振动与冲击

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焦敬品，任玉宝，吴斌，何存富

振动与冲击. 2020, 39(14): 1-8.

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针对多泄漏点产生的声发射信号及环境噪声对供水管道泄漏定位的影响，进行供水管道多泄漏点声定位方法研究。发展了一种基于迭代递推的供水管道多泄漏点声定位方法，研究迭代递推中品质因数阈值、信噪比阈值、相位偏移量的寻优区间和泄漏相关时频点的判定阈值等参数选择对泄漏定位效果的影响，并优选出适合的参数值。在此基础上，进行供水管道多漏点检测实验。结果表明，该方法可以实现管道上多个泄漏检测和定位，且定位误差小于1m。研究工作为实际供水管道多泄漏点检测及定位提供了可行的解决方案。

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一类无足自驱动系统的运动特性分析

李国芳，俞力洋，丁旺才，吴少培

振动与冲击. 2020, 39(14): 9-16.

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建立了一类简谐激励作用下、两自由度含干摩擦无足自驱动系统的力学模型，描述并分析了系统的运动特性，得到了系统参数选择的最佳范围。研究发现：在低频区，随着激励频率的减小，擦边分岔诱导系统碰撞次数逐渐增加，直至颤振序列；在高频区，系统存在混沌运动。在一个完整周期内，基体的运动由粘滞、正向驱进和负向驱进三种中的一种或多种组成；系统平均驱进速度对激励频率和质量比的变化较敏感，摩擦比、间隙、刚度比对系统的影响相对较小，质量比的最佳选择范围为；系统正向和负向驱进的最大平均速度出现在低频区和质量比较小时；在高频区，基体趋于粘滞状态。本文的研究结果和方法，可为无足自驱动系统的设计及参数优化提供一定的理论依据。

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基于OGY的含间隙单级齿轮系统混沌运动控制

田亚平1，徐璐1，宋佩颉1，褚衍东2

振动与冲击. 2020, 39(14): 17-21.

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针对含齿侧间隙和轴承支承间隙的单级齿轮系统在部分参数区域内的混沌运动，用改进的OGY混沌控制原理实现了混沌吸引子内部不稳定周期轨道的稳定化。通过有限差分法替代非光滑点Jacobi矩阵实现光滑系统的OGY控制向非光滑多维系统转变，用PNF法搜索混沌区域内不稳定周期伪不动点，根据动力学方程和变分形式，求解改进OGY算法中的Jacobi矩阵和敏感度列向量，结合Poincaré映射截面解析了混沌吸引子向多周期轨道转迁时的轨道间隔及迁移特性。仿真结果表明改进后的OGY控制法对高维非光滑齿轮系统混沌控制同样有效；多周期轨道持续控制时随目标周期轨道增加控制难度增大，所需参数摄动量相应增加。

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基于非线性瞬态响应的空间站柔性太阳翼在轨载荷分析

臧旭1,2，吴松2，唐国安1，郭其威2

振动与冲击. 2020, 39(14): 22-28.

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针对展开面积大、机构环节多、带有柔性索/膜结构的空间站太阳翼，建立精细的有限元模型、分析其在轨高强度激励条件下的瞬态变形和应力是强度设计所必须完成的环节。利用“间隙-接触”(Gap)单元的力学特性，将其倒置后作为钢丝绳与收藏箱的连接单元，一举解决了柔性阵面预紧力施加、钢丝绳不连续拉压刚度模拟以及收藏箱弹性变形补偿等多个问题，成功获得了太阳翼重要部件的瞬态剪力、弯矩等载荷结果，为产品设计提供了重要决策依据。结果也表明基于线性模型的计算方法应用于此问题存在显著不足。

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颗粒阻尼器布置方案对其减震效果影响研究

王瑾1,2，许维炳2，闫维明2，程绍革1，史铁花1

振动与冲击. 2020, 39(14): 29-35.

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为明晰建筑结构用颗粒阻尼器布置方案对其减震控制效果的影响规律，以某1：30比例缩尺钢筋混凝土框架结构为研究对象，设计制作了可用于缩尺模型的刚性连接颗粒阻尼器，结合建筑结构减震需求，对颗粒阻尼器的布置方案进行了设计，通过振动台试验研究了布置位置和阻尼器数量等参数对颗粒阻尼器减震控制效果的影响。结果表明：颗粒阻尼器布置位置处的结构均方根位移响应和峰值位移响应均有所降低，阻尼器减震控制效果良好；阻尼器布置位置对颗粒阻尼器减震控制效果影响显著，阻尼器宜布置于结构位移响应较大的位置，合理的阻尼器布置方案能够有效地控制结构的扭转响应；随附加颗粒阻尼器数量的增加，颗粒阻尼器对结构位移响应的减震控制效果提高，建筑结构可用附加质量比范围内，阻尼器布置数量越多，减震控制效果越好。

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覆冰多分裂导线三种TMD防舞效果对比研究

楼文娟，梁洪超，温作鹏

振动与冲击. 2020, 39(14): 36-42.

