2020年, 第39卷, 第23期　
刊出日期：2020-12-15

  

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  一种新型非线性弹簧的限位性能研究

  陈政清1，曾炯坤1，裴炳志2，张门哲3

  振动与冲击. 2020, 39(23): 1-7.

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  低阻尼柔性结构在外界荷载激励下可能产生大幅位移，严重情况下将造成构件损伤，导致结构失效或破坏。研究了一种双向运动的非线性弹簧限位器对柔性结构的缓冲限位性能，推导并采用拟静力试验验证了该装置的出力与变形的理论计算公式。最后基于单自由度主结构模型，对比分析了线性与非线性限位器对主结构的缓冲限位性能，并研究了非线性弹簧刚度对其性能的影响。结果表明：非线性弹簧本构理论式与试验值存在一定差异，并据此提出考虑初位移的理论计算式。在初位移较小时，两种理论计算式均可作为工程运用时的理论依据。非线性弹簧限位器具有准零刚度的特性，在限位器开始工作时，非线性弹簧限位器能够较平缓地降低主结构运动速度。在随机荷载作用下，非线性弹簧具有与线性弹簧相当的限位能力，且能显著减小对结构的反冲作用，同时合理地设置非线性弹簧刚度不仅能有效控制主结构位移，而且能减少非线性弹簧限位器对主结构的反冲力。

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  双子塔气动力及其相关性对间距的敏感度研究

  石俊阳，谢霁明

  振动与冲击. 2020, 39(23): 8-16.

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  超高层双子塔的气动干扰和荷载相关性是描述其风荷载并进行抗风优化的重要参数，而双塔之间的间距对这两个特性有重要影响。利用同步测压的风洞试验方法，确定不同风向下双子塔上的风荷载与双塔相邻间距大小之间的函数关系，之后借助相关系数和相干函数分别在时域和频域中研究了不同间距下风荷载的相关性。结果表明：在大多数情况下，随着双塔之间间距的减小，每个塔上的风荷载尤其是横风向脉动荷载趋于减小；双塔横风向脉动荷载在多个间距下表现为负相关关系，该负相关性在双塔沿风向前后排列时更为明显。所得研究结果揭示了间距的选取在双子塔抗风优化中的重要作用，并对连体的设计具有指导意义。
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  不同温度和应变率下的闭孔泡沫铝压缩力学性能

  李雪艳，李志斌，张舵

  振动与冲击. 2020, 39(23): 17-20.

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  采用MTS和SHPB开展了准静态和动态压缩实验，研究了不同密度的闭孔泡沫铝在不同温度和应变率下的力学性能。实验结果表明，在准静态和动态条件下泡沫铝的压溃强度均随相对密度的增加而增大，且与相对密度变化呈幂指数关系；闭孔泡沫铝具有很强的温度软化效应，其压溃强度随温度的升高而降低，且与温度变化成线性关系；泡沫铝也具有明显的应变率敏感性，其压溃强度随应变率的升高而增大。本文最终拟合得到了闭孔泡沫铝压溃强度关于相对密度、温度以及应变率的经验型公式。
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  考虑路面预瞄信息和参数不确定性的空气悬架半主动控制

  张志勇1,2，王建波2，胡林1,2，黄彩霞3

  振动与冲击. 2020, 39(23): 21-29.

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  针对带节流阻尼孔和附加气室的车辆空气悬架半主动控制问题，基于鲁棒控制理论，提出了考虑参数不确定性的车辆1/2空气悬架半主动控制策略；基于开关控制方法建立了期望控制力与节流阻尼孔面积的映射关系，实现阻尼力对期望控制力的跟踪；利用前轴车轮的路面信息作为后轴车轮的预瞄信息，建立了含路面预瞄信息的增广系统；开展了考虑路面预瞄信息和参数不确定性的空气悬架半主动控制系统数值仿真。结果表明，提出的控制策略不仅能改善悬架的平顺性，而且对参数不确定性具有较强的鲁棒性。
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  基于路面等级自适应的主动悬架LQG控制

  寇发荣，高亚威，景强强，彭先龙，王星

  振动与冲击. 2020, 39(23): 30-37.

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  为了解决车辆在混合等级路面时平顺性与操纵稳定性差的问题，提出了一种基于路面等级自适应的主动悬架LQG控制策略。根据路面功率谱密度与国际平整度指数的关系识别路面等级；以不同路面等级为阈值，确定三种控制目标；计算每次迭代后平均味道浓度判定值的方差确定迭代步长，解决了果蝇算法过早收敛和迭代次数过长的问题；在不同控制目标下设立了相应的适应度函数，并利用改进后的果蝇算法优化不同适应度函数下LQG控制的加权系数，以此提高混合等级路面下的控制性能。仿真分析了在不同等级路面下的悬架动态性能，并进行了道路实车试验。仿真结果表明，相比传统LQG控制，基于路面等级自适应LQG控制的悬架系统在A级路面下簧载质量加速度均方根值减小16.34%，在D路面下轮胎动载荷均方根值减小6.51%，在B级和C级路面下，簧载质量加速度和轮胎动载荷的均方根值分别减小9.59%、7.54%和11.32%、9.4%；试验结果与仿真结果基本一致。
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  基于参数优化变分模态分解的滚动轴承早期故障诊断

  王恒迪1，邓四二1，杨建玺1，廖辉2

  振动与冲击. 2020, 39(23): 38-46.

