振动与冲击

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孙飞飞1,2，杨嘉琦1，肖蕾1

振动与冲击. 2020, 39(12): 1-8.

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周期性隔震基础是利用周期性结构的衰减域特性，将地震动与上部结构自振频率接近的频率范围内的能量衰减，从而控制上部结构响应的新型隔震装置。周期性基础的隔震性能受到多方面因素的影响，包括局域共振子的调谐频率比、质量比、阻尼比、基体的刚度、上部结构与基础的相互作用以及地震动的频谱特性等。目前尚未有研究综合考虑上述因素的影响并提出周期性基础的设计方法。本文提出以一组地震动作用下上部结构峰值响应衰减率的平均值为目标函数，对周期性基础进行优化的设计方法。计算结果表明，按照该优化方法得到的周期性基础对上部结构在选取的44条地震动作用下，峰值响应的平均衰减率达30%。参数敏感性分析表明，优化设计得到的周期性基础对于自身参数的变化具有良好的鲁棒性。最后利用缩尺振动台试验验证了优化设计得到的周期性基础的隔震性能，证明了优化方法的有效性和优化结果的正确性。

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基于机电阻抗技术的不锈钢板均匀腐蚀监测方法研究

刘洋1，冯新1,2,3

振动与冲击. 2020, 39(12): 9-16.

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不锈钢板厚度减薄是造成不锈钢板完整性和适用性退化的主要原因之一。不锈钢板的均匀腐蚀会导致不锈钢板厚度均匀减薄，质量减小。因此，对不锈钢板均匀腐蚀进行有效监测具有十分重要的意义。然而，目前对不锈钢板均匀腐蚀的有效监测充满困难和挑战。提出了一种基于机电阻抗技术的不锈钢板均匀腐蚀监测方法。通过推导在单个表面粘贴的压电传感器激励下的简支薄不锈钢板的等效机械导纳，提出了将导纳曲线中弯曲振动模态的共振频率的变化作为评价不锈钢板均匀腐蚀损伤的敏感指标，使用与真实腐蚀程度之间的定量关系量化和预测不锈钢板的均匀腐蚀程度。通过实验证明了所提方法的有效性和可靠性。

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基于载弹状态的车载双联装平台横向稳定性分析

孟卫1，姜毅1，董晓彤2

振动与冲击. 2020, 39(12): 17-22.

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转向阶段的稳定性和安全性是车载双联装导弹发射平台研究的关键问题。文章以中远程导弹的车载双联装发射平台为研究对象，开展了横向稳定性研究；建立了适用于横向稳定性分析的刚柔耦合动力学模型，对比了刚柔耦合动力学模型的数值计算结果与实车试验结果，验证了模型的正确性。基于此模型，分析了不同载弹状态对发射平台横向稳定性的影响规律，给出了不同载弹状态下发射平台的安全转向速度,为车载双联装发射平台的系统设计和优化提供了理论参考。

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三自由度加载系统高精度加载控制方法试验研究

许国山1,2,3，郑雪梅1,2,3，陈琦1,2,3，王贞1,2,3

振动与冲击. 2020, 39(12): 23-31.

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本文针对三自由度加载系统，对其控制方法进行了较为系统的研究。首先，对现有较为精确的控制方法进行了分析介绍，然后利用三自由度拟静力试验加载控制软件，在哈尔滨工业大学大型多功能三自由度加载系统上进行了弯剪试验验证，对比分析竖向基于作动器反馈的力-位移混合控制方法，竖向基于LVDT反馈的力-位移混合控制方法和考虑几何非线性的控制方法的准确性。研究结果表明：考虑几何非线性的控制方法对三自由度加载试验的控制最为准确。

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基于非线性声场调制的混凝土微裂纹检测实验研究

许颖，王青原，祖红光，张何勇

振动与冲击. 2020, 39(12): 32-39.

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混凝土微裂纹的产生和发展对于核电站、水库等特殊混凝土结构的耐久性有较大影响，本文基于非线性声场调制理论，提出边带峰计数法及损伤指标概念，以评估混凝土微裂纹发展。通过碱-骨料反应方式制备微裂纹，对水泥砂浆试件和混凝土试件累积微裂纹及持续性微裂纹的检测结果表明，损伤指标随微裂纹的发展而增大，与理论研究吻合。证明了本文所提方法的可行性。对同龄期不同水灰比混凝土微裂纹的检测试验发现，损伤指标峰值随水灰比的增加而增大，说明适当范围水灰比内，混凝土碱-骨料反应程度因水灰比的增加而增大。

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近断层地震作用下曲线桥碰撞效应及影响试验研究

李娜娜，许维炳，陈彦江，闫维明

振动与冲击. 2020, 39(12): 40-47.

