振动与冲击

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谢军太, 冯龙飞,高建民,高智勇,高旭

振动与冲击. 2020, 39(7): 1-7.

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针对流程工业生产系统监测数据存在强噪声和混沌性的特点，提出了一种局部投影方法（Local Projection Method）与小波包方法相结合的信号降噪方法。该方法先利用局部投影方法从动力学系统嵌入流形的角度进行多次迭代降噪，并根据关联维数来判定迭代终止；再利用小波包方法从频率的角度进行降噪，抑制高频噪声的干扰，取得了较好的降噪效果。用Lorenz时间序列进行仿真验证，对仿真时间序列加入不同程度的噪声，对比分析小波包、局部投影与该方法降噪后的相空间、SNR值和最大Lyapunov指数，证明了该方法对于中高强度噪声具有更好的降噪效果。并将该方法用于某压缩机组的实际监测数据降噪，评估三种方法的降噪效果，进一步验证了该方法的优越性。

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永磁同步电机系统、网络混沌振荡同步中断分析与控制

钟国翔1，韦笃取1,张波2

振动与冲击. 2020, 39(7): 8-13.

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已有研究表明，电机在某些参数及工作条件下会出现混沌振荡行为。另一方面，现代工业生产过程中，经常需要多台电机协调同步运行。当前，国内外对电机系统、网络的混沌振荡同步分析与控制已有较多研究，但对电机系统、网络由于参数扰动引起同步中断的分析与控制研究尚属少见。为此，在传统的扩散耦合方式基础上，通过引入单向交叉耦合方式，研究了永磁同步电机（PMSM）系统、网络受到参数扰动后的振动特性。分析并证明了单向交叉耦合对PMSM系统、网络的参数扰动具有同步鲁棒性；并以3节点、4节点和一个多节点网络的PMSM系统验证，交叉耦合对多节点电机网络全局稳定同步的重要作用。研究结果表明，通过建立合适的单向交叉耦合方式，能够有效控制电机网络因参数扰动而引发的同步中断，使同步中断得以重新恢复。

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失效相关的齿轮一次四阶矩可靠性分析

魏兴春，王智明，郭俊锋，张亚飞，宋亚龙

振动与冲击. 2020, 39(7): 14-20.

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齿轮是机械传动的关键零件之一，为了分析其可靠性，在改进的验算点一次二阶矩可靠性方法基础上，应用Taylor级数展开和Hermite多项式近似等方法，推导了齿轮功能函数的验算点前四阶矩，分析了具有齿根断裂和齿面点蚀两种主要相关失效模式的齿轮传动可靠性，给出了其相关系数和齿轮的可靠度。另一方面，因影响齿轮失效的因素繁杂众多，计算齿轮的可靠度时，不管是用一次二阶矩可靠性方法还是四阶矩可靠性方法，其计算量均偏大，且容易出错。针对该问题，提出了一种分类变差系数验算点一次四阶矩可靠性分析方法，该方法对齿轮功能函数的不同基本随机变量进行分类综合，减少了设计变量，使计算量明显减小，解决了用矩方法分析结构可靠性时计算量偏大且易出错的难题。最后应用所提分类变差系数验算点一次四阶矩可靠性分析法估计了某车床主轴箱一对传动齿轮的可靠性，计算结果显示该对齿轮齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度有一定的相关性，所用一次四阶矩方法因包含偏度、峰度等更高阶的统计信息可进一步提高估计精度。
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基于PSO-BFA和改进Alexnet的滚动轴承故障诊断方法

赵小强1,2,3，张青青1,2，陈鹏1，朱奇先4

振动与冲击. 2020, 39(7): 21-28.

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现实中滚动轴承的工况复杂易变，无法有效地对其进行故障诊断。对此，提出一种基于粒子群优化的细菌觅食(Particle Swarm Optimization and Bacterial Foraging Algorithm, PSO-BFA)和改进Alexnet(第二代卷积神经网络)的滚动轴承故障诊断方法。该方法将Alexnet的结构简化，并分别在其前两层池化层之后添置局部归一化层以降低训练成本；将以小批量样本softmax的交叉熵为损失函数，按Adam迭代优化法小样本、少迭代次数训练改进Alexnet后的变负荷样本诊断精度设计为适应度函数，并结合PSO中粒子移动速度的更新方法更新BFA中细菌的游动方向来寻找改进Alexnet的结构等相关参数；根据PSO-BFA所得的参数，以相同的训练方法大样本、多迭代次数训练改进Alexnet，实现复杂工况下滚动轴承多状态故障诊断。实验结果表明所提出的方法对复杂工况下滚动轴承16种故障状态的诊断是可行的，且有更高的诊断精度、更好的抗干扰和泛化性能。

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带柔性静子结构高速转子支承刚度修正方法

邓旺群1,2，吴施志1，刘文魁1，孙勇1，唐虎标1

振动与冲击. 2020, 39(7): 29-35.

