振动与冲击

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涂志斌，黄铭枫，楼文娟，李蓓

振动与冲击. 2021, 40(14): 1-9.

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针对基于Rosenblatt变换极限状态曲线构造困难的现状，引入Copula函数提出了二维随机环境变量极限状态曲线构造的改进方法。该方法将随机环境变量的条件分布函数及其逆函数的求解转化为条件Copula函数及其逆函数的求解，提高了极限状态曲线构造的可行性。结合风浪同步观测数据研究了风浪多方向极限状态曲线，并在此基础上估计了某导管架平台的基底剪力极限荷载效应及对应的平均风速和有效波高取值。结果表明：各方向的风浪极限状态曲线呈现较大的差异，而全方向的极限状态曲线处于各条曲线的中间位置；各方向导管架平台的基底剪力极限荷载效应及对应的平均风速和有效波高取值差异较大，根据实测数据分方向进行风浪极限状态曲线的构造和结构极限荷载效应的估计可得到更加精确的结果。

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管道不可压缩流动压力脉动(伪声)的数值研究

蔡建程，谢新俊，MOCHALIN Ievgen，BRAZHENKO Volodymyr，鄂世举

振动与冲击. 2021, 40(14): 10-17.

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以直管和90°弯管为对象，研究管道不可压缩流动的水动力压力脉动(伪声)特性。分析了不可压缩流动中压力脉动的Poisson方程，并与波动方程进行了比较；在管道进口处设置随时间正弦变化的压力脉动，使用SST k-ω湍流模型，通过数值求解不可压缩流动的Navier-Stokes方程得到直管和弯管内的脉动流动；比较分析了直管和弯管内的时均流场及脉动流动。结果表明：沿管道流动方向流场压力脉动线性衰减，压力脉动传播整体上呈一维形式，而速度脉动形式紊乱；90°弯头对局部流动影响明显，导致压力和速度脉动均有提高；流场脉动以基频及低次谐波为主，90°弯头导致宽频脉动分量有所提高；归因于压力脉动的椭圆型Poisson方程，扰动的传播速度为无穷大，管道各处压力脉动信号无相位差。

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电动汽车-路面系统机电耦合建模及非线性振动分析

冯桂珍，李韶华，赵文忠

振动与冲击. 2021, 40(14): 18-26.

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轮毂电机驱动电动汽车的簧下质量增大，导致轮胎动载荷增加，同时电机电磁力和转矩波动对车轮造成电机激励，车轮振动进一步加剧汽车振动。鉴于此，考虑电机的电磁激励，建立了5自由度电动汽车-路面系统机电耦合非线性动力学模型，推导了路面振动引起的二次激励，分析了电动汽车的振动响应受路面不平顺、电机激励、路面二次激励综合作用的影响规律，以及车速和非线性参数对汽车响应的影响。结果表明：电机激励对非线性汽车模型的轮胎动载荷和车体加速度影响最大，悬架动挠度和俯仰角加速度的影响次之，座椅加速度的影响较小；在考虑电机激励的综合作用下，非线性模型对汽车响应的性能指标明显优于线性模型，尤其以轮胎动载荷最为显著；汽车系统的非线性参数中，悬架刚度平方非线性系数对汽车响应的影响最大，悬架阻尼不对称系数和轮胎非线性刚度系数的影响次之，悬架刚度立方非线性系数的影响最小。所建电动汽车-路面系统机电耦合模型及研究思路可为电动汽车动力学分析提供参考与理论支持。

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基于圆周割线改进型粒子群优化算法的叶片临界颤振辨识方法研究

李迺璐，尹佳敏，杨华，朱卫军

振动与冲击. 2021, 40(14): 27-34.

