振动与冲击

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游斌弟，梁栋，温晓雷，于香杰

振动与冲击. 2020, 39(2): 1-8.

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为了研究空间望远镜柔性子镜展开过程对镜片型面精度和望远镜系统的扰动问题，以花瓣式可展开空间望远镜抛物层合镜片为研究对象，基于绝对节点坐标法，采用考虑初始形态曲率的曲壳单元对镜片的形变位移进行描述，表征了层合镜片几何非线性关系与材料非线性关系下的应变和应力关系。利用虚功原理推导了傍瓣子镜展开过程的耦合动力学方程，考虑了镜片弹性变形与大范围运动的耦合作用。针对使用的曲壳单元和传统建模方式，分别对镜片展开过程进行仿真分析，结果表明使用绝对节点坐标法更有利于描述柔性体大变形与大范围运动的耦合，壳单元在描述曲壳结构时更加精确。铰链驱动力矩能够激发镜片的振荡，特别是在多镜片同时展开时，多柔体的耦合作用会严重影响镜面的型面精度，进而扰动卫星本体的姿态。结论对空间望远镜的镜面精度和姿态精度的分析与控制具有理论价值和工程实际意义。

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高斯流场中单自由度线性体系非高斯振动响应试验研究

赵启明1，石少卿1，杨朝山1，张鹏2

振动与冲击. 2020, 39(2): 9-15.

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对于风湍流等高斯分布流速场中的线性结构体系，当考虑荷载中脉动流速二次项的影响时，理论上其振动响应将呈现非高斯分布特性。基于调试得到的不同粗糙工况高斯流场，开展了单自由度线性体系顺流向振动响应测试，研究了单自由度线性体系加速度响应的非高斯分布特性，分析了粗糙度对响应非高斯成分的影响，讨论了三种常见非高斯概率密度逼近方法对响应的拟合效果。试验结果表明：试验高斯流场中单自由度线性体系的顺流向加速度响应主要呈现出尖峰非高斯分布特征，且随着紊流度的提高，响应非高斯性有增强的趋势；响应的非高斯概率密度宜采用高斯混合模型方法进行拟合。

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典型点火器不同装药量下输出冲击试验与分析

汪靖程1，李燕华1，温玉全1，李志良2，侯会民2

振动与冲击. 2020, 39(2): 16-21.

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为研究装药量对某典型点火器输出冲击的影响，分别用压力传感器和压电式加速度传感器测量了点火器的输出压力和响应加速度，分析了冲击响应谱。结果表明：点火器输出峰值压力与装药量的关系符合诺贝尔-阿贝尔状态方程；在1 000 Hz~10 000 Hz频率范围内，冲击响应谱差值随装药量增加呈线性变化的关系。

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助老机器人伴行模态人机耦合系统的耐冲击振动特性分析

穆小奇1，张小栋1,2，王亚宾1，韩焕杰1，袁亮3，彭蕴博3

振动与冲击. 2020, 39(2): 22-31.

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由于助老机器人在户外辅助老年人行走过程中会遇到路面不平冲击或其它瞬时冲击，不仅会对助老机器人本身产生冲击振动影响，还会引起由此带来老年人手部的局部振动。为了研究助老机器人人机耦合系统的耐冲击性，对助老机器人人机耦合系统振动特性进行了较深入的分析。①分析了助老机器人的前、后轮在不同作用输入下的强迫振动，分别建立了助老机器人系统和老年人人体系统的振动模型；②建立了助老机器人人机耦合系统的振动模型；③采用Matlab/Simulink软件分别从地面不平冲击和瞬时冲击两类情况对助老机器人人机耦合系统的耐冲击振动特性进行了振动模型仿真分析。结果表明：两类情况下老年人手部的振动幅值、振动最大速率和助老机器人把手的振动幅值、振动最大加速度以及最大耦合作用力均较小,助老机器人人机耦合系统的耐冲击性较好。其研究过程为分析对防摔控制和人手舒适度调节控制的影响提供了理论基础。

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基于VMD和改进多分类马田系统的滚动轴承故障智能诊断

詹君，程龙生，彭宅铭

振动与冲击. 2020, 39(2): 32-39.

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为了有效提取滚动轴承的故障信号，选择合适的智能分类器识别故障状态，提出基于变分模态分解及多重马氏距离法的多分类马田系统的故障智能诊断系统。通过变分模态分解将振动信号分解为多个本征模函数并提取相关特征；并采用了多重马氏距离法的马田系统，以特征子集代替特征参与分类器的构建，以解决特征参数众多的问题；通过正交表和信噪比，筛选出各状态的敏感模态分量，并提出多分类马田系统，用于多类故障智能识别；将其应用于滚动轴承故障数据中，验证算法的有效性，并与其他算法对比分析。结果表明，基于变分模态分解及改进的多分类马田系统算法能简化诊断系统、训练耗时少，识别准确率高，是一种更为有效的故障智能诊断方法。

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深部岩体中切槽爆破机理实验分析

杨立云，王青成，丁晨曦，包仕俊，宋烨，甄淑君

振动与冲击. 2020, 39(2): 40-46.