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针对某涡轴发动机带柔性过渡段悬臂动力涡轮转子支承刚度的修正方法开展研究。以动力涡轮模拟转子为研究对象，建立了转子的有限元分析模型，基于SAMCEF分析软件计算得到了转子的前三阶临界转速和振型，在高速旋转试验器上完成了全转速范围内的动力特性试验，分析确认了柔性过渡段是导致模拟转子前两阶临界转速存在较大计算误差的主要原因，基于临界转速试验结果，提出了一种转子支承刚度的修正方法并对模拟转子的支承刚度进行了修正，推算得到了柔性过渡段的横向刚度。其次，以真实动力涡轮转子为研究对象，按修正方法对真实动力涡轮转子的支承刚度进行了修正，支承刚度修正后其前两阶临界转速的计算误差大幅减小，验证了该修正方法的正确性，修正后的计算模型很好地反映了真实转子的实际情况。研究工作对类似高速转子支承刚度的修正有重要的指导意义，可有效提高航空发动机带柔性静子结构高速柔性转子的建模精度。

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基于结构响应极值前四阶矩的桥墩抗震可靠度

张龙文1，卢朝辉2

振动与冲击. 2020, 39(7): 36-42.

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为研究桥墩非线性地震响应下的抗震可靠度，引入随机函数-谱表示模型与高阶矩法，提出了基于结构响应极值前四阶矩的桥墩抗震可靠度分析方法。考虑三线型恢复力模型，建立了桥墩的单墩模型；利用随机函数-谱表示模型生成非平稳地震加速度时程样本并对桥墩进行非线性时程分析，在此基础上，建立了结构响应极值前四阶矩(均值，标准差，偏度和峰度)的计算框架；最后，考虑桥墩位移界限，给出了桥墩位移的功能函数，进而利用高阶矩法计算桥墩抗震可靠指标。通过对桥墩结构分析，验证了该方法的高效性与精确性；计算结果表明：与Monte Carlo模拟结果相比，该方法计算的前四阶矩、抗震可靠指标(失效概率)的最大相对误差分别为0.28%，1.92% (4.92%)，该方法为桥墩抗震可靠度评估提供了一种有效的途径。

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结构损伤识别的一种反馈岭估计方法

杨秋伟，陆晨，罗帅，李翠红

振动与冲击. 2020, 39(7): 43-50.

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利用含有测量噪声的数据进行结构损伤识别时，经常出现病态最小二乘问题，可能导致计算结果完全失真。为了显著提高计算精度，在岭估计的基础上，进一步提出了一种反馈岭估计方法，以获得精确并具稳定的损伤识别结果。所提的反馈岭估计方法主要分为三个步骤：对结构损伤评估中的线性方程组进行第一次岭估计计算，得到损伤参数的粗略解；根据损伤参数的粗略解，设计一个新的对角矩阵，用于随后的反馈岭估计 (即第二次岭估计) 计算中；对损伤评估线性方程组进行第二次岭估计计算(即反馈岭估计)，最终获得损伤参数的高精度解，据此来对结构中的损伤位置和严重程度进行判定。以一个梁结构作为数值算例，讨论了所提方法在10%噪声水平下的有效性，并把计算结果与普通岭估计和奇异值截断法进行了比较，结果表明：所提反馈岭估计方法大幅度提高了计算精度，即使在10%的噪声水平下，该方法也能获得精度很高的计算结果。

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雷暴冲击风作用下高层建筑风压频域特性

方智远1，汪之松1,2，李正良1,2

振动与冲击. 2020, 39(7): 51-58.

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为研究雷暴冲击风作用下高层建筑风压的频域特性，采用冲击射流装置模拟雷暴冲击风，对矩形高层建筑模型进行测压试验。根据试验数据，对模型表面的脉动风压系数功率谱、水平和竖向相关系数、水平及竖向相干函数进行了详细分析，讨论了模型所在径向位置对脉动风压频域特性的影响。结果表明：各径向位置处模型迎风面的脉动风压功率谱与来流脉动风速谱基本一致；侧面与背风面脉动风压的能量主要集中在旋涡脱落频率处；风压相关性随测点间距离的增大而减小；迎风面风压的水平和竖向相干性均较强，脉动风压同步性较好；侧面测点风压水平相干性在折减频率小于0.2时较为显著，竖向相干性在整个频率范围内相对较好；背风面测点风压的水平和竖向相干性在折减频率小于0.1时较好，随着折减频率增大，相干性迅速减弱；迎、背风面中心测点风压在折减频率0.06附近存在较强的水平相干性，相位角相差180°左右，脉动风压呈现相反的相位特征。

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循环荷载作用下钢桥面铺装疲劳损伤失效行为研究

徐勋倩1，杨威1，黄卫2，季涛1，李雪雪1，储柳1

振动与冲击. 2020, 39(7): 59-66.

