振动与冲击

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尹凤伟1,2,罗冠炜1,2,同长虹3

振动与冲击. 2020, 39(24): 1-10.

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基于一类带有间隙–弹性约束的两自由度受迫振动系统，通过多目标和多参数协同仿真分析，研究了该类非光滑振动系统周期冲击振动的多样性及分岔特征。分析了系统的动力学特性与模型参数的关联关系，讨论了带有相同间隙阈值的弹性约束受迫振动系统在低频域内的基本周期冲击振动群及其发生域的分布特征，发现了相邻基本周期冲击振动相互转迁的不可逆性及其诱发的奇异点、迟滞转迁域和非迟滞转迁域，揭示了非迟滞转迁域内亚谐冲击振动的模式类型及规律特征。对比分析了带有相同间隙阈值和不同间隙阈值的弹性约束振动系统的周期冲击振动的模式类型和分布规律的差异性，进一步揭示了带有不同间隙阈值的弹性约束振动系统低频域内的基本周期冲击振动群的模式类型及其涌现规律。该研究为开展含间隙-约束机械系统的动态设计与协同优化提供科学依据。

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基于混沌多项式的考虑子结构强度退化的混合试验研究

张睿1，陈城1，田利1，杨澄宇2，侯和涛1

振动与冲击. 2020, 39(24): 11-16.

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混合试验作为一种新兴的抗震试验方法，近年来逐渐引起广泛的关注。传统的混合试验通常对其数值子结构采取确定性的参数，因而无法考虑其参数不确定性对地震下整体结构响应的影响。如何考虑子结构参数的不确定性成为混合试验设计的一个主要研究问题。本文运用一种量化参数不确定性的混沌多项式展开方法，通过非线性Bouc-Wen模型模拟试验子结构在反复荷载下的强度退化，探讨了一个单自由度非线性结构考虑不同延性下最大位移响应，通过混沌多项式建立结构响应元模型并使用最小角回归计算模型系数。研究表明混沌多项式元模型可以帮助对试验子结构出现强度退化的混合试验进行参数不确定性分析，也为如何在混合试验设计中考虑子结构不确定性提出了新的思路。

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钢轨扣件弹条扣压力对轮轨系统垂向动力学响应的影响分析

袁玄成，朱胜阳，袁站东，翟婉明

振动与冲击. 2020, 39(24): 17-24.

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为深入探讨钢轨扣件弹条扣压力对轮轨系统垂向动力学响应的影响，在经典车辆－轨道垂向耦合动力学模型的基础上细化了扣件的建模，建立了能够考虑钢轨扣件弹条扣压力和轨下胶垫初始压缩量的垂向动力学模型。针对轨下胶垫和弹条的实际受力情况，模型中采用具有单向作用特性的力元来模拟轨下胶垫和弹条的受力特性。通过数值仿真，将本文模型与传统模型进行了对比，并分析了弹条扣压力衰减和扣压力失效对轮轨系统垂向动力学响应的影响。分析结果表明，弹条扣压力衰减主要导致胶垫支反力减小，而扣压力失效则会导致失效扣件处的钢轨垂向加速度显著增大。对于连续多个扣件发生扣压力失效的情况，钢轨垂向加速度、钢轨上拱位移和轮对垂向加速度等动力学指标随失效扣件个数的增加而增大，而失效扣件个数的增加对轮轨垂向力、轮载作用下的钢轨垂向位移和胶垫支反力的变化影响很小。

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一种传感器优化布置的多能量参数改进有效独立法

范恒承，余岭

振动与冲击. 2020, 39(24): 25-31.

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为解决结构健康监测中的传感器优化布置问题，针对有效独立法存在的易丢失能量较大测点和能量法存在的测点易过于集中在能量较大位置从而导致结构重要模态信息丢失的不足，对有效独立法和能量法进行综合考虑，在有效独立法的基础上，同时引入模态动能和模态应变能修正有效独立法，提出一种考虑多能量参数的改进有效独立法（EI-MEP）。通过空间桁架结构的数值仿真算例以及矩形截面悬臂梁的实验验证，并结合评价准则对有效独立法及三种现有改进方法进行比对研究。结果表明，该方法具有良好的低阶模态识别的准确性，在选取少量传感器数目时具有优势，能保证测量振型向量具有较大的线性独立性，在五种方法中最为有效。

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电力电容器辐射噪声预测的快速边界型等效源方法

何强1，聂京凯1，刘文宇2，郑昌军2，毕传兴2，赵寿生3

振动与冲击. 2020, 39(24): 32-38.