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在风洞试验验证的覆冰导线三自由度运动方程基础上建立了竖向、扭转向和竖扭耦合调谐质量阻尼器和导线系统的运动方程。提出采用扭转向和竖扭耦合的调谐质量阻尼器进行舞动防治，并与竖向调谐质量阻尼器进行对比。根据李雅普诺夫第一稳定定理计算导线-阻尼器系统起舞风速，采用Newmark-Beta法求解运动方程验证起舞风速的正确性。计算了D形覆冰6分裂导线全攻角舞动幅值，以舞动幅值最大的170°风攻角为目标风攻角，以提高目标风攻角起舞风速为优化目标，对3种调谐质量阻尼器进行参数优化，并对比研究了不同风攻角下3种阻尼器在最优参数下对于导线起舞风速提高的效果。研究表明：竖向调谐质量阻尼器在覆冰侧迎风的5°~20°风攻角下降低了起舞风速；扭转向调谐质量阻尼器使得覆冰侧迎风的0°~40°风攻角的导线起舞风速提高至10m/s以上；竖扭耦合的调谐质量阻尼器较另外两种形式的调谐质量阻尼器具有更好的提高起舞风速的效果。

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双向非均质土中填砂竹节管桩纵向振动理论与试验研究

刘鑫1,2，王奎华1,2，涂园1,2

振动与冲击. 2020, 39(14): 43-52.

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填砂竹节管桩是一种新型复合桩基，通过竹节管桩、桩周填砂层和地基土共同承担上部荷载。基于考虑竖向波动效应的轴对称粘弹性土体模型研究其桩顶动力响应。首先利用虚土桩模拟桩底土体的支承作用，并对桩周介质进行径向和纵向分层，而后利用连续条件推得桩和桩周介质界面接触应力，根据拉式变换和阻抗传递函数计算复合桩基桩顶阻抗解析解和速度时域响应半解析解，并讨论填砂层和竹节参数的影响；最后将理论曲线与现场试验实测曲线进行对比，结果表明，理论曲线和实测曲线吻合较好，所建模型能够反映实际工况下填砂竹节管桩的动力响应。研究成果对于填砂竹节管桩纵向振动的理论研究及工程应用具有一定的参考价值。

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实复转换式衰减信号参数估计算法

陈鹏1，涂亚庆1，沈艳林2，牟泽龙1，李明1

振动与冲击. 2020, 39(14): 53-58.

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为抑制衰减实信号中负频率成分对参数估计的影响，提出一种实复转换式参数估计算法。首先，预估计采样信号频谱能量最大值点的索引值；其次，构造只含有负频率成分的参考信号，并将采样信号和参考信号相减实现实复转换，以抑制负频率频谱泄漏的影响；然后，利用频谱两点插值算法得到频率偏差、衰减因子和复幅值的粗估计值，并重新生成参考信号和复信号；最后，通过迭代计算得到精确的频率、衰减因子、初幅值和初相位估计值。以频率估计为例的仿真实验结果表明：所提算法可有效地抑制负频率频谱泄漏的影响，提高中高信噪比条件下的频率估计精度，特别是信号频率较低时的频率估计精度，提升了频率估计的综合性能。此外，在科氏流量计中进行了实测实验，检验了所提算法的有效性。

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基于同步挤压S变换和集成深层脊波自编码器的轴承故障诊断

杜小磊1,2，陈志刚1,2，王衍学1,2

振动与冲击. 2020, 39(14): 59-68.

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针对传统滚动轴承故障诊断算法过度依赖专家经验和故障特征提取困难的问题，提出一种基于同步挤压S变换（Synchrosqueezed S transform，SSST）和集成深层脊波自编码器（Ensemble deep ridgelet auto-encoder，EDRAE）方法。该方法首先对轴承振动信号进行SSST变换得到时频图像，并将时频图像进行双向二维主成分分析压缩；其次，利用不同的脊波函数设计不同的脊波自编码器（Ridgelet auto-encoder，RAE），并构造相应的深层脊波自编码器（Deep ridgelet auto-encoder，DRAE）且引入“跨层”连接以缓解DRAE的梯度消失现象；最后将压缩时频图像输入各DRAE网络进行无监督预训练和有监督微调，并通过加权平均法输出识别结果。实验结果表明，基于SSST和EDRAE的轴承故障诊断方法能有效地对轴承进行多种工况和多种故障程度的识别，特征提取能力和识别能力均优于人工神经网络、深度信念网络和深度自编码器等模型。

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错位微缝板吸声性能研究

蒋从双，李贤徽，邢拓

振动与冲击. 2020, 39(14): 69-74.

