振动与冲击

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于福临1,2，冀玲玲1，刘亮涛3，王辉4

振动与冲击. 2020, 39(22): 1-7.

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对实船水下爆炸冲击动弯矩计算方法进行研究，将船体等效为变截面梁，基于离散时间传递矩阵法，结合非齐次项的精细积分方法，构造求解船体梁模型在水下爆炸载荷作用下的动弯矩响应的精细传递矩阵，结合边界条件分别求出船体梁在水下爆炸载荷作用下的冲击动弯矩，实现离散时间精细传递矩阵法对实船水下爆炸试验冲击动弯矩的计算。同时开展实尺度船舶水下爆炸冲击动弯矩试验，将计算结果与实船水下爆炸试验进行对比，对本文提出的方法进行了验证。

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中比转速离心泵进口回流特性研究

袁建平1，王振清1，付燕霞2，侯敬生1

振动与冲击. 2020, 39(22): 8-15.

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离心泵运行在小流量工况下时，进口会出现回流现象，回流的发生会恶化叶轮进口的流动，降低泵的性能，影响泵的运行可靠性。为研究离心泵小流量工况下进口回流特性，以IS100-80-160型离心泵为对象，采用CFD软件ANSYS CFX，基于RNG k-ɛ湍流模型对模型泵内部流场进行了定常、非定常数值模拟，获取1.0QBEPA 、0.85QBEPA 、0.51QBEPA、0.34QBEPA工况点下叶轮进口流动状态、进口管内速度分布、湍流分布及进口各截面压力分布，并对叶轮进口处及进口管内压力脉动信号进行频域分析得到以下结论：回流出现时，叶轮进口的流动状态可以分为螺旋状回流、螺旋状入流和轴向入流；回流发生时具有明显的低频高幅脉动特征；螺旋状回流的流动相比于轴线区域的轴向入流更加不稳定。搭建了闭式试验台，对模型泵进行了外特性试验与压力脉动实验，采集了压力脉动信号，并针对主要频域进行相位分析，验证了数值模拟结果的正确性。本研究为小流量回流工况下离心泵进口不稳定流动预测提供依据，丰富了离心泵设计理论，对并为水力优化提供一定的参考。

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冲刷对海上风电单桩基础自振频率影响的研究

陈琛，马宏旺，李玉韬，芦直跃

振动与冲击. 2020, 39(22): 16-22.

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目前海上风电基础形式大多采用单桩基础，海水的冲刷作用影响结构的动力特性和受力性能，其中自振频率受到的影响最为显著，因此，研究冲刷对海上风电单桩基础自振频率的影响十分必要。首先通过模型试验研究了冲刷深度、砂土密度和桩埋置深度对单桩基础自振频率的影响。然后，利用ABAQUS软件建立了单桩基础的三维有限元模型，并通过与模型试验结果对比分析，验证数值模型的可靠性。最后，以一实际工程为例，分析了补偿冲刷造成自振频率降低的各种措施。结果表明，随着冲刷深度的增加，单桩基础的自振频率会逐渐降低，其中砂土越松、埋置深度越浅，降低越明显。在相同用钢量的情况下，增加桩埋置深度、壁厚和桩径，都能增加结构自振频率，但增加桩径的效果最为明显。建议在实际工程设计中，可通过增加桩径来补偿由冲刷造成自振频率的降低以满足设计要求。

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超声速气流中壁板颤振分析及负电容分流控制

陈圣兵，吴东升，王锋，武龙

振动与冲击. 2020, 39(22): 23-27.

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为了控制超声速气流中壁板的颤振，在壁板上颤振变形较大的位置粘贴压电片，并连接负电容分流电路。利用负电容分流电路改变壁板弯曲刚度，从而提高壁板的颤振临界速度。有限元计算结果表明，负电容分流电路可以提高壁板的模态频率和颤振临界速度。随着负电容绝对值的增大并接近压电片固有电容，壁板颤振临界速度快速升高。非线性颤振计算结果也验证了负电容对壁板颤振控制的有效性。

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大质量法在桥梁非一致弹塑性地震响应分析中的误差与改进

雷虎军1,2，黄炳坤1，刘伟1，黄江泽1

振动与冲击. 2020, 39(22): 28-34.

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针对大质量法计算大跨桥梁非一致弹塑性地震响应可能存在的误差，本文基于结构弹塑性分析理论，以某(56+100+56)m大跨连续刚构桥为工程背景，采用Midas Civil 2015建立弹塑性分析模型并利用大质量法处理模型边界行成非一致弹塑性分析模型，通过输入3条实测地震波计算结构的弹塑性地震响应，探讨了大质量法存在的误差并提出了修正方法。结果表明：大质量法直接用于求解桥梁结构的非一致弹塑性地震响应存在误差，会使求得的桥墩关键断面弯矩偏小，其根本原因是大质量法改变了结构的边界条件，使固定约束变成了滑动约束，导致求得的恒载弯矩偏小；通过在原大质量法中沿地震动输入方向添加刚度为K的弹性约束同时按照公式修正输入地震波可实现大质量法的高精度修正，K可与大质量系数M取相同值；对于本文的计算条件，修正后的大质量法求得的桥墩关键断面弹塑性弯矩相对误差降低至0.135%。本文的研究成果可用于任意大跨结构的非一致弹塑性地震响应计算。

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冲击载荷下材料松动期内螺栓松动影响因素研究

王开平，张明远，闫明，王鹏，苏东海

振动与冲击. 2020, 39(22): 35-40.