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电力电容器的噪声控制问题越来越受到重视，准确高效的辐射噪声预测可以为降低电力电容器的辐射噪声水平提供参考。为此，提出一种可以用于电力电容器辐射噪声预测的快速边界型等效源方法。该方法通过将等效源点直接布置于结构表面，规避了等效源点的位置选取问题；还采用快速多极方法对求解过程进行加速处理，显著提高了噪声预测效率并降低了存储量；另外采用Burton-Miller型单双层混合势方法克服了计算过程中可能遇到的解的非唯一性问题，进一步提高了噪声预测的稳定性和准确性。数值算例验证了该方法的正确性与求解效率，以及在电力电容器组的辐射噪声预测这类大规模实际工程问题中的巨大潜力。

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基于IMF能量矩和SVM的煤矸识别

窦希杰1,2,王世博1,2,谢洋1,2,宣统1,2

振动与冲击. 2020, 39(24): 39-45.

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针对综放工作面的煤矸识别问题，提出了一种基于IMF能量矩和SVM的煤矸识别方法。使用仿真信号验证了该方法所提取的IMF能量矩可以反映信号的能量沿时间轴的分布情况，相较于IMF能量可以更好地表征信号的特征。使用该方法进行煤矸识别时，首先对放顶煤过程中采集到的顶煤和矸石冲击液压支架的振动信号进行集合经验模态分解分解（EEMD），得到若干个固有模态分量（IMF），根据分解结果提取包含振动信号主要信息的前8个IMF分量，进一步计算其能量矩，将待测样本信号的IMF能量矩作为特征向量输入训练好的支持向量机进行放煤和放矸石两种工况的识别。试验结果表明，该方法能有效的完成对煤矸振动样本数据的识别，平均识别准确率达到90%。

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混凝土重力坝水下爆炸毁伤快速识别方法研究

李麒1,2,3,王高辉2，卢文波2，钮新强1，顾冲时3

振动与冲击. 2020, 39(24): 46-53.

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传统的损伤识别技术很难实现混凝土重力坝水下爆炸毁伤位置及范围的快速识别。通过基于Python的ABAQUS二次开发，批量建立不同毁伤状态下混凝土重力坝有限元模型并进行模态分析的批量计算，构造单损伤、两损伤及三损伤时大坝频率数据库。利用粒子群(PSO)寻优建立了基于支持向量回归机(SVR)的重力坝毁伤识别模型，并通过大坝频率数据库检验集样本评估该模型的识别精度。考虑不同噪声水平对毁伤识别效果的影响，评估了SVR模型对大坝毁伤识别的抗噪性能。结果表明：通过PSO-SVR模型可以准确识别重力坝毁伤位置及毁伤范围，同时该模型具有良好的抗噪性能。

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爆破振动对隧道围岩累积损伤效应的影响

宋肖龙，高文学，季金铭，叶明班，张登杰

振动与冲击. 2020, 39(24): 54-62.

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为了研究隧道掘进爆破对围岩造成的累计损伤效应，利用地质雷达对隧道爆破开挖过程中围岩损伤进行探测，根据地质雷达信号具有短时非平稳的特点，采取HHT变换的方法对雷达信号进行处理，去除干扰，提取可以有效反映损伤特征的瞬时参量，进而得到较为直观的围岩损伤图像，并基于瞬时振幅的差异将损伤区域分为轻微损伤和严重损伤区域。研究表明，循环爆破作用会对爆破近区直接造成大量的严重损伤，而爆破中远区受到直接爆破作用影响较小，几乎不产生新生损伤，但已有的轻微损伤会进一步的演化加剧变成严重损伤，在距离爆源60m范围之内，扰动次数越多，损伤演化越剧烈。

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基于Flügge理论的功能梯度圆柱壳自由振动响应均匀化转换计算方法

杨萌，李戎，梁斌

振动与冲击. 2020, 39(24): 63-68.

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基于Flügge理论方程，利用梯度材料和均匀材料物理性质和力学行为相似性，建立FGM圆柱壳固有频率解与参考均匀材料圆柱壳解之间解析转换关系，实现FGM圆柱壳力学行为均匀化转换计算。给出数值算例与前人结果比较，文末讨论了相关参数影响规律并对计算效率进行分析。本研究与已有计算方法比较，在保证计算精度基础上，应用便利性与计算效率有很大提高，可为非均匀结构力学行为分析提供新的探索途径。

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基于DG-LS-MGF-FEM方法的空中爆炸载荷高精度数值模拟研究

于福临1，宋磊1，朱庆飞2，冀玲玲1，杨卓懿1，张博山3，孙洪源1

振动与冲击. 2020, 39(24): 69-75.

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为了求解空中爆炸强间断流场，基于Level Set（LS）方法、修正的Ghost Fluid（MGF）方法及间断Galerkin（DG）方法构建近场空中爆炸流场动力学模型，并编制空中爆炸载荷计算程序，与经典激波管问题解析解对比进行验证，求解不同近壁面条件下的空中爆炸流场压力载荷，探索近场空中爆炸载荷传播机理，并结合有限元方法（FEM）形成DG-LS-MGF-FEM流固耦合方法对集装箱靶标建筑物进行数值模拟，给出其变形和响应特征，为建筑物靶标毁伤效果分析提供一种新的高精度计算方法。

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旋转柔性机械臂系统的实验模型辨识及伺服速度抑振控制

贾振1，娄军强1，杨依领1，陈特欢1，魏燕定2

振动与冲击. 2020, 39(24): 76-82.