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为明晰近断层地震动作用下曲线梁桥碰撞效应及其影响，以某小半径带坡匝道桥为对象，设计制作1/10缩尺模型及可调式碰撞测试装置，选取同次地震中近断层和远场地震动输入，完成了单向和双向激励条件下试验模型桥的振动台试验。结果表明：与远场地震动相比，近断层地震动作用下曲线梁桥的碰撞效应（碰撞次数和碰撞力）有较为显著的增加，而碰撞效应的增大会增大支座的位移响应，进而增加支座失效或落梁风险，且双向地震动影响更大；碰撞对边墩和中墩沿碰撞力方向的切向位移峰值增加显著，对碰撞力方向上试验模型桥的墩顶有效均方根位移响应均有放大作用，碰撞会增加试验模型桥桥墩的破坏风险。曲线桥抗震设计中应考虑近断层地震动诱发的碰撞效应影响。

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一族无条件稳定的显式结构动力学算法

郭豪鑫1，吴春利2

振动与冲击. 2020, 39(12): 48-56.

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利用离散控制理论分析HHT- 算法，提出了一族具有可控数值阻尼的无条件稳定显式结构动力学算法—显式HHT- 法，用于线性和非线性结构动力学分析。新算法采用显式的位移、速度递推式。研究了所提算法的精度，稳定性，数值色散和能量耗散特性。研究表明该算法对于线弹型和刚度软化型非线性系统是无条件稳定的，算法数值阻尼由单个参数控制，对于特定的参数值，所提算法不会产生数值能量耗散。此外所提出的显式算法的数值色散和能量耗散特性与隐式HHT- 算法相同。数值算例验证了理论分析的正确性。

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基于改进土壤承压模型的履带车辆行驶振动特性仿真研究

何健1，吴大林1，马吉胜1，冯文选1，王宏凯2

振动与冲击. 2020, 39(12): 57-62.

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计算履带车辆在软土路面上行驶时振动特性的基础在于研究土壤承压特性，然而目前以贝克公式为代表的土壤承压模型缺乏考虑剪应力因素、加卸载因素和加载速率因素。通过物理试验结合仿真试验的手段在贝克公式基础上，综合考虑这三种因素影响，建立了改进土壤承压模型。建立了某型履带车辆的动力学模型，基于改进土壤承压模型进行了履带车辆行驶振动特性仿真研究，研究结果显示，与贝克公式相对比，基于改进土壤承压模型计算得到的车体冲击加速度峰值以及平均值要小，而履带板的沉陷量要大。研究结论可以为预测履带车辆在软土路面上行驶时的下陷量、行驶阻力、振动特性以及牵引特性等性能提供参考。

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螺旋管聚能药包钻孔爆破试验研究与应用

邓永兴1，马宏昊1,2，王林桂3，张中雷3，王奕鑫1，沈兆武1

振动与冲击. 2020, 39(12): 63-69.

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为解决钻爆法根底超欠挖问题以及提高炸药在爆破中的做功能力，提出了一种螺旋管聚能药包。为验证此药包的爆破优势，设计了钻孔爆破试验，并进行了数值计算和现场应用。试验结果表明，相比于普通药包，螺旋管聚能药包的炮孔利用率提高7.2%、扩孔率提高8.4%，且能产生射流垂直侵彻孔壁，使孔壁产生径向裂缝，进而使水泥砂浆试样出现层裂，有助于产生平整根底。数值模拟显示了螺旋管药包形成射流和侵彻过程，得到靶板受力规律。现场应用结果表明，将螺旋管聚能药包装填于炮孔孔底，爆破后根底高度平均比普通装药低3.6%，根底高度标准差比普通装药少37.5%。研究成果在爆破工程应用中有很大价值，可以降低施工成本、加快施工进度、提高爆破效果，适合在矿山开采、井巷掘进等工程中使用。
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时频谱相似性度量的故障特征提取方法

郭远晶1，魏燕定2，金晓航3，林勇1

振动与冲击. 2020, 39(12): 70-77.

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针对齿轮或轴承在局部故障损伤状态下的振动信号，提出一种基于时频谱相似性度量的故障特征提取方法，用于齿轮或轴承相关故障的诊断。该方法首先利用比例因子可调的S变换对振动信号进行时频变换；然后在S变换时频谱中，选取一个显著的冲击特征，保持其频率不变，令其沿时间轴方向，从初始时间平移至终了时间，同时计算冲击特征与所遮掩时频区块之间的余弦相似度和相关系数；平移结束后获得余弦相似度和相关系数的曲线。仿真信号和齿轮、轴承故障振动信号的处理结果表明，余弦相似度曲线和相关系数曲线均可展现出故障冲击特征的周期性变化规律，且两者的频谱均能够提取出故障特征频率，实现齿轮或轴承相关故障的识别。

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基于弹性力学的裂缝梁自由振动分析

赵佳雷，周叮，张建东，胡朝斌

振动与冲击. 2020, 39(12): 78-84.

