振动与冲击

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谈明高1，廉益超1，吴贤芳2，刘厚林1

振动与冲击. 2020, 39(3): 1-7.

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叶轮时序效应对于旋转机械的振动性能有着重要的影响。以实验测试研究了叶轮时序效应对一台五级离心泵振动特性的影响。采用正交设计方法设计了8个实验方案，在多级泵5个不同位置进行振动特性的测量，包括进口轴向、进口出口的水平和垂直方向。结果表明，时序效应对多级泵水平方向上振动的影响大于垂直方向上振动的影响，所有测点的振动谐频都位于1×fn、2×fn、3×fn 和4×fn。叶轮时序效应对每个谐频幅值都存在重要的影响，在不同的方案下，1×fn、2×fn、3×fn 和4×fn上幅值的最大变化可达17.7%、10.0%、33.2%和47.4%。对比各方案，发现调整第二和第三泵级叶轮的时序位置，可以获得较好的整泵振动特性。

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风雨激振时水线与拉索双向耦合的三维数值模拟

王剑1，毕继红2，逯鹏3，关健2，乔浩玥2，周燕1，郭红梅1

振动与冲击. 2020, 39(3): 8-15.

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基于滑移理论推导出三维节段斜拉索气动升力的计算公式；考虑水线运动、气流变化和拉索振动之间的相互影响，将三维水膜运动方程与单自由度振动理论相结合建立双向耦合的三维风雨激振数学模型，研究三维刚性节段斜拉索表面水膜形态变化规律、拉索升力及其振动规律。结果表明：应用三维滑移理论模型数值模拟得到的拉索表面上下水线的位置、形态、厚度及环向振荡范围均与实验结果相近；上水线的环向周期性运动导致拉索升力周期性变化，二者步调一致且频率相同，均接近拉索自振频率，引发拉索大幅度自激振动。

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混合润滑状态下结合面的法向接触刚度研究

李玲,裴喜永,史小辉,李治强,蔡安江

振动与冲击. 2020, 39(3): 16-23.

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针对润滑条件下机械结合面的接触特性受油膜影响的问题，基于结合面接触刚度由油膜接触刚度和固体表面接触刚度组成的思想，建立混合润滑状态下结合面的法向接触刚度模型。采用三维的Weierstrass-Mandelbrot函数获得具有分形特征的粗糙表面，并基于统计学方法建立干摩擦条件下结合面的法向接触刚度模型，考虑了微凸体的完全弹性变形、弹塑性变形以及完全塑性变形过程。在此基础上，求解了油膜的等效厚度并建立油膜的接触刚度模型。结果表明:结合面的法向接触刚度随法向载荷的增加而增加，且混合润滑状态下结合面的接触刚度大于干摩擦条件下结合面的接触刚度;该模型避免了油膜厚度测量难的问题，为机械结构的润滑状态预测提供了帮助。

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小直径附加圆柱对圆柱涡激振动抑制的参数优化

陈威霖，及春宁，许栋，徐晓黎

振动与冲击. 2020, 39(3): 24-29.

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采用基于迭代嵌入式浸入边界法对后方对称布置两个小直径圆柱的单圆柱涡激振动进行了数值模拟研究，对涡激振动抑制进行了参数优化。雷诺数和圆柱直径比分别为Re=100和d/D=0.125，其中D和d分别为大、小圆柱直径。通过改变控制角度(θ)、主圆柱与小圆柱的间隙比(G/D)、小圆柱旋转角速度和旋转方向(α)和阻尼比(ζ)确定的最优控制参数组合为θ=25°、G/D=0.125、α=－2.2和ζ=1.02。小圆柱的旋转角速度和旋转方向对圆柱振幅有一定的影响，其中内向反转会进一步抑制圆柱的振动，外向反转则恰好相反。随着阻尼比的增加，圆柱振幅先增后减，但影响程度较小。

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Winkler地基上修正Timoshenko梁振动分析

王家乐，夏桂云

振动与冲击. 2020, 39(3): 30-37.

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利用Bernoulli-Euler梁理论建立的弹性地基梁模型应用广泛，但其在高阶频率及深梁计算中误差较大，利用修正的Timoshenko梁理论建立新的弹性地基梁振动微分方程，由于其在Timoshenko梁的基础上考虑了剪切变形所引起的转动惯量，因而具有更好的精确度。利用ANAYS beam54梁单元进行振动模态的有限元计算，所求结果与理论基本无误差，从而验证了该理论的正确性。基于修正Timoshenko梁振动理论推导出了弹性地基梁双端自由-自由、简支-简支、简支-自由、固支-固支等多种边界条件下的频率超越方程及模态函数。分析了弹性地基梁在不同理论下不同约束条件及不同高跨比情况下的计算结果，从而论证了该理论计算弹性地基梁的适用性。分析了不同弹性地基梁理论下波速、群速度与波数的关系。得到了约束条件和梁长对振动模态及地基刚度对振动频率有重要影响等结论。

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基于变分模式分解的行星齿轮箱齿轮组合故障频率解调分析

李肖，冯志鹏

振动与冲击. 2020, 39(3): 38-45.

