙→密集径向裂隙”逐步转变的过程。正向起爆时，径向裂纹优先产生，并逐渐向模型内部延伸，在炮孔底部产生较大的超深扩展现象。而反向起爆时，底部“圆锥形”裂纹面与炮孔径向裂纹同时产生，炮孔底部裂纹面消耗较多能量，其径向裂纹扩展速度较正向起爆时小，扩展时间也较短，但有利于岩石的抛掷。由模拟结果可知，柱状药包反向起爆比正向起爆爆破损伤区范围大，并且爆破损伤的均匀程度好。因此，在掏槽爆破中，为提高岩石的抛掷效果，应尽量采用反向起爆方式进行爆破；而在松动爆破中，为增加岩石中裂纹的扩展深度，应尽量采用正向起爆方式进行爆破。

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不同约束情况下双矩形断面的涡振性能分析

马凯，胡传新，周志勇

振动与冲击. 2020, 39(10): 141-147.

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双矩形断面间存在显著的气动干扰效应。本文通过开展一系列节段模型测振和动态测压风洞试验研究宽高比为5:1的双矩形断面的涡振性能。通过测振试验得到上、下游断面均固定、仅上游断面固定、仅下游断面固定和两幅断面均自由4种情况下双矩形断面的涡振响应。并从平均风压系数分布、脉动风压系数分布、分布涡激气动力与整体涡激气动力的相关系数、分布涡激气动力的贡献系数以及卓越频率处的涡激气动力系数幅值等时域和频域统计特性分析了双矩形断面的涡振机理。结果表明两幅断面均自由时上游断面的涡振响应相比下游断面固定时有所减小，而下游断面的涡振响应相比上游断面固定情况下显著增大。固定与否对于下游断面竖弯和扭转涡振影响相比对于上游断面更加显著。双矩形断面迎风面和背风面分布涡激气动力对整体涡激气动力的的贡献较小，可以忽略其影响。上游断面下风侧区域以及下游断面上风侧区域的分布涡激气动力对整体涡激气动力的影响从相关系数、贡献系数以及卓越频率处的涡激气动力系数幅值等角度来看均较为显著。总体而言不同约束情况下统计参量分布较为类似，但数值上的差异不可忽略。

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并列双幅变截面箱梁阻力系数的干扰效应研究

刘小兵1,2,3，吴倩云4，路起凡4，刘慧杰4，杨群3,4

振动与冲击. 2020, 39(10): 148-153.

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基于节段模型风洞试验，对比研究了4种不同高宽比的并列双幅箱梁在不同风攻角和不同间距时的阻力系数与单箱梁阻力系数的差异。给出了阻力系数干扰因子（定义为双箱梁上游（或下游）箱梁阻力系数与单箱梁阻力系数的比值）随风攻角和间距变化规律。结果表明：上游箱梁阻力系数的干扰效应主要体现在 D/B ≤1的间距范围。高宽比对上游箱梁阻力系数干扰效应的影响不大。当0.025≤ D/B ≤1，风攻角为-10°~10°时，上游箱梁阻力系数干扰因子的变化范围为0.8~1.3左右；下游箱梁阻力系数的干扰效应表现为显著的减小效应。这种减小效应随着间距的减小和高宽比的增大愈发明显，与负向风攻角时相比，这种减小效应在正向风攻角时更明显。

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基于递归分析的微裂纹缺陷超声检测技术研究

冯玮，杨辰龙，边成亮，周晓军

振动与冲击. 2020, 39(10): 154-162.

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为准确检测金属构件微裂纹缺陷，采用超声脉冲反射法对金属试块进行检测，并提取超声背散射信号进行分析。通过对背散射信号进行简单的建模，说明其组成要素。由于背散射信号的非线性特征，缺陷回波信号会对系统的递归特性产生影响；在此基础上提出了基于递归分析的方法分别对含人工微裂纹缺陷金属试块的无缺陷区、单裂纹区及双裂纹区背散射信号进行检测研究；通过合理的参数选择，对采样信号进行递归分析并绘制递归图；对比含缺陷信号与无缺陷信号，发现前者会在递归图中产生明显的白色交叉条纹带。使用递归定量分析进一步研究了含缺陷背散射信号的递归特征量。结果表明多种特征量对缺陷回波信号比较敏感，其中递归率（RR）和捕获时间（TT）在缺陷位置有明显的特征。

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基于动态横向转移载荷的轮式装载机侧倾稳定性研究

徐向阳1，艾星1，宋朝省2，朱才朝2

振动与冲击. 2020, 39(10): 163-169.