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目前，微穿孔板和微缝板吸声理论成熟、应用广泛。两者均是基于薄板提出的理论，其工程应用范围也因薄板而受到限制。错位微缝板融合了微穿孔板和微缝板，由双层板错位交叠而成，每层板由一系列微缝组成，上下两层微缝交错处形成微孔。交错后的微缝只在交汇的微孔处是通透的，交错形成的微孔仅是一个微孔截面，几何厚度为零。对错位微缝板进行粘热声学仿真，得到结构的相对声阻抗和吸声系数与实验数据一致性较好。仿真分析表明，结构的微孔截面处声压梯度和空气粒子振动速度最大，其粘热声能耗散主要集中在微孔截面的边界处，错位微缝板的厚度对吸声性能的影响远小于微穿孔板和微缝板，可以在厚板上实现较好的吸声性能。

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陀螺转子动力学系统的时间有限元内点法

隋永枫1,2,3,4，潘慧斌1,3,4，隋艺3,4，钟万勰2

振动与冲击. 2020, 39(14): 75-79.

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将保辛的时间有限元方法应用于陀螺转子动力学系统，给出了陀螺转子动力学系统时间有限元方法的时间单元刚度阵列式和非齐次外力的表达式，以及辛时间传递矩阵。在此基础上，提出了精度更高的时间有限元内点法(IDTFEA)，该方法既继承了时间有限元保辛的优良特性，又大大提高了数值计算精度，具有非常明显的优越性。算例给出了该论文方法和Newmark方法的比较结果，表明了该论文方法的优越性。

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基于分形理论不同装药量的爆破动焦散线实验研究

杨仁树1,2，肖成龙1,3，陈程1,3，丁晨曦1,3，郑昌达1,3，赵勇1,3，赵志伟1,3

振动与冲击. 2020, 39(14): 80-86.

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为研究装药量对爆生裂纹扩展行为的影响，采用透射式数字激光动态焦散线实验系统，分析了不同装药量的爆生裂纹扩展规律，并基于计盒维数的计算原理，编写MATLAB程序计算爆生裂纹的分形维数。结果表明：(1) 起爆后裂纹扩展分2阶段，I阶段（0 ~ 114.3μs）为爆炸应力波与爆生气体对裂纹尖端的作用，在裂纹的起裂时刻扩展速度达到峰值，随即迅速降低；II阶段（114.3μs~裂纹止裂）在反射应力波对裂纹尖端的作用下，裂纹扩展速度继续提升。(2) 裂纹扩展速度峰值、动态应力强度因子峰值、粉碎区面积、爆生裂纹分形维数与装药量正相关。(3) 采用回归分析与线性拟合的方法，得到了裂纹扩展速度与裂纹扩展轨迹分形维数的线性关系，同一裂纹扩展速度的变化符合分形规律。

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密集型矩形阵列参数对激光Lamb波成像的影响分析

刘增华，马春雷，陈洪磊，何存富，吴斌

振动与冲击. 2020, 39(14): 87-93.

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激光超声技术具有非接触、检测效率高等优点，在无损检测领域受到广泛关注。充分利用激光超声技术的高空间分辨率特性，结合密集型矩形阵列和激光Lamb波技术进行板中缺陷检测。采用连续小波变换对频带宽、时域分辨率低的激光Lamb波信号进行提取，得到特定频率下具有高时域分辨率的窄带信号。利用线性映射补偿技术消除所提取窄带信号中的频散。消除频散的信号用于缺陷成像。最后，结合幅值成像技术和符号相干因子成像技术对频散补偿后的信号进行处理，实现铝板中缺陷的成像和定位。在此基础上，进一步对不同的阵元数量和阵元间距对密集型矩形阵列指向性和缺陷成像质量的影响进行分析。当阵元数量为16，阵元间距为一个Lamb波波长时，主瓣宽度较窄且没有栅瓣出现，缺陷成像质量得到有效提高。

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不同冲击速度条件下矩形巷道围岩变形-开裂过程数值模拟

王学滨1,2，田锋2，白雪元2，郭翔2

振动与冲击. 2020, 39(14): 94-101.

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利用自主开发的拉格朗日元与变形体离散元耦合的连续-非连续方法开展了不同冲击速度条件下矩形巷道围岩变形-开裂过程的数值模拟研究。当岩石单元的应力满足剪切开裂判据时，考虑了应力脆性跌落效应，在此过程中，围压保持不变。为了检验该方法的正确性，开展了单轴压缩条件下岩样变形-开裂过程的数值模拟研究。针对矩形巷道围岩的计算表明：1）冲击速度低时载荷-位移曲线呈单峰特点；冲击速度高时载荷-位移曲线呈多峰特点；2）冲击速度低时围岩的开裂呈渐进性特点；冲击速度高时围岩的开裂呈间歇性特点，这与在冲击过程中围岩中过去形成的一种较为稳定的结构（拱）被打破，并在其外围形成了新的稳定结构（拱）有关；3）在模型相同垂直方向位移时，冲击速度低时围岩两帮的开裂深度较大，这说明冲击速度低时应力的传递较为均匀，冲击速度低时的结果（例如，V形坑内岩石碎块涌入巷道）与围岩的片帮类似；冲击速度高时的结果（例如，岩石碎块的弹射现象）与岩爆类似。

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基于频响函数识别直升机尾传动轴系非线性的方法

单卫东1，臧朝平1，张根辈1，王平2，邹亚晨2，倪徳2

振动与冲击. 2020, 39(14): 102-108.