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行星齿轮箱组合故障振动信号具有多源调制特点，在频域内边带结构复杂，通过常规Fourier频谱分析难以有效提取故障特征;组合故障振动信号的调频部分包含故障信息，且不受传递路径影响。为了准确提取行星齿轮箱组合故障特征，提出基于变分模式分解的频率解调分析方法。根据采样频率和载波频率确定单分量个数，通过变分模式分解将多分量信号自适应地分解为一系列本质模式函数；计算本质模式函数的瞬时频率，根据中心频率和啮合频率的匹配关系选取敏感单分量；通过分析敏感单分量瞬时频率频谱诊断组合故障。通过仿真信号和实验信号分析验证了方法的有效性，诊断了太阳轮与行星轮、太阳轮与齿圈、行星轮与齿圈的组合故障。

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基于主成分分析马氏距离的支腿控制阀健康评估

张旭东1，黄亦翔1，单增海2

振动与冲击. 2020, 39(3): 46-51.

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支腿控制阀的性能是影响起重机支腿系统伸缩性能的重要因素之一。为了准确的评估支腿控制阀的健康性能，提出一种支腿系统的性能衰退与健康状态的评估方法，该方法基于PCA降维与马氏距离相结合的分析模型，建立不同状态下传感器信号与关键零部件的映射关系，从而达到对起重机支腿系统性能衰退量化评估的目的。该方法应用于起重机支腿控制阀的压力信号，通过对传感器信号内蕴关系及起重机在各年份提取的特征在特征空间的相关性分析，以得到量化性能评估结果。与常见的其他方法相比，该模型能够准确地反映起重机支腿系统历年来的性能衰退趋势，具有更好的鲁棒性与泛化性。

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台风作用下输电塔线体系多元状态监测及风偏可靠度分析

卞荣1，徐卿2，俞恩科3，黄铭枫2，楼文娟2，胡文侃3，章李刚1

振动与冲击. 2020, 39(3): 52-59.

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在舟山某输电线路上布设一套包含风速风向等气象要素以及塔线动力响应的多元状态监测系统。该监测系统获取了在2017年18号台风“泰利”影响下的输电塔线周边风场，导线风致振动以及动张力等现场实测数据。考虑结构参数的不确定性，建立了该输电线路有限元模型，开展了本次台风以及不同风灾水平下的导线风振反演分析，其中脉动风场是在数值模拟生成的基础上再与现场实测风速数据同化后得到。本次台风作用下的反演分析结果与实测值吻合较好，验证了随机风振反演分析结果的有效性。根据风偏响应结果，进一步完成了该输电线路可靠度分析，得到了风偏闪络失效的易损性曲线，从而评估了该输电线路在不同风灾作用下的风偏闪络危险程度。

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低压转子初始弯曲双转子系统跨坐标系建模方法

刘玉1，王建军1，陈立强1，王志1,2

振动与冲击. 2020, 39(3): 60-68.

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针对航空发动机双转子系统中低压转子初始弯曲问题，考虑中介支点轴心位置偏移，提出一种跨坐标系的双转子系统建模方法，这种方法能够解决高低、压转子运动形式不同而不能在统一坐标系下建模的问题,进而可以较准确模拟中介支点轴心偏移对双转子系统动力学影响。基于高低压转子的耦合运动行为，分别在不同坐标系下建立高、低压转子有限元模型，通过Lagrange方程得到高、低压转子的运动微分方程。通过对中介轴承的内外环自由度坐标变换实现了高低压转子的跨坐标系自由度耦合。低压转子的初始弯曲将导致自身的质量偏心和角度偏置，这将引起对低压转子的附加离心载荷和附加陀螺力矩；由于中介支点轴心位置偏移，高压转子的运动微分方程中具有时变刚度和时变阻尼项，其附加的激励载荷也比较复杂；中介轴承由于连接不同坐标系通过坐标变换产生时变刚度。通过算例对该模型的稳态响应分析，并与传统模型进行了对比。结果表明：当接近低压转子激励临界转速时，该模型的响应幅值较传统模型明显增大。

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大型空间柔性桁架结构等效建模与动力学分析

刘梅1，曹登庆1，黄庭轩2，孙禄君2

振动与冲击. 2020, 39(3): 69-75.

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大型空间柔性桁架结构具有周期性、大柔度、构型复杂等特点，其等效建模是进行振动控制器设计的关键性技术之一。基于能量等效原理和经典Timoshenko梁理论，对刚性连接的大型空间柔性正三棱柱桁架结构进行了等效建模与动力学分析，采用Taylor展开方法推导了等效梁模型的刚度和质量表达式，对比分析桁架结构与等效梁模型的固有振动特性，二者吻合较好。数值结果表明了等效方法的有效性且等效梁模型具有较高的精度。

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中柱失效工况下方钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌性能理论与试验研究

玄伟1,2，王来2，柳长江1，邢国起1，杨宁3

振动与冲击. 2020, 39(3): 76-87.