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为研究轮式装载机动态侧倾稳定性，在考虑车身侧倾和动臂俯仰的基础上，构建基于拉格朗日法和包含动坐标系的轮式装载机十自由度侧倾动力学模型，求解出非平稳路面与发动机耦合激励下的侧倾响应，推导出表征侧倾稳定性的动态横向转移载荷方程，并分析了横向坡度角、动臂结构参数和转弯速度变化对侧倾角与动态横向转移载荷的影响趋势。结果表明：车身侧倾角和动态横向转移载荷随横向坡度角、动臂质量和举升角以及转弯速度的增加而不断增大，但横向坡度角和动臂举升角对侧倾稳定性的影响灵敏度较高；当车身侧倾角超过临界横向坡度角时，两侧车轮垂向载荷发生完全动态横向转移，使一侧车轮产生离地现象进而导致侧倾；上述模型和动态横向载荷转移表征方法可为后续的性能优化提供研究方法和理论基础。

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基于VMD-DE的坦克行星变速箱故障诊断方法研究

吴守军1，冯辅周1，吴春志1，李本2

振动与冲击. 2020, 39(10): 170-179.

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为了提高坦克行星变速箱齿轮故障模式识别准确率，将变分模态分解（VMD）与散布熵（DE）结合提出故障特征提取新方法。利用波形法确定VMD分解层数，VMD分解振动信号得到一组固有模态分量（IMF）；根据归一化互信息准则筛选若干IMF重构信号，计算重构信号的散布熵；将重构信号散布熵作为特征值输入到粒子群优化（PSO）的多分类支持向量机（SVM）中实现故障模式识别。通过对坦克行星变速箱的正常、行星轮故障和太阳轮故障三种状态进行模式识别，分类准确率达到100%，且计算时间较短。与基于原始振动信号DE、VMD-SE（样本熵）、VMD-PE（排列熵）及EMD-DE（经验模态分解与DE结合）等方法比较，综合考虑准确率和计算时间两个因素，基于VMD-DE的方法故障诊断性能最佳。

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基于振动的钻地弹爆炸能量计算方法研究

郭家豪1,2，范锦彪1,2

振动与冲击. 2020, 39(10): 180-184.

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侵彻武器钻入地下爆炸产生的地震波在介质中传播特性较为复杂。针对钻地弹侵入地下爆炸后能量估算问题，基于反映高程差因子的萨道夫斯基修正公式，建立了不同地形状况下地下爆炸震源能量计算模型，并通过震源模型的计算结果得出爆炸能量。实例1对比传统的震源模型（6）与本文的震源模型（12）的计算结果发现该研究所提出的震源模型的精度远高于震源模型（6）；实例2利用该研究的震源模型（13）针对测点不在同一水平面的情况，计算得到的地下爆炸能量结果有较高的精度。计算结果证明将爆炸振动的理论应用于计算钻地武器爆炸能量的方法是可行的。

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上三角肘杆式压力机主驱动机构的运动学分析

赵仁峰，王占军，周憬钰，杨明顺，肖旭东，刘彦伟

振动与冲击. 2020, 39(10): 185-191.

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针对压力机主驱动机构的运动特性，提出了一种上三角肘杆式压力机主驱动机构。根据该机构的工作原理，建立了上三角肘杆式主驱动机构的工作原理示意图和仿真模型，根据各连杆的几何关系，运用机械系统运动学分析软件ADAMS依次对连杆1～7进行了运动学仿真计算，得到了肘杆机构的所有杆件在不同杆长条件下对应的位移、速度和加速度的变化曲线。获得了上三角肘杆机构各个杆长的运动特征，分析了每个连杆对主驱动机构工作状态的影响，揭示了上三角肘杆式压力机主驱动机构在工作过程中的运动规律，为实际工况下确定机构参数提供理论依据，为后续更深入和详细的进行肘杆机构的研究奠定了一定基础。

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#br# 重力坝动水压力模型试验的数值重构研究

王铭明1, 2，陈健云3

振动与冲击. 2020, 39(10): 192-197.