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  针对滚动轴承早期故障特征难以从原始振动信号中提取的问题，提出了一种基于参数优化的变分模态分解（Variational mode decomposition, VMD）的轴承早期故障诊断方法。首先利用天牛须搜索算法（Beetle antennae search, BAS）对VMD算法的最佳参数组合进行优化搜索，搜索过程中以VMD分解后各本征模态函数（Intrinsic mode function, IMF）峭度值的倒数作为适应度函数。搜索结束后根据所得结果设定VMD算法的IMF分量个数和二次惩罚因子，并利用参数优化VMD算法对轴承振动信号进行分解。之后借助峭度准则筛选出最佳IMF分量进行Hilbert包络解调运算，获取信号的包络谱，包络谱中可显现出较为明显的故障冲击特征，根据这些冲击成分可实现轴承早期故障诊断。经过与经验模态分解（Empirical mode decomposition, EMD）和固定参数VMD算法的试验对比，所述方法可以更有效地提取轴承早期故障的特征。
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  任意激励下无阻尼系统求解的整体自适应方法

  陈东良，王联甫，臧睿，周长鹤，宫臣，张金东

  振动与冲击. 2020, 39(23): 47-51.

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  针对无阻尼系统求解的计算精度和效率问题，进行了整体自适应精细积分法的研究。采用Padé逼近和Simpson公式，分析解方程中矩阵指数和Duhamel积分项的精细参数之间的关系，据此，提出了振动微分方程组求解的整体自适应精细积分法。该方法可以根据不同的精度要求进行自适应积分，对高频激励依旧能保证其计算精度。这对于求解高频激励下的振动响应和提高计算效率都是有益的。数值算例验证了该方法的有效性。
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  光滑圆柱风噪声的降噪措施研究

  沈国辉1,张扬1,郑翀2,宋刚3,王轶文3

  振动与冲击. 2020, 39(23): 52-57.

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  为了降低光滑圆柱的风噪声，进行了多种降噪措施的系统研究，采用声学风洞试验获得光滑圆柱的风噪声特征，对三种抑噪措施即绕螺旋线、节径突出和添加轴向附加线开展多组参数的降噪效果测试，对比添加抑噪措施前后圆柱的风噪声频谱和A计权总声压级，最后总结提出光滑圆柱降噪措施的建议。结果表明：圆柱风噪声的卓越频率随着风速的增大而呈线性增大，卓越频率反算的斯托拉哈数为0.197-0.200；对于光滑圆柱的抑噪措施，缠绕扰流线的降噪效果最好，添加节径突起次之，沿轴向添加附加线的降噪效果最差，甚至出现了增大风噪声的情况；对于直径24mm左右的光滑圆柱，建议采用单根直径4mm的圆形扰流线、10cm的间距布置，若采用两根扰流线并列布置可获得更好的降噪效果。
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  随机与区间混合不确定情形下动力总成悬置系统的固有特性分析

  吕辉1，杨坤1，区霆钧1，上官文斌1，于德介2

  振动与冲击. 2020, 39(23): 58-63.

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  工程实际中，汽车动力总成悬置系统(powertrain mount system, PMS)不可避免地存在着各种不确定因素。针对PMS一部分参数信息充足而另一部分参数信息匮乏的情形，本文首先将样本信息充足的参数视为随机变量，而将信息匮乏的参数处理为区间变量；随后，提出了一种求解PMS固有特性混合响应的混合蒙特卡洛法；进一步，结合泰勒展开、随机矩法和中心差分法提出了一种快速求解PMS固有特性混合响应的混合摄动-中心差分法；最后，通过算例验证了方法的有效性，并分析了混合不确定性对PMS固有特性的影响。
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  基于补偿控制的随机共振特性及其应用研究

  范志刚,林敏，黄咏梅，徐明

  振动与冲击. 2020, 39(23): 64-70.

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  提出了补偿控制的随机共振控制方法。研究了基于补偿控制的周期信号和关联的乘性和加性高斯白噪声共同激励的双稳系统的随机共振现象。通过引入相应的广义势函数，推导出信噪比的解析表达式。以信噪比为衡量指标，研究了控制参数 和两噪声间的关联系数 对双稳系统共振输出的作用规律，发现信噪比和控制参数 、关联系数 均有非单调的变化关系。理论分析和数值仿真结果表明，补偿控制能增强双稳系统的共振输出，通过调节控制参数 可诱导随机共振的产生并能有效地控制共振效应的强弱；信噪比随关联系数 变化的单峰曲线中，峰值的大小和位置随控制参数 的变化而变化。实验数据检测结果表明，该方法能有效提取小流量涡街信号的特征频率。
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  离心泵入口压力在汽蚀工况下的分频带混沌特性研究

  梁超，周云龙，杨宁，刘起超

  振动与冲击. 2020, 39(23): 71-77.