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针对风力机叶片在颤振风速下的临界颤振现象，创新性地结合几何圆周割线和传统粒子群优化算法，首次设计了一种圆周割线改进型粒子群优化算法，应用于叶片临界颤振系统的参数辨识。该方法利用圆周上移动点的割线距离来动态调节全局学习因子和局部学习因子，针对优化辨识提高全局搜索和局部搜索的动态平衡性，避免陷入局部最优，提高算法的整体寻优性能和优化效率。仿真试验中，将该方法与多种先进粒子群优化算法(如改进型粒子群优化(MPSO)算法、基于线性递减惯性权重的粒子群优化(LDIW-PSO)算法、基于动态学习因子的免疫粒子群优化(IPSODCLF)算法)的辨识结果相比较，结果表明该辨识方法在辨识精度、计算时间和鲁棒性方面均具有显著的优越性。

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自激振荡式冲击钻井提速系统输出凿入力特性研究

张恒，倪红坚，刘书斌，梁红军，王勇，谢虹桥

振动与冲击. 2021, 40(14): 35-39.

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冲击载荷高效破岩的技术优势已得到广泛认可，同时也是目前油气钻井提速的主要途径，自激振荡冲击钻井提速技术便是联合动静载荷，发挥其高效破岩特点，实现油气钻井提速的成功应用。基于自激振荡工具本身特性及前期现场试验研究，建立了自激振荡冲击凿入数学模型，定量分析了自激冲击力幅频特性、钻压及凿入系数对系统输出凿入力的影响，研究结论与实际认识相符，并进行了现场应用。研究表明：自激冲击力频率及幅值不会影响系统输出凿入力的振动平衡值，但其凿入力波动幅度与输入自激冲击力的幅值成正比，与输入振动的频率成反比；钻压不会影响冲击凿入力的频率和波动幅值，但相同冲击参数下，钻压越大，凿入力平衡值相对于初始值的增加幅度越大，大钻压可有效提高凿入力冲击效果；凿入系数虽不会影响凿入力的最终平衡值，但凿入系数增加导致凿入力波动更加强烈，且凿入力达到最终平衡值的时间越短。

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双向地震激励下基于二维屈服面模型的残余位移谱研究

刘巴黎，胡进军，谢礼立

振动与冲击. 2021, 40(14): 40-46.

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为了研究地震动的多维性和结构响应的空间耦合性对结构残余位移需求的影响，建立了恢复力特性符合二维屈服面模型的单质点双自由度体系(SMDDOF)，提出双向地震激励下的等强度残余位移谱模型，对比分析了单向和双向地震激励下单自由度(SDOF)体系的残余位移谱。以不同场地类别的140组地震动记录为双向激励，建立统计平均的等强度残余位移谱，分析场地条件和两主轴方向刚度比对双向地震激励下单自由度体系残余位移谱的影响。结果表明：通过单自由度体系单向地震动输入建立的残余位移谱可能会低估结构残余位移需求；中长周期范围内，双向地震激励下的残余位移比谱值随刚度比的增大而增大；恢复力耦合效应对结构残余位移响应的影响取决于两主轴方向损伤的相互制约，其中一个主轴方向刚度的削弱会增大该主轴方向的残余位移需求，而另一主轴方向的残余位移需求则会有所减小。

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融合注意力机制的改进DBN变工况齿轮箱故障诊断方法

张智禹，尹爱军，谭建

振动与冲击. 2021, 40(14): 47-52.

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针对齿轮箱在交变工况下运行时导致的故障模式难以识别、分类精度降低的问题，提出融合注意力机制的改进深度置信网络(DBN)变工况齿轮箱故障诊断方法。为解决齿轮箱单一时、频域特征反应故障信息不全面、异常不敏感问题，提取时域、频域、小波包时频域特征形成高维特征集。利用深度置信网络具有的贪心学习优势分别对其进行挖掘，同时结合注意力机制自适应对描述齿轮箱状态有效的特征给予更多“注意”，从而提高齿轮箱故障诊断精度。引进余弦损失函数降低深度置信网络对不同工况振动强度的敏感性，从而减轻网络拟合负担、提高泛化能力。齿轮箱变工况故障诊断试验结果表明，所提方法有效提高了变工况下齿轮箱故障诊断精度，同时具有很好的泛化能力。

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温变配合间隙对全陶瓷球轴承-转子系统动态特性影响分析

石怀涛，白晓天，邹德芳，包志刚

振动与冲击. 2021, 40(14): 53-59.