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由于试验设备及模型材料的限制，在重力坝动力模型试验中采用在坝体模型上游安置水箱内盛满水的方法模拟重力体-库水系统相互作用的效果存在误差。为此，采用流固耦合模型对重力坝动水压力模型试验进行数值重构分析的方法，研究了用上游水箱中盛满水模拟地震作用下原型库水对坝体动力作用产生误差的原因。研究结果表明，水箱内水体密度及可压缩性是导致试验中坝体-水库系统相互作用效果偏小的两个原因，其水体密度偏小更为主要因素。据此，提出了修正上述误差的三种可行且准确的方法。

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#br# 基于小波时频图和卷积神经网络的断路器故障诊断分析

鄢仁武，林穿，高硕勋，罗家满，李天建，夏正邦

振动与冲击. 2020, 39(10): 198-205.

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高压断路器操动机构振动信号为非平稳性信号，蕴含着丰富的操动机构工作状态的信息，对操动机构工作状态的检验辨识具有重大意义。提出一种基于小波时频图和卷积神经网络的断路器故障诊断方法。对操动机构振动信号进行连续小波变换生成时频图（CWT），并对时频图进行统一压缩预处理；将预处理后的时频图作为特征图输入卷积神经网络AlexNet模型；通过对网络参数的调整，逐步改进网络模型，有监督地实现对操动机构故障状态的辨识诊断。结果表明，该方法能够有效地运用于断路器操动机构故障辨识诊断，与小波频带能量-RBF、小波频带能量-SVM的故障识别相比，故障识别准确率最高。

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基于现场实测临海地区特大型冷却塔风振响应非平稳特性研究

王浩，柯世堂

振动与冲击. 2020, 39(10): 206-214.

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忽视特大型冷却塔风振响应的非平稳特征可能会导致对结构响应极值的估算偏差和风振作用特性的错误理解。为此，以某沿海地区特大型冷却塔（高190 m）为研究对象，通过现场实测获取了超高雷诺数和真实湍流条件下特大型冷却塔的风振响应信号；在对实测信号进行降噪滤波处理后进行了不同时距的信号非平稳识别，并分别基于平稳分析模型和非平稳分析模型对特大型冷却塔的响应统计值、峰值因子和极值响应进行对比研究。研究结果表明：临海地区特大型冷却塔风振响应表现出较强的非平稳性，部分响应信号的“大偏斜”或“高峰态”现象是由非平稳特征引起，采用非平稳模型可以更有效地判别信号的真实非高斯特征；此外，响应峰值因子普遍大于3.5，忽视非平稳特性将导致极值估计的缺陷，既无法提供足够的保证率，又降低了响应极值计算结果的经济性。

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随从力作用下运动薄膜的非线性强迫振动特性研究

邵明月1，武吉梅1，王砚2，武秋敏1，庆佳娟1，卢瑶1

振动与冲击. 2020, 39(10): 215-219.

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研究随从力作用下运动印刷薄膜的非线性强迫振动特性。基于Von Karman薄板理论推导出轴向运动薄膜的非线性振动方程，应用Galerkin方法对振动偏微分方程组进行离散，利用4阶龙格-库塔法对微分方程进行求解，得出薄膜非线性振动的时程图、相图、Poincare 截面图和分岔图。分析了初始条件、随从力和长宽比对薄膜振动特性的影响。研究结果得出了薄膜稳定工作区间和发散失稳区间。

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环境激励下基于相关函数的脉冲响应函数重构

张济淳，宋汉文

振动与冲击. 2020, 39(10): 220-227.

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在白噪声激励下，结构响应的相关函数作为脉冲响应函数的近似可以进行模态参数辨识，但其物理意义始终缺乏明确解释；相比于脉冲响应函数，基于相关函数的辨识缺少了模态参与因子或者说质量信息，这也是工况模态分析（OMA）方法的主要缺陷。简要回顾了复模态下的自然激励技术原理，证明了白噪声激励下位移响应的相关函数等价于系统在特定初始条件下的自由响应，给出相应初始条件的计算方法；进一步提出了一种系统质量分布的辨识方法，并藉此重构得到系统脉冲响应函数。讨论了相关函数误差与信号时长及激励带宽之间的关系。通过仿真和试验验证了所得结论。

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叶顶密封周向流动及流体激振抑制方法研究

张尧，张万福，顾乾磊，陈璐琪，马凯，李春

振动与冲击. 2020, 39(10): 228-233.