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  使用动态压力传感器采集了离心泵在不同有效汽蚀余量（NPSHa）下的入口压力脉动信号。对压力信号进行3层8频带的小波包分解。将小波包分解系数作为时间序列并计算出3个混沌特征参数：最大李雅普诺夫指数、关联维数、K2熵；分析并讨论了这些参数的特点和变化规律。结果表明：8个频带中的分解系数，前3个频带数据全都具有典型的混沌特征，3个混沌特征参数从不同角度描述系统的混沌特性，能够把不同NPSHa值所对应的汽蚀工况划分成4个不同的汽蚀阶段。
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  抗蛇行减振器对高速列车稳定性的影响

  白瑾瑜，曾京，石怀龙，吴一

  振动与冲击. 2020, 39(23): 78-83.

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  首先，建立了考虑卸荷特性、节点刚度和内部油液刚度的抗蛇行减振器分段线性Maxwell模型，分析了节点刚度对抗蛇行减振器动态特性的影响，并采用台架试验进行了模型验证。然后，建立了高速列车拖车非线性动力学模型，并进行仿真分析，发现随着车轮踏面等效锥度的提高，保障高速列车运动稳定性所需要的抗蛇行减振器节点刚度最优值也会逐渐增大。最后，对比分析了多种抗蛇行减振器节点刚度下高速列车的运动稳定性，探究了考虑等效锥度变化的抗蛇行减振器节点刚度选择策略。
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  结合台风全路径模拟的混合气候极值风速估计

  李强1，毛江鸿1，黄铭枫2

  振动与冲击. 2020, 39(23): 84-89.

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  为了合理确定混合风气候地区的结构抗风设计风速，提出一种结合台风全路径模拟技术的混合气候极值风速估计方法。基于CMA-STI热带气旋最佳路径数据集，采用Vickery经验回归模型建立了适用于西北太平洋海域的台风全路径模型，并针对西北太平洋局部区域进行了模型参数修正，生成了符合历史样本特征的100000年台风路径及强度随机样本。应用Yan Meng模型进行风场模拟并通过极值统计分析确定了中国东南沿海10座城市的重现期台风极值风速。结合杭州地区的近地良态风实测数据，估计得到了杭州地区混合气候重现期极值风速。结果表明，混合气候地区的设计风速估计应考虑不同气候模式的影响。采用本文方法，可给出偏于保守的混合气候极值风速估计值。
  
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  基于准零刚度隔振器的船舶推进轴系纵向减振研究

  赵含1，杨志荣2，塔娜1，饶柱石1

  振动与冲击. 2020, 39(23): 90-95.

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  通过对准零刚度隔振器的静力学特性研究，比较分析了两种模型的结构参数对低动刚度位移范围的影响。利用有限元法，将隔振器的回复力作为一端边界条件，建立了基于准零刚度隔振器的推进轴系纵振动力学模型，应用谐波平衡法求解出系统的力传递率。结合船舶模拟工况参数，对比研究了基于不同隔振器模型的推进轴系，在叶频激励下的隔振效果。分析结果表明，准零刚度隔振器可以在等效线性系统的基础上实现推进轴系的纵向叶频隔振，选择适当的准零刚度隔振器模型和阻尼，可以避免主共振出现跳跃现象并保持低频隔振效果。
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  近断层地震动下公路桥梁铅芯橡胶支座变形发热及性能退化效应研究

  石岩，王浩浩，秦洪果，韩建平，熊利军

  振动与冲击. 2020, 39(23): 96-106.

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  铅芯橡胶支座(LRB)是目前应用广泛的桥梁减隔震装置，地震中LRB往复变形会引发热量累积及温度升高，进而导致滞回耗能、特征强度和刚度的降低等力学性能方面的变化并威胁桥梁地震安全。以《公路桥梁铅芯隔震橡胶支座》(JT/T 822-2011)中22种型号的圆形LRB为对象，建立40个不同周期的单支座隔震结构模型，通过输入普遍适用于交通运输领域结构抗震设计和研究的40组水平双向近断层地震动记录进行非线性动力时程分析，研究了考虑铅芯发热与否对LRB的位移、温度、特征强度和滞回耗能等因素的影响，还讨论了铅芯温度增量和特征强度降低率与近断层地震动的关系，建立了支座位移延性系数、剪应变和特征强度与重量之比(Qd/W)的拟合关系式。结果表明：对于中长周期(1.5s~3s)隔震体系，在近断层地震动下内部铅芯温度升高、特征强度下降现象明显，其温度增量在50℃~80℃，特征强度降低20%~40%，不考虑铅芯发热会低估15%左右的位移反应。
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  基于多模态控制理论的箱梁MDVA参数优化及对低频振动影响分析

  周力，张天琦，罗雁云

  振动与冲击. 2020, 39(23): 107-113.