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为研究中柱失效工况下方钢管混凝土柱-组合梁抗倒塌性能，基于对方钢管混凝土柱-组合梁的抗力机制及抗倒塌性能影响因素的分析，建立了方钢管混凝土柱-组合梁抗倒塌分析模型，该模型考虑了梁端柱的约束作用、正负弯矩作用下组合梁弯曲刚度的差异以及楼板与钢梁之间黏结滑移效应等影响因素，并对模型的抗力-变形计算公式进行了推导；设计了一榀2跨1/3缩尺的方钢管混凝土柱-组合梁框架试件并进行静力加载试验，分析了中柱失效后剩余结构的破坏模式、荷载传递机理以及主要的抗力机制。试验结果表明，倒塌过程中结构的抗力经历了从梁机制到悬链线机制的转化，其中压拱机制和悬链线机制可以有效提高结构的倒塌承载能力。最后基于理论与试验结果的对比分析，提出了理论公式的修正方法。

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低脉动椭圆齿轮泵的多参变扭振模型及动态特性

刘大伟1，2,巴延博1

振动与冲击. 2020, 39(3): 88-94.

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新型椭圆齿轮泵具有低脉动、大排量的性能优势，在流体输送领域具有广阔的应用前景，针对泵的两级非圆齿轮传动机构，研究多参变激励下泵的动态特性。分析了椭圆齿轮泵的流量脉动组成，针对由非圆形转子引起的主脉动，提出了基于非圆齿轮变速驱动的平抑方法；讨论了非圆齿轮时变瞬心激励机理，建立了两级非圆齿轮传动机构的动力学模型；通过龙格-库塔法，定量地研究了在时变瞬心和刚度复合激励下泵传动机构的扭振特性，结果表明：椭圆齿轮泵传动机构产生复杂的多频响应，随偏心率，转速和泵出口压力的增加，转子上瞬心和刚度引起的振动发生不同的变化，最终导致两转子的振动加剧。

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高压降迷宫套筒组合调节阀涡激振动仿真研究

李树勋1,2，张万年1,2，王伟波1,2，徐晓刚1,2，朱禄 1,2

振动与冲击. 2020, 39(3): 95-103.

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针对高压降类调节阀涡激振动现象，设计多通道迷宫盘片和多级套筒组合高压降调节阀。基于计算流体动力学（CFD）和流固耦合模态分析法，计算调节阀内部瞬态流场及结构模态，得到其三种典型开度的流体流动情况，升力系数时域和频域特性曲线，以及模态频率和模态振型。分析结果表明：4 s时刻，随调节阀开度减小，流体最大流速相应减小，第四级套筒外部流道区域的大涡逐渐形成小涡。调节阀全开时流体升力系数波动比70%和40%开度时更为剧烈，一阶模态频率、二阶模态频率均随开度的增大而增大。调节阀模态频率没有落在漩涡脱落主频率范围内，调节阀不会发生涡激振动锁定现象。

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PZT和磁致伸缩孤立波传感器的性能研究与分析

辜棻1，杨建华1，邓雯1，侯宏2

振动与冲击. 2020, 39(3): 104-110.

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孤立波方法被证实可用于测量均匀与非均匀材料的杨氏模量，而用于采集信号的孤立波传感器的性能直接决定测量结果的精度。介绍了两种基于不同原理的孤立波传感器，分别为采用压电材料制成的圆柱传感器，与基于维拉里与法拉第效应的磁致伸缩传感器。利用两种传感器分别测量了同一批水灰比分别为0.42、0.45与0.50的混凝土样本，将两者100次的测量结果均值与标准参考值相对比，从而对比两种传感器测量的精度。同时，分别分析了两者测量值的标准偏差，对比两者的可重复性强度。实验结果表明，三种水灰比样本的测量值相对于标准参考值，圆柱压力传感器的偏差率分别为6.48%、5.04%与1.85%，磁致伸缩传感器的偏差率分别为0.78%、3.08%与4.94%，因此两种传感器的误差率均低于10%，均可用与实际测量中，但后者的精度略高于前者，同时后者的标准偏差低于前者，因此具有更高的可重复性。

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爆炸载荷下空孔缺陷与爆生裂纹扩展行为研究

张召冉1，左进京2，郭义先3

振动与冲击. 2020, 39(3): 111-119.