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研究了伺服驱动的旋转柔性机械臂系统的实验模型辨识和伺服速度抑振控制问题。建立了从伺服电机的速度驱动信号到旋转柔性机械臂根部应变振动信号的传递函数模型，并对模型关键参数进行了实验辨识。实验结果显示辨识模型预测输出在伪随机信号和扫频激励信号下与实际结构动态响应的吻合度分别为78.8%和89.8%，证实了所建立模型和参数辨识结果的正确性，掌握了柔性臂在旋转过程中的振动特性。提出了一种基于极点配置的伺服速度抑振控制方法。通过二阶系统最佳阻尼比确定了闭环极点位置，得到了闭环反馈增益。实验中旋转柔性机械臂系统在梯形速度曲线下的残余振动衰减时间缩短为3s，其一阶固有频率振动幅值由77.5dB衰减到32.9dB。通过伺服电机速度控制实现了旋转柔性机械臂系统振动的快速有效抑制。

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燃气挤压器式动力源快速起竖装置设计优化与分析

任玉亮1，高钦和1，田红宁2

振动与冲击. 2020, 39(24): 83-90.

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为解决车载导弹起竖装置起竖时间长、动力源体积大的问题，提出一种新型燃气挤压器驱动的快速起竖方案。建立了起竖过程一体化计算数学模型，对比分析了恒定燃面和变燃面两种起竖方案，设计了基于装药燃面与凸轮型面优化的气液分段控制策略：起竖前段，采用变燃面燃气发生器控制燃气输出流量，在实现快速启动的同时保持负载匀速起竖；起竖后段，采用凸轮调速阀控制油液输出流量，完成负载的减速制动，保证负载平稳停靠。研究结果表明：新型燃气挤压器式动力源起竖方案及其控制策略可实现导弹16s快速、平稳起竖，较传统液压泵式动力源的起竖时间大幅缩短，可为车载导弹起竖装备的升级改造和工程研制提供设计依据。

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大载重气囊缓冲性能分析及多目标优化

张鹏飞1,2,卫剑征1，陈雪岩1，谭惠丰1，竺梅芳3

振动与冲击. 2020, 39(24): 91-98.

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缓冲技术是航天器着陆与回收的关键技术之一，研究如何有效地降低航天器过载对于保障人体及其内部设备的安全具有重要意义。本文首先采用有限控制体积法与文献测试进行对比，验证了数值仿真方法的正确性。然后以大载重返回舱为研究对象，对六个组合气囊着陆时缓冲过程进行了仿真，单参数变化讨论了外气囊初始内压、排气孔开启时机与排气孔面积对缓冲气囊性能的影响。提出了评估返回舱发生触底与反弹离地的判据。以最大过载和大载重气囊的比吸能为优化目标，采用最优拉丁超立方选取方法给出了仿真样本点，构建神经网络代理模型，进行了多目标遗传优化分析，优化了缓冲气囊的初始设计参数。结果表明，优化后的最大过载降低了17.717%，且大载重装置没有发生反弹。

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基于AR-SK的北美鹅掌楸原木声信号特征参数提取及质量分等

徐锋，瞿玉莹

振动与冲击. 2020, 39(24): 99-106.

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阔叶材原木的质量评估可以为行业提供最优的阔叶材资源利用价值，然而因缺陷声信号的非平稳性和缺陷类型特征的重叠性，有效的质量评估声参数非常有限。基于此，提出一种基于自回归模型（AR）和谱峭度（SK）相结合的特征声参数提取与分等方法。利用AR线性滤波器滤除声信号中周期平稳成分，并对包含缺陷信息的残差信号进行短时傅里叶变换，计算其谱峭度值并定位最大谱峭度所在的频带，以其频带的中心频率和带宽设计滤波器对残差信号进行滤波以获取原木主要缺陷信号分量，计算该信号分量的峭度值，将其作为表征声信号的特征参数对北美鹅掌楸原木进行质量分等。样本原木的实际锯切结果显示，基于AR-SK的预测分等中，高质量原木组中的高等级板材率为77.2%，而低质量组中的高等级板材率为21.8%。与传统的声速分等相比，高质量组中的高等级板材率提高了33%以上，而低质量组中的高等级板材率降低了约26%。研究结果表明，所提方法能有效分离缺陷信号成分并对该原木质量进行较精确分等。

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基于改进PSO算法的弹性胶泥缓冲器动力学建模研究

赵旭宝1，魏伟2，刘爽3，张渊2

振动与冲击. 2020, 39(24): 107-112.