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  由于多重动力吸振器（MDVA）具有减振效果好、吸振器质量分散的特点，因而，将通过MDVA的参数合理优化进而降低车辆载荷作用下箱梁各板件多个频段内的振动作为研究的主要内容。首先，基于单自由度系统定点理论与多自由度多模态控制理论，推导了多目标模态的MDVA的参数优化方法；其次，建立车-轨-桥有限元模型，根据仿真得到的箱梁振动频谱特征与模态特征，合理设置MDVA参数与安装位置，并对比了有无MDVA工况下箱梁的振动差异（1-250Hz），结果表明，MDVA对箱梁多个频段均有较好的吸振效果。此外，钢轨与车轮的动力响应结果表明，MDVA对二者的低频振动同样有一定的抑制效果。
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  复杂复合结构脱棉转子数值分析方法与振动特性分析

  李会娟，买买提明.艾尼

  振动与冲击. 2020, 39(23): 114-121.

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  为揭示采棉机脱棉用复杂复合结构(Complex Composed Structure, CCS)脱棉转子的振动特性，首先对CCS脱棉转子的毛刷条部分建立了计入尼龙纤维的三维微结构纤维模型。同时对毛刷条进行简化并建立了计入复合材料特性的各向异性微结构复合模型。通过改变复合模型的弹性模量比分别进行了有限元模态分析，并对比分析了纤维模型和复合模型的振动特性，获得了接近实际毛刷条模型的弹性模量比并确定了复合模型的复合材料属性。同时也对单元类型和尺寸的影响进行了对比研究，从而验证了本建模方法和数值算法的有效性。其次建立了带毛刷条和无毛刷条的CCS脱棉转子数值模型并进行了模态分析，得到其固有频率和振型。分析结果表明：毛刷条对CCS脱棉转子振动特性的影响较大，前六阶固有频率范围为52.63Hz～249.00Hz，但第一阶固有频率高于CCS脱棉转子的实际工作频率25Hz，故避免了产生共振。最后，利用转子测试平台和激光多普勒测振仪得到了脱棉转子的固有频率,该结果可以正确地反映CCS脱棉转子的振动特性，从而验证了CCS除棉转子建模方法和相关算法的有效性。这为CCS脱棉转子设计与优化提供了有效手段和参考方法。
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  基于区间摄动和双层模糊聚类的模态参数自动识别

  秦仙蓉,刘嘉辉,余传强,王玉龙,张氢,孙远韬

  振动与冲击. 2020, 39(23): 122-127.

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  传统的随机子空间参数识别方法难以确定合理的系统阶次，参数识别结果易受到环境噪声的干扰。稳定图方法在识别结构参数时依赖于主观判断，不能自动识别。针对以上问题，本文提出区间摄动和双层模糊聚类算法对基于随机子空间识别得到的模态参数进行自适应辨别。以高阶系统识别的固有频率为中心频率进行±2%的摄动，并将该摄动区间内识别所得的各阶频率作为同一阶频率，结合稳定图法对固有频率进行自动识别；采用双层模糊聚类算法对识别离散性较大的阻尼比进行聚类，结合稳定图法自动识别阻尼比。基于岸桥监测数据的工程实例模态参数识别结果表明，该方法能够有效剔除虚假模态，提高参数识别效率，固有频率和阻尼比的自动识别效果较好。
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  刚-液-柔耦合结构湿模态试验与仿真分析

  蔡克伦1，2,刘玉红1，2,朱亚强1，2,黄成1，2,张连洪1，2

  振动与冲击. 2020, 39(23): 128-134.

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  基于物理模型试验及有限元仿真实验的方法，研究了一种刚-液-柔固液耦合结构的模态特性。制作了实物物理模型，利用锤击法测量了该结构在三种不同充液水压下的湿模态固有频率特性及振型特征，发现该结构有很好的吸振作用。同时基于ANSYS Workbench软件平台，采用声固耦合算法对该结构进行了不同内外压力下湿模态的分析，研究了其固有频率与振型在不同内外压力下的变化情况。分析结果显示，对该结构进行模态分析时不可忽略流体的附加质量效应，内外压力的增大均会引起固有频率的降低。分析结果对相关结构的湿模态分析提供了参考。
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  基于ADAMS的火炮发射动力学仿真研究

  周军1，高跃飞1，王登1，肖建光1，王振嵘2

  振动与冲击. 2020, 39(23): 135-140.

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  针对使用ADAMS软件进行火炮发射动力学仿真时，火药气体压力的加载过程繁琐且仿真计算时间和火药气体压力变化不同步等问题，提出了一种基于ADAMS自定义函数的发射动力学仿真方法，使火炮发射时的内弹道过程与制退后坐运动同时在ADAMS软件内部进行动力学求解。从经典内弹道方程和火炮发射时后坐部分的受力分析的基础上，应用位移、速度等函数添加了动力学分析中所需的载荷，采用传感器与脚本控制仿真过程，进行了某122毫米火炮的发射动力学仿真，验证了该仿真方法的准确性。该仿真方法将弹丸运动、火药燃气生成和后坐部分运动相互关联，使其在同一软件内进行求解，可提高仿真计算效率。
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  分裂增广拉格朗日收缩反卷积声源识别算法

  樊小鹏1，张鑫2,3，褚志刚2,3，李丽1

  振动与冲击. 2020, 39(23): 141-148.