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空孔在岩石巷道直眼掏槽爆破中具有重要作用，为研究空孔及其缺陷在爆炸荷载作用下的扩展行为和作用机理，以PMMA代替岩石材料，利用预制裂纹代替空孔缺陷，借助动态焦散线系统和理论分析为手段，研究不同间距下空孔、空孔处预制裂纹、爆生裂纹动态扩展规律及机理，分析不同“径距比”与掏槽效果的关系。研究结果表明：在装药量一定的情况下，随着炮孔与空孔距离的变化，爆生裂纹扩展距离呈现递增而预制裂纹扩展距离呈现递减的趋势，但都存在极值；当炮孔与空孔距离较小时，爆生裂纹和预制裂纹扩展及相互作用最复杂，爆生裂纹扩展经历由压缩应力波为主，表现为直线的前期扩展；由空孔处发射应力波和压缩应力波共同作用下，爆生裂纹偏离炮孔与空孔连心线的中期扩展，以及由空孔应力集中区作用使爆生裂纹向空孔方向偏移的后期阶段；预制裂纹扩展经历由空孔处应力集中作用下，表现为直线的前期扩展，以及由爆生裂纹处反射拉伸波作用使其向爆生裂纹发展的后期阶段；当炮孔与空孔距离较大时，反射应力波及应力集中效应对爆生裂纹和预制裂纹扩展在减弱，爆生裂纹与预制裂纹扩展行为仅有前期直线扩展阶段。“径距比”的大小对爆破效果影响较大，直眼掏槽爆破应以最优“径距比”作为掏槽爆破参数设计的依据。

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考虑齿距累积误差的人字齿轮系统动态特性分析

袁冰1，常山2,3，刘更2，刘岚2,蒋立东3

振动与冲击. 2020, 39(3): 120-126.

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基于Timoshenko梁理论和有限单元法，引入时变啮合刚度和综合啮合误差，建立了人字齿轮系统动力学模型，研究了齿距累积误差对人字齿轮系统动态特性的影响。研究表明：齿距累积误差使动态传递误差出现显著的轴频成分和调制边频带。当负载扭矩较小时，边频成分大于啮合频率及其倍频成分，随着负载扭矩的增加，啮合频率及其倍频成分逐渐增强。当齿距累积误差相位不同时，人字齿轮系统将出现明显的轴向窜动现象。同时，齿距累积误差相位差对系统振动影响显著，通过调整相位差可以显著降低系统振动。研究结果可为人字齿轮系统低噪声设计加工与装配提供理论依据。

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可调永磁双稳态非线性能量阱及应用研究

姚红良，刘帅，王钰玮，闻邦椿

振动与冲击. 2020, 39(3): 127-133.

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为了实现对主系统的宽频振动抑制，研发了一种可调的双稳态非线性能量阱(BNES)。介绍了BNES的结构和工作原理；其次分析了BNES的刚度构成以及其非线性动力学特性，并建立了悬臂梁-BNES系统动力学微分方程；采用数值方法探究了不同磁铁间距时的BNES对悬臂梁瞬态时域振动抑制效果和稳态频域的宽频抑振能力；对两组不同的悬臂梁系统进行了实验，验证了不同磁铁间距时的双稳态非线性能量阱的宽频振动抑制能力。研究结果表明，该BNES对悬臂梁的瞬态时域响应和稳态频域响应都有很好的振动抑制能力。

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基于精细传递矩阵法的变厚度圆柱壳自由振动分析

江晨半1,王献忠2,3,左营营2,3

振动与冲击. 2020, 39(3): 134-141.

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结合精细积分和传递矩阵方法，对变厚度圆柱壳的自由振动进行计算分析。该方法基于圆柱壳的基本微分方程，推导得到关于位移内力向量的一阶齐次偏微分方程，采用精细积分求得场传递矩阵，将其进行组装得到总传递方程，根据边界条件求解总传递方程中系数矩阵的行列式，计算得到变厚度圆柱壳的固有频率。将计算结果与有限元结果进行对比，验证方法的准确性及有效性。同时探究了边界条件、厚度变化形式、厚度变化系数及长径比对自由振动的影响规律。

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航空发动机鼓筒连续扫描模态测试方法研究

杨青玉1，李朝峰1,2，张子健1，唐千升1

振动与冲击. 2020, 39(3): 142-148.

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针对航空发动机鼓筒等薄壁圆柱壳型结构，以薄壁圆柱壳为例，基于LabVIEW测试平台、利用非接触式电磁激振器搭建了模态参数测试实验台，并对实验台校准时的各个自由度偏差进行误差分析，给出灵敏度指数指导实验台校准。基于扫频信号包络线法辨识圆柱壳的固有频率，避免能量泄漏，提高辨识精度；基于共振响应辨识模态振型，利用激光旋转扫描测试，提高模态振型测试效率，并研究不同转速下的测试精度。将测试结果与LMS模态分析软件所测结果进行对比，结果表明，利用文中的测试方法得到的模态参数更为准确，具有一定的工程应用价值。

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管式电涡流阻尼力的精确测量及阻尼器优化设计

禹见达1,2，张湘琦1，彭临峰1，彭剑1,2

振动与冲击. 2020, 39(3): 149-154.