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提出了基于测试频响函数识别尾传动轴系非线性模态参数的方法。利用线性的模态分析技术，并结合响应幅值线性化理论，通过步进正弦扫频测试激励尾传动轴系，得到直升机尾传动轴系不同激励水平下的频响函数信息，最终识别出尾传动轴系的非线性模态参数。分析结果表明：随着激励力幅值的增大，尾传动轴系的一阶固有频率减小约2%，而阻尼比增大约1.5倍，且在同一状态下多组试验分析结果一致。提出的识别尾传动轴系非线性模态参数的方法，为进一步精确研究直升机尾传动轴系的动力学特性奠定了基础.

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宽高比为10的矩形断面气动特性试验研究

杨晶1，许福友1，曾冬雷2

振动与冲击. 2020, 39(14): 109-115.

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采用表面测压方法研究了宽高比为10的矩形断面在不同风速、不同初始攻角、不同扭转振幅条件下的断面不同位置风压系数的均值、标准差、斜度和峰度及相关系数，分析了大幅扭转振动状态下非线性和非高斯自激力分布规律。研究结果表明：风压系数均值和标准差与初始攻角和振幅紧密相关，风速影响基本可以忽略；随着振幅的增大，气流分离增强，气流再附位置向下游移动；断面不同位置风压相关性随着振幅和风速的增大而增强；气动扭矩的高阶谐波成分主要是由于气流分离和再附引起，高阶谐波分量所占比重随着振幅的增大而增大。

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多级降压疏水调节阀流致噪声数值模拟研究

李树勋1,2，康云星1,2，孟令旗1,2，潘伟亮1,2，张万年1,2，刘太雨1,2

振动与冲击. 2020, 39(14): 116-121.

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特殊工况用高参数调节阀在使用过程中出现的高噪声是阀门参数化设计和优化设计必须考虑的重要问题之一。建立高压降多级降压疏水调节阀三维模型，以流致噪声理论为基础，结合RNG k-ε 和声学边界元方法(BEM)，研究了套筒式减压结构不同结构设计参数对噪声特性的影响规律。研究表明：套筒节流区域的流体压力脉动程度最强，是诱发噪声的主要区域；不同套筒结构参数的调节阀噪声频谱均呈现明显的宽频特性；声压级随套筒孔径的增大而增大，较小的套筒孔径对调节阀的流致噪声有更强的抑制作用；声压级随套筒间隙的增加呈先递减后递增的变化规律，在套筒间隙为8 mm时声压级达到极小值51.02 dB(A)。

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基于概率论的爆破振动安全评估与控制

王林峰1,2，邓冰杰1,2，莫诎2,3，赵精富4，肖弘光4

振动与冲击. 2020, 39(14): 122-129.

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爆破振动速度的预测及振动安全控制一直是爆破施工关注的热点问题。选用基本公式作为爆破振动速度预测模型，基于最小二乘法原理求解参数 K，a，b ；考虑爆破振动的随机性，定义了爆破振动速度相对误差(REBVV)，假设REBVV服从均值为0的正态分布，利用正态分布的传递性，建立了爆破振动速度的分布规律模型；并提出采用广义爆破振动速度相对误差方差来代替爆破振动速度相对误差以提高实测数据的利用率；引入概率论中的置信度水平这一概念，建立了一套爆破振动安全控制与评估模型。取置信度水平为95%，基于建立的安全控制与评估模型给出了依托工程重点控制区段爆破安全施工建议。

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水力冲击内蕴初始裂纹混凝土致裂机理

刘佳亮1,2,3，张娣2，杜书健2，王海洋2,3

振动与冲击. 2020, 39(14): 130-135.

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为研究水力冲击内蕴初始裂纹混凝土破碎机理，采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法建立了水力冲击含竖向裂纹混凝土数值模型，并基于图像处理技术，量化表征了混凝土致裂区破碎规律。研究表明：在初始裂纹弱作用区，水锤效应导致液固接触边界出现剪切断裂，贯通后形成近似“碗状”破碎坑；在初始裂纹强作用区，液固接触边界压剪应力和初始裂纹上部应力集中共同作用引发了初始裂纹上尖端裂纹；“水楔+砼楔”效应与初始裂纹下部应力集中导致了初始裂纹下尖端裂纹；水力冲击激发的应力波在自由边界和初始裂纹反射后相互叠加，引发了锥形裂纹；混凝土破碎度沿射流轴向呈非线性阶跃衰减，表明初始裂纹对混凝土破碎演化有明显阻断及强干扰作用。

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结构在静流场中振动时的附加质量分布

孙旭峰

振动与冲击. 2020, 39(14): 136-141.