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针对弹性胶泥缓冲器动力学建模复杂以及模型仿真数据与测量数据吻合度低的问题，本文将缓冲器的结构原理与缓冲器加载、卸载工作过程结合起来，利用胶泥对速度的依赖特性，构建一种基于速度型的弹性胶泥缓冲器动力学模型。构造了动态调整惯性权值的改进微粒子群算法，并以落锤试验数据为基础，利用改进的算法对缓冲器动力学模型各参数进行优化求解。仿真结果表明：不同高度落锤仿真试验中，仿真数据和落锤试验数据总体吻合较好，具有较好的一致性，二者之间的最大车钩力和最大位移误差均小于5%。表明了该缓冲器动力学模型具备较高的准确度，该模型将为快捷货车纵向动力学性能的分析和弹性胶泥缓冲器性能优化提供有效的研究手段。

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考虑摩擦效应影响的全钢防屈曲支撑局部稳定设计方法

吴克川1,陶忠2，潘文2，白羽2

振动与冲击. 2020, 39(24): 113-121.

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整体稳定及局部稳定控制是保证防屈曲支撑滞回耗能能力的关键，由于全钢防屈曲支撑耗能部件与约束部件间摩擦效应的存在，更易发生局部失稳破坏。理论分析防屈曲支撑局部失稳破坏机理，推导约束部件的抗鼓曲承载力及考虑摩擦效应的最大局部挤压力计算式，建立考虑摩擦效应影响的全钢防屈曲支撑局部稳定设计准则。结果表明，局部挤压力呈端部大中间小的分布特点，抗鼓曲承载力随约束部件厚度及材料屈服强度的增加而增大，满足局部稳定设计准则的条件下，取更大的宽度比及更小的间隙值，可提高和保证防屈曲支撑的局部稳定性。

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外部冲击下电力电缆护套结构性损伤研究

杨世迎1，祝贺1，何文2，余欣3，袁鸣1

振动与冲击. 2020, 39(24): 122-127.

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由电缆敷设等电网施工造成电缆护套出现损伤事件屡见不鲜。其大部分损伤都属于结构性损伤，目前针对电缆护套结构损伤的资料较为缺乏。红外光谱技术是一种高效快速的现代分析技术，利用检测器检测透过电缆样品（XLPE）的光谱，辨别样品结构和组成信息。X射线衍射技术常被用来表征聚乙烯的结晶信息，判别试样所受应力。结构损伤引起结构动力参数变化，利用频响函数曲率作为电缆护套损伤诊断因子。结果表明，受外力损伤的XLPE试样三种副产物含量与未损伤处含量不同。应力的大小与晶面间距的变化值具有相关性。通过试验观察损伤处与完好处频响函数曲率值大小，判别损伤位置。

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城市轨道交通高架桥曲率对半封闭式声屏障车致振动影响研究

谢伟平1，胡喆2，张良涛2，花雨萌1

振动与冲击. 2020, 39(24): 128-133.

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以某城市轨道交通高架线为工程背景，实测列车在直线段和曲线段行驶时半封闭式声屏障的加速度响应，并对实测数据进行了时程和频谱分析。基于车-线-桥耦合振动理论，建立车-曲线桥-声屏障结构振动分析模型，对声屏障的振动进行仿真分析，并与实测数据对比以验证模型的准确性。基于数值模型分析了高架桥曲率对声屏障车致振动的影响规律，结果表明：城市轨道交通高架线曲线段半封闭式声屏障的车致振动响应大于直线段，以横向振动为主，优势频段为70-140Hz，横向振动位移峰值与曲率呈线性正相关。研究得到了拟合公式，可近似计算不同曲率高架桥上半封闭式声屏障的振动响应。

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基于IEWT和IFractalNet的滚动轴承故障诊断

杜小磊1,2,陈志刚1,2,王衍学1,3,张楠1

振动与冲击. 2020, 39(24): 134-142.

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针对传统滚动轴承故障诊断方法易受噪声干扰，过度依赖专家经验等问题，提出了一种基于改进经验小波变换（IEWT）和改进分形网络(IFractalNet)的诊断方法。首先改进经验小波变换Fourier谱的分割方式，将轴承原始振动信号自适应分解为若干本征模态分量，并利用基于峭度、相关系数、能量比的综合评价指标筛选出最能反映信号故障特征的本征模态分量（imfs）；然后针对样本集不平衡问题改进分形网络的损失函数和激活函数；最后将筛选到的imfs重构并输入IFractalNet进行自动特征提取与故障识别。实验结果表明：提出方法能够有效地对滚动轴承进行多种故障类型和多种故障程度的识别，避免了复杂的人工特征提取过程，相较于其他方法具有更高的泛化能力、特征提取能力和故障识别能力。

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具有大振幅放大系数的倒锥形变幅杆

张然，贺西平，王照伟

振动与冲击. 2020, 39(24): 143-149.