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螺栓松动过程分为两个阶段：材料松动期和结构松动期，其中材料松动期内的松动主要是由塑性变形引起的。为研究冲击载荷下材料松动期内螺栓松动影响因素，首先建立了精确的螺栓联接模型，然后运用Yamamoto方法和Sopwith方法验证了模型的有效性，最后进行有限元仿真分析，研究了冲击载荷下材料松动期内冲击载荷幅值、初始预紧力、螺纹啮合面间摩擦系数、螺纹初始间隙对螺栓松动的影响规律。结果表明：在材料松动期内冲击载荷幅值越小、螺纹初始间隙越小，螺栓松动越不容易发生；存在一个初始预紧力值或者范围，也存在一个螺纹啮合面间摩擦系数值或范围，使螺栓松动最不容易发生。

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地震波斜入射下水下地基场地的等效线性化分析方法及应用

张奎，李伟华，赵成刚

振动与冲击. 2020, 39(22): 41-49.

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水下地基场地动力响应分析是水下结构抗震设计的基础，但其作为一个多介质耦合的复杂动力问题，现有的研究成果多是将饱和土体视为线弹性材料，考虑土体非线性的研究相对较少。本文在水-成层饱和土-基岩场地地震波线性解的基础上，建立了平面波斜入射下水下地基场地分析的二维等效线性化方法，通过典型场地分析，研究了入射波峰值加速度、水深及上覆软土层厚度对水土交界面处峰值加速度放大系数的影响规律。研究结果表明：非线性效应对水平峰值加速度放大系数的影响要比竖向的大，且非线性下的放大系数可能大于线性情况下的地震响应结果；水层分别在P波和SV波入射角15º~70º和45º~70º范围内对水平峰值加速度放大系数产生了较大的影响。P波作用产生的影响随着水深的增加而减小，SV波的影响则与入射波有关。相比于SV波对竖向峰值加速度放大系数的影响，P波的影响作用更大；上覆软土层较厚时对水平峰值加速度放大系数的影响较为明显，并且SV波的作用时软土层的影响明显大于P波作用时，但两者对竖向峰值加速度放大系数的影响均较小。

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单自由度含干摩擦碰振系统相邻周期运动转迁规律分析

李得洋1,2，丁旺才2，卫晓娟2，丁杰2

振动与冲击. 2020, 39(22): 50-59.

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以一类单自由度含干摩擦和间隙的碰撞振动系统为研究对象，通过理论计算及数值仿真，分析了系统在参数和协同变化下周期运动的分布及相邻周期运动之间的转迁规律。首先，根据周期运动的边界条件和衔接条件理论推导得到了系统周期运动存在的条件；根据响应微扰积分计算得到系统Floquet矩阵和Lyapunov指数，判断系统的稳定性及分叉。其次，根据系统相轨线与约束面的关系将周期运动划分为四类，结合Lyapunov指数，仿真得到了在参数和协同变化下系统的周期运动分布图；基于胞映射方法，分析了系统各相邻周期运动经非光滑分岔进行转迁的规律。研究发现，在擦边和鞍结分岔前后伴随着系统相轨迹的Sliding分岔，这是一种特殊的非光滑分岔现象。

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线性结构基于Kanai-Tajimi谱的随机地震动响应分析的新解法

葛新广1,2，龚景海1，李创第1,2

振动与冲击. 2020, 39(22): 60-66.

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针对当前分析Kanai-Tajimi谱地震动作用下结构分析比较繁杂的问题，提出了计算单自由度结构响应的简明解法。基于Kanai-Tajimi谱的滤波振动方程，将地面运动表示成白噪声激励，并与结构的运动方程组成非经典阻尼结构的地震动系统；运用复模态方法获得结构相对位移、相对速度基于白噪声激励的协方差的解析表达式；利用白噪声激励的谱矩与协方差的简明关系，获得单自由线性结构响应的谱矩简明解析表达式。最后，基于首超破坏准则和Markov分布假定，获得结构的动力可靠度。通过算例，验证了本文方法的正确性和简洁性。

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西安小雁塔结构模型振动台试验研究

钱春宇1，徐敦峰2，浩文明2，于英文3，谢启芳2

振动与冲击. 2020, 39(22): 67-75.

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以西安小雁塔结构为原型，对其缩尺比例为1/8的砖塔模型进行了振动台试验。模型采用旧青砖和糯米汁灰土浆作为砌筑材料以还原古代砖塔的营造特点，试验分析了结构模型在多遇以及罕遇地震烈度水平下的损伤状况、加速度响应，位移响应和层间剪力分布，并通过分析各层测点在白噪声激励下的频率响应函数，得到了结构动力特性及其变化规律。试验结果表明：模型结构鞭鞘效应明显，损伤主要集中在顶部，其破坏形态与类似结构的实际震害特点一致。在不同的地震波作用下结构响应不尽相同，其加速度位移与结构当前频率、地震波频谱特性息息相关；随着地震波加速度峰值的增大，模型一阶频率减小了27.4%，阻尼增大为2.55倍，地震加速度放大系数减小。在8度多遇地震作用下，模型结构的顶层层间位移角达到1/116，结构已达到严重破坏状态，对处于高设防烈度地区的类似古塔应采取保护措施。

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多点耦合系统中与耦合点有关的频响函数测量

廖旭晖1,2，李舜酩2，戴旭东1，赵景波1

振动与冲击. 2020, 39(22): 76-81.