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结构在静流场中振动时，附加质量的分布形式对其振动特性有非常大的影响，尤其是对较为轻薄的结构，但截至目前，对附加质量显式分布的研究甚少。基于三维问题的边界元法，在合适的Dirichlet及Neumann条件下，提出了一种较简单的方法，可求解结构以任意给定模式在不可压缩单相静流场中振动时的附加质量显式分布。数值计算表明，该方法的求解结果与理论解及实验结果吻合良好，可较好地应用于复杂形状结构在有界或无界静流场中振动时的附加质量分布计算。

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多开口矩形板自由振动特性分析

张俊1,2,3，李天匀1,2,3，朱翔1,2,3

振动与冲击. 2020, 39(14): 142-147.

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基于Rayleigh-Ritz法，对带有多个开口的矩形板的自由振动性能进行研究。结构的各种边界条件采用刚度可变的弹簧来模拟。选取改进的傅里叶级数作为试函数，以配合弹簧模型模拟不同的边界条件。引入数值方法对应变能、动能及弹性势能进行计算，这样能够对较复杂形状的结构进行计算，且节省计算时间；根据能量泛函变分原理得到振动系统的特征方程，求解特征方程即得固有频率。通过对比该研究算例结果与有限元软件的结果验证了该方法的准确性，为实际工程问题提供参考。

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加固路基-列车耦合系统地震响应及安全性分析

杨勋1，楼云锋2，时亚州3，陈荣4，金先龙5

振动与冲击. 2020, 39(14): 148-155.

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以某计划铺设路基线路为研究对象，考虑黏-弹性人工边界、土壤的非线性、结构间动态接触，建立了列车-路堤-土体耦合系统有限元模型。采用Drucker-Prager材料本构，并进行修正。轮对和钢轨采用双向对称接触方式在轮对与钢轨表面间建立垂向接触对和侧向接触对，轮轨间作用力采用罚函数方法计算。提出了软土地基加固方案，对比分析了地基加固前后，列车-路堤-地基系统的地震响应；讨论了软土路基震后残余变形对列车地震脱轨安全性的影响程度及规律。计算结果表明：地基加固对地震激励下列车-轨道结构动力响应以及列车运行安全性影响显著，加固后脱轨系数、轮重减载率和车体加速度均显著减小。

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湍流边界层激励下加筋平板振声响应特性研究

徐嘉启，梅志远，李华东，周振龙

振动与冲击. 2020, 39(14): 156-163.

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船舶、汽车和飞机等高速运动时，其外壳受湍流边界层壁面脉动压力激励而产生的内场声辐射成为该类交通工具自噪声的重要成分。基于模态叠加法计算结构振动响应。采用湍流壁面脉动压力功率谱Corcos模型，计算了外侧气流或水流湍流边界层激励下简支平板振动及内场辐射声，计算值与解析解和试验值吻合良好，验证了算法的有效性。采用湍流壁面脉动压力功率谱改进型Corcos模型，研究了外侧水流湍流边界层激励下平板及板格的振声响应特性，结果表明：水流马赫数低，壁面脉动压力迁移波数大于平板结构弯曲波数，壁面脉动压力波数-频率谱的迁移脊对平板的激励作用可以忽略；横向或纵向加筋对板格振动速度自功率谱级基本无影响；减小板格宽度与长度之比，适当增大板格流向长度可使平板振动辐射声功率在2 000 Hz以上明显降低。

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采用力偶型径向柱塞马达的新型调速回路特性分析与试验

闻德生，刘小雪，隋广东，冯佩坤，田山恒，王少朋

振动与冲击. 2020, 39(14): 164-170.

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针对变量泵-定量马达容积调速回路调速范围有限，变量泵-变量马达调速回路结构复杂的问题，故提出采用力偶型径向柱塞马达的新型恒转矩调速回路。该马达输出轴的径向力平衡，通过力偶输出转矩，马达的一个壳体内可以形成内、外两个马达；在输入压力和流量不变的情况下，通过不同的配流方式可以输出三种转矩和转速，更能满足多种工况需求；三级恒转矩调速回路在三种工作方式下产生不同的动态特性，内马达单独工作时的动态特性较好。利用AMESim软件进行仿真分析并搭建实验台对力偶型径向柱塞马达新型调速回路进行试验分析，试验数据验证了新型调速回路可增加系统的转速转矩范围，丰富了力偶型径向马达的应用领域。

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含铝炸药近场水下爆炸冲击波的实验及数值模拟

孙远翔，田俊宏，张之凡，师明飙

振动与冲击. 2020, 39(14): 171-178.