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基于弹性力学平面应力理论，采用Chebyshev-Ritz法分析裂缝梁的自由振动特性。将梁分成三个子梁，取边界函数与Chebyshev多项式的乘积作为每个子梁的位移试函数，保证解的快速收敛性，并使本方法适用于不同的几何边界条件。用里兹法列出每个子梁的振动特征方程，并根据各子梁在界面上的位移连续性条件得到整个裂缝梁的振动特征方程。计算结果与文献数据和有限元分析吻合很好。最后分析了裂缝深度和梁的高跨比对动力特性的影响。

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螺旋槽动压型口环密封动力特性研究

陈汇龙，路圣盛，吴远征，李新稳，韩婷，桂恺

振动与冲击. 2020, 39(12): 85-94.

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泵叶轮口环密封的动力特性与口环间隙内部流动特性乃至泵的运转稳定性密切相关，流动特性的改善可通过口环密封面造型来实现，为此，提出一种针对小间隙的“密封坝+螺旋线槽”微造型口环密封结构以期获得更优的口环密封动力特性。研究表明：层流模型和湍流模型计算得到的口环密封动力特性和密封性能在基本规律上具有较好的相似性，只是在参数变化的趋势和幅度上存在一定的差别，分析认为湍流模型能够更充分地反映微间隙、微结构对流动特性的影响；螺旋槽产生的动压效应和泵送效应随转速的升高、径向间隙的减小而增强；与光滑口环相比，螺旋槽口环能明显提高液膜最大压力值，且随动环偏心距的增大提升幅度更显著；可见螺旋槽造型能使口环转子获得更好的对中性，减少磨损延长使用寿命。

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高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能研究

田小红1，苏明周2，李慎3，宋丹4

振动与冲击. 2020, 39(12): 95-102.

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为了合理评估高强钢组合K形偏心支撑框架(K-HSS-EBFs)的抗震性能，设计了一个20层K-HSS-EBF结构，选取10条地震记录对其进行增量动力分析(IDA)。探讨了在强震作用下结构的薄弱部位、耗能梁塑性区的形成和发展、耗能梁变形和最大层间位移的关系，得到了结构概率分位值为10%、50%和90%的IDA曲线以及位移延性系数，结合定义的性能参数评估了结构的抗震性能。研究表明：随着峰值地震加速度的增加，各层耗能梁先后进入塑性，并逐渐发展，吸收地震能量；K-HSS-EBFs的易损曲线能很好地反映其抗震性能；按我国规范设计的高强钢组合K形偏心支撑框架偏保守，能承受远大于设防烈度的地震作用，造成结构设计的浪费。

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基于低秩稀疏分解算法的航空锥齿轮故障诊断

陈礼顺1,2，张晗3，陈雪峰4，程礼2，曾林2

振动与冲击. 2020, 39(12): 103-112.

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锥齿轮是航空发动机传动系统改变传动方向和传递功率的核心部件，常工作于高速、重载的条件下，不可避免发生齿面损伤及疲劳断裂等故障，其故障模式复杂、背景噪声强烈，难以有效诊断。针对上述问题，本文首先研究了旋转机械特征的自相似属性，分析了观测信号中干扰信息和特征信息的奇异值分布差异性，建立了二维特征矩阵的奇异值稀疏低秩先验，并将其建模为稀疏核范数正则描述，进而构建了低秩稀疏分解模型，提出了基于广义块坐标优化理论的模型求解算法框架。最后，将算法用于滑油附件锥齿轮的故障诊断，有效地辨识了潜在的故障，并与经典的稀疏正则和标准的谱峭度算法进行对比分析，结果证实了算法的优越性。

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不同约束体系曲线梁桥震害调查及损伤模式分析

吴刚1，王克海2，宋帅3，吴必涛1，王帅3

振动与冲击. 2020, 39(12): 113-120.

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为明确地震作用下曲线梁桥震害成因、结构传力机制及薄弱部位，对采用不同约束体系的曲线梁桥进行震害调查及损伤模式分析。归纳总结了汶川地震中采用不同约束体系的曲线梁桥震害；采用非线性时程方法，对比分析了不同水平地震动作用下不同约束体系曲线梁桥构件损伤状态及损伤顺序，探讨了不同约束体曲线梁桥传力机制及耗能机制。研究结果表明：曲线梁桥典型震害主要表现为主梁刚体移位，并伴有转动，主梁移位易导致其与桥台、挡块等发生碰撞，抗震分析中应考虑主梁双向碰撞效应的影响；约束体系为桥梁系统关键薄弱部位，在地震作用下易发生损伤，可将其设计为“保险丝式”单元；不同约束体系曲线梁桥的震害表现及传力机制差异明显，主要取决于约束体系的力学特性，对于采用橡胶支座的桥梁应设置合理限位装置，设置固定墩的桥梁应加强桥墩塑性铰区设计。

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铝蜂窝在压-剪组合荷载作用下的力学特性研究

杨辉1，刘亚红1，侯秀慧2，尹冠生1

振动与冲击. 2020, 39(12): 121-128.