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深部岩体爆破致裂是初始应力场和爆炸动态载荷叠加作用结果，采用动静组合加载试验装置和焦散线实验系统，在PMMA模型试件中施加初始静态应力场和爆炸动态载荷，探讨炮孔切槽与水平方向成不同角度(0°，45°和90°)下，初始应力场对爆生裂纹扩展规律的影响效应。实验结果表明：①初始压应力场中，切槽孔的存在改变了圆形炮孔周边应力集中；②0°角时，初始应力场降低了裂纹尖端应力集中，抑制裂纹的扩展，且应力越大，抑制效应越明显，但不改变爆生裂纹的扩展方向；③45°角时，初始应力场改变了裂纹扩展模式，由Ⅰ型断裂向混合型转变，随着应力越大，Ⅱ型断裂越明显，且裂纹向最大主应力方向偏转；④90°角时，初始应力场提高了裂纹尖端应力集中，促进裂纹的扩展，且应力越大，促进效应越明显，不改变爆生裂纹的扩展方向。研究结果为深部岩体中开展切槽爆破技术提供理论指导。

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强离心场下旋转型行波超声电机定子动力学分析与试验

陈海鹏，陈超，王均山

振动与冲击. 2020, 39(2): 47-50.

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研究了强离心场下旋转型行波超声电机定子的动力学特性，分析了离心刚化效应对定子的影响。通过计算离心力做的功(或称为离心势能)推导出因离心刚化效应引起的附加刚度矩阵，进而得到强离心场下定子的特性矩阵(包括质量矩阵和刚度矩阵)，求解得到定子的模态参数；并根据压电陶瓷的孤极区反馈的电压信号，确定了高旋环境下定子的固有频率；总结了强离心场下超声电机定子动力学特性变化规律，给出了高旋环境下超声电机的驱动控制应对策略，为高旋环境下超声电机的应用奠定基础。

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移动式复合载荷作用下自紧身管的动态冲击响应研究

李政，张相炎，刘宁

振动与冲击. 2020, 39(2): 51-56.

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为研究某大口径自紧身管在火药燃气压力和弹带动态载荷复合冲击下的动力学响应演化历程，先提出三维残余应力场生成方法并利用脚本建模方式完成身管网格划分，而后计及挤进中诸能量形式及其相对比变化，通过联合多个用户子程序重新定义次要功系数及摩擦力模型并建立弹炮耦合非线性模型与内弹道方程组的关联通信，实现了上述载荷随火药燃烧而动态加载的过程，研究表明：基于该加载方式获得的数值结果能够比较准确地反映发射中身管真实响应，残余应力对身管应力场模式及演化有明显影响，两种复合载荷分布范围存在差异，弹带对身管动态作用力不可忽略。

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基于重叠网格法的飞机水上降落水动力砰击载荷研究

杨晓彬，许国冬

振动与冲击. 2020, 39(2): 57-63.

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为分析飞机在水上降落过程中的砰击载荷及运动规律，基于数值模拟研究NACA TN2929飞机水上降落过程，考查飞机的初始速度、初始仰角对降落过程的影响。求解雷诺平均纳维-斯托克斯方程(RANS)模拟飞机与水的相互作用，采用VOF方法捕捉自由面，采用重叠网格技术及DFBI模型模拟飞机与流体的耦合运动。通过计算楔形体和圆锥体自由入水过程验证模型的可靠性，通过网格和时间步长的收敛性分析确定合适的网格和时间步大小，与实验结果对比确定计算结果的正确性。模拟飞机以不同初始速度与不同仰角的着水过程，分析飞机底部压力的变化规律，研究飞机初始速度、初始仰角对砰击载荷及运动姿态的影响规律。数值计算结果表明飞机在入水0.2 s左右砰击载荷会达到峰值，载荷峰值与飞机着水的速度的平方线性相关；飞机机身底部压力峰值出现在水面与机身的正向交界处；飞机初始仰角增加，砰击载荷峰值会有所减小。

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薄壁结构高温随机振动疲劳寿命估算方法

沙云东1，朱付磊1，赵奉同1,2，张墨涵1

振动与冲击. 2020, 39(2): 64-71.

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为了研究涡轮转子叶片在高温环境中气流激振力作用下随机振动疲劳失效机理，从基础研究出发，采用薄壁板件为研究对象。基于高温试验台与振动台联合试验，结合数值仿真，得到了不同温度和不同振动量级组合下试验件根部与颈部的轴向动应力响应规律。基于疲劳累积损伤理论，采用改进的雨流计数法预估试验件的疲劳寿命。通过高温随机振动试验，同时参照常温随机振动试验，获得试验件在实际工况下的应力、应变、频率等动力学响应和寿命数据，并对各个试验组的响应与寿命进行数据统计，仿真与试验结果比较发现：数值仿真对试验件破坏位置判断准确，应力响应误差在5.6%以内，频率响应相差1%左右，疲劳寿命相差28.6%以内，证明了高温条件下随机振动疲劳分析方法是有效的而且精确的。

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轴承周期冲击激励下发动机薄壁支承结构响应机理研究

耿斌斌1，左彦飞1，王辰2，江志农2，胡明辉3，贺雅3

振动与冲击. 2020, 39(2): 72-78.