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有些超声处理的应用中，为了使处理范围大、效率高，希望变幅杆有大的输出面积，但小端面输入大输出面变幅杆的放大系数往往小于1。为了满足实际加工中振幅放大系数与应力的要求，提出了一种前端开横向矩形通孔的倒锥形变幅杆。计算了输出端面位移分布规律与平均放大系数，放大系数大于同尺寸的实心变幅杆。研究了孔的几何尺寸对杆放大系数及谐振频率的影响。进一步将变幅杆的平均放大系数作为目标函数进行了优化设计，得到了大放大系数变幅杆的最优开孔尺寸。把优化后变幅杆的四个直角改为了弧形角，减小了（横向）、避免了（纵向）应力集中，文中对此也进行了分析。

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脉动风场覆冰导线动态气动力特性研究

韦远武1，虢韬1，张鹏程2，杨刘贵1，严尔梅1，徐梁刚1，王璐2，祝贺2

振动与冲击. 2020, 39(24): 150-155.

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导线在覆冰后成为非圆截面，周围压力与流速分布复杂化，采用准静态假设分析动态的覆冰导线舞动理论公式的传统方法局限性较强。充分考虑风场的动态变化，基于弱耦合方法，利用Fluent进行二次开发，编程控制导线舞动轨迹、攻角和风速变化进行编程控制，并结合重叠网格技术实现覆冰导线静态与动态气动力模拟，分析气动力系数特性及规律。仿真结果表明：当平均风速相同时，湍流度为8%的脉动风工况下的气动力系数与定常风场气动力系数变化趋势相同，但在风攻角15°附近时发生突变；导线横向舞动时的动态气动力系数明显大于静态值，以风攻角45°为分析对象，导线扭转振动导致气动力系数和频率降低。覆冰导线舞动时动态气动力系数变化复杂，工程中采用静态气动力系数预测舞动幅值及张力有所误差。

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柔性铰链型非线性能量阱设计与系统局部分岔特性分析

李爽1，楼京俊2，柴凯2，刘树勇1，杨理华3

振动与冲击. 2020, 39(24): 156-163.

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提出了一种预压式柔性铰链结构与螺旋弹簧并联的新型非线性能量阱结构设计方法。分析了单根柔性铰链静力学特性，并对所设计结构的整体力学特性进行了仿真分析；建立了周期激励下单自由度线性主系统耦合柔性铰链型非线性能量阱结构的系统动力学模型，并通过复变量平均法推导了耦合系统慢变流方程，得到了系统鞍结分岔以及Hopf分岔边界条件，进一步研究了系统参数对耦合系统动力学特性的影响规律；通过数值计算探索了初始条件对多解共存区域内耦合系统响应的影响。研究结果表明，在临界预压条件下，所设计的非线性能量阱结构既能提供本质非线性立方刚度特性，又能满足一定承载要求；在特定参数区域内，耦合系统可能出现1个周期解或3个周期解的情形，同时系统参数还会影响周期解的稳定性；特别地，在某些激励频率失调参数下系统存在多解共存的情况，不同初始条件下会呈现出周期响应、弱调制响应以及强调制响应三种响应形式。

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基于短时能量时延估计的地震动目标定位方法

王阳1,2,窦甲臣3，费春国1，黄楠4，姬雨初1

振动与冲击. 2020, 39(24): 164-170.

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地面目标运动时激励的地震动信号可用于目标定位和识别。针对时延估计中信号起振点难以获取的问题，提出基于短时能量拟合曲线的起振点估计算法。算法首先对时间窗内信号计算短时能量，并寻找包含有信号起振信息的能量窗。然后对起振处信号进行曲线拟合，找到拟合起振曲线与坐标轴交点，将该点作为起振时间。最后，根据各节点地震动信号起振时间计算到达时间差，并利用TDOA算法对地震动目标进行定位。通过直线定位和平面定位实验对本算法进行了验证，结果表明，直线定位误差小于10公分，平面定位相对误差可控制在10%以内。

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考虑双模量特性的块系岩体摆型波传播规律研究

姜宽1,2,戚承志2，卢真辉2，崔英洁2，李太行2

振动与冲击. 2020, 39(24): 171-178.

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摆型波现象是深部岩体工程中的一种独特的岩体动力学现象，极易引发冲击地压等深部岩体工程灾害。针对深部块系岩体的非均匀性特征，本文基于岩体等级块系构造理论，利用改进的中心差分法，研究具有双模量特性的块系岩体摆型波的传播规律，分析模量比对摆型波传播规律的影响。研究表明：模量比对块体正向位移幅值影响不大，而对负向位移幅值具有较大影响；块体位移最值在中前区衰减较慢，而在末端快速衰减，不同模量比的块体位移在末端有收敛的趋势；模量比对速度响应的振幅无明显影响，但能使速度响应周期增大；随模量比的减小，加速度响应出现摆型波的“成簇”现象，得到了试验现象的证明。最后，基于摆型波理论提出了预防冲击地压灾害的两点建议：一是增强巷道围岩整体性；二是改进传统巷道支护方式，考虑支护结构的抗冲击性能和抗疲劳性能。研究具有双模量特性的块系岩体摆型波对研究复杂的不均匀的深部岩体动力学性质、保证工程安全具有重要意义。

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饱和土中周期性排桩隔离体波的性能研究

孟庆娟1,2,乔京生1,2

振动与冲击. 2020, 39(24): 179-186.