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对铝蜂窝在压-剪组合荷载作用下的变形特征进行试验研究，并基于文中试验建立铝蜂窝数值计算模型，分析各参数对铝蜂窝在压-剪组合荷载作用下力学行为的影响。结果表明：在TL面内加载时，蜂窝变形逐渐由只在一端（加载端）变形过渡到同时在两端（加载端和非加载端）变形。在TW面加载时，蜂窝主要在一端（加载端）产生变形，并且更容易出现脱胶破坏；蜂窝峰值荷载、平均荷载以及比能与l/t值呈负相关关系。l/t值相同时，单元边长l、单元壁厚t越小，则蜂窝平均荷载和比能越大。单元边长l对蜂窝平均荷载的影响要大于单元壁厚t对平均荷载的影响；增大蜂窝高度会降低结构吸能效率。

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不耦合偏心装药结构爆破损伤破坏的分形研究

杨仁树1,3，肖成龙2，李永亮1,2，许鹏2，丁晨曦2，郑昌达2，康一强2

振动与冲击. 2020, 39(12): 129-134.

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为研究不耦合偏心装药结构的爆后损伤范围与损伤程度，以有机玻璃(PMMA)为实验材料，设计爆破二维模型实验，通过数字图像处理方法，计算炮孔周围不同区域的损伤变量，并基于计盒维数理论，编写MATLAB程序计算不同区域爆生裂纹的分形维数。研究表明：（1）不耦合偏心装药结构的爆后损伤分布呈现显著的非对称性，损伤变量的数值关系：偏心装药耦合侧＞中心不耦合装药结构＞偏心装药不耦合侧。（2）爆生裂纹分布符合分形规律，分形维数的相对大小与损伤变量具有一致性，分形维数可准确表征爆后介质的损伤破坏。（3）通过回归分析与线性拟合，得到损伤变量与分形维数之间的幂函数关系，建立了相应的损伤预测模型。

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侧滑角对超空泡航行体转弯运动沾湿区域的影响

王威，王聪，宋武超，李聪慧

振动与冲击. 2020, 39(12): 135-141.

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为了提高通气超空泡航行体在转弯运动过程中空泡和航行体的运动一致性，本文基于有限体积法和VOF多相流模型，采用动态网格技术对航行体转弯运动的空泡形态特性进行了非定常数值模拟研究。通过对航行体沾湿区域的分析，揭示了沾湿区域形成的原因，利用空化器对空泡轴线的定向效应，提出了合理改变侧滑角减缓沾湿区域出现的具体方法。通过分析侧滑角和侧滑角速度对航行体沾湿区域的影响，提出了超空泡航行体转弯运动过程中，在给定偏航角条件下避免出现沾湿区域的侧滑角和侧滑角速度的适用范围，为进一步研究超空泡航行体机动运动问题提供参考。

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基于多输入层卷积神经网络的滚动轴承故障诊断模型

昝涛1，王辉 1，刘智豪1，王民1，2，高相胜1

振动与冲击. 2020, 39(12): 142-149.

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针对滚动轴承信号易受噪声干扰和智能诊断模型鲁棒性差的问题，在一维卷积网络的基础上，提出基于多输入层卷积神经网络的滚动轴承故障诊断模型。相比传统卷积神经网络诊断模型，该模型具有多个输入层，初始输入层为原始信号，以最大化地发挥卷积网络自动学习原始信号特征的优势；同时可将谱分析数据在模型任意位置输入模型，以提升模型的识别精度和抗干扰能力。首先，通过滚动轴承模拟试验，进行可行性和有效性验证，同时与人工神经网络（Artificial Neural Network，ANN）、支持向量机（Support Vector Machine，SVM）和典型的卷积神经模型进行对比，证明了所提出模型的优势；然后，向测试集中加入噪声来检验模型的鲁棒性，并且运用增量学习方法提升模型在强噪声环境下的识别性能；最后，通过滚动轴承故障实例，验证模型的识别性能和泛化能力。试验结果表明，所提出的模型提升了传统卷积模型的识别率和收敛性能，并具有较好的鲁棒性和泛化能力。

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SBP-SAT方法及其在波动领域的应用

杨在林1,2，孙铖1，蒋关希曦1，杨勇1,2

振动与冲击. 2020, 39(12): 150-157.