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控制叶顶间隙流体进口预旋及周向流动是减小密封流体激振力的主要方法。基于计算流体力学方法，通过在汽轮机某级叶顶间隙入口的动（围带）、静（汽缸）部件上增加新型微型叶栅，研究新型结构对叶顶间隙流体周向流动及流体激振抑制效果。结果表明：在新型微型叶栅的作用下，流体在叶顶密封入口由正预旋变为负预旋，密封有效阻尼系数由负变正，有效抑制了流体激振，提高了转子稳定性；将微型叶栅安装在围带上时对流体激振的抑制效果整体优于安装在汽缸上，且每两动叶片间数量为10个（围带叶栅）与6个（汽缸叶栅）时，转子系统稳定性最好。

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近断层钢筋混凝土框架结构地震倒塌机制分析

孙广俊，李鸿晶，卞开亚

振动与冲击. 2020, 39(10): 234-241.

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由于近断层地震动的特殊性，近断层混凝土结构的损伤倒塌较一般地震动下更为严重，其损伤过程和倒塌机制也更为复杂。采用改进的拆除构件法，对抗倒塌分析中传统的拆除构件法进行了改进，并结合近断层地震动下混凝土框架结构的反应特征，建立了典型10层钢筋混凝土框架模型，通过设置12种拆除工况，选取3条简谐波和3条实际近断层地震记录作为结构输入，进行动力弹塑性时程分析，研究了钢筋混凝土框架在近断层地震作用下的倒塌机制。研究表明，底层框架柱损伤对结构倒塌模式的影响较大，中、上部楼层框架柱损伤对结构倒塌模式的影响较小；框架柱不对称损伤对所在楼层层间位移的影响大于对称损伤的影响，角柱损伤的影响大于边柱损伤和中柱损伤的影响；即使结构的损伤部位不同，但也可能具有相同的倒塌模式；采用与结构基本周期相接近的简谐波作用能够从总体上模拟结构的整体倒塌模式。

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基于全相位预处理的时域多重信号分类波达方向估计方法

余华兵1，郑恩明2，陈新华2

振动与冲击. 2020, 39(10): 242-248.

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低信噪比下，针对宽带短脉冲情况下频域多重信号分类（MUSIC）中噪声子空间估计不稳定问题，提出一种基于全相位预处理的时域多重信号分类波达方向（DOA）估计方法。①对线列阵接收数据进行分组处理；②按搜索角度对各组数据进行相移预处理，并对各组数据预处理结果进行相加，得到一组新数据；③对线列阵接收数据在时域构建相移后的协方差矩阵，在更短数据长度下，稳定实现噪声子空间估计，并依据估计出的噪声子空间含有的正交特性，通过单位矩阵加法器得到相应空间谱估计值，实现波达方向估计。数值仿真和实测数据处理结果表明，相比频域MUSIC方法，该方法有效提高了线列阵接收数据协方差矩阵中信号含有量和信噪比，能够在更短数据长度情况下实现对噪声子空间的稳定估计，具有较好的稳定性和检测性能，提高了MUSIC方法在实际波达方向估计中的鲁棒性。

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地震作用下千米级高速铁路悬索桥行车安全性研究

雷虎军1,2，刘伟1，黄炳坤1

振动与冲击. 2020, 39(10): 249-255.

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为研究地震作用下超大跨铁路悬索桥桥上列车的行车安全问题，以某主跨为1 120 m的公铁两用悬索桥方案为研究对象，采用虚拟横梁法建立了全桥梁格模型，并通过板梁组合模型验证了梁格模型的正确性。在此基础上，通过输入7条地震波，采用自主编制的列车-轨道-桥梁-地震分析程序TTBSAS进行仿真计算，研究了一致激励、行波激励下悬索桥-列车系统的动力响应特征，分析了列车过桥时的行车安全性。结果表明：对于悬索桥-列车系统，地震对桥梁和轨道动力响应的影响大于车辆；横向地震除了使钢桁梁主梁及桥上轨道发生大幅横向振动外，还会诱发主梁的附加扭转振动；不考虑地震行波效应会严重低估列车的行车安全性指标。对于这些计算条件，桥上列车行车安全性研究的最不利行波波速为500 m/s，在0.15 g 设计地震作用下列车通过主跨1 120 m悬索桥时的安全车速阈值为300 km/h

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基于介电弹性体的振荡水柱波浪能发电模拟分析

杜小振，朱尚，郭悦，赵岩，康辉

振动与冲击. 2020, 39(10): 256-260.