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  大学 汽车工程学院，重庆 400044）
  摘要：提出了一种新颖高效的、超高分辨率的反卷积声源识别方法，即分裂增广拉格朗日收缩(SALSA)反卷积声源识别算法。该方法利用主要声源通常具有的稀疏特性和求解大规模稀疏恢复问题的交替方向思想，在波束形成反卷积数学模型中引入一个和源强等价的分裂变量，进而建立了增广拉格朗日变量分裂声源识别数学模型，并采用SALSA来交替迭代求解该分裂模型获得声源强度。仿真和试验结果表明，该方法与经典的反卷积声源成像方法(DAMAS)相比，源强量化能力相当，还拥有更优的收敛性，在整个分析频率范围内都拥有超高的分辨率，迭代计算速度快数十倍。
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  基于层合理论的被动约束层阻尼板有限元建模及动力学分析

  黄志诚1，王兴国1,吴南星1，褚福磊2，罗经3

  振动与冲击. 2020, 39(23): 148-153.

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  基于层合理论建立了被动约束阻尼板的有限元动力学模型。构造了一种4节点,每个节点5自由度三层板单元用于模拟基板、黏弹性阻尼层和约束层的相互作用。黏弹性材料频率依赖特性用Biot模型描述。借助辅助坐标将其引入到被动约束阻尼板的有限元方程中，并将其转化成常规二阶微分方程形式以简化求解过程。通过算例和实验结果作比较验证了本文方法的有效性。结果表明，与传统的有限元建模理论比较,采用层合理论,减少了结构自由度,并且具有良好的计算精度。
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  考虑应力波透射影响的公路隧道爆破振动速度安全阈值

  曹峰1，凌同华2，张胜3

  振动与冲击. 2020, 39(23): 154-159.

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  由于岩体中存在大量介质分界面，爆炸应力波在传播过程中将产生复杂的透、反射现象。基于应力波传播理论，考虑爆炸应力波在不同介质分界面上的透射传播规律，推导爆炸应力波入射小净距隧道衬砌结构的振动速度与应力关系的理论计算公式。在此基础上，结合隧道围岩和混凝土的动抗拉极限强度，依据极限强度准则，对爆破振动速度安全阈值进行求解。最后，结合工程实例，对推导的理论计算公式进行验证。计算结果表明，理论计算公式与数值模拟计算结果基本吻合，验证了理论计算公式的正确性。
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  隔震桥梁结构随机地震响应分析的复振型虚拟激励法

  贾少敏1，陈华霆2，王子琦2，赵雷3

  振动与冲击. 2020, 39(23): 160-164.

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  鉴于隔震支座的本构关系具有显著的非线性，隔震桥梁结构的非线性随机地震响应分析存在理论复杂、计算量大等困难。为简化分析过程和提高计算效率，建立隔震桥梁结构的等效线性化模型并采用非经典阻尼模型描述结构体系的阻尼特性，以复振型叠加法和虚拟激励法为基础，建立了隔震桥梁结构随机地震响应分析的复振型虚拟激励法。数值算例表明：所建立的方法计算效率高，结果可靠、操作方便。
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  曳引电梯新型磁流变制动装置设计与性能实验

  陈凯峰1，2，郑祥盘1，2

  振动与冲击. 2020, 39(23): 165-175.

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  电梯在城市化建设的高速发展中起到越来越重要的作用。现有曳引电梯制动装置采用的是接触摩擦式电磁制动装置，存在振动冲击大、噪音高和安全保护不足的缺点，不能满足更高的乘运舒适性和安全性要求。基于磁流变效应的新型可控装备，具有易于控制和较低工作噪声等特点，极具工程应用前景。根据曳引电梯制动工况要求，为提升装置性能及制动安全性，基于磁流变效应并结合永磁体制动原理，设计一种具有带有自保护双重安全保护的新型电梯制动装置。以此分析新型的磁流变制动装置工作原理，建立装置的制动力矩数学模型并理论分析不同参数对制动性能的影响。结合电梯零速制动和紧急制动的工作特点确定实验内容，搭建制动性能测试平台并对其展开制动力矩测试、温度特性实验和工作噪声研究。实验结果表明：研制的带有自保护和散热的电梯磁流变制动装置具有较高的制动力矩及较低的温升，并且具有低振动和低噪声的特点，满足设计要求。
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  基于变形圆筒实验的扁平管组件能量输出效率研究

  冯丽娜1，李东2，田建东1，曲展龙1，孙璟1

  振动与冲击. 2020, 39(23): 176-181.