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针对钢桥面铺装工程中普遍采用的改性沥青（Stone Matrix Asphalt, SMA）、浇筑式沥青（Guss asphalt, GA）、环氧沥青
（Epoxy asphalt, EP）混合料双层铺装结构，进行了循环车载作用下钢桥面与沥青混凝土铺装疲劳损伤特性理论分析与试验研究。基于疲劳损伤度，研究了钢桥面铺装疲劳损伤失效行为和疲劳开裂过程中损伤场、应力和应变场动态演变机制，推导出疲劳失效时的损伤场、应力和应变场计算表达式，并给出钢桥面铺装疲劳寿命理论公式。以三座钢箱梁桥桥面铺装（润扬长江大桥2005，南京长江三桥2005，苏通大桥2008）为例，对不同铺装结构组合方案下的复合梁进行疲劳试验分析和使用寿命理论预测。实例研究结果表明，钢桥面铺装疲劳损伤失效行为预估模型合理可行；相较于改性沥青、浇筑式沥青，环氧沥青混合料具有较强高的强度低变形能力，更适合于大跨径钢桥面铺装抗疲劳的设计要求；由环氧沥青混合料组合而成的“双层环氧沥青混凝土”和“浇注式沥青混凝土（下层）+环氧沥青混凝土（上层）”的抗疲劳性能优于其它沥青混合料铺装结构组合方案，同等厚度组合情况下疲劳使用寿命可延长1倍~2倍以上；“双层环氧沥青混凝土” 已应用于润扬长江大桥、南京长江三桥和苏通长江大桥钢桥面工程，并已成功运行10年以上，其跟踪观测结果良好。

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基于排列熵理论的非线性系统特征提取研究

武薇，申永军，杨绍普

振动与冲击. 2020, 39(7): 67-73.

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提出一种基于排列熵及其改进理论的伪相平面法，从而可以提取非线性系统中的微弱周期信号特征。通过选择合理的时间延迟和嵌入维数，对Duffing系统的响应信号进行相空间重构，得到一次排列熵和二次排列熵。随后将位移激励、一次排列熵和二次排列熵作为数据集，组成位移激励-一次排列熵和位移激励-二次排列熵两种伪相平面。通过将这两种方法与传统的相平面法、频谱分析和排列熵、排列熵谱、二次排列熵、二次排列熵谱的提取效果进行对比，验证了该方法的合理性。研究表明该方法能够对非线性系统中的微弱周期信号特征进行提取，取得了较好效果。

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亥姆霍兹上喷嘴出口结构对射流振荡特性的影响

向美景，王晓川，李登，陈浩，钱磊

振动与冲击. 2020, 39(7): 74-80.

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应用FLUENT软件对二维的亥姆霍兹喷嘴自振射流进行了模拟，并以此为基础研究了上喷嘴出口凸出部深入振荡腔对亥姆霍兹喷嘴自激振荡特性的影响。结果表明，上喷嘴的出口凸出部长度和喷嘴壁厚度都对自激振荡特性产生显著的影响。长度为0~0.15D1时，自振射流的脉动幅值可以提高20%~80%，提升幅度在射流速度较低时更大；凸出部长度为0.15~0.25D1时，射流振幅的提升逐渐降低；长度0.25~0.3D1时，射流振幅比普通喷嘴更低，稳定性下降；长度超过0.3D1时自振射流会完全消失。凸出部分喷嘴壁厚度在0<δ<0.1D1范围内对射流性能几乎没有影响，但随着厚度δ的不断增大，性能会减弱，δ>0.15D1时无法形成自振射流。总之，上喷嘴出口凸出可改善射流振荡性能，但长度和厚度需在一定范围内，否则无法产生自振射流。

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索-梁组合结构非线性时滞减振研究

彭剑1，向明姣1，禹见达1，孙洪鑫1，孙测世2

振动与冲击. 2020, 39(7): 81-85.

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采用时滞减振技术对索-梁组合结构进行了振动控制分析。通过Hamilton原理建立了索-梁组合结构的运动控制方程，引入时滞减振技术，应用多尺度摄动方法得到了主共振和1/3亚谐波共振的解的近似表达式。结果表明，时滞减振技术的两个主要参数时滞和控制增益能有效调节阻尼和频率。通过调节控制增益和时滞值，可增大阻尼比，避免共振域，从而对索-梁组合结构实现减振。

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弹体头部形状对碳纤维层合板抗冲击性能影响实验研究

邓云飞，蔡雄峰，曾宪智，杨永刚

振动与冲击. 2020, 39(7): 86-92.

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为研究弹体头部形状对碳纤维层合板抗冲击性能的影响，利用一级气炮发射卵形头弹、半球形头弹和平头弹，对2 mm厚碳纤维层合板进行了冲击实验。利用公式拟合处理实验数据，揭示弹体头部形状对靶板弹道极限与能量吸收的影响，并且分析靶板冲击损伤形貌及机理特征。研究结果表明：平头弹弹道极限最高，半球形头弹次之，卵形头弹最低。弹体在低速度冲击时，弹体头部形状对靶板能量吸收率的影响更为显著。平头弹冲击时，靶板迎弹面受到均匀分布的环向剪切力，纤维同时被剪切，基体发生大面积剪切破坏。半球形头弹冲击时，靶板迎弹面受到非均匀分布的剪切力和挤压作用，纤维发生剪切断裂和拉伸断裂，基体发生剪切破坏和挤压破碎。卵形头弹冲击时，纤维发生单一的拉伸断裂，而基体则发生挤压破碎。弹体头部形状对靶板损伤的影响主要集中在迎弹面和中部纤维层。

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隧道钻爆法水封装药结构爆破引起振动计算分析

冯涵1，张学民1，王立川1 2，黄勤伟3，欧雪峰1，张聪1，周贤舜1

振动与冲击. 2020, 39(7): 93-100.