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采用紫铜管与磁铁制作了管式电涡流阻尼器，并提出了一种电涡流阻尼器阻尼力的精细化测量方法，消除了摩擦力和惯性力的影响，获得了精确的电涡流阻尼力。研究了阻尼力与电涡流阻尼器中磁级厚度、磁级间距、铜管与磁铁的相对速度等参数的关系;研究结果表明:提出的阻尼力测量方法可以准确地获得磁铁与铜管相互作用的阻尼力时程；阻尼器的阻尼系数随磁级厚度、磁级数的增加而增大，随磁级间距的增大表现出先增大、后减小的趋势；电涡流阻尼器近似为理想的黏性阻尼器，并且其阻尼系数与磁级数也近似成正比。通过引入阻尼系数效率值作为评价指标，获得了管式电涡流阻尼器的磁级厚度和磁级间距的最优值，可为电涡流阻尼器的优化设计提供参考。

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边箱钢-混叠合梁颤振性能及气动措施研究

董佳慧1,周强1,2,马汝为1,王骑1,2，廖海黎1,2

振动与冲击. 2020, 39(3): 155-160.

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为了研究边箱钢-混叠合梁悬索桥的颤振性能，以某大跨度悬索桥为背景，通过一系列节段模型风洞试验，研究了边箱钢-混叠合梁悬索桥的颤振形态及特性，并详细分析了上、下中央稳定板、水平导流板、裙板、锐化风嘴等气动措施对其颤振性能的影响。结果表明：边箱钢-混叠合梁颤振呈现以扭转为主、单一频率振动的弯扭耦合振动特征，即出现软颤振现象，且振动频率与系统扭转频率相近；通过气动优化研究发现，对于边箱钢-混叠合梁，中央稳定板对于提高其颤振临界风速的作用有限，而水平导流板与裙板组合气动措施的作用效果明显，可显著提高其颤振临界风速。此外，锐化风嘴亦可改善边箱钢-混叠合梁颤振性能。

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基于流固耦合的管道双车振动运移水力特性研究

张春晋1,2，孙西欢2,3，李永业2，张学琴4，张雪兰2，杨小妮2,5，李飞2

振动与冲击. 2020, 39(3): 161-167.

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为了探究流固偶合作用对筒装料管道水力运输流场水力特性的影响，采用商用ANSYS Fluent 12.0软件对管道流场和管道双车结构响应进行联合求解，并分析管道双车在平直管道振动运移的水力特性。管道流场计算采用雷诺时均动量方程和RNG k-ε湍流模型，管道双车结构响应计算采用刚体运动方程。结合模型试验，分析轴向流速及测压管水头，并将模拟结果与试验结果对比。结果表明：模拟结果与试验结果一致，最大相对误差不超过5.36%，说明采用流固耦合方法求解管道双车在平直管道振动运移的水力特性是可行的;管道双车瞬时速度与间距均在微小范围内呈不规则振动变化，可将管道双车振动运移视为恒定运动。

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拉—拉疲劳下15MnMoVN多裂纹扩展研究

刘德俊2，谢芳1，杨正伟2

振动与冲击. 2020, 39(3): 168-177.

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为分析单裂纹或多裂纹在裂纹面承受疲劳拉伸载荷作用下尖端应力强度因子变化规律和裂纹形貌变化以及疲劳寿命情况，以含不同初始长深比的半椭圆单裂纹或双裂纹的薄片试样为研究对象，对试样在应力比R=0.1的疲劳拉伸载荷下单裂纹或双裂纹情况进行了仿真分析。建立含裂纹试样的有限元模型，仿真分析了裂纹在扩展过程中尖端应力强度因子的分布情况，并将单裂纹扩展结果与双裂纹相互作用影响下的结果进行了对比研究；进行含裂纹试样的疲劳实验，分析了含单裂纹或双裂纹的试样的断裂面的形成原因，并验证仿真结果正确性。结果表明，裂纹面之间的相互作用会逐渐影响裂纹的扩展方向、扩展速率以及在扩展过程中

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波阻抗对岩石动力学特性影响的模拟试验研究

杨仁树1,2，李炜煜1，方士正1，朱晔1，李永亮1,2，郑昌达1

振动与冲击. 2020, 39(3): 178-185.

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利用分离式霍普金森压杆（SHPB）试验系统，对系列波阻抗的模型材料进行不同应变率下的冲击压缩试验。试验结果表明：岩石在冲击荷载下的应力波传播特征、动态应力应变关系以及破碎块度分形特征同时受波阻抗、应变率和冲击速度的影响。波阻抗相同时，反射波和透射波信号幅值均随冲击速度增大呈线性增大，同时应变率效应明显，随着应变率的增大：峰值应力呈线性增大，动态弹性模量增大，应变软化阶段延长；破碎程度增大，破碎块度分形维数呈线性增大。应变率相同时，随着波阻抗的减小：反射波幅值增大、透射波幅值减小；峰值应力减小，应变软化阶段延长，塑性段趋于明显，且有塑性流动现象出现；破碎程度增大，破碎块度分形维数增大。同时随着波阻抗减小，应变率增大对动态抗压强度的增大以及对破碎程度的加剧效果减弱，应变率效应减弱，逐渐趋于不明显。

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高刚度高阻尼结构试验研究

刘海平1,2，丁峰1，马涛1

振动与冲击. 2020, 39(3): 186-192.