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在多点耦合系统的振动分析中经常需要测量与耦合点有关的频响函数。由于耦合点的不易测量的性质，此类频响函数的测量工作往往十分棘手。针对此类问题，进行了详细的分析和探讨，提出了完整的关于耦合点有关的频响函数测量的策略。依据激励点和响应点是否是耦合点将耦合点有关的频响函数分成3种类型：(I)响应点是耦合点；(II)激励点是耦合点；(III)响应点和激励点都是耦合点。首先提出了第I类和第II类频响函数的测试策略，然后基于机械系统中的诺顿定理将第III类频响函数表示成第I类和第II类频响函数。数值模型和实验均验证了所提出的方法的正确性。

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AUV海洋微结构湍流观测减振方法及实验研究

乜云利1，栾新1，宋大雷2，高奇2，杨华1

振动与冲击. 2020, 39(22): 82-88.

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AUV (autonomous underwater vehicle)作为移动式自主海洋观测平台，具有长航时、大范围、不受海况影响等优点，与湍流观测仪集成可实现湍流混合在空间与时间上的四维观测，为揭示湍流混合在多尺度动力过程演化与变异中的作用提供新手段。针对AUV海洋微结构湍流观测时的振动噪声问题，从AUV海洋微结构湍流观测的原理出发，分析了振动噪声对湍流观测的影响以及AUV振动噪声的来源及特性。为了减小AUV的振动噪声，提高湍流测量精度，提出了一种基于拉伸弹簧的柔性连接减振方法，并开展了振动实验研究。通过对比分析减振前后加速度的时频域特性，结果表明振动在经过柔性连接减振装置后的加速度有效值及能量明显减小，尤其在54Hz以上频段有效值减少率在64%以上，验证了该方法的有效性。

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高墩大跨度连续刚构桥典型施工阶段地震损伤分析

石岩，张奋杰，韩建平，李军，秦洪果，杨雄

振动与冲击. 2020, 39(22): 89-95.

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大跨度桥梁施工周期长，在强震区施工期间经受地震的风险较高；以一座悬臂浇筑施工的高墩大跨度连续刚构桥为背景，选取施工期间典型的5个T型刚构为研究对象，采用MIDAS/Civil进行施工阶段分析并得到各个阶段的内力状态；提出了一种模拟主梁关键截面真实内力状态的简化方法，基于OpenSees建立动力分析模型；通过输入10组具有向前方向效应和滑冲效应的三维近断层地震动记录进行增量动力分析，以桥墩顶部位移、位移延性系数、Park-Ang损伤指数和主梁位移、钢筋应变为考察指标，对比分析了各指标在桥梁不同施工阶段的地震反应与损伤情况。结果表明：处于典型施工阶段的桥墩在近断层地震动作用下会发生较严重的地震损伤，且随着施工主梁悬臂段的增长桥墩的地震损伤更严重，横桥向损伤程度较纵桥向严重，纵桥向墩底损伤程度较墩顶严重。

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Ti/Cf/PEEK混杂层板低速冲击及剩余拉伸性能实验研究

袁潇洒，Bhuwan Sapkota，郭华鑫，仲浪，潘蕾

振动与冲击. 2020, 39(22): 96-102.

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通过实验研究Ti/Cf/PEEK纤维金属层板低速冲击损伤机制及冲击后拉伸性能。混杂层板采用2/1和3/2两种铺层结构，铺层角度均为0°、45°、90°，分别在15J和25J冲击能量下进行冲击试验，对比分析两种铺层结构之间及同一铺层结构不同铺层角度之间的冲击损伤机制和剩余拉伸强度退化规律、剩余拉伸失效模式。结果表明：两种铺层结构的混杂层板冲击损伤机制主要有塑性变形、缩进、形成损伤区域、开裂、基质侵入金属损伤区域、纤维断裂、分层等，45°铺层角度的层板表现出较好的抗冲击损伤扩展性能。剩余拉伸强度退化规律与纤维铺放角度有关，0°铺放角度的层板冲击后剩余拉伸强度最高，其次是45°铺层方向，最差是90°铺层方向；2/1结构混杂层板剩余拉伸失效模式近似脆性断裂，而3/2结构层板既有延性断裂的特征，又有脆性断裂的特征。

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基于线调频自适应分解的时变系统瞬时模态参数识别

张杰，史治宇，赵宗爽

振动与冲击. 2020, 39(22): 103-109.