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装药结构是影响爆破振动效应的一个主要因素，针对隧道钻爆法施工中常见的水封爆破装药结构以Heelan短柱状药包激发引起远场质点运动理论解为基础，将该种装药结构分为炸药段和水介质段，并假定爆源远场质点最大振速主要由两段孔壁压力叠加作用引起，求得远场位置处振动速度解析解，并通过现场实测数据进行了验证，同时针对爆破振动影响因素进行了分析。研究结果表明：理论计算值与实测数据存在一定误差，但能满足工程要求，可用于指导施工；水介质段对围岩的作用主要由水介质段的长度和对孔壁的径向压力决定，水介质段长度与炸药段长度的比例直接影响水介质段作用产生的爆破振动数值及在爆破振动总效应中的比例；由于水介质段本身作用强度较小，在远场作用不明显，适于预测和评价爆破近场爆破振动速度。

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近场气泡载荷下柔性结构耦合响应实验研究

王加夏1，袁士杰1，刘昆1，张延昌2

振动与冲击. 2020, 39(7): 101-107.

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通过电火花气泡装置和高速摄像设备对气泡与附近刚性/柔性边界间的耦合现象进行实验观测和研究。针对不同材质平板和不同距离参数下气泡脉动实验数据进行整理，对气泡动力学特性如撕裂现象、射流方向特性及气泡迁移特性等进行机理分析；并借助MATLAB开发图片数字化识别程序，分析总结了整个气泡脉动载荷下柔性板的整体运动响应模式和结构中心测点的响应特征。实验结果表明：气泡在柔性板附近收缩时出现“棒槌”状或气泡撕裂及远离对向射流现象；探究气泡载荷下柔性结构响应模式，发现气泡膨胀时柔性板呈一阶响应，收缩时呈现三阶响应及双峰值迁移现象。

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基于刚柔耦合建模的齿轮箱动力学仿真与实验研究

张孔亮，肖正明，张圆东，郭治町

振动与冲击. 2020, 39(7): 108-115.

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运用 LMS Virtual.Lab建立了齿轮传动系统多刚体模型，通过仿真计算获得了齿轮副的时变啮合刚度，并与运用有限元法仿真计算得到的齿轮副时变啮合刚度进行了对比。考虑齿轮箱体柔性化，通过对刚柔耦合模型进行动力学仿真分析，在获取箱体Craig-Bampton模态的基础上，建立了箱体-轴承-齿轮耦合动力学模型。计算获取了齿轮副动态啮合力、齿轮箱体表面振动响应云图以及关键点的振动加速度、速度和位移，并开展了台架试验和验证分析。结果表明，运用刚柔耦合法仿真得到的齿轮啮合力以及齿轮箱体动态响应，其能量主要集中在齿轮啮合频率及其倍频处，运用刚柔耦合法仿真结果与实验结果在振动加速度以及振动位移方面有良好的一致性，验证了齿轮系统刚柔耦合模型的正确性。

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循环荷载频率和幅值对有砟道床动力行为的影响

崔旭浩，肖宏，金锋

振动与冲击. 2020, 39(7): 116-124.

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为研究有砟道床在长期反复列车荷载作用下的动态响应及劣化规律，利用离散元分析软件PFC并考虑道砟的真实外形，建立可考虑道砟破碎劣化的有砟道床离散元计算模型，研究分析了不同频率、不同幅值循环荷载作用下有砟道床的振动响应、道砟受力以及道砟摩擦耗能、破碎行为。结果表明：道砟的振动加速度随动荷载频率和幅值的提高而非线性增长；道砟所受的接触力主要受荷载幅值影响，受荷载频率影响较小，荷载幅值提高，道砟接触力增大；提高荷载频率和幅值均会增加道砟的摩擦耗能，在荷载作用初期，道砟的摩擦耗能有一个突增过程；动荷载的幅值对道砟的破碎行为占主导因素，荷载幅值较低时道砟稳定在较低破碎水平，荷载幅值较高时道砟破碎现象加剧并受荷载频率影响，此时荷载频率越高道砟破碎越严重。

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考虑索间作用的斜拉桥耦合振动研究

梁栋1，康健1，赵文忠2，刘菁 1

振动与冲击. 2020, 39(7): 125-131.

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为了研究几何非线性条件下斜拉桥索梁耦合振动与索间作用问题，以两条斜拉索与简支梁组合体系为简化模型，利用D’Alembert原理建立考虑初始垂度的索梁体系非线性偏微分方程，设定索的前两阶复合振动模态与梁的基本模态，运用Galerkin方法将其离散为二阶常微分方程，并使用四阶—五阶Runge-Kutta方法对索与梁的振动响应进行了数值分析。结果表明：在双索单梁组合结构中，特定频率条件下一阶模态与主梁强烈耦合，二阶模态与主梁小程度耦合；与单梁单索结构相比，多索导致主梁频率增大，索间作用使得索振幅增大、拍频降低，面内一阶模态对索梁变化更敏感；当索梁频率不变时，索间作用对耦合振动产生的索大幅振动有明显抑制作用，且索梁结构对主梁初位移变化更敏感。

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可变磁路式永磁悬浮系统刚度特性分析及变刚度控制

孙凤,唐敬虎,李强,赵川,金俊杰

振动与冲击. 2020, 39(7): 132-139.