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燃气涡轮发动机轴承故障频发，然而，轴承故障信号经过复杂的薄壁结构传至机匣表面衰减严重，致使基于振动信号分析的轴承故障诊断难度增大。为此，从轴承故障特征产生机理出发，在薄壁支承系统固有特性分析的基础上，基于周期冲击激励与振动响应时频域关联分析，阐释了轴承冲击激励下，复杂薄壁支承结构测点的响应特征。相关结论可以为基于共振解调的轴承故障诊断提供参考，对具有薄壁支承结构的燃气轮机轴承故障预警或诊断有一定的参考价值。

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基于时间加权反馈控制的永磁同步风力发电机混沌振荡研究

梅春草1,2，韦笃取1

振动与冲击. 2020, 39(2): 79-85.

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研究基于时间加权的反馈控制方法抑制永磁同步风力发电机(PMSG)的混沌行为。以两台PMSGs作为驱动和响应的发电系统，利用相同和不同状态变量间的反馈信息建立不同的动力学方程，分析相同状态变量反馈控制和不同状态变量反馈控制对PMSGs系统混沌振荡行为的影响。发现了相同状态变量反馈控制对PMSGs系统可实现混沌同步行为，而不同状态变量反馈控制对PMSGs系统具有抑制混沌振荡的作用。在周期时间内把这两种反馈控制结合在一起，分析不同时间加权下PMSGs系统的动力学行为，发现时间分数因子和耦合参数的不同取值可使PMSGs系统产生混沌、混沌同步和混沌抑制等动力学行为。数值仿真验证了基于时间加权的反馈控制器对抑制PMSGs系统混沌行为的有效性。研究结果对提高风能利用率，保证电力系统的安全稳定运行具有重要的参考价值。

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螺旋桨激励水下壳体振动噪声数值研究

徐野，熊鹰，黄政

振动与冲击. 2020, 39(2): 86-91.

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为真实模拟壳体噪声的激励源特性，建立螺旋桨-轴系-壳体耦合系统有限元模型，以CFD计算得到的螺旋桨非定常载荷作为激励源，采用模态叠加法计算耦合系统强迫振动响应；分别以桨叶表面偶极子声源和耦合系统表面振速作为边界条件，采用声学直接边界元法计算螺旋桨直接辐射噪声和耦合系统振动噪声。数值计算结果表明：两种噪声的声压级都随螺旋桨转速的增加而增大，其中振动噪声增幅较小；耦合系统振动噪声声压级随轴承刚度的增加而增大；两种噪声的声压级在量级上较为接近，在频谱及声压分布上具有各自的特征，在预报耦合系统水下辐射噪声时应综合考虑两种噪声的影响。

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叶轮空蚀状态下离心泵振动特性分析

龚波，袁寿其，骆寅，韩岳江，董健

振动与冲击. 2020, 39(2): 92-99.

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空蚀是指空化过程中产生的空泡溃灭引起过流表面材料损坏的现象。为研究离心泵叶轮空蚀后的振动信号特征，选用IS-50-160-00单级单吸离心泵为试验对象，基于虚拟仪器技术搭建试验泵系统。测得离心泵空蚀条件下的振动信号，采用均方根(RMS)分析、峭度(K)分析两种统计方法对发生空蚀后的离心泵振动信号的平均能量、冲击波能量进行分析，采用短时傅里叶变换(STFT)分析了振动信号的时频域特性。分析结果表明：空蚀条件下整体来看基座方向和轴向方向振动幅值较大且都是无规则振动，而横向方向和纵向方向上的振动信号振幅相对较小；振动信号的能量随着流量的增大呈现先减小后平稳再增加的趋势，空蚀增加了振动信号的能量值；空蚀加剧了液体对离心泵的冲击使得振动信号峭度值增加，且基座方向峭度值大于3可作为空蚀故障的诊断参考标准；通过时频谱分析可知空蚀发生后流体可能对离心泵存在冲击波及冲击波导致的脉冲信号，且空蚀后产生了高频振动信号，高频带的振动信号可为离心泵空蚀故障诊断提供参考。研究叶轮空蚀后离心泵振动信号的特征有助于及时发现离心泵空蚀故障的发生，从而调整运行参数，以免造成严重后果。

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基于n阶GBT初始轴向载荷影响下FGM梁的振动特性

蒲育1,2，周凤玺2

振动与冲击. 2020, 39(2): 100-106.

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研究了初始轴向载荷影响下弹性地基功能梯度材料(FGM)梁的振动特性。基于一种拓展的n阶广义剪切变形梁理论(n-GBT)，以轴向位移、剪切变形挠度与弯曲变形挠度为基本未知函数，应用Hamilton原理，建立了该系统自由振动问题力学模型的控制方程。引入边界控制参数，采用一种改进型广义微分求积(MGDQ)法获得了FGM梁的静动态响应。通过算例验证并给出了GBT阶次n的理想取值，丰富梁理论的同时，可供验证或改进其它各种剪切变形梁理论；提供的数值分析方法切实可行，拓展了GDQ法的使用范围。最后，着重讨论并分析了初始轴向载荷、边界条件、梯度指标、地基刚度、跨厚比等参数对FGM梁振动特性的影响。

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水平接缝连接方式对双面叠合剪力墙抗震性能影响的试验研究

董格1，谷倩1，谭圆2，田水1，高洪远3

振动与冲击. 2020, 39(2): 107-114.