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含铝炸药能改善能量的输出结构，增强爆轰产物的做功能力，将其应用于水下爆炸,能显著提高水中兵器的爆炸威力和毁伤能力。基于电测法采用PVDF压力传感器开展含铝炸药RL-F和TNT近场水下爆炸冲击波实验，并采用耦合欧拉-拉格朗日（CEL）法对其进行模拟；通过将仿真结果与实验值及经验值对比，结果表明采用合理的边界条件、计算参数和有限元模型，CEL方法能准确地模拟含铝炸药和TNT近场水下爆炸冲击波的传播过程；含铝炸药近场水下爆炸冲击波压力衰减速率相对于TNT较缓慢。在验证数值模型合理性的基础上，将数值结果拟合得到TNT近场水下爆炸冲击波峰值压力在6倍装药半径内以及含铝炸药峰值压力在一定比例距离范围内的近似回归公式。

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地铁车辆段不同区域振动特性对比分析

冯青松1，王子玉1，刘全民1，罗信伟2，罗锟1，李纪阳1

振动与冲击. 2020, 39(14): 179-185.

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基于广州某车辆段的现场实测，分析了列车运行引起试车线、咽喉区、检修线区域的振动特性差异，总结了三类区域振源的衰减规律，并用统计学方法对比各组测试数据的离散特性，最后对车辆段内各区域进行了环境影响评价。研究结果表明：试车线引起地面垂向振动的主要频率为60~80 Hz，咽喉区地面垂向振动主要频率为50~60 Hz，库内检修线地面垂向振动主要频率为20~40 Hz；从各工况Z振级拟合曲线可以得出，试车线列车荷载引起的近地点振源强度最大，咽喉区次之，检修线最小；在咽喉区，相对于采用混凝土轨枕的轨道，采用聚氨酯轨枕的轨道引起地面振动明显增大且衰减较慢，轨道结构及道床应进行减振优化。按照GB 10070-88标准，试车线距振源5 m内的振动超过限值，咽喉区距振源10 m内的振动超过限值，而检修线在2.5 m外区域的振动均满足限值要求。

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扭转振动工具滑模控制降黏分析

田家林，周思奇，杨应林

振动与冲击. 2020, 39(14): 186-193.

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在深部硬地层钻井领域，扭转振动工具具有破岩效果明显和抑制钻头黏滑的作用，但其相应的降黏机理和控制机理研究还不完善。为此，在现有通过扭转振动工具解决黏滑问题的基础之上，建立了钻柱系统的扭转振动方程，提出 U1和U2 两种滑模控制降黏方法,并在有工具作用时，结合理论方程、给定参数对两种控制方式的降黏效果进行了分析。结果表明：当存在参数摄动时，钻柱系统处于黏滑状态附近，参数的变化会导致钻柱系统的脆弱性，钻柱系统需要加以控制；两种滑模控制方式均能有效对钻柱的黏滑振动进行控制；通过对在不同条件下各控制器的控制性能、鲁棒性的对比可知，滑模控制方式 U 2整体控制性能较好，且滑模控制方式 U 2具有更强的鲁棒性，有利于提高钻柱系统的稳定性和可靠性。

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动载荷激励下板壳结构加筋自适应成长方法

董小虎，丁晓红

振动与冲击. 2020, 39(14): 194-200.

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自适应成长法是基于自然界分支系统形态形成机理的一种高效结构拓扑优化设计方法。通过引入等效静态载荷法理论，运用自适应成长法解决板壳加筋结构在承受动载荷激励下的动态响应拓扑优化设计问题。根据板壳结构所受的动载荷边界条件，构建以动柔度为目标的优化数学模型，推导迭代公式，使板壳结构的加强筋从“种子”开始，沿着使结构最佳力学性能方向成长，从而形成最优加强筋分布形态。研究在简谐载荷和冲击载荷作用下的板壳结构加强筋设计例，并与静态载荷作用下的设计结果进行比较。研究结果表明，板壳结构在动态载荷作用下，其主加强筋布局形态和在静态载荷作用下相同，但在靠近载荷作用点附近出现与主加强筋平行的截面积较小的加强筋，以增加抵抗动态载荷的作用；而冲击载荷作用下的加强筋与一般简谐载荷作用下的加强筋相比，多出一层较复杂的框型筋板抵抗瞬时冲击力。

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周期分布不规则体对弹性波的二维散射

巴振宁1,2，高旭1，梁建文1,2

振动与冲击. 2020, 39(14): 201-213.