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针对可变磁路式永磁悬浮系统的悬浮力非线性变化的特点，分析系统的刚度特性，提出变刚度控制方法减小系统对外扰作用的敏感度。基于系统力学模型分析了系统结构和控制参数对悬浮刚度的影响，提出了基于悬浮物位移的变刚度控制方法；根据预设的载荷能力和位移变化量，设计参数的变化范围，使系统刚度按设定控制规律发生变化；进行了系统起浮稳定性与系统对外扰敏感度的仿真与实验分析，并与传统PID控制方法进行对比，仿真与实验结果表明：变刚度控制方法能够保证系统稳定起浮，并使外载荷作用时悬浮物的位移变化量减小50%，极大降低了系统对外扰的敏感度，相对于传统PID控制方法其控制特性有较大幅度提高。

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滚动轴承转子系统不对中-碰摩耦合故障非线性动力学分析

甄满1,2，孙涛1，田拥胜1，张华良1,2，谭春青1,2

振动与冲击. 2020, 39(7): 140-147.

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为了获取转子系统不对中-碰摩耦合故障下的动力学特性，通过拉格朗日待定乘子法建立了在完整约束下滚动轴承转子系统非线性动力学微分方程，采用龙格库塔数值法研究了不对中-碰摩耦合故障下系统的动力学响应，采用时域图、轴心轨迹图、分叉图、Poincare截面图和FFT谱图分析了不对中度、碰摩刚度和碰摩间隙对转子振动响应的影响。分析结果表明：不对中度的增大会使系统1倍频振动响应增大，也会产生2倍、4倍等偶数倍频，同时出现与VC（Varying Compliance）频率之间的组合频率响应。在低转速下，碰摩刚度和碰摩间隙对转子系统的影响较小；在高转速下，较小的碰摩刚度和较大的碰摩间隙会缓解系统的非线性行为。

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冰球冲击试验的近场动力学方法数值模拟

熊伟鹏，王超，傅江妍，汪春辉，曹成杰

振动与冲击. 2020, 39(7): 148-155.

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为了研究近场动力学方法在模拟冰体高应变率破坏行为的可靠性，基于近场动力学理论通过自编程实现对冰球高速冲击力学行为的数值模拟，将计算结果和试验结果进行对比。结果发现：近场动力学方法能准确模拟冰球冲击过程下高应变率破坏的完整过程，对球体表面裂纹扩散以及冰球整体裂解的细节模拟十分到位，且在20~60 m/s速度范围内对冲击载荷预报的幅值最大误差18.2％，均值最大误差18.4％；同时，发现在20~60 ms/中低速冲击过程中，冰球破坏以半球切面为界限，靠近冲击面的下半球体呈粉碎性破坏，上半球体呈碎片状破坏，当冲击速度大于60 m/s后，继续增大速度会使上半球体破坏程度剧烈增大；当冲击速度大于100 m/s，上下半球都呈粉碎状破坏。

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姿态受控柔性臂空间机器人的自适应神经网络容错控制及残振抑制

雷荣华，陈力

振动与冲击. 2020, 39(7): 156-162.

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针对执行器发生部分失效故障的漂浮基姿态受控柔性臂空间机器人系统，研究了执行器故障的容错控制及柔性臂杆残余振动的主动抑制。结合假设模态法、线动量守恒定理和第二类拉格朗日方程建立了系统的动力学微分方程。基于奇异摄动理论将系统分解为一个表征载体姿态与关节轨迹跟踪的慢变子系统和一个表征柔性臂杆残余振动的快变子系统；据此设计了由慢变子系统的自适应神经网络容错控制器与快变子系统的线性二次型最优调节器组成的复合控制器；其中，慢变子系统的容错控制器使得系统对执行器故障不敏感，保证了跟踪误差的渐进收敛；快变子系统的最优调节器可以有效地抑制柔性臂杆引起的残余振动，减少能量损耗。对比数值仿真校验了理论推导的正确性与复合控制策略的可行性。

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时变工况行星齿轮箱对数时频脊阶次谱故障特征提取

孟玲霞，徐小力，左云波

振动与冲击. 2020, 39(7): 163-169.

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风电机组齿轮箱工作于强噪声且变转速变载荷的工况下，其振动信号非常复杂。建立了一个时变转速变载荷的行星齿轮箱振动信号模型。提出了时频脊阶次谱故障特征提取方法。对振动信号进行Wigner-Ville时频变换，取对数后进行重排；采用Crazy climber方法提取对数重排时频谱图中的峰值脊线；将脊线转换为时频脊阶次谱。通过仿真信号与转速、载荷连续波动实验数据表明，对数时频脊阶次谱故障特征能够为时变复杂工况行星齿轮箱故障预警提供有效的依据。

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可液化场地中复杂异跨地铁地下车站结构的地震反应分析

王建宁1，2，付继赛3，庄海洋3，窦远明1，马国伟1

振动与冲击. 2020, 39(7): 170-179.