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针对全陶瓷球轴承热变形小，在宽温域下轴承外圈与轴承座之间配合间隙变化较大的特点，建立了考虑温变配合间隙的全陶瓷球轴承-轴承座动力学模型。将轴承座与轴承外圈受热变形分别计算，并将不同温度下配合间隙作为边界条件对全陶瓷球轴承动态特性进行求解。以轴承工作温度、工作转速、初始配合间隙为变量对全陶瓷球轴承外圈振动情况展开参数化研究，并结合试验手段对模型精度加以验证。结果表明，考虑温变配合间隙的动力学模型能够准确模拟全陶瓷角接触球轴承在不同工作温度下的动态特性。随着工作温度的升高，全陶瓷球轴承振动整体呈现增大趋势，且振动幅度呈现非线性变化趋势。在全陶瓷球轴承外圈与轴承座配合处适当采用紧配合有助于减小高温下轴承外圈与轴承座之间配合间隙，提升变温工况下全陶瓷球轴承回转精度。研究工作可为全陶瓷球轴承状态分析提供参考，并为全陶瓷球轴承-转子系统优化设计提供理论依据。

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旋转径向矩形截面悬臂梁的建模与耦合振动分析

武祥林，焦映厚，陈照波

振动与冲击. 2021, 40(14): 60-68.

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该研究提出了一种建立旋转径向悬臂梁动力学模型的分析方法。基于这种方法，建立了考虑弯曲变形，轴向变形和扭转变形之间耦合效应的矩形截面旋转悬臂梁的动力学模型。该动力学模型可以考虑由于旋转所引起的科里奥利效应，旋转软化效应，应力刚化效应，同时可以考虑梁的剪切变形、转动惯量以及截面翘曲。采用瑞利-里兹法对动力学方程进行了求解，计算得到了不同参数下旋转径向悬臂梁的固有频率及模态振型，将计算得到的固有频率与三维有限元方法和文献中的方法所获得的固有频率进行了对比。结果表明，采用该分析模型计算所得到的结果与三维有限元方法所获得的结果吻合较好，并且比文献中方法所得到结果具有更高的准确性。此外，还详细研究了旋转径向悬臂梁不同模态振型中模态组分的耦合形式，提出了一种改进的表格型模态振型的表示方法，并且深入研究了转速以及安装角对于模态组分的影响规律。

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高强钢组合K形偏心支撑框架抗震性能对比研究

田小红，苏明周，宋丹，李慎

振动与冲击. 2021, 40(14): 69-76.

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为研究不同强度组合、不同层数高强钢组合K形偏心支撑框架结构(K-HSS-EBFs)的抗震性能，设计了10层、15层和20层三组不同强度组合的K形偏心支撑框架结构算例，选取10条地震记录对其进行动力时程分析，得到各算例在不同水准地震作用下的层间位移角，耗能梁段转角和塑性应变。研究表明：K-HSS-EBFs的层间侧移角沿结构高度分布与普通钢偏心支撑框架结构一致；罕遇地震作用下，K-HSS-EBFs的层间位移角满足抗震规范的限值要求，K-HSS-EBFs具有良好的耗能能力和足够的承载能力； Q690-X承受的地震作用和耗能梁段转角更大，用规范规定的弹塑性层间位移角限值作为控制指标进行设计偏保守；基于性能的抗震设计方法能够保证EBFs在罕遇地震作用下仅耗能梁段进入塑性，其他构件保持弹性，突出耗能梁段在偏心支撑结构中的耗能作用。

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含级间相对浮动的两级行星传动系统均载特性研究

陆崇山，王晓笋，冷晓鲁，巫世晶

振动与冲击. 2021, 40(14): 77-84.

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以两级行星齿轮传动系统为研究对象，基于集总参数法，引入时变啮合刚度、齿侧间隙、综合啮合误差等非线性因素，考虑了级间相对浮动，建立了系统“平移-扭转”耦合强非线性动力学方程组(EOM)。通过对系统微分方程组进行数值积分求解，分别分析了有无级间相对浮动时多误差耦合以及相对浮动间隙的大小对系统均载特性的影响。结果表明：多误差的耦合作用会使系统均载性能变差，且构件误差对所在一级的均载特性影响程度更大；级间相对浮动能够有效改善系统的均载性能，减弱构件误差的级间耦合作用，且随着相对浮动间隙的增大系统第一级均载性能得到改善。

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基于双参数地基系统的改进傅里叶级数振动方法研究

王吉，高芳清

振动与冲击. 2021, 40(14): 85-91.