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基于周期理论和Biot波动理论，研究饱和土中周期性排桩的隔振性能。应用COMSOL PDE有限元法计算理想周期性排桩的衰减域，并分析影响衰减域的主要因素；建立二维和三维有限周期排桩模型，分析排桩后饱和土中的频域响应，验证振动衰减区域的存在，并讨论排桩排数、桩长等对隔振效果的影响。研究结果表明，饱和土中理想周期排桩存在衰减域，衰减域范围内的波在二维和三维有限周期排桩中得到了有效衰减，说明了在饱和土中，应用周期排桩衰减域隔离环境振动的可行性。

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基于SFLA改进卷积神经网络的滚动轴承故障诊断

李益兵1,2,马建波1,2,江丽1,2

振动与冲击. 2020, 39(24): 187-193.

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针对卷积神经网络（Convolutional Neural Network, CNN）用于滚动轴承故障诊断时，训练次数比较多，网络结构不容易确定等问题，设计了一种基于混合蛙跳（Shuffled Frog Leaping Algorithm, SFLA）优化CNN的算法（SFLA-CNN），以及基于该算法的滚动轴承故障诊断模型。该模型利用SFLA强大的全局寻优能力和局部深度搜索能力来优化CNN结构，随后运用具有最优结构的CNN模型直接从原始振动信号中提取低维故障特征，并将其输入到Softmax分类器中进行故障识别。与BP神经网络、CNN等方法对比分析，试验结果表明，SFLA-CNN算法具有更高的准确率以及更少的训练次数。

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智慧矿山背景下我国煤矿机械故障诊断研究现状与展望

樊红卫1,2,张旭辉1,2,曹现刚1,2,万翔1,2,杨一晴1

振动与冲击. 2020, 39(24): 194-204.

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目前，煤炭依然是我国主体能源，煤矿井下环境复杂恶劣，使煤矿设备故障频发，对采煤安全造成严重威胁。目前机械故障诊断技术以振动为主要手段，研究涉及动力学与故障机理、信号处理与特征提取、基于振动数据的智能诊断等。故障机理研究为信号特征提取和智能诊断提供基础，主要研究轴承、齿轮及机械系统在故障状态下的振动规律，特别是频率构成。信号处理算法的目的在于从实测信号中提取反映故障信息的成分，根据信号特点主要包括频谱分析、小波分析和经验模态分解等。基于数据的智能诊断方法发展迅速，其主要对监测数据进行分类、聚类和回归分析，根据数据特点有支持向量机、浅层神经网络和深度学习方法等，种群智能算法常用于这些方法的参数优化。研究表明煤矿设备机械故障诊断研究滞后，亟需加强理论研究、算法开发和工程应用，为我国智慧矿山和煤炭绿色、安全和高效开发提供支持。

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基于改进边带滤波和重构谱相关的行星齿轮箱故障检测

蔡先阳，郭瑜，伍星，周俊

振动与冲击. 2020, 39(24): 205-210.

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针对噪声干扰及复杂调制影响下的行星齿轮箱齿根裂纹故障检测，提出一种基于改进边带滤波和重构谱相关密度的行星齿轮箱齿根裂纹故障检测方法。首先应用振动分离技术对行星齿轮箱原始振动信号进行加窗截取，合成消除了时变传递路径影响的齿轮振动信号；对边带滤波技术进行改进后，在频域对该信号进行滑移边带滤波，再通过逆傅里叶变换将各频带滤波信号转换到时域并分别计算谱相关密度；最后将各频带信号的谱相关密度累加，获得齿轮振动信号的重构谱相关密度并以此检测行星齿轮箱齿根裂纹故障。通过正常、行星轮故障和太阳轮故障三种状态下的行星齿轮箱齿根裂纹故障实验分析表明，该方法能有效检测出行星轮、太阳轮齿根裂纹故障。

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基于风-车-桥的城市轨道交通桥横向挠跨比建议值研究

李永乐1,2,龙俊廷1，向活跃1,2,马虎3，何孟松3，谢佳桃1

振动与冲击. 2020, 39(24): 211-217.

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《城市轨道交通桥梁设计规范》中横向挠跨比要求1/4000，但部分建成使用的桥并不满足规范中的限值却也能安全运营，城市轨道专用桥受桥宽限制，其横向刚度相对较小，对于大跨度城市轨道交通桥梁仍按1/4000设计时，可能导致建设成本增大。以五座在建或已建成的城市轨道交通专用桥梁作为背景，通过改变主梁截面横向惯性矩实现不同的桥梁横向刚度，采用自主研发软件BANSYS，进行风—车—桥耦合振动分析，以考查桥梁横向刚度对行车性能的影响，考查了车型、桥梁类型及跨度、不同安全指标类型等因素的影响，得到车辆安全性指标超限时的横向刚度限值，以此时桥梁模型按列车横向摇摆力、风力作用下得到相应的限值挠跨比。结果表明，在列车横向摇摆力和风力作用下，城市轨道交通专用桥的横向挠跨比不大于1/2500时，在风速为25m/s，车速不超过80km/h条件下运行时可满足行车安全性。

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基于统计能量法的三相感应电机定子振动建模研究

李旭涵，王星，王东，张贤彪

振动与冲击. 2020, 39(24): 218-224.