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振荡水柱式（OWC）波浪能采集装置结构简单、成本低；介电弹性体作为发电机可以收集人体能、海洋能、风能等，能量密度高、耐冲击、环境适应性强，利用OWC驱动介电弹性体形变发电应用前景好。在FLUENT中建立二维数值水槽OWC模型分析气室内波高和压强的变化规律；在Abaqus有限元分析系统中将波浪进入气室的模拟压强施加到介电弹性体薄膜模型产生形变，采用Simulink计算介电弹性体发电量。结果表明：介电弹性体发电量随着薄膜面积、气室压强增加而增大；随着薄膜厚度、预拉伸强度增大而减小，并且这两者对发电量影响较大。

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基于离散单元法的刨煤机刨削性能分析及试验研究

田震1,2，荆双喜2，赵丽娟3，张建军4，高珊1

振动与冲击. 2020, 39(10): 261-268.

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为研究刨煤机的刨削性能，以BH38/2×400型刨煤机为研究对象，对其应用煤层煤样性质进行测定，确定出煤壁材料本征参数并构建出煤壁三维黏结接触模型。通过对刨煤机刨削过程进行数值模拟，得到刨削过程中刨头的受力信息、煤炭颗粒运动规律以及刨削后煤壁表面残留状态，分析了不同刨削深度和刨速条件下刨刀受力的变化规律。研究结果表明：刨刀受力的线性累加使得刨头刨削阻力和煤壁挤压力较大，刨头受力接近高斯分布；刨削过程中刨削深度过大会造成能量积聚与释放急剧增加，刨削速度改变对刨刀受力影响较小。通过动力学仿真发现刨刀合金头镶嵌处和刀体背脊处的受力较为恶劣，刨刀前侧合金头位置出现严重的变形；对不同条件下刨煤机刨削过程进行了试验测试，测试得到刨刀三向力与仿真结果最大误差分别为7.21%，7.91%和9.41%，通过追踪刨刀的工作状态，发现刨刀损坏形式与仿真结果一致，验证了离散元数值模拟的准确性；研究结果为刨煤机刨削性能评价及其结构优化提供一种新的方法。

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基于最小二乘平滑滤波与CEEMDAN的光纤陀螺信号处理研究

徐朗，蔡德所

振动与冲击. 2020, 39(10): 269-278.

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针对光纤陀螺在面板堆石坝面板挠度监测中易受到噪声干扰，难以准确提取反映结构变形特征信号的实际问题，提出一种基于最小二乘平滑滤波与CEEMDAN混合降噪的方法。该方法运用CEEMDAN将光纤陀螺实测信号进行分解，得到一系列IMF分量。分别对每一阶IMF分量进行傅里叶频谱分析得到幅值谱图和幅值的方差，根据幅值方差的大小判断噪声IMF分量与有用信号IMF分量的分界，结合最小二乘平滑滤波对噪声IMF分量进行降噪。最后将降噪后的IMF分量与有用信号IMF分量进行重构，得到降噪后的光纤陀螺信号。通过对仿真信号和水布垭面板堆石坝面板挠度监测的实测数据进行分析，该方法能有效滤除噪声信号，准确提取反映结构变形的特征信号，验证了该方法对实际工程中光纤陀螺测量信号降噪的可行性和适用性。

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圆柱滚子轴承混合润滑状态下的超声法膜厚测量

李猛1,2,3，田桂斌2，刘意2，刘恒2，戚社苗2，宋海涛3,4，姬传义5

振动与冲击. 2020, 39(10): 279-284.

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圆柱滚子轴承由于其线接触特点被广泛应用于各类低速重载工况下的大型设备中，其运行性能和稳定性与滚子和内外圈间的接触润滑状态密切相关；基于等效刚度的超声法可用于实际工况的滚子轴承弹流润滑油膜厚度测量，但无法直接适用于低速重载工况下流体润滑和粗糙峰接触共存的混合润滑状态膜厚测量。为此，提出了一种混合润滑状态下的超声测量方法，建立了界面油膜刚度和粗糙体接触刚度的并联模型，通过引入接触系数并结合经验公式对超声法所测界面总刚度进行分解，获取混合润滑状态下的油膜刚度，进而得到更加准确的油膜厚度。将实验结果和理论结果的对比分析，验证了该模型的可行性和有效性。

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2020年, 第39卷, 第10期　
刊出日期：2020-05-28

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