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双参数地基系统中，在含自由边界或弹性边界处，其上板结构弯曲位移不为零，将导致基底压力向地基板外域传递和扩散，从而使板外域地基产生沉降。然而，现有的研究因边界条件的局限性忽略了板外域地基沉降，使得该类边界的计算结果产生较大的误差。针对双参数地基上矩形薄板的弯曲振动问题，基于改进Fourier级数法和Vlazov假定，提出了一种能在任意边界条件下考虑板外域地基沉降的振动分析方法。通过参数化分析，并与文献和有限元计算结果进行对比，验证了该方法具有较快的收敛速度和较高的计算精度；在此基础上，研究了不同自由边界数组合和弹性边界下地基沉降对振动特性的影响。

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PVA-ECC加固桥墩抗震性能试验研究

谷音，彭晨星

振动与冲击. 2021, 40(14): 92-99.

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为增强现役桥墩的抗震能力，研究基于聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)的桥墩抗震加固性能，完成了5个剪跨比为4.2的圆形桥墩试件拟静力试验。通过试件的破坏形态与抗震性能指标，分析了PVA-ECC加固桥墩抗震性能，讨论了轴压比与PVA纤维体积掺量对桥墩抗震性能的影响。试验结果表明：采用PVA-ECC材料可以明显改善桥墩的破坏形态，控制裂缝的宽度和发展，提高桥墩的损伤容限与承载能力，表现出良好的延性和耗能能力；随轴压比增大，PVA-ECC加固桥墩的承载力提高，位移延性系数与耗能能力明显降低；随PVA纤维体积掺量增大，PVA-ECC加固桥墩的滞回曲线更加饱满，有效提升了桥墩的延性与耗能能力。

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内齿轮成形磨削砂轮架振动特性实验研究

苏建新，蒋闯，聂少武，程琛

振动与冲击. 2021, 40(14): 100-107.

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为提高内齿轮成形磨齿机砂轮架结构的稳定性，应用有限元对砂轮架进行了模态分析和谐响应分析，得到了磨削头的前6阶振型和固有频率，研究了砂轮架的应力和位移对频率的响应特性。基于响应曲面优化分析法对砂轮架结构参数进行多目标优化，确定最优的结构参数，提高振动特性。在多种磨削工况下对优化前后的磨削头进行振动试验，结构优化后的砂轮架在相同磨削工况下振动加速度比优化前小，磨削头工作稳定性得到明显提高，从而验证了有限元仿真建模和结构参数多目标优化的有效性和工程适用性。

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侵彻条件下岩石类材料RHT模型参数敏感性分析

聂铮玥，彭永，陈荣，蔡镇清，李付刚

振动与冲击. 2021, 40(14): 108-116.

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材料模型的参数敏感性分析对于简化材料参数确定及精确仿真计算结果具有重要意义。针对弹体侵彻半无限厚岩石靶体问题，考虑多种类型岩石的材料参数变化范围及参数间的非独立性，利用优化拉丁超立方设计(Opt LHD)算法设计了RHT模型参数计算矩阵并开展了参数敏感性分析，克服了以往研究中常采用单因素变量法进行分析的不足。分别以侵彻深度、弹体质量损失率及靶体损伤度为评价指标，结合355个有效数值仿真结果，分析了参数间的交互效应。结果表明，参数间存在交互效应，但总体参数组合对三类评价指标的交互效应均不显著，因此，进一步对参数进行了主效应分析。为了定量评价参数敏感性差异，通过建立参数与评价指标间的响应面模型，基于多元二次回归模型计算了参数贡献率，进一步得到了对于不同评价指标的材料参数敏感性排序结果。

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防屈曲支撑在结构设计中的若干参数匹配问题讨论

吴克川，陶忠，余文正，兰香，张龙飞

振动与冲击. 2021, 40(14): 117-124.