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建立了一种基于均布线载动力格林函数的周期间接边界元方法（PIBEM），进而研究了全空间中周期分布不规则体对弹性波的散射问题。方法利用平面波入射下，各不规则体周围波场频域内仅相差一个相位的特征，仅需针对其中一个不规则体进行离散和求解，即可求得问题的解；相对于选取有限多个不规则体进行近似求解的方法，该方法具有较高精度的同时，最大限度的降低了求解自由度；在对方法正确性验证的基础上，以全空间中空洞和加塞两种模型为例开展了数值计算分析，重点探讨了空洞形状、空洞间距和加塞刚度等参数对减振效应的影响。数值分析结果表明：周期分布空洞与多个空洞的位移幅值具有差异，且频率低时差异更为显著；三种形状空洞中，周期分布圆形空洞减振效果最佳，周期分布三角形空洞减振效果最差；周期分布加塞与周期分布空洞减振原理不同，加塞通过消耗地震波的能量减振，而空洞通过阻隔地震波减振；周期分布软加塞的消能减振效果优于周期分布硬加塞。

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自复位钢框架-蝴蝶形钢板剪力墙体系两层结构抗震试验研究

孙玉康，李启才，张萍，丁志昌，王伟

振动与冲击. 2020, 39(14): 214-223.

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为了研究蝴蝶形钢板剪力墙-自复位结构体系的抗震性能，对7个两层单跨1/2缩尺蝴蝶形钢板的自复位钢框架试件进行了低周反复荷载试验。根据试验结果着重分析了蝴蝶形钢板的高厚比、高宽比和蝴蝶杆层数以及试件的初始预应力等参数对试件的承载力、滞回性能、耗能能力和复位效果等性能的影响。试验结果表明：随着钢板的高厚比和高宽比的减小，试件的承载力和耗能能力增大，但残余变形随着高厚比减小而增加，且几乎不受高宽比的影响；蝴蝶杆层数越多，试件的承载力和残余变形越大，前期耗能越迅速，但最终耗能量相同；初始预应力越大，试件的承载力越大，耗能能力越弱，残余变形越小。

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机械振动信号自适应多尺度非线性动力学特征提取方法研究

刘敏1，范红波1，张英堂1，李志宁1，杨望灿2

振动与冲击. 2020, 39(14): 224-232.

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针对机械振动信号的故障特征提取问题，提出了基于独立变分模态分解与多尺度非线性动力学参数的特征提取方法。①提出频谱循环相干系数选取匹配波形对机械振动信号进行端点延拓后再进行VMD分解得到不同频率尺度的IMF分量；②根据互相关准则选取有效的IMF分量进行核独立成分分析，分离出相互独立的有效故障特征频带分量；③计算各独立分量的复合多尺度模糊熵偏均值，并利用正交变换将独立分量正交化后构造多维超体，进而利用多维超体体积定义并计算信号的双测度分形维数，从而获得多尺度非线性动力学特征参数，实现机械故障诊断。仿真和实验结果表明：所提方法可有效抑制VMD分解的端点效应和模态混叠，信号分解效果好，特征参数分类精度高，极大地提高了机械故障诊断准确率。

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基于分数阶微分的金属橡胶迟滞非线性动力学模型

常宇健1，田沃沃1，陈恩利2，申永军2，邢武策2

振动与冲击. 2020, 39(14): 233-241.

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金属橡胶元件的应力应变关系为非线性滞回曲线，现有的金属橡胶动力学模型大多采用多参数、分段函数进行描述，增加了系统的复杂性。通过分析金属橡胶的弹性恢复力和阻尼力的组成，利用分数阶微分能够描述各种材料及过程记忆性的特点，提出一种含有分数阶微分的金属橡胶黏弹性本构模型，在此模型基础上建立了金属橡胶非线性动力学系统模型；通过正弦位移加载实验获取了典型金属橡胶隔振系统在多种激励幅值、频率作用下的恢复力；采用遗传算法对实验数据进行曲线拟合，识别出模型中所有参数；通过分析推导出系统模型中各参数与振幅及频率的函数关系。结果表明，所提出的含分数阶微分项的金属橡胶非线性动力学系统模型，具有连续的数学表达式，能够较准确地反映金属橡胶非线性系统的完整动力学性能，而且与现有金属橡胶动力学系统模型相比，参数较少，结构简单，为金属橡胶动力学系统的研究提供了新的思路。

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转子/密封系统失稳振动抑制的动力吸振方法研究

许琦1，牛俊开1，姚红良2，赵立超3，闻邦椿2

振动与冲击. 2020, 39(14): 242-250.

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针对密封中流体引起转子/密封系统振动失稳的问题。提出采用动力吸振器(DVA)实现转子/密封系统失稳振动抑制。建立转子/密封-DVA系统非线性微分方程，采用数值方法求解并获得附加DVA前后转子/密封系统的非线性特性；根据Hurwitz判据获得系统的临界稳定条件；通过遗传算法优化DVA参数，获得附加优化DVA前后转子/密封系统稳定性。结果表明：附加DVA能够改变转子/密封系统失稳振动频率和失稳阈值；在一定的转速范围内失稳振动被完全抑制；在不完全抑制的转速范围内，附加DVA能降低失稳振动的振幅。

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分数阶单自由度间隙振子的受迫振动

牛江川1,2，赵志爽2，邢海军1,2，申永军1,2

振动与冲击. 2020, 39(14): 251-256.