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利用预置变形碳纤维梁、螺旋弹簧、碟簧和橡胶块构成一种高刚度高阻尼结构，其承载刚度和阻尼均较大。为了便于对高刚度高阻尼结构的力学性能进行评价，提出技术指标，即：等效弹性模量、等效阻尼系数和等效刚度系数。在此基础上，设计静动态力学试验，验证高刚度高阻尼结构设计方法的有效性并评价其力学性能。试验结果表明，高刚度高阻尼结构的等效弹性模量显著大于单个预置变形碳纤维梁；等效阻尼系数随着频率增大而减小，等效刚度系数随着频率增大而增大，分别大于104 Ns/m和107 N/m。由此证明，高刚度高阻尼结构的设计方法有效，且实现了输出刚度和阻尼均较大的设计目标。

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场地条件校正的地震动快速评估方法研究

吴晓阳，陈龙伟，袁晓铭

振动与冲击. 2020, 39(3): 193-198.

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地表峰值加速度PGA是工程地震预警、烈度速报及结构抗震设计的重要指标参数。搜集整理日本Kik-net台网的地震记录，以我国抗震规范中采用的场地覆盖层厚度D和等效剪切波速Vse为场地特征参数，以基岩加速度峰值PBA为输入地震动强度指标，基于分类回归树CART算法，建立了以地表PGA阈值分别为40 gal、80 gal及120 gal的场地条件修正的地震动预警方法，并给出了参数指标的取值范围。通过对搜集的数据进行回判检验，3种地震强度下总体预警成功率分别为84.7%、90.1%和93.6%。采用我国川滇地区强震数据验证该方法的可靠性，结果显示总体成功率分别为88.4%、92.3%和93.4%。

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浸没式参数激励摆波能转换装置能量俘获特性研究

王彤彤1,2，肖龙飞1,2，杨立军1,2

振动与冲击. 2020, 39(3): 199-204.

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引入参数激励摆的非线性机制，应用于波浪能发电装置，并根据实际波浪低频、低幅值激励特性，提出浸没式单摆波能转换装置，研究其在规则波中的能量俘获情况。基于势流理论，针对垂荡运动，建立非线性运动方程，进行数值求解，分析摆球质量比、激励频率、幅值和系统阻尼对能量俘获效率的影响，并与空气中单摆的能量俘获效率进行对比。结果表明：合理选取质量比，可降低浸没式参数激励摆固有频率；与空气中单摆相比，浸没式参数激励摆在低频、小振幅的波浪激励环境下，俘获能量频谱带宽更宽，发电功率更高。

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基于时频挤压和阶比分析的变转速轴承故障检测方法

高冠琪,黄伟国,李宁,李仕俊,石娟娟,江星星,朱忠奎

振动与冲击. 2020, 39(3): 205-210.

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阶比分析是实现变转速工况下旋转机械设备故障特征提取的主要方法之一，其核心在于转速信息的准确获取，传统阶比分析方法主要通过转速计等设备测得转速，成本高且抗噪性差，而基于时频分析的转速估计方法操作简单，鲁棒性和准确性也较好。提出了一种基于时频挤压的转频估计方法，该方法不依赖多余设备，通过时频挤压和重采样阶比分析，实现转频估计和特征提取，从而诊断轴承故障。将基于传统时频方法与所提方法得到的分析结果以及计算阶比分析结果三者进行比较，以验证所提方法的可行性与有效性，仿真和实验信号分析结果均表明，所提方法的时频聚集性和鲁棒性较传统方法更好，且在无转速计的情况下，分析结果精度也更高

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空间站大柔性太阳电池翼驱动装置的滑模伺服控制

赵真1,2，王碧2，陈国平1

振动与冲击. 2020, 39(3): 214-218.

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针对空间站大柔性太阳电池翼高稳定对日跟踪驱动控制问题，提出了一种带运动规划和振动抑制的非线性快速终端滑模伺服控制方案。推导了太阳电池翼驱动状态方程、永磁同步电机动力学模型，同时考虑驱动装置传动间隙、静/动摩擦力矩切换等非线性传动特性，在动力学建模基础上设计高次样条运动规划、位置环积分分离调节器、速度环快速终端滑模变结构调节器的组合控制系统。通过对太阳电池翼对日跟踪过程的仿真校验，表明设计的控制方案可实现大惯量、超低频太阳电池翼较高的驱动速度稳定度和较好的跟踪精度。

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基于异类信息融合的齿轮健康评估方法

陈俊康1，陈小虎1，郑东辉2

振动与冲击. 2020, 39(3): 219-226.