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本文提出了基于线调频小波时频分解的时变系统瞬时模态参数识别方法。该方法首先应用线调频小波对时变系统加速度响应信号进行时频分析，通过小波脊方法提取瞬时频率，再应用卡尔曼滤波进行自适应分解获得各阶响应的幅值信息。为了更精确地识别时变结构的阻尼比本文推导了基于幅值能量法的时变阻尼比识别方法。线调频小波相比传统小波对具有更高的能量聚集性，因此该方法具有更高的瞬时频率提取精度，此外传统的基于幅值的阻尼识别方法易受噪声干扰，能量法在短区间内基于幅值进行整体积分具有较强的抗噪性和更高的识别精度。仿真算例中，构造了一个三自由度时变结构来验证识别方法，通过与传统小波和时域峰值法作对比，验证了方法识别瞬时模态参数的精确性和抗噪性。

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基于CP结合DE-GWO-SVR的海上风电基础结构损伤识别

杜尊峰，邵玄玄，王晓梅

振动与冲击. 2020, 39(22): 110-118.

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结构仅输出振动信号往往是各种源信号通过复杂规律形成的混合信号，对结构损伤特征提取与数据挖掘造成了很大困难。对此，提出了一种基于盲源分离理论（BSS）的复杂度追踪（CP）算法结合差分进化（DE）改进灰狼算法（GWO）优化的支持向量机（SVR）用于解决复杂结构的模态与损伤识别。CP算法基于信号预测性函数通过使分离信号的时间预测性度量最大化找到其线性混合矩阵，使分离分量具有最小复杂度并据此估计源信号。首先利用CP算法对结构响应信号进性分离得到信号分布向量（SDV）与分离源信号，通过定义差值曲率分布向量可以对结构损伤位置进行准确定位；其次，对于损伤程度的识别，提出了一种DE改进的GWO对SVR进行优化的算法，即在GWO算法迭代过程中利用差分进化思想引入动态缩放因子以及交叉概率因子提高搜索和收敛速度，扩大种群所搜范围。利用不同工况下CP算法提取的差值曲率分布向量对结构损伤程度进行识别。通过对海上风电基础结构数值模型的分析，结果表明，CP算法对于高阶模态参数识别较fastICA表现出较强的适应性与优越性；同时，DE-GWO能够提高收敛速度，通过SVR算法对损伤的识别结果相比于BP神经网络更加准确。

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波纹管金属橡胶包覆结构非线性阻尼特性研究

李敏，白鸿柏，薛新

振动与冲击. 2020, 39(22): 119-127.

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为了提高波纹管的减振性能，设计开发了一种基于平板型金属橡胶阻尼包覆结构隔振元件。通过对裸波纹管及带金属橡胶阻尼包覆的波纹管施加正弦激励扫频实验，发现存在明显弯曲跳跃现象、刚度软化和阻尼增强效应。为了更好描述上述非线性现象，建立了基于双折线模型的迟滞振动系统力学模型，将单自由度滞迟系统力学模型做线性等效，对波纹管金属橡胶包覆阻尼结构的变刚度和变阻尼特性进行理论分析。同时提出波纹管金属橡胶包覆阻尼结构减振性能表征量评价方法，通过实验研究表明波纹管金属橡胶包覆阻尼结构的耗能特性在一定范围内随激振频率降低和振动幅值增加而增强的变化规律，为波纹管管路系统减隔振等工程应用提供了理论和实验依据。

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超临界二氧化碳迷宫密封动力特性研究

尹露1，张万福1，顾乾磊1，马凯1，陈璐琪1，李春1，杨建刚2

振动与冲击. 2020, 39(22): 128-136.

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超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿循环正广泛应用于各类透平机械。本文以S-CO2为工质，采用计算流体力学方法建立迷宫密封全三维数值分析模型，应用基于微元轨迹的密封动力特性系数理论识别方法获取密封动力特性系数。研究以S-CO2为工质的迷宫密封在不同进口压力、进口温度及转速下的动静特性。研究表明：密封直接复合刚度具有较强的频率依赖性，交叉复合刚度和直接阻尼频率依赖性相对较小。密封有效阻尼随进口压力、转子转速增加而增大，随进口温度减小而增大。有效阻尼在低频下（小于100Hz）较大，具有较大频率依赖性，且进口压力为8.1MPa时的有效阻尼约为7.7MPa时的147.2%~187.7%，进口温度为398.15K时的有效阻尼约为318.15K时的68.8%~69.6%，转速为20000rpm时的有效阻尼约为10000rpm时的178.8%~205.8%。随高涡动频率增加（100Hz~260Hz），有效阻尼系数降低，并均趋于定值，频率依赖性较小。随进口压力增大、进口温度降低，密封泄漏量不断增加，转速对密封泄漏量影响较小。

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考虑汽轮机汽流激振时裂纹转子的振动特性研究

瓮雷1，张磊2

振动与冲击. 2020, 39(22): 137-142.

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针对舰船汽轮机机组在运行过程中出现的振动故障问题，建立了考虑汽轮机汽流激振问题时转子裂纹故障分析模型，并采用数值仿真方法研究了汽流激振力、裂纹以及转子偏心量对系统振动特性的影响。研究结果表明：汽流激振力的存在使得系统的周期响应提前，并且在临界转速附近的混沌区间明显变窄。当考虑裂纹变化时，裂纹深度的不断增加，使得在临界转速附近的混沌响应减少甚至消失，并在超临界转速附近演变出较长区间的周期3运动。偏心量较小时汽流激振力对系统并没有大的影响，而随着偏心量的进一步增大，汽流激振力才会对系统有显著的影响；当偏心量增大到一定程度时，无论有无汽流激振力都对系统几乎没有影响，偏心量对系统的影响占据主导地位。研究结果可为进一步的故障问题分析诊断提供一定的理论依据。

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基于能量守恒的商用大飞机Riera撞击曲线速度模型研究与改进

李建波1,2，杨凯1,2，梅润雨1,2

振动与冲击. 2020, 39(22): 143-149.