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本文采用经典统计能量法和修正的统计能量法，在11kW三相感应电机定子上开展了内损耗因子和耦合损耗因子的实验研究。结果表明电机复杂机械结构存在强耦合、非保守、间接耦合的振动传递特点。通过对比两种方法建立的统计能量模型振动预报结果和实验测试结果，验证了两种方法在弱耦合前提下，预报直接耦合振动传递的准确性。在考虑了间接耦合损耗因子后，修正的统计能量法能够极大提高间接耦合的振动预报精度，但在物理相连的强耦合振动传递方面，受限于结构刚度大、模态密度低的特点，两种方法预测振动响应偏低。此外，本文还采用商业软件VA One进行了有限元和统计能量法混合建模，预报的结构响应与实验结果吻合较好，进一步丰富了统计能量法在电机中高频振动建模方面的应用。

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磨损水润滑橡胶轴承承载特性研究

谢劲松1，杨飞2，訾艳阳3

振动与冲击. 2020, 39(24): 225-231.

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水润滑橡胶轴承以其无污染、吸振和对冲击不敏感等特点被广泛运用在水泵、发电厂、船舶、潜艇的动力推进轴系中。然而，由于其长期工作在恶劣的江河和海洋等环境中，润滑介质的杂质导致水润滑橡胶轴承极易出现磨损故障，影响其承载特性。为分析磨损后水润滑橡胶轴承的承载特性，本文通过全圆周橡胶轴承的雷诺方程和橡胶内衬的变形方程，建立了六沟槽正常橡胶轴承和三种磨损类型（均匀磨损、锥形磨损和局部磨损）轴承的润滑模型，采用有限差分法和超松弛迭代法对润滑模型进行数值求解。基于数值模型对正常和磨损轴承的承载特性进行了对比分析。结果表明：沟槽对橡胶轴承的承载特性影响较大，六沟槽橡胶轴承的三种磨损中，均匀磨损对润滑承载特性影响最大，锥形磨损次之，局部磨损最小。本文研究结果对水润滑橡胶轴承的承载特性设计及轴承磨损的监测指标构建具有参考价值。

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真实山地地形条件下输电塔线体系风致响应数值模拟

刘孟龙1，吕洪坤2，罗坤1，汪明军3，樊建人1，池伟2

振动与冲击. 2020, 39(24): 232-239.

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本文以一段位于温州山地的输电线路为背景建立了塔线体系有限元模型，并根据当地高程数据构建了周边山地模型的结构化网格，使用计算流体力学方法研究了当地的风场特征，将风场结果耦合到塔线体系模型上进行了风致响应有限元分析。研究结果表明：在复杂地形影响下，当地风速剖面表现出不同于相关规范中的指数分布特征；塔体两侧导线档距差和所受风荷载差别会直接影响塔体所受顺线向荷载，实际设计中应该减少高风速区域的线路档距和控制输电塔两侧档距差；根据规范参数简化考虑周边复杂地形会影响塔底剪力和塔体顺线向荷载等计算结果，其瞬态分析会高估塔体风振响应，因而工程分析中应重视周边地形的影响。

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制动工况中乘员动态响应分析及主动预紧安全带效能评价

胥林立1，王振飞2，胡远志1，徐紫红2，曾宪菁3

振动与冲击. 2020, 39(24): 240-246.

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主动控制卷收器（ACR）可减少乘员在制动时的位移和碰撞中的损伤风险，但国内相关试验较为匮乏。因此，为探究紧急制动时ACR对乘员离位现象的影响，针对2名男性志愿者，开展了初始速度为70km/h的紧急制动试验，定量测定并分析了ACR与普通卷收器下的志愿者运动响应和安全带物理参数，为ACR的进一步研发提供数据参考。结果表明，在ACR的作用下，志愿者头部和T1位移分别减小34mm和27mm，制动阶段的织带拉出量减少13mm，制动结束时织带回拉量增加62mm，运动速度峰值和安全带力则无明显变化。此外，试验分析结果还显示志愿者位移（头部、肩部和T1位移）与肩带力高度正相关。

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基于Newmark精细积分结合法的弹塑性结构地震碰撞反应分析

张瑞杰1，闫磊1,2

振动与冲击. 2020, 39(24): 247-253.