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针对齿轮传统健康评估方法中特征描述单一，齿轮箱中多种参数信息未能有效利用的问题，为更准确地监测齿轮运行的健康状况，提出一种基于异类特征信息融合的齿轮健康评估方法。对前期正常状态运行的齿轮采集振动、油液、铁谱等多种信号并提取特征指标，建立各类特征的模糊C均值聚类中心；利用模糊理论输出待测信号对于正常状态信号的隶属度作为各类特征的健康评估指标；以隶属度构造基本概率赋值函数，应用D-S证据理论组合规则，在决策层进行异类信息融合，从而完成齿轮的健康评估。通过对齿轮全寿命试验的数据处理与对比分析，证明该方法能够有效地评估齿轮健康状况。

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滚动轴承故障诊断的多重超阶分析方法

朱彦祺，李舜酩，潘高元，杜华蓉

振动与冲击. 2020, 39(3): 227-232.

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多重分形去趋势波动分析(MF-DFA)可以获得能够表征信号内在动力学机制的多重分形谱，但是在提取滚动轴承振动信号故障特征时存在参数接近、状态混叠等问题，导致分析结果易受信号噪声等因素干扰，影响分类精度。为解决此问题，提出了多重超阶分析（MF-SOA）的方法。该方法将极值增量方法引入了多重去趋势波动分析中，对时间序列进行取极值操作；然后计算并分析获得的极值增量序列的重分形特征，通过MF-SOA方法获得的特征可以更清晰地表现出序列的内部动力学机制。最后将所提出的方法应用于滚动轴承的故障诊断中。试验数据分析结果表明，该方法对于信号的不规则程度十分敏感，并且有效改善了MF-DFA方法的缺陷，对于模式相近的故障类型有更优的区分度，提高了滚动轴承故障诊断的精度。

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受相邻上部结构影响的隧道-土体系振动台试验研究

李延涛，田野，宗金辉,马国伟

振动与冲击. 2020, 39(3): 233-241.

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为了研究在上部结构存在下隧道与土体的地震响应规律，以地表建筑结构和地下上下平行隧道体系为背景，在软土场地上进行了隧道-土-相邻上部结构体系振动台试验。先介绍了整体试验的概况，包括振动台性能和模型材料，模型各物理量的动力相似关系，模型结构的尺寸，并参照已有研究选定了模型箱内部的边界条件，模型中传感器的位置以及适合该场地的地震波和加载制度。然后，分别从加速度和变形两方面对上下平行隧道与土的地震响应进行分析。在上部结构存在条件下，试验数据表明：① 土体加速度峰值沿深度整体自下而上增大，隧道上部土体的加速度增大明显，随着输入加速度峰值的增大，土体的加速度放大系数减小；② 在地震波作用下，上隧道的加速度反应大于下隧道，且上隧道的拱腰、拱脚部分与下隧道的拱肩、拱脚部分应变峰值最大。

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与已知场点相关的地震动场模拟研究

叶继红1，李桂杰2

振动与冲击. 2020, 39(3): 242-249.

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提出了一种与已知场点相关地震动场模型。将工程频段（0~25 Hz）分成若干个互不重叠的子段，在每个子频段内将地震动看作面波和体波的叠加；其次在每个子频段内确定影响合成地震动幅值谱的关键因素并将其引入模型中，使每个子频段的合成地震动幅值谱、功率谱和已知幅值谱、功率谱一致；再次由相位差谱频数分布与地震动强度包络的相似性，将决定地震动强度非平稳的关键因素即相位差谱引入到模型中，使合成地震动和已知地震动波形相似；最后，由模型中的频散曲线和距离参数描述不同场点之间的相干性，将合成地震动扩展到地震动场模型。El Centro地震波场点地震动场算例表明，模型不仅可以实现合成地震动场功率谱和已知场点完全一致，而且相干性合理，可以用于工程分析。

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基于信息融合与FastICA的轴承故障提取方法

刘朋1，刘韬1，王思洪2，伍星1

振动与冲击. 2020, 39(3): 250-259.

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针对振动传感器监测信号易受噪声干扰的问题，提出一种基于FastICA算法与信息融合的轴承故障诊断方法。算法对各通道测得的信号采用FastICA算法进行降噪处理，采用自适应线性加权算法对降噪后信号进行数据层信息融合，最后基于谱峭度指标设计自适应带通滤波器，进行特征提取。此方法解决了低信噪比条件下的轴承故障特征提取问题。使用了仿真和实验轴承故障信号验证了算法的有效性。

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地震作用下顺倾岩体边坡锚固界面剪切作用分析

言志信1,2，张森1，龙哲1，周小亮1

振动与冲击. 2020, 39(3): 260-268.