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以Riera公式表征的飞机撞击载荷曲线在核电安全壳结构安全评估中发挥着重要作用。但基于动量定理的短撞击持时、常速度假定，在商用大飞机撞击分析中会大幅高估撞击载荷，存在适用性的问题。基于波音767-200ER和空客A340-300两种大飞机的精细化模型，开展了飞机撞击过程的细致非线性冲击模拟，提取了载荷时程曲线，并与Riera公式开展比较研究。基于能量守恒的原则，提出了Riera双线性速度模型，给出了速度曲线的定量拟合算法，改进了Riera公式法在大飞机撞击分析中的适用性，并从有限元精细化模拟及能量理论推导两方面验证了其合理性，可为核电抗商用大飞机撞击安全评估提供更为合理的技术依据。

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基于信域指标分解的重型商用车驾驶室减振控制研究

何水龙1,2，汤涛1，叶明松2，邓聚才2，蒋占四1

振动与冲击. 2020, 39(22): 150-162.

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分析重型商用车高速行驶时因车身耦合共振和隔振能力不足造成驾驶室振动过大问题的原因，提出一种以驾驶室为研究对象的信域指标分解振动控制分析方法。从整车层分析角度出发，以驾驶室座椅导轨为整车全局优化的信域中心，按照振动传递路径方向进行路径关联层系统分解，建立整车和各分解层优化模型。对关联振动传递路径上的振源和历经的其它关联子系统的关键性能参数进行交互分析，并通过进一步调整信域中心的振动响应水平以满足整车设计要求。此外，提出一种的多逼近式的非线性阻尼设计方法，提升了悬置系统匹配精确度，避免了传统非线性阻尼拟合方法的设计缺陷。最后结合各层响应参数和振动传递关系，获得全局角度的驾驶室振动最优控制。经过实车验证结果表明，实施解耦和移频隔振优化后，驾驶室导轨处振动信号在共振激励频率附近的幅度由原始的0.99 降至0.27 ，降低了72.7%，解决了该车型存在的振动过大问题，验证了方法的有效性，为整车减振优化奠定理论基础，也为其它类似工程问题提供实践参考。

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一种基于卷筒外轮廓特征的提升机排绳自稳定监测方法

仵坤，石理想，谭建平

振动与冲击. 2020, 39(22): 163-168.

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提升机卷筒排绳状态监测是保证设备正常工作的重要方法。通过建立不同排绳状况下的卷筒外轮廓模型并分析边缘特征，归纳出层间跳变次数可以作为排绳状态的评价指标。针对监测过程中视频图像倾斜、振动等影响监测稳定性的问题，采用层级聚类方法，能够快速且准确地进行图像的纠偏与判断。最后对多种类型的卷筒进行监测实验，并与目前的主要方法进行了对比分析，得出该算法具有耗时短，应用范围广，稳定性高，准确率高的优点，具有很好的监测效果。

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动力吸振器对车辆垂向振动能量及悬架性能的影响

白世鹏，侯之超

振动与冲击. 2020, 39(22): 169-174.

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研究了布置在不同位置处动力吸振器对车辆垂向振动耗散功率及悬架性能的影响。以考虑轮胎阻尼的四分之一车辆垂向动力学模型为基础，分别对簧上质量和簧下质量匹配动力吸振器，构建了两种带吸振器的车辆模型。针对简谐路面激励和随机路面激励，定义了指标参数，分别用于评价悬架性能和系统的耗散功率。据此开展仿真计算，从幅频特性和响应均方根两方面分析了吸振器的影响。结果表明，对于两种路面激励，簧上吸振器侧重于提升车辆的悬架性能，而簧下吸振器可以吸收更多的振动耗散能量。另一方面，对于随机激励，两处吸振器均不改变车辆的总体耗散功率。

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地震作用下桁架式大型海上风力机瞬态动力学分析

闫阳天1，许子非1，李春1，邓允河2，王渊博1

振动与冲击. 2020, 39(22): 175-182.

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为研究地震载荷作用下桁架式大型海上风力机结构动力学响应，采用文克尔土-构耦合模型描述柔性土壤与桩基间的相互作用，以NREL 5 MW大型海上风力机为研究对象，分别建立其桁架式及单桩式结构有限元模型，并计算两种结构在额定风速正常运行及突发地震两种工况时的结构瞬态动力学响应。结果表明：在地震及湍流风作用下，相较于单桩式风力机，桁架式结构具有更好的抗风抗震性能，且塔顶位移响应较小，能够有效保护塔顶叶片、机舱等重要部件。地震发生时，桁架式风力机米塞斯等效应力幅值变化范围降低48.7%，平均值降低21.9%。研究还发现，现有桁架结构设计会出现局部应变能激增。

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考虑附加刚度的黏滞阻尼器-斜拉索参数振动模型及控制分析

汪峰1，李春清1，刘章军2，金旭光1

振动与冲击. 2020, 39(22): 183-191.