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基于分部求和（summation by parts）方法和同时逼近项（simultaneous approximation terms）技术建立的有限差分方法，具有更高的精度和稳定性。同时在介质几何不连续、参数突变条件具有较大的优势。国内对SBP-SAT方法的相关研究目前较少，论文对该方法的研究背景，方法发展过程进行了介绍并基于SBP-SAT方法和弹性波动理论，结合初边值条件，推导出曲线网格条件下的弹性波动SBP-SAT离散方程。最后，通过数值模拟实现地震波传播过程，介绍该方法在地震数值模拟领域中的应用价值和前景。

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匀加速激励下的液体晃动力解析计算

张海涛1,2，孙蓓蓓2

振动与冲击. 2020, 39(12): 158-163.

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针对矩形容器在匀加速运动下的液体晃动问题，采用基于非线性振动的解析方法求出容器所受液体晃动力的解析近似解，并分析其非线性效应以及加速度大小和充液率的影响作用。根据流体速度势的解析解计算边壁处的流体压力，而对于部分边壁区域的流体压力则采用线性分布的近似估计。对流体压力沿边壁做积分即可获得边壁处液体晃动力的解析近似解。计算结果表明，非线性因素并不会对容器所受晃动力产生较大影响，晃动力非线性项与加速度立方成正比；充液率的变化会使得线性晃动固有频率的数值发生改变，进而对晃动力线性项造成影响，其影响程度与固有频率曲线的变化趋势较为一致。

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一种新的有限域动力刚度改进连分式求解算法

高毅超1，刘昊2，唐欣薇3

振动与冲击. 2020, 39(12): 164-169.

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比例边界有限元法仅需离散边界，网格划分灵活，且易于采用高阶单元，是结构动力分析的理想方法。针对有限域动力问题，基于广义特征值分解对动力刚度表示的比例边界有限元方程进行模态变换。通过选取特定的因子矩阵，简化了改进连分式算法的求解流程，提出了一种新的有限域动力刚度改进连分式求解算法。在动力刚度连分式渐近解的基础上引入辅助变量，建立了有限域动力问题的运动方程，其系数矩阵对称稀疏，可以利用现有的有限元求解器求解。正八边形板和重力坝算例表明，新算法具有良好的数值稳定性和计算精度，适用于实际工程问题的动力响应分析。

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基于谐波平衡-时频转换法的摩擦振子稳态响应分析

康佳豪1，徐超1，李东武1，任怀宇2

振动与冲击. 2020, 39(12): 170-176.

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在振动环境中，连接结构的接合面上存在复杂的摩擦接触行为。当受到不同幅值的切向激励时，界面可能出现微滑和宏滑两种不同的摩擦行为。准确高效地求解同时考虑微滑和宏滑的摩擦振子稳态响应对连接结构设计与优化具有重要的参考意义。采用连续弹簧滑块模型(Iwan模型)描述接合面上的跨尺度摩擦行为，通过多谐波平衡和时频转换组合方法求解了单自由度和多自由度摩擦振子稳态响应。结果表明该方法具有很高的精度，并且计算效率远高于传统数值积分方法；选取的谐波截断阶次越高，对摩擦恢复力的求解越精确；频响分析表明摩擦非线性使振子幅频响应表现出了刚度软化、谐波共振等非线性现象。

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集中粘性阻尼弦的本征问题

郑罡，白钰，张晓东，郭增伟

振动与冲击. 2020, 39(12): 177-178.

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对张紧弦在任意有限项集中线性粘性阻尼下的运动方程进行无量纲化，提出求解阻尼混合弦本征问题的一般方法。通过分离变量，将该混合动力学系统的偏微分方程转化为常微分方程，用格林函数的加权和函数表示系统的本征函数，导出系统的本征方程组、本征向量和频率方程，给出了阻尼混合弦本征函数显式解析表达式的一般形式。

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桩顶柔性约束下非均质饱和土中管桩扭转振动研究

李亚楠，章敏，王栋梁，周忠超

振动与冲击. 2020, 39(12): 182-189.

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基于Biot波动方程及Novak薄层法理论，采用非线性弹簧模型近似代替上部结构对管桩的柔性约束，并考虑土体剪切模量沿深度的非均质变化，在求得桩周土和桩芯土扭转动力阻抗的基础上，将管桩扭转振动方程离散成差分格式，最终获得了桩顶柔性约束下非均质饱和土中端承管桩扭转振动的频域响应。研究表明：随着柔性约束参数n、Mu的增大，桩顶实刚度在两个参数高、低区段内数值不变，中间随n、Mu逐渐增大，而T0的影响则与之相反；动阻尼随n、Mu、T0的变化呈现出近似的正态曲线分布模式；增大土层非均质系数a，将使桩顶实刚度逐渐增大，动阻尼迅速减小，且最终保持不变。

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钢管混凝土柱排架—核心筒结构抗震性能研究

曾繁良1，黄炎生1，周靖2

振动与冲击. 2020, 39(12): 190-197.