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基于FLAC3D软件，尝试修正的cable单元建立全长黏结锚杆锚固顺倾岩体边坡数值分析模型，改进剪应力提取方法，分别模拟分析了锚杆-注浆体界面上和注浆体-岩体界面上的剪切作用及其演化。研究发现：注浆体-岩体界面上比杆体-注浆体界面上的剪应力小得多，且均以锚杆上的中性点为界方向相反，分布很不均匀，中性点附近大，锚杆两端小，随边坡地震响应增强锚固界面脱粘并向锚杆两端发展，直至全部脱粘致使锚固破坏。获得了地震波作用下边坡两锚固界面上剪应力及其分布和脱粘破坏过程，揭示了锚固界面上的剪切相互作用和锚固破坏机制，并得到了试验印证。为边坡锚固设计和施工提供了参考。

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板间距对铝板多冲击结构高速撞击防护性能影响的试验研究

管公顺，刘启超，韩潇风

振动与冲击. 2020, 39(3): 269-275.

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为了研究板间距变化对铝板多冲击结构高速撞击损伤与防护特性的影响，采用二级轻气炮发射铝球弹丸对具有不同板间距的双层、三层、四层和五层铝板结构进行了高速撞击试验，弹丸直径分别为3.97 mm、5 mm和6.35 mm，撞击速度为1.72~4.88 km/s，撞击角度为0°。结果表明：在铝球弹丸的弹道段撞击速度区间，板间距变化对铝板多冲击结构的高速撞击防护性能无显著影响；在铝球弹丸的破碎段撞击速度区间，对于相同的总防护间距，具有不同板间距的铝板多冲击结构的高速撞击防护性能存在明显差异；基于该试验数据定义的三层、四层和五层铝板结构的板间距因子，可为具有高效抗高速撞击能力的铝板多冲击结构的板间距设计提供依据。

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S型悬臂梁柔度性能的计算与分析

于月民1，盖芳芳1，丁元柱1，于丽艳2

振动与冲击. 2020, 39(3): 276-281.

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基于线弹性和小变形假设理论，以卡氏第二定理为理论基础，推导了S型悬臂梁x向、y向和z向柔度的解析计算公式，利用有限元方法对柔度解析式进行校验。通过定义柔度比函数，比较了倒角S型悬臂梁、直梁S型悬臂梁和圆弧S型悬臂梁的柔度性能。结果表明：S型悬臂梁各柔度计算公式的相对误差均在10%以内，理论分析与仿真结果基本吻合，验证了S型悬臂梁各柔度解析式的正确性。当倒角S型悬臂的γ=0.2时，圆弧S型悬臂梁的x向和z向柔度最大，直梁S型悬臂梁的y向柔度最大。当α=18，β=6时，直梁S型悬臂梁的y向柔度最大，圆弧S型悬臂梁的z向柔度最大；倒角S型悬臂的参数0.2≤γ≤2.2时，圆弧S型悬臂梁的x向柔度最大；倒角S型悬臂的参数γ>2.2时，倒角S型悬臂梁的x向柔度最大。本文的研究内容为S型悬臂梁的工程设计和应用提供了理论基础。

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中低应变率下闭孔泡沫铝动态力学性能研究

郭亚周1，杨海1，刘小川1，何思渊2，王计真1

振动与冲击. 2020, 39(3): 282-288.

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为探索闭孔泡沫铝的动态力学性能与吸能特性，基于万能材料试验机和高速液压伺服材料试验机在常温下分别对闭孔泡沫铝在准静态和中应变率下(0.001~100 s－1)的动态力学性能进行了测试，分析了不同应变率、不同相对密度和不同泡沫铝基体特性下闭孔泡沫铝的应力应变曲线特征和吸能特性变化。研究结果表明：中低应变率下的纯铝基体泡沫铝并不具备应变率效应，高脆性、相对密度较小的泡沫铝具备更好的吸能特性，塑性和脆性基体泡沫铝变形带分别呈现”V”形和”X”形，脆性基体泡沫铝同样不具备应变率效应

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盾构刀盘复合地层下冲击载荷分析

武薇1，杨绍普1，郭京波1，卓普周2，王江卡3，魏福祥4

振动与冲击. 2020, 39(3): 289-294.

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本文提出一种复合地层中刀盘极限冲击载荷计算新方法，对此类不良地质中刀盘的安全设计进行分析并提出改进思路。由于盘形滚刀和切刀在上软下硬地层中受周期性冲击载荷作用，通过对刀具进行受力分析并建立力学模型，得到刀具沿隧道轴线方向受到的交变载荷最大值与刀具贯入度以及硬岩高度的关系。刀具受到的最大载荷传递到刀盘上，通过计算刀盘所受载荷，对比软硬不同地层中刀盘上部和下部载荷的差值，计算并分析刀盘所受沿隧道轴线方向的力和倾覆力矩。计算结果表明，该方法对上软下硬复合地层中刀盘的极限载荷计算和安全分析有较好的效果。

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2020年, 第39卷, 第3期　
刊出日期：2020-02-15

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