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为了准确评估黏滞阻尼器对斜拉索参数振动的控制效果，考虑斜拉索几何非线性、倾角以及塔梁协同振动的影响，引入阻尼器的附加刚度，建立了黏滞阻尼器-斜拉索-塔梁组合体系的参数振动耦合模型，推导了黏滞阻尼器作用下斜拉索的运动方程组，给出了考虑附加刚度影响的黏滞阻尼器阻尼系数计算公式；编制程序分析了阻尼器附加刚度对斜拉索固有频率和振动时程的影响水平，并与传统单索模型对比；研究了三种典型索梁频率比下阻尼器附加刚度和安装位置对拉索参数振动的影响规律。结果表明：黏滞阻尼器的附加刚度对斜拉索的固有频率影响较大，但其安装位置对固有频率的影响较小；附加刚度越大，安装位置越远离索梁锚固端，两者的影响水平越高；阻尼器附加刚度对拉索的振动时程影响较大，会加速斜拉索的位移衰减；随着附加刚度的增大，拉索最大振幅呈现减小趋势，但振幅衰减率呈现先增大后趋于稳定的趋势，黏滞阻尼器-索梁系统存在一个最优附加刚度k*；随着安装位置比u的增大，斜拉索的振幅和振幅衰减率均呈现非线性递减趋势，系统存在一个阻尼器临界安装位置比u*，建议阻尼器的安装位置比控制在0.045以下。

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基于多维多点虚拟激励法对转向架构架随机振动疲劳寿命预测

王腾飞1，肖绯雄1，贾宏宇2，银豪1

振动与冲击. 2020, 39(22): 192-197.

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针对轨道车辆运行中受到来自轨道不平顺的多维多点随机激励，采用多维多点虚拟激励法求解其的动力响应。建立某地铁列车的车体、构架、轮对之间相互作用的有限元模型，通过在有限元模型激励处置入大质量，并将推导出的多维多点力功率谱密度矩阵施加于大质量上，然后运用绝对位移直接求解运动方程，最后利用三区间法对转向架构架焊缝疲劳薄弱位置进行寿命预测。计算结果显示，构架的刚性沉浮、横摆、点头模态与弹性扭转模态对其疲劳寿命有较大的影响。研究过程表明，基于多维多点虚拟激励法的振动疲劳计算方法避免了传统虚拟激励法求解拟静态矩阵的繁琐，从而能更高效、快速地求解出车辆运行时的动力响应，同时可为转向架构架从刚度协调的角度提高抗疲劳能力及优化设计提供一种新的途径。

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低速冲击下球形机器人GFRP球壳的动力学响应及损伤评估

马龙，孙汉旭，兰晓娟，王志强

振动与冲击. 2020, 39(22): 198-206.

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球形机器人工作过程中受到的低速冲击能够对其内部装置与运行精度产生重大威胁。针对球形机器人的玻璃纤维增强聚合物（GFRP，Glass Fiber Reinforced Polymer）薄壁球壳结构可能受到的大变形动载作用，进行GFRP球壳的低速冲击损伤研究，分为试验和仿真两个方面，通过不同冲击速度的低速冲击试验与准静态压缩试验得出GFRP球壳的动力学响应及剩余承载力，并且基于Hashin准则建立球壳的复合结构渐进损伤仿真模型，阐明其在不同冲击速度下的应力分布、结构变形模式和能量耗散机制。研究结果再现了球形机器人球壳在严苛环境下发生变形与侵彻贯穿的情况，得到了球壳发生侵彻贯穿的临界冲击速度范围，对高性能球形机器人的研制及其精准控制的实现有着极为重要的意义。

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加强筋流固耦合效应对板架结构爆炸毁伤特性影响分析

刘聪1，张世联1，武少波1,2

振动与冲击. 2020, 39(22): 207-213.

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为分析加强筋流固耦合效应对板架结构爆炸毁伤特性的影响，针对舰船某一典型局部板架结构建立计算模型，采用三种不同耦合加强筋腹板和面板的方法分别计算三种炸药量下其爆炸载荷分布、响应以及毁伤后剩余极限强度，并对计算结果进行对比分析。结果表明：考虑加强筋流固耦合效应后爆炸载荷将产生局部增强，对板架结构的载荷分布和毁伤效果影响极大；对迎爆加筋板进行仿真计算时，必须对加强筋腹板进行耦合处理；加强筋面板流固耦合效应对计算结果影响远低于加强筋腹板，分析结构剩余极限强度时，可忽略加强筋面板耦合。

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基于优化VMD和连续隐马尔科夫模型的管道堵塞状态评估

伍林峰1,2，冯早1,2，朱雪峰1,2

振动与冲击. 2020, 39(22): 214-222.