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  膨胀管分离装置是航天运载器上一种常用的线式分离装置，其能量源为扁平管组件（炸药索、填充物和扁平管）。为研究扁平管组件的能量输出效率，首先，通过实验的方法，将扁平管组件插入1060纯铝筒中，测量铝筒外壁特征点的速度和位移变化历程，并将实验后的实验件进行线切割，测量其内径的变化。对上述实验过程进行有限元仿真分析，仿真结果与实验结果对应得较好。进而通过仿真分析结果获得铝筒的塑性变形能，作为扁平管组件输出的有效能量，其占炸药总能量的比值为能量输出效率，得到扁平管组件的能量输出效率约为22.8%。最后，在有限元分析中改变填充物的材料参数，发现在一定参数范围内，扁平管组件的能量输出效率随填充物的密度、弹性模量和泊松比的增加而增加。
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  滚动轴承多工况故障的特征自动选择核极限学习机智能识别方法

  胡爱军,张军华,刘随贤,许莎

  振动与冲击. 2020, 39(23): 182-189.

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  滚动轴承的智能诊断存在许多不足，特别是对复杂工况下的识别存在特征提取不足及诊断精度低等问题。针对故障类型不同、故障程度不同和负荷不同的多工况条件下滚动轴承故障诊断，提出了基于多特征自动选择的核极限学习机智能识别方法。首先分别从时域、频域、时频域提取有效故障特征，其次，采用拉普拉斯分数(Laplace Score，简称LS)根据每个特征的重要性自动选择敏感特征，旨在消除一些冗余信息，提高计算效率。最后，采用模拟退火粒子群优化的核极限学习机（Simulated Annealing Particle swarm optimization,Kernel extreme learning machine，简称SAPSO-KELM），实现滚动轴承多故障状态识别。将该方法应用于滚动轴承变负荷故障识别，与其他识别方法的比较结果表明，该方法具有较高的识别精度和较快的分类速度。
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  中浅层水平井钻柱振动分析及加压方案研究

  祝效华1，曾理2，李柯3

  振动与冲击. 2020, 39(23): 190-201.

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  石油大学机电工程学院 四川成都 610500）
  摘要  中浅层油气储层埋深浅、物性差、自然产能低，为较难动用的致密砂岩油藏，这会给水平井钻井带来巨大挑战，其中钻柱振动、拖压和摩阻问题是中浅层水平井急需解决的难题。因此，对于钻柱振动和摩阻的模拟非常重要。以鄂尔多斯地区水平井为例，基于三向耦合振动模型,从轴向力、钻柱横向位移和摩擦扭矩三个方面描述了鄂尔多斯地区两种不同井深结构的中浅层水平井钻柱的动力学特性，并和中深井做了对比。探讨了在使用加重钻杆、水力振荡器解决拖压问题过程中，不同加重钻杆根数、尺寸，水力振荡器脉冲力及安装位置对钻柱动力学特性及疲劳寿命的影响。结果显示：相较于中深层水平井，中浅层水平井钻压波动量仅为中深井的1/8，但是在造斜段，尤其是中和点附近的轴向力波动量却很大，达到20kN, 是中深井的1/3，因此造斜段中和点附近钻柱的振动是中浅井关注的重点。针对托压问题，在直井段末端至井斜25°～35°井段增加10～12根或者18～20根Ø114mm或Ø127mm加重钻杆，既能够保证较小的钻压波动量和摩阻，又能够保证造斜段钻柱较高的疲劳寿命。该结论在现场得到了应用。此外，可配合使用水力振荡器进一步降低摩阻，推荐水力振荡器安装在距钻头40m处，脉冲力选用21kN。
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  基于超磁致伸缩换能器的CFRP板孔裂纹缺陷检测

  王晓煜1，刘海龙1，高斯佳1，李建2

  振动与冲击. 2020, 39(23): 202-210.

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  孔劈裂损伤是碳纤维增强复合材料板(Carbon Fibre Reinforced Plastics, CFRP)承接服役中的主要损伤形式。由于CFRP材料的各向异性，致使超声导波信号衰减大，多种模态波包混叠，难以实现对CFRP螺接或铆接孔劈裂损伤的定量检测。针对CFRP孔裂纹损伤量化，研制Galfenol换能器，作为超声导波的高能激励源，采用PZT-5作为接收端，对孔裂纹进行超声导波检测。建立换能器动力学模型，利用扫频方法结合S0模态捕捉对比确定换能器检测最优激励频率；对获取的超声导波信号采用小波分解与短时傅里叶变换（Short-time Fouruer transform, STFT)，并计算调控云图色阈值显著化S0模态与损伤模态信息，得到时频云图谱；建立CFRP板的力学模型，利用Floquet 边界固有的周期性，对板单元波长布利渊区扫描获取频散曲线，在云图谱上依据频散曲线群速度计算获得裂纹损伤时域位置；依据云图谱阈值色度量化波包幅值，获取损伤程度信息。实验结果发现云图谱中裂纹损伤模态与原有模态之间具有良好的辨识度，根据获取频散曲线计算直达与反射S0模态的时间误差为2.3µs、0.6µs。
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  含裂隙砂岩破裂特征及微震和电荷感应信号规律试验研究

  赵扬锋，荆刚，程传杰，李兵

  振动与冲击. 2020, 39(23): 211-219.