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以钢管混凝土柱钢框架—核心筒结构为工程背景，将钢梁与柱、核心筒的节点修改为螺栓连接的铰接节点，制作1/40的缩尺结构模型进行振动台测试，研究结构的损伤特点、动力特性、最大侧向位移、层间位移角、扭转角、地震惯性力、楼层剪力和延性需求等。结果表明：震损出现在下部楼层的混凝土楼板与柱连接、楼板与核心筒连接、楼板与钢梁连接、核心筒角部等部位；基本自振周期和阻尼比随震损增加而增大，动力放大效应减小，长周期地震动反应较显著；核心筒最大层间位移角达1/26，超过规范框架—核心筒结构体系不倒塌限值3.8倍未出现倒塌；钢排架抗扭刚度小，结构扭转反应由核心筒主导；地震惯性力和楼层剪力受地震长周期分量的影响小，楼层延性需求差异大。

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曲轴三维耦合振动特性与非线性参数的影响研究

赵俊生，李正文，李涵，白金霖，章朝栋

振动与冲击. 2020, 39(12): 198-205.

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针对高功率密度柴油机曲轴扭转、弯曲和轴向振动加剧的现象，综合考虑曲轴与轴承座的弹性变形、流体动力润滑的影响，建立12V150柴油机曲轴振动计算模型，分析曲轴主轴颈的动态响应及其耦合关系，并设计正交试验研究飞轮转动惯量、主轴承半径间隙、平衡率、主轴承宽度和供油压力对三维振动的影响次序，提出改进方案。结果表明：曲轴三维振动之间存在较强的耦合作用，各主轴颈之间也存在明显的相关关系；飞轮转动惯量和主轴承半径间隙对各个方向的振动均占有较大权重，主轴承宽度、平衡率有不同程度的影响，供油压力的影响较小。该结果对柴油机强化过程中曲轴各轴段可能发生的三维耦合振动现象的预测和整体的减振设计有实际意义。

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基于自适应混合近似模型的顶置武器站多柔体系统动力学优化研究

冯帅1，毛保全1，王之千1，朱锐1，邓威2

振动与冲击. 2020, 39(12): 206-212.

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针对顶置武器站结构优化设计存在计算量大、优化效率低等问题，提出一种基于自适应混合近似模型的优化策略，引入分层设计空间缩减思想，在优化迭代过程中依次在构造的全局空间、聚类空间和重点空间内选取样本点更新混合近似模型，以同时提高模型的全局和局部预测能力。使用典型测试函数算例和某顶置武器站结构动力优化实例，验证了所提优化策略的有效性。顶置武器站结构动力优化结果表明：使用该方法获得的武器站炮口扰动目标函数减小了58.3%，各炮口扰动参数得到有效改善；与静态近似模型方法相比，该方法所得的炮口扰动目标函数优化结果降低了14.5%，所需调用武器站分析计算模型次数减少了47.4%。

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行波效应对大跨上承式铁路钢桁拱桥地震反应的影响

张永亮，王云，虞庐松，陈兴冲，刘正楠

振动与冲击. 2020, 39(12): 213-220.

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为研究行波效应下铁路大跨钢桁拱桥地震反应的影响规律，以某490m钢桁拱桥为研究对象，采用SAP2000软件建立全桥动力计算模型，进行了非一致激励下地震响应分析。基于相对运动法的基本原理及位移输入模式，有效分离了行波效应下的拟静力分量和动力分量。结果表明：行波效应对大跨上承式铁路钢桁拱桥的地震反应影响显著，从影响杆件区域范围及量值两个角度衡量，行波效应对拱圈弦杆轴力的影响明显大于对应弯矩的影响。行波效应将使拱顶弦杆轴力显著增大，若不考虑行波效应，将严重低估拱顶杆件的内力响应。与一致激励相比，行波效应使拱顶区域的竖向位移显著增大，使拱顶区域的纵向位移减小。拟静力分量对拱顶纵向及竖向位移影响显著，尤其对拱顶纵向位移。随着视波速的增加，拱顶纵向位移拟静力分量逐渐增大，而竖向位移拟静力分量逐渐减小，拱顶纵向及竖向位移的拟静力分量均与动力项同向，导致总位移均明显大于对应的动力位移。

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基于改进形态-小波阈值降噪的轴承复合故障声学诊断

樊高瞻，周俊，朱昆莉

振动与冲击. 2020, 39(12): 221-226.