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地基液化是导致地铁地下车站结构在地震中发生严重破坏的重要威胁之一，然而目前对可液化场地中地铁地下车站结构地震反应的研究较少，尤其是针对大型复杂异跨地铁地下车站结构地震反应的研究更是少见。通过引入砂土液化大变形本构模型，采用有限元网格自适应调整技术克服土体网格大变形的畸变问题，建立了可液化场地土一复杂异跨地铁车站结构静动耦合非线性相互作用的有限元数值模型，分析了该相互作用体系的场地液化分布特征、异跨车站结构上浮特征、周围场地位移沉降及矢量特征、结构侧向变形和地震损伤破坏特征等，初步揭示了该相互作用体系的地震反应规律及液化地基中大型异跨地下结构的地震破坏特征，研究成果可为提高可液化场地中异跨地铁车站结构地震反应的认识及完善其抗震设计方法提供合理的参考。
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NES减震RC框架结构节点动力性能分析

杨海旭1，石明1，王海飙1，范定坚2，张茂花1，史心如1

振动与冲击. 2020, 39(7): 180-188.

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为研究NES减震装置对钢筋混凝土框架结构节点抗震性能的影响，设计加工出一种NES新型减震器，进行了一个缩尺比为1∶4的五层钢筋混凝土框架结构模型振动台试验，对NES减震框架结构的1层和2层节点处钢筋应变、节点破坏模式、结构位移及结构自振频率在震害后的变化情况进行分析研究。试验结果表明：NES减震器可以有效降低钢筋混凝土梁柱纵筋箍筋应变以及减少结构的相对位移，减缓柱底和柱顶塑性铰的产生；节点处出现了梁端破坏和节点内剪切破坏，基本实现了框架“强柱弱梁”机制；NES减震器能够有效减少节点处混凝土的剪应力从而缓解节点混凝土的剪切破坏，整体结构最终破坏是由于柱底钢筋屈服，柱脚混凝土被压碎，与底板连接松动导致；设置NES减震器后结构自振频率下降速率降低，NES非线性减震器在降低结构地震响应，提高结构抗震能力、减轻结构震害损伤方面具有良好的控制效果。

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改进的HHT方法及其在旋转机械故障诊断中的应用

周小龙1，刘薇娜2，姜振海3，马风雷3

振动与冲击. 2020, 39(7): 189-195.

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针对希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang Transform, HHT）方法中存在的模态混叠和虚假固有模态函数（Intrinsic Mode Function, IMF）问题，提出一种基于总体包络均值经验模态分解（Ensemble Envelop Mean Empirical Mode Decomposition，EEMEMD）和虚假模态函数剔除算法相结合的改进HHT方法。该方法利用EEMEMD可准确反映加噪后信号的自身变化，一定程度上中和残留在各模态分量间的噪声，获得无模式混淆的较纯净的IMF分量。同时，通过基于归一化能量熵值的虚假模态函数剔除算法可有效剔除噪声干扰成分和迭代误差分量，从而提高信号特征提取的准确性。通过仿真分析和转子不对中故障诊断的工程实例表明，改进HHT方法能够较好地抑制模态混叠问题并有效剔除同故障无相关的虚假IMF，实现对旋转机械故障的有效诊断。

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多次水下爆炸作用下钢板与焊接钢板冲击损伤特性

张斐1，2，3，张春辉1，张磊1，王志军2，李旭东1，2

振动与冲击. 2020, 39(7): 196-201.

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为了研究舰船结构在多次水下爆炸载荷作用下的抗爆抗冲击能力，基于水下爆炸鼓胀试验分别开展了5 mm、12 mm的船用A32背空钢板及焊接板的多次水下爆炸试验，得到了钢板与焊接板的塑性变形历程，测量并计算了钢板与焊接板受冲击区域沿半径各点处的挠度及厚度减薄率，分析了钢板与焊接板的塑性变形规律。结果表明：多次水下爆炸载荷作用下，焊接板与钢板的塑性变形形貌呈类球冠形，二者的厚度减薄率从中心位置到边界处呈先减小再增大的趋势，但焊接板的挠度小于钢板的挠度。A32钢板的变形模式主要为弯曲和拉伸变形，焊接板以弯曲变形为主。持续增加的水下爆炸载荷导致钢板中心位置与边界处拉伸断裂，而焊接板的焊缝及其热影响区发生脆性断裂。

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附属物对高层建筑局部风压的影响规律研究

袁珂1，张小平2，回忆3，陈政清1

振动与冲击. 2020, 39(7): 202-208.