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  为了有效提取含裂隙砂岩失稳破坏的前兆信息，用试验方法研究了单轴压缩条件下完整砂岩和不同倾角裂隙砂岩的破坏特征及电荷感应信号和微震信号的规律。结果表明：裂隙的存在成为影响砂岩的单轴抗压强度和破坏特征的主要因素，随着裂隙倾角的减小，砂岩的单轴抗压强度会降低，破裂形式由拉剪复合破裂向剪切滑移破裂转变。完整试样微震与电荷信号只有在峰值应力附近出现高幅值波动，在加载初期压密阶段和弹性阶段信号较低；含裂隙岩样微震与电荷高幅值信号出现时间提前，高幅值脉冲数增多，且高幅值脉冲从完整试样只出现在峰值应力附近，到有裂隙时在岩石弹性后期出现多个高幅值脉冲数转变。当裂隙倾角由60°→45°→30°变化时，微震与电荷信号由开始的密集型信号向多个孤立型信号转变。微震信号与电荷信号并不是完全同步的，在岩石峰后阶段才有较好的“协同性”信号产生。岩石发生应力降是产生微震和电荷感应信号的充分非必要条件，将微震和电荷感应监测技术与岩体监测区域应力场分布结合指导现场实践有助于提高预测准确性和减少地质灾害的发生。
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  装甲车辆座椅非线性随机振动的最优半主动控制

  胡凌俊1，刘彬2，宦荣华1，朱位秋1，刘岩3

  振动与冲击. 2020, 39(23): 220-224.

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  装甲车辆在崎岖路面上行驶时，其内部座椅在随机载荷作用下产生剧烈振动，严重影响乘员的乘坐舒适度，因此需对座椅的随机振动加以控制。本文旨在研究装甲车辆座椅非线性随机振动的最优半主动控制方法。首先，以装甲车辆座椅系统为研究对象，建立装甲车辆座椅的非线性随机动力学模型。接着，应用随机平均法和随机动态规划原理给出了最优半主动控制力的具体形式，得到了座椅系统在未控状态和受控状态下稳态响应的概率密度、均方值等统计量，最后通过数值模拟验证了理论方法的正确性。结果表明在受控状态下，该控制策略对稳态响应均方值的控制效果达到了85.0%，具有良好的减振效果。
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  节段拼装桥墩在爆炸冲击作用下的破坏模式与损伤评估研究

  张于晔1，杨旭1，冯君2

  振动与冲击. 2020, 39(23): 225-233.

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  为研究爆炸冲击作用下节段拼装桥墩的破坏模式和损伤评估方法，采用ANSYS/LS-DYNA建立方形截面整体式桥墩和节段拼装桥墩受爆的三维实体分离式模型。基于与爆炸试验结果的对比分析，验证该模拟方法的可靠性。通过改变爆炸TNT当量和爆炸距离，对比分析了不同超压作用下整体式桥墩与节段拼装桥墩的应力变化、破坏模式与损伤机理，并提出结合截面损伤与墩身侧移的桥墩受爆损伤评估方法。结果表明：在爆炸冲击与恒载共同作用下，整体式桥墩主要呈现剪切破坏与弯剪破坏，节段拼装桥墩主要呈现剪切破坏与局部破坏；在不同比例距离的爆炸冲击作用下，桥墩的损伤均可分为完全弹性、部分弹性及失去弹性等三种状态；节段拼装桥墩在受到爆炸冲击作用后，墩身节段间产生较大相对转角和位移，进而导致节段截面削弱和墩身侧移；两种体系桥墩均可采用截面削弱与墩身侧移相结合的方法，进行爆炸损伤的定量评估。
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  基于SGMD-Autogram的液压泵故障诊断方法研究

  郑直1, 2，李显泽1，朱勇3，王宝中1

  振动与冲击. 2020, 39(23): 234-241.

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  辛几何模态分解方法(Symplectic Geometry Mode Decomposition, SGMD)存在特征信息分布过于分散问题、Autogram方法中的最大重复离散小波变换(Maximal Overlap Discrete Wavelet Packet Transform，MODWPT)存在特征提取能力不足问题，针对上述两问题，提出了基于SGMD-Autogram的新方法。首先，对实测液压泵多模态故障振动信号进行SGMD分解；其次，针对分解后产生的特征信息分布过于分散问题，提出基于最大无偏自相关谱峭度法，筛选含有丰富运行特征信息的模态分量为数据源，进而取代MODWPT，实现最优故障特征提取；最后，对数据源进行阈值处理，并基于频谱实现对液压泵故障的诊断。通过对比分析仿真和实测液压泵斜盘故障振动信号，验证了该方法可以有效地诊断斜盘故障。
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  金属橡胶声学性能研究进展与展望

  白鸿柏1, 2，詹智强1, 2，任志英1, 2

  振动与冲击. 2020, 39(23): 242-254.