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研究了含有分数阶微分项的单自由度间隙振子的受迫振动，利用KBM渐近法获得了系统的近似解析解。分析了分段线性系统的主共振，得到了分数阶阶次在0~ 2时分数阶项的统一表达式；发现分数阶微分项在分段系统中以等效线性阻尼和等效线性刚度的形式影响着系统的动力学特性，而间隙以等效非线性刚度的形式影响着系统的动力学特性。获得了主共振幅频响应的表达式，并得到了系统的稳定性条件；比较了系统主共振幅频响应的近似解析解和数值解，发现两者符合程度较高，验证了近似解析解的正确性；详细分析了分数阶项和间隙对系统主共振幅频响应的影响。研究表明KBM渐近法是分析分数阶分段光滑系统动力学的有效方法。

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干气密封动静环摩擦界面热弹法向接触刚度分形模型

陈金林1，丁雪兴1，张伟政1，严如奇2，孙宝财1,2

振动与冲击. 2020, 39(14): 257-263.

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基于分形理论，根据重新建立的微凸体接触模型，并考虑微凸体弹性变形以及热应力变形，建立了干气密封两摩擦界面热弹性法向接触刚度计算模型，并对其影响因素进行了数值分析。研究结果表明：热法向接触刚度、弹性法向接触刚度均随无量纲真实接触面积、分形维数增大而增大，而随特征尺寸增大而减小，其中分形维数、特征尺寸对弹性法向接触刚度影响较为显著；摩擦因数对热法向接触刚度和弹性法向接触刚度的影响相反，摩擦因数增大，热法向接触刚度变大，而弹性法向接触刚度变小；热法向接触刚度随着转速以线性方式增大。摩擦界面热弹法向接触刚度分形模型的建立与分析，将为研究考虑热效应的干气密封摩擦振动奠定一定基础。

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磷石膏的动力学特性试验研究

路停1,2，魏作安1,2，王文松1,2，杨永浩1,2，曹冠森1,2，庄孙宁1,2

振动与冲击. 2020, 39(14): 264-271.

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利用带有弯曲元模块的GDS振动三轴试验仪，对磷石膏的动力学特性进行了系统研究。获得了磷石膏的动强度、动剪切模量 G d、阻尼比 λ和动孔隙水压力μ d等动力参数及其变化规律。结果表明：磷石膏的动强度曲线呈幂函数形式，不同围压下的动强度曲线归一性较差；初始动剪切模量 G d0与有效固结围压 σ ′0呈幂函数关系；采用Davidenkov模型对动剪切模量比 G d/ G d0进行拟合，不同围压下磷石膏的动剪切模量比归一性较好；随着干密度及围压的增加，磷石膏的孔压发展曲线由 “双S”型向 “单S”型变化；以Seed孔压模型为基础，建立了磷石膏的动孔压模型。 

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半主动抗俯仰液压互联悬架俯仰动力学的研究

江治东1，郑敏毅1，张农1，2

振动与冲击. 2020, 39(14): 272-278.

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在城市交通中，车辆频繁的加速和减速会引起车身俯仰振动，从而导致乘坐不适，甚至晕车。基于粒子群算法的类天棚控制和PID控制，研究一种阻尼连续可调的抗俯仰液压互联悬架系统。建立包含制动系统、轮胎和液压互联悬架系统的半车模型；分析液压互联悬架刚度阻尼特性和阻尼阀孔径对车身俯仰角平顺性的影响；设计类Skyhook和PID控制器，采用粒子群算法整定控制参数；利用Simulink和Amesim联合仿真模拟直线制动工况，分析平顺性优化效果和制动安全性。结果表明，与被动悬架相比，半主动抗液压互联悬架有效地提高车辆的平顺性。

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电机定子硅钢片磁致伸缩效应引起的振动

张欣，何家俊，姚娜，吴超

振动与冲击. 2020, 39(14): 279-284.

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为了研究磁致伸缩效应对电机定子硅钢片的影响，建立磁-机械耦合数值模型，研究了在磁致伸缩作用下电机定子的振动情况，得到电机定子硅钢片的振动主要为供电频率的一倍频与二倍频。设计了一种仿真实验模型，模拟电机中的磁场走向，线圈与无取向硅钢片不接触，这样无取向硅钢片上只存在由变化磁场导致的磁致伸缩力；通过改变硅钢片的位置，分析磁场不同走向下磁致伸缩效应对无取向硅钢片应力特性的影响，得到无取向硅钢片主要振动频率为供电频率的一倍频和二倍频，且硅钢片处于不同位置时影响其振动的主要频率不同；在磁路发生偏转时造成无取向硅钢片在供电频率一倍频处振动明显。同时设计了实验，测量变化磁场下无取向硅钢片上的振动信号，对仿真结果进行验证，与仿真结果相符合。

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2020年, 第39卷, 第14期　
刊出日期：2020-07-28

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