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通过对4片采用不同水平接缝连接方式的双面叠合剪力墙和1片全现浇剪力墙试件进行拟静力抗震试验，对比研究了墙体的破坏形态、滞回性能、承载力、位移延性、耗能能力和刚度退化特征。试验结果表明：各双面叠合剪力墙试件的极限破坏形态与现浇剪力墙试件基本相同；部分叠合剪力墙试件的抗震指标与现浇剪力墙对比试件相近，具有较好的抗震性能；水平接缝采用竖向连接钢筋搭接连接与采用竖向连接钢筋约束搭接连接方式的双面叠合剪力墙试件的承载能力更接近于现浇剪力墙试件；采用相同竖向钢筋连接方式的双面叠合剪力墙试件，钢筋搭接区带约束螺旋筋的试件比不带螺旋筋试件的极限变形能力强，但承载力相差不大；采用竖向连接钢筋连接方式且钢筋搭接长度大于等于1.2laE的双面叠合剪力墙试件的抗震性能满足现行相关规范的要求。

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基于变分模态分解的模态参数识别研究

赵亚军1,2，窦远明1，张明杰3

振动与冲击. 2020, 39(2): 115-122.

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基于变分模态分解(VMD)，提出一种新的结构模态参数识别方法：①通过自由振动试验或通过随机减量法从结构随机振动响应中获取结构自由衰减振动响应(FDR)，并采用VMD方法从 FDR中分解出结构模态响应；②通过经验包络法(EE)计算模态响应瞬时频率，并通过一种该研究新提出的方法计算模态响应瞬时阻尼比；③结构的模态振型向量可通过处理所有可用传感器得到的模态响应得到。瞬时模态频率和模态阻尼比可以捕获模态参数的任何瞬态变化。通过一系列数值和试验算例验证了该方法的有效性，突出了该方法的优势，并对该方法抗噪声性能进行了研究。研究表明，该方法适用于线性和非线性系统，且可用于识别具有密集模态和瞬态特性的系统。

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单自由度齿轮传动系统安全盆侵蚀与分岔

苟向锋1,2，韩林勃1,2，朱凌云1,2，石建飞1,2

振动与冲击. 2020, 39(2): 123-131.

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齿轮啮合过程中的振动幅值超过一定限度，会造成系统稳定性的破坏，影响其安全特性。为研究齿轮传动系统的安全特性，以单自由度直齿圆柱齿轮传动系统为研究对象，数值计算了随着综合传递误差波动系数和时变刚度波动幅值增大时系统在考察区域内的安全盆，分析了系统的安全盆侵蚀与分岔过程。结合系统相图、Poincaré映射图分析了系统在考察区域内的运动转迁过程，并计算了系统的最大Lyapunov指数图(TLE)及分岔点的Floquet乘子；借助多初值分岔图进一步分析了系统安全盆侵蚀与分岔现象及演变规律。结果表明：一定范围内随着参数的增大，系统不同运动的吸引域演变导致安全盆的侵蚀，系统的安全性逐渐变差；在考察区域内，系统运动分岔和周期跳跃引起安全盆的分岔；周期跳跃使原运动部分初值的安全盆产生新的安全盆，另一部分初值的安全盆保持不变，而倍化分岔和鞍结分岔则使原安全盆全部分岔为新的安全盆。研究结果可为直齿圆柱齿轮系统的参数设计和选择提供指导，为保证齿轮传动系统的安全服役提供理论依据。

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地震作用下车辆-轨道系统轮轨动态响应试验研究

李昊,张鸿儒,于仲洋,邱滟佳

振动与冲击. 2020, 39(2): 132-140.

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为研究地震作用下高速铁路地震预警阈值，进行准静态全尺寸车辆-轨道模型振动台试验研究，对车辆轨道模型施加正弦地震波，试验结果显示《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》中所规定的轮重减载率限值和脱轨系数限值可能偏于保守，且导致列车脱轨的原因是由于地震作用使轨道结构发生大幅的水平向振动，引起车轮发生水平向晃动，致使车辆发生侧向滚摆运动所造成的；接着对车辆轨道模型施加实测地震波，试验结果表明地震波频谱特性对列车运行安全有一定的影响；对车辆轨道模型同时施加水平向和垂向地震波，发现对车辆轨道系统动力响应影响较大的为水平向地震波，垂向地震波则对其影响较小；根据振动台试验模型建立与之对应的多刚体、多自由度三维车辆-轨道数值模型，研究当考虑轨道不平顺时，地震作用下不同车速对列车轮动动力响应的影响，通过数据分析表明，在一定范围内，地震作用下的列车脱轨与列车速度关系不大，为高速铁路地震预警阈值的研究提供了一定的理论依据。

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薄壁开孔圆管在轴向荷载作用下的理论研究

姚如洋1，赵振宇2，尹冠生1，张蓓3

振动与冲击. 2020, 39(2): 141-147.