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  金属橡胶作为一种纤维类多孔吸声材料，具有良好的环境适应性。对金属橡胶材料的制备工艺进行介绍，综述了金属橡胶声学性能的理论与试验研究的进展。概括了金属橡胶吸声理论模型及声学试验的研究现状，针对不同结构（单层结构、串联结构、并联结构）、形状（圆形、方形）的金属橡胶，依据理论计算以及试验研究的结果，详细分析了工艺参数（包括丝径、孔隙率、厚度等）、装配参数（主要指背后空腔厚度）和使用环境对金属橡胶吸声性能的影响，探讨了金属橡胶吸声性能的预测和金属橡胶复合材料的研究现状。最后阐述了金属橡胶作为声学元件的工程应用研究，并对金属橡胶声学性能研究的后续工作进行展望。
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  考虑保温层的LNG储罐隔震力学模型及响应研究

  罗东雨1，孙建刚2，柳春光1，崔利富2，王振2

  振动与冲击. 2020, 39(23): 255-262.

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  为研究LNG储罐的隔震响应及保温层对基底隔震效果的影响，以 全容式LNG储罐为研究对象，提出了考虑保温层的LNG储罐基底隔震简化力学模型，并结合有限元分析平台ADINA计算LNG储罐的地震响应。通过对比简化模型与数值仿真计算出的基底剪力、基底弯矩和晃动波高得出：简化力学模型计算出的基底剪力和基底弯矩偏大，晃动波高偏小；隔震模型的差异率小于抗震模型，在LNG储罐的抗震与隔震设计时，采用简化力学模型计算基底剪力和基底弯矩能够保证设防要求，但建议抗震设计时，将简化模型计算出的晃动波高扩大1-1.5倍，隔震设计时，将简化模型计算出的晃动波高扩大2-2.5倍。此外，保温层会影响LNG储罐的基底隔震效果，在进行基底隔震设计时需要考虑保温层的影响。
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  基于分数阶傅里叶滤波的电动助力器故障检测

  黄铭, 郑永军,汪洋百慧

  振动与冲击. 2020, 39(23): 263-270.

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  由于强噪声环境的影响，在阶次跟踪（Order Tracking）分析中，电动助力器内的齿轮变速运转产生的振动信号无法准确反映故障信号，为解决这一情况，用含噪声的线性调频信号模拟电动助力器变速运转产生的非平稳信号，通过分数阶傅里叶变换（Fractional Fourier Transform）和分数阶傅里叶域带通滤波器（Fractional Fourier Domain Bandpass Filter）对其进行滤波操作，对比滤波前后信号频谱图，验证分数阶傅里叶滤波（Fractional Fourier Filter）能够较准确的滤除非平稳信号中的噪声分量。基于该仿真实验所得结论，提出针对电动助力器变速转动产生的振动信号进行故障检测效果的优化方法，通过对实际测得的电动助力器电机减速运转产生的振动信号进行分数阶傅里叶滤波，对比滤波前后信号阶次跟踪谱图效果，验证该滤波方法对强噪声环境下测得的齿轮故障信号具有较好的滤波效果，具有一定的实用价值和普适性。
  
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  基于模态参数的梁结构多裂纹定位与程度识别

  郭帅平1，吴琪强1，李学军1,2，王钢1

  振动与冲击. 2020, 39(23): 271-279.

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  针对梁结构多裂纹诊断的问题，基于梁结构的固有频率，提出了一种灵敏度方阵法与单元细分法相结合的多裂纹识别方法。首先，让选用的结构固有频率阶数与梁划分的单元个数相等，基于梁的各阶振型函数计算梁的灵敏度方阵；其次，测量的固有频率，求解灵敏度方阵方程，确定含裂纹单元，并结合单元细分法缩小裂纹所在区域；再次，针对多裂纹梁，基于归零逆求法，依次求得各裂纹单独存在时梁的固有频率参数，将多裂纹诊断问题转化为多个不相关的单裂纹诊断问题；最后，根据梁结构单裂纹定位与程度识别方法，在单元内进一步定位裂纹并识别裂纹程度，最终实现多裂纹的诊断。进行了数值仿真分析及试验，该多裂纹诊断方法精度较高，验证了其有效性，能为实际工程应用提供理论依据。
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  基于无线式内窥镜应用的激振胶囊非线性动力学行为研究

  廖茂林

  振动与冲击. 2020, 39(23): 279-286.

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  以引入激振冲击结构改进胶囊内窥镜为目的，对具有单边和双边弹性约束的激振胶囊进行了对比研究。通过数值模拟讨论了频率比和振幅比2项激振参数，以及质量比和刚度比2项结构参数对激振胶囊动力学行为演化规律的影响。通过研究发现，单边约束的激振胶囊的推进速度更快，并且其在一周期一次碰撞振动状态下的推进效率高于其他振动状态。而双边约束的激振胶囊的推进速度相对较慢，但双边约束激振胶囊的特点在于能够更好地通过调控冲击振子与两侧弹簧的不同碰撞次数来实现激振胶囊的向前和向后的双向移动，而这为实现对消化道重点区域的往复回看提供了可能性。综上所述，本文的研究成果对激振胶囊的结构设计和振动控制具有指导意义。