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探究了表面水平隔板对高层建筑局部风压的影响。对4种具有不同形式表附属物的高层建筑进行了刚性模型测压试验，并与无附属物的高层建筑测压结果进行对比。通过各立面上的平均风压与脉动风压系数以及极值风压系数的对比分析，结果表明：表面附属物对迎风面的正风压系数影响很小，但能够大幅削减侧风面上的负风压系数，尤其是负极值风压系数；且这种削减效果随附属物水平间距的减小而增强，建筑侧风面迎风向上部角区的极值风压最大削减幅度可达37%。侧风面脉动风压概率密度分布及非高斯特性研究表明：表面附属物能够减小较大负压的概率密度函数的偏度与峰度，从而削弱其非高斯特性，这种作用随附属物水平间距的减小而增强，表明附属物能够有效抑制来流在侧风面的分离。
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直接拉伸循环荷载作用下混凝土滞回特性实验研究及定量分析

刘志恒1，陈徐东1,陈超2

振动与冲击. 2020, 39(7): 209-215.

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由于直接拉伸试验较为困难，可靠的数据十分少有。采用液压闭环伺服材料试验机MTS322试验装置(MTS)对混凝土进行了高应力轴拉往复试验，试验采用正弦波进行加载。对混凝土应力和应变的相位差引起的滞回现象进行研究。加载时应变波和应力波的相位差与卸载时不同，加载与卸载的相位差导致了一个不对称的滞后回路。随着加载频率的增加，混凝土的耗散角减小，约为其切线模量的“X”形夹角的一半。

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基于线振动台的液浮陀螺仪二次项误差系数标定方法研究

刘庆博，任顺清，王常虹

振动与冲击. 2020, 39(7): 216-222.

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为提高液浮陀螺仪静态误差模型系数中二次项系数的标定精度，提出了线振动台振动整周期的方法来标定液浮陀螺仪。在充分考虑线振动台的寄生转动和垂直度误差，测试时产生的角振动以及陀螺仪的安装误差的基础上，设计了六位置法来标定陀螺仪二次项系数的标定方案。该方法抑制了线振动台的寄生转动、测试时产生的微小角振动以及陀螺仪的安装误差对标定精度的影响，能够提高液浮陀螺仪在线振动台上测试的精度。最后进行了相应的误差分析，验证了该方法能够准确的标定出陀螺仪的二次项误差模型系数，标定精度可达10-4(°/h/g2)数量级。

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基于t-SNE和LSTM的旋转机械剩余寿命预测

葛阳1,2,郭兰中1,2,牛曙光1,2,窦岩1,2

振动与冲击. 2020, 39(7): 223-231.

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针对旋转机械的剩余使用寿命预测问题，提出了一种基于t分布随机近邻嵌入（t-SNE）和长短期记忆网络（LSTM）的预测方法。将t-SNE降维方法引入旋转机械振动信号特征提取，实例验证表明无论针对时频域特征或小波包分解得到的能量特征，经t-SNE降维后特征区分度更加明显，利用降维后的特征进行故障模式识别，正确率接近100%；提出利用样本间散度作为旋转机械退化指标，实验表明样本间散度对旋转机械性能退化趋势的表现相比其他指标更加明显；以不同的训练样本量，利用LSTM方法进行剩余使用寿命预测，为了验证LSTM方法的有效性，将其与BP神经网络、灰色预测模型、支持向量机等方法进行比较，结果表明LSTM方法能够预测旋转机械退化趋势，显著提高剩余使用寿命的预测精度，对旋转机械的健康监测和寿命预测具有一定的理论指导意义。

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近场项对车用交流发电机气动噪声影响分析

张凡1,2，黄燕1,2，柳琦3，华春蓉1,2，闫兵1,2，董大伟1,2，郑东1,2

振动与冲击. 2020, 39(7): 232-237.

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为了探究近场项（反射面、端盖及定子）对车用交流发电机气动噪声的影响，基于Lighthill声比拟理论，大涡模拟（LES）方法及边界元法对交流发电机的气动噪声特性进行研究。结果表明：仿真得到的主要阶次及幅值与实验相比一致性较好，验证了仿真方法的正确性；第4、6、8、9、10及12阶次为该型交流发电机的主要阶次；反射面对各主要阶次皆有影响，端盖主要影响10阶次，定子主要影响6及9阶次；反射面对左、上测点声压级影响较大，端盖对左、右测点影响较大，定子对各测点几乎无影响；近场项对五点平均总声压级的影响大小依次为：反射面>端盖>定子。

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基于改进DBN的回转支承寿命状态识别

王赛赛1，陈捷1,2，王华1,2，潘裕斌1

振动与冲击. 2020, 39(7): 238-244.

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为了解决大型回转支承背景噪声大，特征信号微弱，寿命状态难以识别等问题，提出了一种基于改进深度信念网络（Deep Belief Network, DBN）的回转支承寿命状态识别方法。DBN网络拥有强大的深度学习能力，能够有效挖掘回转支承运行状态信息，解决了传统浅层网络过度依赖特征提取效果和识别精度不高的问题。在DBN学习训练中，采用新的优化学习方法FEPCD（Free Energy in Persistent Contrastive Divergence），解决了DBN在长期学习中近似和分类能力下降的问题。然后利用自主研发试验台的试验数据对所提方法的优越性进行验证。将改进的DBN算法与浅层分类算法的识别结果进行比较。结果表明改进DBN网络比原始DBN网络和浅层算法能更精确反映回转支承寿命特征，所提方法具有稳定性和智能性的特点。

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基于Mecanum轮的电动轮椅与路面耦合系统振动特性分析

戴士杰1,2，刘若娇1,2，张慧博1,2

振动与冲击. 2020, 39(7): 245-252.