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本文面向U型管堵塞状态演变过程中故障程度的评估问题，提出一种基于低频声压信号分析和连续隐马尔科夫模型(Continuous hidden Markov model, CHMM)的U型管堵塞状态评估方法。该方法首先利用声波作为激励来观测U型管沉积物的堆积程度，对不同堵塞状态下的低频声压信号进行变分模态分解(Variational mode decomposition, VMD)，根据分量幅值谱图确定变分模态分解的最佳模态分解数并通过声压级变换筛选有效的IMF分量；然后提取有效IMF(Intrinsic Mode Function,IMF)分量的多尺度熵(Multi-scale entropy, MSE)特征，构建反映U型管不同程度堵塞状态的特征向量，最后将特征向量用于CHMM模型训练，建立能对U型管堵塞状态进行评估的模型。通过对U型管不同程度堵塞状态的试验数据进行测试，评估结果表明：该模型能准确评估U型管堵塞状态的程度变化，具有一定的工程应用价值。

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小净距上下重叠地铁隧道地基土车致动力响应特征研究

有智慧1，马龙祥2，农兴中1，张超2

振动与冲击. 2020, 39(22): 223-227.

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小净距上下重叠地铁隧道的地基土在列车的长期运营振动作用下相较于一般地铁隧道的地基土更易出现长期变形。在此背景下，采用2.5维数值方法，对成都地铁6号线某小净距上下重叠隧道区段地基土在上下侧隧道单独行车及上下侧隧道同时行车情况下的动力响应进行了计算及分析，明确了该区段地基土在不同列车荷载作用下的动力响应特征。分析结果表明：在近隧道位置，地铁列车运行引发的垂向正应力往往比其他应力分量更大，但列车引发的沿线路纵向的切应力也具有较大的量值；上侧隧道行车会造成下侧隧道地基土产生相当量值的主压应力；相比于单一列车到达，上下侧隧道中列车同时到达会显著增大地基土的动应力量值；对考虑的小净距上下重叠地铁隧道地基土在运营期间的长期变形及稳定性应给予足够的重视。

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异形截面侵彻体垂直侵彻半无限金属靶试验研究

袁焘1，赵斌2，高光发1，杜忠华1，王晓东1

振动与冲击. 2020, 39(22): 228-233.

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异形弹是一种弹芯截面为非圆截面的杆式穿甲弹。为探究截面形状对杆式穿甲弹侵彻效率的影响，设计了圆形、三角形、正方形、十字形和刻槽形五种截面形状的穿甲弹芯（其质量、截面面积、杆长均相等）。在不同着靶速度条件下，利用25mm弹道炮开展了异型弹垂直侵彻半无限金属靶的试验。结合靶板的弹坑深度和形貌，分析了不同截面形状弹芯垂直侵彻半无限厚靶板的侵彻规律，并初步讨论了其侵彻机制。结果表明，在试验速度区间（1273~1747m/s），三角形、正方形、十字形截面侵彻体相对于圆形截面侵彻体的无量纲侵深增加量及增加率均随着靶速度的提高而增大，而刻槽形截面侵彻体相对于圆形截面侵彻体的无量纲侵深增加量无明显变化；由于异形截面弹芯易发生剪切破坏，导致侵彻过程中其弹芯头部面积要小于圆形截面弹芯的，从而降低异形截面侵彻体的侵彻阻力，因此三种异形截面（三角形、正方形和十字形）弹芯相对于圆形截面弹芯均有更高的侵彻效率，其中十字形截面弹芯最高。

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连续刚构桥弹塑性力学行为分析的传递矩阵法

孙建鹏1,2，刘银涛1，周鹏1，李青宁1，黄文锋3，龚国峰2

振动与冲击. 2020, 39(22): 234-242.

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本文提出了一种分析连续刚构桥弹塑性区域的传递矩阵法，其主要针对的是弹塑性单元。弹塑性单元包含弹性区域和塑性区域两部分，通过截面的应力分析确定弹性区和塑性区的比例分配从而反应该截面处的弹塑性力学行为。首先，对整体结构的力学行为进行分析，确定结构发生弹塑性变形的部位；其次，在该部位建立弹塑性传递矩阵并进行应力分析确定弹性和塑性区域的比例分配；最后，进行整体结构的力学行为分析。通过与理论解的对比验证了本文所提方法的有效性，并运用本文方法对连续刚构桥的弹塑性力学行为进行了计算分析。本文所提的方法为结构的弹塑性设计及进一步研究工程结构的灾变历程提供了一种新的方法。

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曲柄滑块拦阻器设计与动力学仿真

史炎1，史天成2

振动与冲击. 2020, 39(22): 243-247.

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介绍了一种新型液压缓冲拦阻器原理，制造工艺与活塞发动机一样，拦阻距离不受限。按照流体力学理论建立了拦阻力、空气阻力、飞机升力数学模型，利用SIMPACK软件建立了统一的动力学模型。根据国内文献对MK7-3型拦阻器性能的研究成果，对比分析了舰载机以不同重量、速度着舰的拦阻动力学过程，仿真结果表明：所设计的曲柄滑块拦阻器动力学性能良好，既能进行定长拦阻也能进行自由拦阻。

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不同ECC加固措施对空斗墙抗震性能的影响

周铁钢，张再昱，邓明科，樊鑫淼

振动与冲击. 2020, 39(22): 248-253.