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研究薄壁开孔圆管的轴向耐撞性有助于其在缓冲、吸能领域的广泛应用。通过分别考虑开孔区域和未开孔区域的能量吸收特征并引入材料的应变强化效应，根据塑性铰理论建立了轴向荷载下开孔圆管轴对称压溃模式的理论模型，得到了弯曲应变能、拉伸应变能、平均压溃力、比吸能的解析表达式。分析结果表明：该理论模型的预测结果与数值和实验结果相吻合；正则化平均压溃力会随半皱褶长细比的降低而显著增加；单层孔数对正则化平均压溃力的影响会随管壁厚度的增加或孔半径的减小而降低；比吸能可通过减少单层孔数或减小孔半径提高。

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全轻纤维混凝土的SHPB冲击强度与耗能效应

杨健辉1,2，李潇雅1,2，叶亚齐1,2，王新宇1,2

振动与冲击. 2020, 39(2): 148-153.

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以LC30全轻页岩陶粒混凝土为基准，对聚丙烯纤维、钢纤维和多壁碳纳米管不同组合掺入方式，分别进行了静力和分离式Hopkinson压杆(SHPB)冲击试验，利用HJC模型和LS-DYNA软件对素混凝土和钢纤维混凝土的动态应力-应变曲线进行了数值模拟。结果表明：全轻纤维混凝土不仅具有应变率效应和临界值，而且还具有强度效应和能量效应；并随应变率提高，其动态峰值应力和峰值应变、总能耗随之增大，且动态应力增长系数与应变率的对数具有显著相关性，但纤维掺入方式具有明显的差异性。其中，单掺时以聚丙烯纤维为最好，双掺时差异不大，三掺时为最好。数值模拟与试验曲线相近，但峰值应力较大和下降段差异较大，表明HJC模型对全轻混凝土及其纤维混凝土具有一定的局限性。

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城轨车辆车体多重动力吸振器减振方法研究

宗志祥1，文永蓬1，尚慧琳2，郭林生1，邹钰1

振动与冲击. 2020, 39(2): 154-162.

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为了让动力吸振器在降低轨道车辆车体振动的同时能够更好的适应车下剩余空间，根据多重动力吸振器原理，针对城轨车辆运行的特点，建立了包含多重动力吸振器的轨道车辆垂向振动模型，提出了适用于城市轨道车辆车体多重动力吸振器的设计方法。①讨论了载客量和速度变化对多重动力吸振器的减振性能的影响，指出了传统多重动力吸振器的局限性；②针对轨道车辆振动频率变化频繁的特点，提出了多重动力吸振器的目标频率的优化方法，从而避免了增振的情况出现；③以四条典型城市轨道线路为算例，利用DVA减振指标进行评价，分别获得了不同线路的车体多重动力吸振器的最优目标频率，并验证了该优化方法的有效性。研究结果表明：相同附加质量下，多重动力吸振器对车体的吸振能力要优于单个动力吸振器，考虑到实际的应用，在车体安装四重动力吸振器是较为适宜的选择；经过优化的多重动力吸振器在整个速度区间都能起到很好的减振效果，能够有效避免增振现象的发生；多重动力吸振器的目标频率的设计要针对不同的线路进行调整，特定线路需要特定设计才能发挥出最佳减振能力。该研究的工作为车体多重动力吸振器的研究和应用提供了参考依据。

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汽车安全气囊爆炸威力的确定方法

陈武争1, 2，陈大鹏2，陈力2，方秦2

振动与冲击. 2020, 39(2): 163-168.

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安全气囊是一种汽车被动安全性保护系统，其中充填的化学物质能在车辆撞击事故中瞬间引爆并释放大量气体。安全气囊在制造、集中运输、集中存储、使用过程中经常发生意外爆炸事故，造成人员伤亡和设施破坏。为了准确计算汽车安全气囊的爆炸威力，基于典型气囊气体发生器的化学组成和爆热能量相似理论，提出了汽车安全气囊爆炸等效TNT当量的一种理论确定方法。结合安全气囊的三种爆炸反应方程式，确定了三种小型汽车典型安全气囊的等效TNT当量分别为32.6 g，37.3 g和31.6 g，平均TNT当量为33.8 g。基于计算结果，建立了等效的安全气囊爆炸有限元模型，通过将有限元计算结果与已有安全气囊爆炸试验结果进行对比分析，验证了该计算方法的可靠性和计算结果的准确性。

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基于改进云图法的高土石坝抗震可靠度分析

靳聪聪1,2，迟世春1,2，李士杰3，聂章博1,2

振动与冲击. 2020, 39(2): 169-177.