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为了分析基于Mecanum轮的全方位移动轮椅的振动特性，建立Mecanum轮与地面接触模型和7自由度移动平台模型，利用轮子与路面接触点的位移协调方程及轮椅与路面之间相互作用力的平衡关系构建轮椅与路面耦合振动方程，通过模拟仿真，研究轮子与路面接触的起始位置、转速以及负载大小对轮椅振动特性的影响规律。搭建了全方位移动试验台，通过试验验证了数值仿真的准确性。分析结果表明：从乘坐的舒适性出发,应尽量保持轮子与路面起始接触位置相同。轮椅的振动频率和幅值随着转速的增加而增大,当转速介于150 r/min和200 r/min之间时，轮椅的振动频率与人体固有生物波(8 Hz)接近，会引起乘坐者的强烈不适感。乘坐者的体重对轮椅振动特性影响较小但对振动的幅值有一定的抑制作用。

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瞬态声品质时域传递路径方法与应用研究

谢小平1，王洪波1，梁炀烊1,2

振动与冲击. 2020, 39(7): 253-259.

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全球化竞争日趋激烈和消费者对汽车舒适性要求越来越高，迫使各汽车公司加快了NVH开发进程，汽车声音的控制逐渐进入声品质控制阶段。创新性提出一种基于时域传递路径分析的瞬态声品质分析方法和流程。采用考虑奇异值截断的去卷积滤波器方法建立时域去卷积网络。构建了车内瞬态噪声合成模型，并在时频域上分解和分析了发动机的结构声贡献和空气声贡献。通过视听比较合成噪声和测量噪声，以评审团主观评价打分的形式来验证模型的准确性。进一步对合成噪声进行主观声品质评价，将车内噪声合成模型延伸至虚拟车内声品质预测模型。基于该模型，找到声品质贡献较大的路径，并且通过虚拟修改各路径传递函数值，来优化车内声品质，为制定车内声品质改善措施提供指导依据。

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多约束条件下金刚石圆锯片结构优化研究

田永军1，徐国胜1，张翔宇1，段国林2

振动与冲击. 2020, 39(7): 260-267.

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基于序列响应面模型和混合优化算法相结合的方式，提出一种在复杂载荷条件下降低金刚石圆锯片锯切噪声的优化方法。建立了多变量、多约束条件下金刚石圆锯片结构优化的数学模型，经计算得到了满足刚度要求的优化圆锯片。通过数学统计分析，获得了尺寸参数对锯片的声学、变形以及应力等性能影响规律。根据结果制备了金刚石圆锯片，锯切实验表明优化锯片能够有效的降低噪声，表明这种方法可为锯片或此类结构的声学优化研究提供新的方向和参考依据。
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多涡卷振荡体系的复杂动力学行为及控制

张艳龙1，崇富权1，王丽2，苏程1

振动与冲击. 2020, 39(7): 268-274.

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通过电压控制电流型分段线性电阻NR的伏安特性引入非光滑因素，调节电路中可调电子元器件，使得系统参数之间表现出巨大差异从而构建一个具有两尺度效应的四维非光滑快慢耦合簇发振荡电路系统。为了分析快变系统在各个分界面的平衡态及稳定性和系统轨迹在穿越非光滑分界面时产生的簇发机制，选取两组不同参数，理论分析结合数值仿真，揭示了快变系统在穿越非光滑分界面时不同簇发现象的产生机制和非光滑分岔对簇发机制的影响。最后，利用R-L型分数阶微积分算子对两尺度快慢耦合簇发电路系统进行分数阶转换并对该分数阶电路系统进行了单涡卷，双涡卷，三涡卷及四涡卷混沌的控制。

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铺陈角度对芳纶/玻璃纤维层合板抗冲击性能的影响

贾宝华1，冯锦飞1，顾永强1，徐振洋2

振动与冲击. 2020, 39(7): 274-278.

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采用Abaqus软件建立了圆锥形子弹正冲击芳纶/玻璃纤维复合材料层合板的有限元模型，将模拟结果与文献中的实验结果相比较验证了模型的可靠性，进而研究子弹以不同的速度对不同铺陈角度下的复合材料层合板冲击后初始速度与剩余速度的关系以及层合板的破坏特征。结果表明:当层合板铺陈角度不变且子弹击穿层合板时，子弹初始速度与剩余速度接近于线性关系；在子弹未穿透层合板时，［0/90°］铺陈角度的层合板抗弹性能最好，在子弹以600~900 m/s的较高速度穿透层合板时，［45/-45°］铺陈角度的层合板吸能效果最好；由破坏特征图表明铺陈角度对层合板的损伤面积和破坏机制影响不大。该研究可为防护装备的设计和优化提供参考。

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2020年, 第39卷, 第7期　
刊出日期：2020-04-15

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