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空斗墙结构房屋是我国南方地区具有地方特色的传统民居，在历次地震中，房屋倒塌现象严重，造成了巨大的经济损失。为了改善空斗墙的抗震性能，减少房屋倒塌事故，采用高延性纤维增强水泥基复合材料（ECC）对其进行加固。本文设计了三种加固措施，分别为十字式、边框式和一面边框式一面抹面式，通过墙体拟静力试验对其加固效果进行研究，分析了不同措施试对滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线的影响。试验结果表明：采用ECC加固后的空斗墙体初始刚度、承载力、变性能力和耗能能力均有显著提高，有效改善空斗墙体的抗震性能；ECC对空斗墙具有良好的约束能力，能够改善墙体脆性破坏模式。ECC加固经过砌体加固工程实践的论证，证明该方法施工简便，可节约造价约30%，具有良好的推广应用价值。

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一种基于单向作动器的主动隔振误差传感器布置方案

王春雨1,2，李彦1,2，帅长庚1,2，张能1,2

振动与冲击. 2020, 39(22): 254-260.

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本文针对电磁气囊主被动隔振装置试验中出现的测点控制效果不一致、整体隔振效果欠佳问题，提出一种弹性结构基础的误差传感器优化布置方法，提高了单向作动器作用下的整体隔振效果。首先分析弹性支撑刚体基础隔振系统的振动传递特性，阐述了通过多隔振器支撑能够解决各测点振动控制效果不一致的问题。然后在弹性结构基础的振动控制中，以简支梁基础为例，将隔振器与简支梁的连接部分看作刚体结构，利用刚体基础隔振结论，设计了一种三个误差传感器对应一个隔振器的误差传感器布置方案，通过同时控制隔振器下方的三个误差测点处的振动来控制通过隔振器传递到基础的振动。对比实测结果表明提出的误差测点布置方案相比于原布置方案具有更好的隔振效果。

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聚能装药对引信的冲击试验与仿真研究

范一清1，王炅1，谢全民2，席占稳1

振动与冲击. 2020, 39(22): 261-267.

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为研究射流冲击作用下引信传爆序列的响应规律，开展了某钝感装药引信的射流冲击试验。通过观测残留药剂、壳体及见证板变形，判断传爆序列的爆轰程度。基于实爆试验数据，采用AUTODYN-3D软件进行传爆序列爆炸冲击波对见证板冲击响应数值仿真分析。通过数值分析，得到试验条件下传爆序列的压力、反应度随时间变化规律及见证板的毁伤情况，并进一步研究了带弹体引信的冲击响应过程，提出了钝感装药引信的临界起爆阈值。结果研究表明，试验条件下的引信传爆序列发生爆轰响应；数值模拟结果显示，简化模型响应结果与全引信响应结果相同，均为爆轰反应，简化方案可行；带弹体引信响应等级为爆轰；钝感装药引信传爆序列临界起爆阈值为46.08mm3/us2。

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侧向爆破荷载作用下地下厂房高端墙振动预测与安全分析

范勇1，2，崔先泽1，冷振东1，卢文波2，王峰1

振动与冲击. 2020, 39(22): 268-277.

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在水工建筑物附近进行大规模爆破施工时，爆破产生的振动效应直接影响水工建筑物的安全稳定。本文针对侧向爆破荷载作用下邻近厂房高端墙的振动效应展开研究，结合萨道夫斯基公式和薄板模型建立了反映中心放大效应的高端墙爆破振动峰值预测模型，以深溪沟水电站灌排洞爆破开挖为例，分析了灌排洞爆破施工在邻近厂房高端墙产生的振动空间分布特征，并采用实测爆破振动数据对预测模型进行了训练和检验；基于确定的高端墙爆破振动安全控制标准，对侧向爆破荷载作用下地下厂房高端墙安全性进行了分析。研究结果表明：爆破应力波传至地下厂房高端墙时会发生反射，反射回来的应力波与入射应力波叠加，会加剧高端墙的振动效应，呈现出非常明显的中心放大现象；保障厂房高端墙安全的关键在于控制其中心的爆破振动峰值，尤其要严格控制垂直于高端墙方向的爆破振动幅值，不得大于1.2 cm/s(以C20标号的混凝土厂房为例)，从而避免高端墙发生张拉破坏。

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地震作用下软土-隧道-地上框架体系动力反应分析

张季1,2，谭灿星1，黄源1，黄玲慧1，许开成1,2

振动与冲击. 2020, 39(22): 278-286.

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地震作用下地铁隧道与临近建筑物的动力相互作用问题已受到不少学者的关注和重视，但是针对软土场地方面的动力相互作用认识还不充分。本文以天津软土场地为例，采用Abaqus有限元软件围绕隧道与地上框架结构间距、隧道埋深、隧道上行线与下行线间距、框架结构自振频率等参数，对隧道-软土地基-地上框架结构体系地震响应问题进行了参数化分析。研究发现：地铁隧道会对其下穿的地上框架地震响应产生一定程度的扰动，以框架结构层间位移角计量这种扰动，影响程度在10%左右；地上框架结构可能会放大临近地铁隧道的动应力响应（特别是下穿型地铁隧道），也可能会削弱其动应力响应，就本文模型而言，地上结构对衬砌动应力峰值的放大倍数最高可达80.7%。建议软土场地工程设计中考虑地上建筑对下穿型地铁隧道抗震性能的不利影响。

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刊出日期：2020-11-28

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