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高土石坝抗震可靠度研究对大坝抗震防灾和震害风险研究具有重要意义。通过考虑地震动和筑坝料参数双重随机性，建立基于地震易损性和地震峰值加速度概率密度函数的高土石坝抗震可靠度模型，为研究不同设计使用年限的高土石坝抗震可靠度提供依据。通过拉丁抽样方法选取筑坝料参数样本并与选择地震动组合成样本对，选取坝顶相对震陷率作为性能参数，提出考虑抗震设防标准的高土石坝性能水平了；采用SWANDYNE II程序进行动力计算，并根据改进云图法得到不同地震峰值加速度下坝顶相对震陷率的地震易损性三维曲面；结合糯扎渡高土石坝不同设计年限的概率分布函数与地震易损性曲面，确定不同设计年限失效概率和抗震可靠度。分析结果表明：随着设计使用年限增加，大坝各个性能水平可靠度不断减小，对于严重破坏状态下不同设计年限可靠度均能满足《水利水电工程结构可靠性设计统一标准》规范要求，说明糯扎渡高土石坝在变形方面抗震设计是合理的。

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基于Chebyshev-变分法的复杂开口形状矩形薄板弯曲振动特性分析

陆斌，陈跃华，冯志敏，张刚，闫伟，许强

振动与冲击. 2020, 39(2): 178-187.

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针对复杂开口形状的矩形薄板弯曲振动问题，提出一种基于Chebyshev-变分原理的建模方法，建立弹性边界条件下不同开口形状矩形薄板弯曲振动模型。采用边界约束因子模拟弹性边界条件，视开口部分为一种物理属性为零的特殊薄膜。将板的横向位移展开成双重Chebyshev多项式级数形式，建立薄板的拉格朗日泛函，利用变分法推导薄板的特征方程并求得固有频率及对应振型。开展开口薄板模态试验研究，对比理论计算结果与试验结果及有限元结果，验证该方法及模型的准确性和有效性。研究边界约束和开口形状对弯曲振动特性的影响。结果表明：开口形状对结构低阶固有频率影响较小，对高阶固有频率影响较大；开口形状的改变对结构奇数阶固有频率的影响大于对偶数阶固有频率的影响。

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裂纹故障对行星齿轮传动系统动力学特性的影响

肖正明，郇立荣，曹金鑫

振动与冲击. 2020, 39(2): 188-194.

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针对行星传动装置动态特性复杂、故障率高的问题，拟从动力学角度探索行星传动系统的故障机理。采用改进能量法，仿真分析正常与含裂纹齿轮时变啮合刚度，考虑时变啮合参数影响，运用集中参数法建立了行星齿轮传动系统动力学模型；求解得到了正常与含故障齿轮传动系统动态响应，并对比分析了裂纹故障对动力学特性的影响；通过台架实验，分析了裂纹故障对齿轮动态响应的影响，结合小波分析与EEMD方法对齿轮振动信号进行频谱分析，并对比分析了正常与故障齿轮的频域特性差异，揭示了行星齿轮传动系统的故障机理。研究表明：所建立的动力学模型精度较高，能够很好地描述含故障齿轮传动系统的动力学特性；由于裂纹故障引起传动系统振动的调制效应，导致在齿轮啮合频率附近出现明显边频带，故障齿轮箱的振动能量主要集中在高频段。

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碎屑流冲击棚洞的最大冲击力影响因素研究

柳春1，余志祥1,2，刘宇鹏1，黄俊飞1，赵世春1,2

振动与冲击. 2020, 39(2): 195-203.

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棚洞是山区用于保护交通路线免受碎屑流冲击破坏的一种常见防护结构。为了研究碎屑流对棚洞最大冲击力的影响，建立了碎屑流冲击拦挡结构的DEM-FEM耦合数值模型，研究了碎屑流的整个冲击过程，分析了最大冲击力与碎屑流密度、冲击高度、坡度之间的关系，并与室内模型试验结果进行了对比，表明该耦合方法可行。研究结果表明：①耦合模型再现了碎屑流启动加速、冲击、堆积的三阶段过程，摩擦耗能是整个冲击过程中最主要的耗能方式；②最大冲击力与碎屑流密度、冲击高度和坡度依次呈线性、幂函数（指数小于1）和幂函数（指数大于1）正相关；③碎屑流的密度、冲击高度、坡度对最大冲击力的敏感度值分别为1.0，0.63和2.68，在棚洞设计时应优先考虑敏感度值大的影响参数。

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三质体声共振混合机的动力学特性及其性能分析

詹小斌1，汤滢2，兰昌义2，李锡文1，史铁林1

振动与冲击. 2020, 39(2): 204-208.

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为研究三质体声共振混合机的动力学特性，建立了三质体声共振混合机的动力学模型,进而分析了系统物理参数对动力学特性的影响，阐明了物料质量和阻尼变化对声共振混合机动力学响应的影响规律，提出了系统在共振频率附近工作的振幅控制策略。进一步分析了典型声共振混合机在额定载荷下的对地动载荷和所需激振力，并与额定载荷所需的最大推力进行了比较。结果表明，通过选择合理的系统物理参数，三质体声共振混合机在三阶共振频率附近工作，其振幅变化较平缓、负载质体和激振质体的运动相位相反，系统能够兼具能量转换率高、对地动载荷小且激振力小等优点。所得结论有助于进一步提高声共振混合机的工作性能和设计水平。

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#br# 板式橡胶支座梁桥的典型横向震害及其影响因素分析

徐略勤1，傅沛瑶1，李建中2，龚恋1

振动与冲击. 2020, 39(2): 209-217.