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现场采集的滚动轴承复合故障声学信号存在噪声来源复杂、背景噪声强、非线性等特点，导致已知的自适应多尺度形态滤波不能很好的适用于轴承复合故障的盲分离。针对上述问题，提出一种基于改进的自适应多尺度多结构形态滤波(IAMSCMF)、改进的小波阈值降噪方法(IWTDM)和稀疏量分析(SCA)相结合的滚动轴承复合故障特征盲提取方法。首先利用IAMSCMF和IWTDM构造滤波器进行滤波及提高信噪比(SNR)；其次利用SCA分离信号；最后用FFT进行频谱分析。仿真分析和滚动轴承现场采集声学信号分析结果均清晰的提取出了轴承故障特征，验证了算法的有效性。

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重型液压凿岩机双缓冲系统特性分析与实验

耿晓光1，马威1，马飞2，周志鸿2，龚敏1，刘玉超2

振动与冲击. 2020, 39(12): 227-234.

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针对当前双缓冲系统特性研究不足，严重制约凿岩机冲击功率提高的现状，考虑岩石动力学特性和应力波的透射与反射，建立以冲击为输入的应力波传递模型，获取了钎头凿入位移和缓冲活塞回弹速度。考虑油液压缩、油液泄漏、阀口压降等因素，建立了包含缓冲活塞、缓冲阀、缓冲蓄能器以及连接管路的双缓冲系统耦合模型。设计现场凿岩实验，同步测试了冲击系统和双缓冲系统腔内压力，验证了数值仿真模型的正确性。在此基础上，分析了双缓冲间隙对缓冲活塞运动规律和一、二级缓冲腔压力变化规律的影响。仿真结果表明，双缓冲间隙存在最优范围，如若设计不当，会影响系统的响应速度，引起极高的压力峰值，甚至造成系统空蚀的发生。

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单自由度NES在高斯白噪声随机激励下的响应分析

薛继仁1，陈立群1，张业伟2，丁虎1

振动与冲击. 2020, 39(12): 235-241.

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对带有非线性能量汇的单自由度系统进行建模，采用有限差分法进行数值求解，再利用蒙特卡洛法进行数值模拟，比较了两种不同方法下得到的系统稳态统计响应；然后进行参数讨论和分析，讨论了不同参数对系统稳态统计响应的影响，为随机激励下的非线性能量汇动力学参数设计提供参考依据。

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基于小波和奇异值理论的西安钟楼模态参数识别

胡卫兵1，侯艳芳1,2，陈卓1

振动与冲击. 2020, 39(12): 242-248.

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论文在对国家重点文物保护单位西安钟楼进行强噪声环境激励下振动监测的基础上，应用自然激励法采用不同测点的传感器记录的加速度信号的互相关函数代替系统的脉冲响应函数，选取适当的小波函数、小波尺度、中心频率和带宽频率对互相关函数进行小波分析，并根据小波变换系数的模的相角和对数导数识别频率和阻尼比信息，实现了基于小波和奇异值理论的方法对西安钟楼模态参数进行识别，并对识别结果进行对比分析，验证基于小波和奇异值理论的方法识别古建筑木结构模态参数的可行性，为古建筑的保护和研究工作提供参考。

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热冲击下轴向运动FGM梁的自由振动分析

林鹏程，滕兆春

振动与冲击. 2020, 39(12): 249-256.

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基于Timoshenko梁理论研究两端夹紧、一端夹紧一端简支、两端简支三种不同边界条件下的轴向运动功能梯度材料（FGM）梁在热冲击载荷作用下的自由振动响应。利用Hamilton原理推导热冲击下轴向运动FGM梁的自由振动控制微分方程，并采用分离变量法求解一维热传导方程。通过微分求积法（DQM）在梁的长度方向进行离散，将原方程转化为四阶广义特征值问题，求解FGM梁自由振动的无量纲固有频率并进行特性分析。考虑了不同热冲击载荷，不同梯度指数和不同轴向运动无量纲速度对FGM梁自振频率的影响。结果表明：热冲击载荷越大，对降低FGM梁的固有频率的效果越明显；在轴向运动速度和热流输入不改变的情况下，逐渐增大材料梯度指数会使FGM梁的固有频率随之减小；FGM梁对热冲击短时间内有减缓作用，相对于均匀材料一阶失稳所需时间更长，受到热冲击的FGM梁在轴向运动时也更快达到失稳状态。

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低温及大温差区输电铁塔螺栓扭矩及横向振动试验研究

杨风利，王旭明，朱彬荣

振动与冲击. 2020, 39(12): 257-264.