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传统精细积分法在实现方程降阶的同时，系统矩阵的维数增加一倍，而且非齐次项的解析解需要对系统矩阵求逆，这对于刚度矩阵时变的弹塑性结构地震反应分析，不仅大大增加了存储以及计算工作量，有时还会因逆矩阵不存在而求解失败。为改进上述缺点，推导了全量动力平衡方程和增量动力平衡方程的Newmark精细积分结合法；推导了非齐次项为线性变化和常量的级数解公式。针对弹塑性结构界点转换以及时变刚度问题，给出了全量迭代修正法和增量迭代修正法。上述几种方法结合使用，研制了弹塑性结构地震碰撞反应分析程序，并进行了算例验证。研究表明：Newmark精细积分结合法可以应用于弹塑性结构地震碰撞反应分析，结果精度对积分步长敏感。

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具有输入时滞的主动悬架鲁棒补偿控制

段建民，黄小龙，陈阳舟

振动与冲击. 2020, 39(24): 254-263.

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针对一类具有输入时滞的主动悬架系统，提出了鲁棒补偿控制方法。首先，根据半车主动悬架动力学模型设计时延补偿向量用于构成控制输入，为此构造了相应的Lyapunov函数，解决鲁棒稳定性的问题。其次为了解决系统状态不完全可测的问题，采取变量替换法，实现有限可检测状态量的静态输出反馈控制。采用Lyapunov理论和线性矩阵不等式，设计多目标协同控制器,同时提高主动悬架系统的乘坐舒适性及操纵稳定性，并考虑悬架主动控制力、轮胎动载荷和执行器饱和等约束。最后, 通过在不同的时滞工况下对其进行动力学仿真分析，验证了该方法在不平路面扰动仍保持鲁棒稳定和满足一定的系统性能。

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斜拉索-MR阻尼器刚柔耦合动力学建模及仿真分析

周勇，刘小锋，陈跃华，冯志敏，张刚，胡海刚

振动与冲击. 2020, 39(24): 264-270.

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为提高斜拉索-MR阻尼器动力学模型和减振控制精度，基于拉索大变形和柔性体假设，建立斜拉索-MR阻尼器刚柔耦合动力学模型，运用差分法与矩形积分法，提出刚度矩阵自适应的Newmark – β改进算法。搭建定刚度斜拉索-MR阻尼器系统的SIMULINK仿真模型，运用S-function建立变刚度模块，组合形成柔性体斜拉索-MR阻尼器耦合结构SIMULINK仿真模型，对改进算法进行分析验证，讨论在不同风雨载荷下，刚柔耦合作用对不同柔性拉索动力学响应及MR阻尼器控制效果的影响程度。实例测试表明，在一定的响应时间和瞬时风雨载荷激励下，仿真值与数值解的最大均方误差小于0.318%；柔性拉索与定刚度拉索的振动位移曲线平均峰值偏差为38.6%，响应时间偏差为15.6%，经阻尼器控制后分别减少了2.42倍和1.64倍。

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动态风载作用下叶片疲劳损伤的差异性分析

马剑龙1,2,3,吴雨晴1，吕文春1，赵鑫鑫1，孟克其劳1,2,3

振动与冲击. 2020, 39(24): 271-277.

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随着风力发电机组分散式应用中向人类生产生活环境的延伸，可用风能的稳定性变差，由此导致动态风载对叶片疲劳损伤的影响问题已凸显成为备受关注并亟待诠释的重要课题。作者通过对一年中自然风况数据的比对分析，拟合出了当地三种典型的动态风载数学模型，建立了综合考虑气动力、重力和离心力的叶片疲劳分析模型，并通过实验测试佐证了模型计算的可靠性。在此基础上，揭示了动态风载会对叶片的疲劳寿命产生严重影响，特别是在恶劣扰动风作用下叶片的疲劳寿命缩减率高达近30%。最后，通过叶片不同位置截面上的安全系数和应力诠释了动态风载促使叶片疲劳寿命减小的原因。相关研究成果对于正在兴起的动态风载作用下叶片疲劳损伤的深入探究具有一定的参考价值。

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自动张紧器迟滞特性计算与试验分析

郭三本1，李广龙1，李利平1，上官文斌1，龙尚斌1，魏水生2，王军成2

振动与冲击. 2020, 39(24): 278-286.

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以发动机前端附件驱动系统的自动张紧器为研究对象，分析张紧器摩擦副摩擦力矩的产生机理，建立张紧器在动静态激励下迟滞特性的计算模型，分析了各个摩擦副对张紧器摩擦力矩的贡献和区别了双阻尼件的作用。开展张紧器的耐久试验和在不同激励下的迟滞特性试验，验证了模型的正确性。研究张紧器在准静态激励下不同工作位置的输出力矩的计算结果和试验结果的误差与动摩擦因数的关系，提供用于优化计算结果的动摩擦因数的取值方法，分析了不同激励参数对张紧器迟滞特性的影响。本文的模型可有效预测张紧器的迟滞特性，获得张紧器的输出力矩、阻尼比等性能参数，对张紧器的设计开发具有工程意义。

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总目次

振动与冲击. 2020, 39(24): 287-298.

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2020年, 第39卷, 第24期　
刊出日期：2020-12-28

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