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针对板式橡胶支座梁桥在汶川地震中大面积失效的现象，基于震害调查资料对这类桥梁的典型横向震害特征进行了总结，然后基于试验成果和理论分析模型，采用增量动力分析研究了典型桥例的地震损伤过程，并与震害特征进行对比验证，采用参数分析揭示了桥梁横向震害特征的关键影响因素及其规律。研究表明：板式橡胶支座梁桥的典型横向震害是位移失控，其结构性损伤很轻；支座的柔性和滑移对墩柱抗震有利，但当地震动较大时，挡块脆断会造成梁体严重移位、支座脱空；挡块的强度、变形能力、间隙和支座的摩擦因数都是横向震害的影响因素；强度和变形能力越大，挡块限位效果越好，但强度增大会造成墩柱延性系数成倍增长，而变形增大对墩柱的影响明显更小；间隙是保证支座隔震和挡块限位的重要方面，不宜过大也不宜过小，该研究中桥例取5 cm时可达最优效果；摩擦因数对支座隔震效果的影响很大，摩擦因数越大，墩柱的延性系数也越高；改善挡块变形可达到与提高强度相同的限位效果，且对支座隔震的阻碍更小。因此，对传统挡块进行改进宜从提高其变形的角度出发，工程应用中可综合优化挡块的强度和变形来实现预期抗震目标。

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数据特征选择与分类在机械故障诊断中的应用

李帅位，张栋良，黄昕宇，陈璞

振动与冲击. 2020, 39(2): 218-222.

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针对机械故障数据的高维性和不平衡性，提出基于格拉斯曼流形的多聚类特征选择和迭代近邻过采样的故障分类方法。对采集到的振动信号，提取时域和频域相关特征，利用多聚类特征选择将高维数据以局部流形结构映射到低维特征集合。无标签样本借助迭代近邻过采样以恢复最大平衡性为目标进行样本分类，并对剩余无标签样本进行模糊分类。选取滚动轴承正常、外圈、内圈以及滚动体的故障数据，并与支持向量机、基于图的半监督学习算法进行对比。结果表明，提出的方法能有效识别出少数类故障，并在整体上有显著的分类效果。

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微量注射泵用直线超声电机的结构设计

李南安，姚志远，张百亮

振动与冲击. 2020, 39(2): 223-226.

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改进了一种螺纹杆直线超声电机，并用于驱动微量注射泵。螺纹杆直线超声电机具有体积小、精度高、推力足、无磁干扰等特点。为了满足微量注射泵推力要求，针对螺纹杆直线超声电机不能施加预压力问题，提出了一种可施加预压力的螺纹杆直线超声电机。该直线超声电机包括底座、柱状定子、分体式螺纹杆动子。动子由动子主轴、套筒、预压力施加装置组成。当预压力调至33.9 N时，电机达到最大堵推力21 N，此时空载最大速度为4.5 mm/s。并设计了一款微量注射泵，该微量注射泵结构简单、抗磁干扰，分辨率达到nl级别，满足各种微量药物注射要求。

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一种基于Seth应变张量的超弹性模型

赵子涵1,2，穆希辉1，杜峰坡1

振动与冲击. 2020, 39(2): 227-233.

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为精确表征橡胶类材料在大变形范围内的力学行为，基于Seth应变张量不变量提出了一种适用于橡胶类材料的不可压缩各向同性超弹性模型。为考察其预测能力，分别利用Treloar经典试验数据和某型炭黑填充橡胶试验数据对该模型、Yeoh模型和二阶多项式模型进行了参数识别。结果表明，在同时使用单轴拉伸和等双轴拉伸试验数据情况下，相较于其他两种常用模型，该模型能够更准确地拟合两种橡胶材料的试验数据，并较好地预测纯剪切（或平面拉伸）试验数据。最后，分别基于前述三种超弹性模型对橡胶衬套进行了静刚度仿真计算和试验验证。结果表明，基于所提出的超弹性模型得到的径向刚度和轴向刚度仿真误差分别为6.61%和9.72%，显著小于基于其他两种模型得到的仿真误差。因此，提出的模型在一定误差范围内能够有效适用于橡胶产品的性能分析。该模型仅含4个材料参数，对不同的橡胶材料有较好地适用性，具有良好的工程应用价值。

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基于Rayleigh法的独塔非对称悬索桥基频简化算法

杨国俊1,2，唐光武1，杜永峰2，郝宪武3，李子青3

振动与冲击. 2020, 39(2): 234-242.

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为了便于计算独塔非对称悬索桥振动基频，采用Rayleigh法分别推导了一阶正、反对称竖弯及扭转振动基频估算公式，考虑了不对称跨径布置对振动基频的影响，并提出了非对称独塔悬索桥合理的跨径比例。将表征跨径关系的参数k取1即可得到独塔双跨对称悬索桥的基频估算公式，最后通过有限元法验证估算公式的有效性和可靠性。研究结果表明：独塔非对称悬索桥一阶正、反对称竖弯、扭转频率的有限元解和文中解的误差都在10%以内，表明推导的估算公式解与有限元解误差能满足设计阶段的要求，最后讨论了跨径相关系数变化对竖弯和扭转基频的影响并给出了合理边中跨比的建议，该公式可以方便指导独塔悬索桥方案设计和动力计算。

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航道边界形状对移动载荷激励冰层位移响应特性的影响研究

胡明勇，李宇辰，张志宏

振动与冲击. 2020, 39(2): 243-248.