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螺栓松动是强风和舞动区输电铁塔横担损坏的主要原因，输电线路运行环境温度及其变化会对螺栓应力和防松性能产生影响。通过开展低温及大温差环境下输电铁塔螺栓扭矩试验和横向振动试验，获得了施工扭矩下－50℃～30℃的螺栓预紧力及材料强度利用系数，确定了输电线路运行环境温度及温差变化对螺栓预紧力及防松性能的影响规律，评估了输电铁塔单螺母和双螺母螺栓在低温及大温差环境下的防松效果。按照现行规范的输电铁塔螺栓施工扭矩，－50℃低温及80℃温差环境下施工不会对输电铁塔螺栓强度安全产生影响。输电铁塔螺栓按照相同扭矩在室温环境施拧后，随横向振动环境温度（30℃～－50℃）的降低，输电铁塔螺栓振后残余预紧力百分比逐渐增大，即在低温运行环境下螺栓的防松性能有所提高。其中，单螺母螺栓－50℃环境下的防松性能比室温20℃环境下提高了41.0%。

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碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构隔声性能研究

张超，张军

振动与冲击. 2020, 39(12): 265-271.

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铝蜂窝夹芯复合结构在航空工业、高速列车及汽车车体中得到越来越多的应用，其隔声性能对车内及机舱噪声有重要影响。本文建立了碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构有限单元模型，用有限单元法计算了结构在声载荷激励下的响应，并计算分析了复合结构的隔声性能，分析了碳纤维复合面板厚度、面板层数、铺设角度、铝蜂窝芯层的厚度、铝蜂窝壁厚对隔声性能的影响。研究结果表明，面板采用碳纤维复合结构时，在小于1000Hz的低频段，相同面板厚度的铝蜂窝复合结构隔声性能比全铝合金材料的铝蜂窝夹芯复合结构有所降低，而且在高频段会出现隔声量更低的隔声低谷；相较于铝合金面板，复合结构的面板采用碳纤维复合材料时，能够实现整体结构轻量化也提高复合结构的隔声性能；各层之间按相对90度铺设时复合结构隔声性能最好；随着面板厚度的增加复合结构隔声性能增加，面板层总厚度不变的情况下，单层面板或者过多的层数都会使复合结构隔声性能降低。

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轴线间距对圆柱体低速并联入水空泡演化影响试验研究

卢佳兴，王聪，魏英杰，路丽睿，宋武超，檀世昱

振动与冲击. 2020, 39(12): 272-280.

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为分析圆柱体并联入水过程中入水空泡间相互干扰对于空泡演化特性影响规律，采用基于高速摄像的方法，开展两圆柱体同步并联入水试验研究。通过圆柱体单独入水和双圆柱体并联入水试验对比，分析了圆柱体同步并联入水空泡演化特性与单独入水空泡演化特性的差异，揭示了同步并联入水双空泡演化机理,并进一步给出了入水空泡随轴线间距的变化特性。试验结果表明：并联入水过程中，双空泡形态在空间上呈现出了较好的镜面对称特征；对于深闭合入水空泡，随着两圆柱体轴线间距的增大，空泡在两圆柱体轴线内侧区域的发展程度逐渐提升，且水深较浅处的发展程度提升幅度大于较深处；对于表面闭合入水空泡，随着两圆柱体轴线间距增大，内测区域空泡逐渐趋于饱满，云化现象也逐渐减弱。

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深度领域自适应及其在跨工况故障诊断中的应用

袁壮1,2，董瑞2，张来斌1，段礼祥1

振动与冲击. 2020, 39(12): 281-288.

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实际生产中，机械设备的工况变化会造成监测数据的分布差异，破坏分类模型的应用基础，降低诊断准确率。为此，提出一种基于深度学习的领域自适应方法，用于跨工况情境下轴承故障诊断。该方法构建两个级联的深度网络：前者用于处理振动信号，自动挖掘故障敏感特征；后者用于将不同工况的样本特征同步映射到一个深度隐藏层（公共特征空间）中，消除工况波动引起的分布差异，生成工况不变特征，实现领域自适应。此外，该深度映射网络可通过参数优化方法自适应构建，能够实现最佳的跨域诊断性能。实验表明，与其他方法和相关研究相比，深度领域自适应在跨工况故障识别中具有更高的准确率。

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动力吸振在输油泵机组垂向减振中的应用研究

林武斌1，滕汉东2

振动与冲击. 2020, 39(12): 289-293.

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输油泵在输运成品油和原油时，其非驱动端轴承箱的垂向往往出现剧烈振动的情况，这些振动会引发泵壳开裂、加速轴承磨损、密封泄露以及泵上部分辅助管路焊缝开裂、出现油品泄露等情况，对设备管理提出很大的挑战。针对输油泵定频工作的特点，本文应用动力吸振技术研制了一款金属波纹管吸振器，输油泵安装该吸振器后的减振效果达到55%，验证了动力吸振技术是一种输油泵振动控制的较好方法。

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2020年, 第39卷, 第12期　
刊出日期：2020-06-28

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