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基于欧拉-拉格朗日流体与固体耦合算法，针对移动载荷激励冰层响应问题开展了数值模拟。对均匀水深条件下的冰层位移响应进行了数值计算并与实验结果进行对比分析，发现二者获得的临界速度值、冰层位移响应波形特征以及最大下陷值都吻合较好，说明所采用的数值计算方法是可靠、有效的。针对限制水域不同航道边界形状条件下移动荷载激励冰层位移响应和载荷临界速度进行了数值模拟，得到了航道边界形状对位移响应和临界速度的影响规律，结果表明：不同截面形状直航道条件下，当矩形截面变化到梯形截面时，临界速度变小，且各速度下冰层最大下陷位移也相应变小；矩形截面形状弯曲航道条件下，临界速度仍存在，且该临界速度对应的冰层最大下陷位移幅值比直航道条件下大。

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2024-T42铝合金低中应变率力学性能及本构关系

张宇，王彬文，刘小川，惠旭龙，白春玉

振动与冲击. 2020, 39(2): 249-254.

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为研究2024-T42铝合金的低中应变率力学性能和本构关系，采用电子万能实验机和高速液压伺服材料实验机，进行常温下2024-T42铝合金准静态、低中应变率拉伸实验，得到材料在不同应变率下的应力-应变曲线。考虑颈缩对真实应力-真实应变的影响，采用仿真反演方法对颈缩后的真实应力-真实应变曲线进行修正，并基于Johnson-Cook本构模型进行拟合。结果表明：2024-T42铝合金在低中应变率范围的率敏感性较弱；但具有较强的应变硬化效应；基于仿真分析的反演修正方法能较好重构材料颈缩点后的真实应力-真实应变曲线；并通过铝管压溃实验和仿真分析，验证了反演修正方法的合理性和所获本构模型参数的准确性。

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尾翼式弹道修正弹Hopf分岔特性分析

邢炳楠，张志安，杜忠华，雷晓云

振动与冲击. 2020, 39(2): 255-261.

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为分析尾翼式二维弹道修正弹锥形运动失稳原因，提高其修正精度，建立了该弹丸有控飞行阶段四维非线性角运动方程。利用Matcont软件确定系统分岔点后，运用中心流形定理对系统进行降维，并对降维后系统的Hopf分岔点类型进行判别，最后数值仿真验证了理论分析方法的正确性。在此分析方法基础上针对修正机构参数对角运动稳定性影响进行分析。结果表明，为保证弹箭飞行稳定性并使其具有良好气动布局，应将修正机构靠近质心位置安装。

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隧道近区爆破振动动应变测试及其应用

罗驰1,2，杨新安1,2，李坤3，王斌4，肖承倚3

振动与冲击. 2020, 39(2): 262-268.

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隧道爆破振动动应变测试可以直接反映岩体或支护结构的应力状况，明确爆破冲击对隧道围岩及支护结构的扰动情况，对隧道近区爆破有重要意义。以京张高铁八达岭长城站项目为依托，通过对测试系统的减振保护和连接加固来改进现场爆破动应变测试环境，较准确地测出现场隧道初期支护的爆破振动动应变，给出隧道爆破动应变在隧道迎爆侧及背爆侧、隧道环向及纵向的分布规律。结合爆破振速监测，研究爆破动应变与振速的相关性，提出一种在建隧道结构允许振动速度标准的确定方法，该方法基于现场实测得到爆破动应变与振速的相关性及隧道结构允许动应变来计算确定。研究表明：隧道初期支护现场爆破振动动应变测试是可行和可靠的；隧道初期支护迎爆侧的动应变比背爆侧大，沿隧道环向的动应变比沿隧道纵向大，隧道交叉口区域的纵向动应变显著增大；爆破振动速度与动应变存在较好的正线性相关性，即动应变越大，振动速度越高；该方法能确定在建隧道结构的允许振动速度，并为在建隧道的爆破振动保护提供参考。

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外包橡胶混凝土覆层对梁式桥墩防撞性能影响的试验研究

冯明扬，刘保东，张敏强，胥睿

振动与冲击. 2020, 39(2): 269-274.

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提出将橡胶混凝土以覆层形式外包在桥墩一定高度范围内以提高其防撞减振和能量耗散能力，试验研究了不同橡胶粒径、体积掺量的橡胶混凝土的基本力学性能；其次利用摆锤撞击模型墩柱试验，并结合ABAQUS/Explicit非线性动态碰撞仿真分析，研究了橡胶混凝土覆层对模型墩柱的自振特性、不同撞击速度下的撞击响应峰值及振动衰减规律的影响。结果表明，虽然橡胶混凝土强度、弹模较普通混凝土较低且受橡胶掺量影响显著，但橡胶混凝土覆层兼具防撞和减振的双重优势，可使撞击力峰值减小12.93%~15.87%，墩顶位移减小13.10%~32.11%，墩底应变减小13.1%~46.13%，还能增强原桥墩的主动耗能能力。该形式防撞装置可为桥墩提供有效保护且符合绿色环保的理念，值得推广。

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刊出日期：2020-01-28

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