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针对防屈曲支撑(BRB)在结构设计中的参数匹配问题展开研究，通过参数匹配系数Qm建立BRB等效参数与实际参数间的关系，分析BRB屈服荷载与等效刚度间的合理匹配以及屈服位移与支撑长度间的合理匹配，并基于分析结果给出合理匹配参数取值范围，推导BRB参数与主体结构参数关系式，建立BRB先于主体框架屈服条件，讨论BRB在特定水准地震作用下屈服耗能及罕遇地震作用下变形控制问题，给出不同结构体系中BRB耗能及大震安全保证条件，并建立BRB产品参数设计流程，通过算例分析验证所提出参数控制建议的有效性。分析结果表明，按该研究的参数设计流程设计得到的BRB实现了既定的性能目标，并能顺利完成产品设计。研究结论为BRB产品参数的合理控制及在结构中的合理应用提供理论参考。

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基于有限时间函数投影的电力系统混沌控制

王聪，张宏立，马萍

振动与冲击. 2021, 40(14): 125-131.

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电力系统作为复杂的非线性系统，其混沌振荡会表现为随机的、突发性的或情节严重的机电振荡，会伴随着非周期现象出现，将导致电力系统大区域和大面积的停电事故，严重威胁电网的安全稳定运行。为了有效地抑制电力系统的混沌行为，并充分考虑控制方法在实际工程中的应用价值，基于有限时间理论和函数投影同步理论，提出了一种有限时间函数投影同步控制的电力系统混沌控制方法。该方法借鉴混沌同步思想，通过将混沌电力系统与理想状态电力系统在有限时间内实现完全同步，间接地实现电力系统的混沌控制。推导了稳定性定理的数学证明，并进行了相应的数值模拟来验证该方法在电力系统混沌控制中的有效性。理论及仿真结果表明，该方法可以有效地使混沌电力系统在有限时间内实现稳定控制，且对外部干扰具有强鲁棒性。

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气动弹性效应对超高层建筑横风向动力干扰效应的影响

侯方超，全涌，顾明

振动与冲击. 2021, 40(14): 132-137.

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基于一系列方形截面超高层建筑气动弹性模型测振风洞试验和刚性模型高频天平测力风洞试验，分析了不同折减风速下外形相同的另一个邻近超高层建筑对目标建筑的横风向风致响应的干扰效应，探讨了气动弹性效应对不同折减风速下的干扰因子和一定风速范围内包络干扰因子的影响。结合典型工况下气动阻尼比和加速度响应均方根值随折减风速的变化曲线讨论了气动弹性效应对干扰效应的影响机理。结果表明：在近距离斜上游以及正下游干扰位置附近工况下，气动弹性效应放大了受扰建筑在高折减风速下的干扰因子和包络干扰因子；在来流风速小于涡激共振临界风速时，忽略气动弹性效应一般会使包络干扰因子计算值偏于保守。

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含噪多频信号频率估计算法

陈鹏，刘春华，苏欣，涂亚庆，赵少美

振动与冲击. 2021, 40(14): 138-143.

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为抑制多频信号中非待估计频率分量频谱泄漏对频率估计的影响，提出一种新的频率估计算法。利用快速傅里叶变换(FFT)算法对采样信号进行预处理，得到每个频率分量的频谱索引，从而得到各频率分量粗略的幅值和初相位估计值；采用频率搬移策略滤除多频信号中的非待估计频率分量，得到降频信号；对降频信号进行频谱分析，并经迭代计算得到各频率分量信号精确的频率、幅值和初相位估计值。在无噪声、不同信噪比等条件下进行了仿真实验，结果表明，所提算法具有良好的频率估计性能，有效抑制了多频信号中频谱泄漏的影响，提高了频率估计精度，优于现有优秀算法。

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土体中岩石破坏次声波的三维多测点振速矢量直线汇聚声源定位方法

赵久彬，刘元雪，柏准，杨骏堂，何少其

振动与冲击. 2021, 40(14): 144-152.

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滑坡泥石流等地质灾害发生前夕，灾害体内的岩石土块发生爆裂、摩擦和断裂等破坏会产生低频次声波信号向外传播。在次声波声场中，声压是标量场，质点运动振速为矢量场，可以利用振速矢量场提前准确预测出灾害发生地点的三维坐标位置。采用数值模拟计算土体中发生小当量炸药爆炸，通过信号频谱分析得到爆炸冲击波衰减为次声波的主要能量频率为2~8 Hz，模拟出土体中岩石破坏发出同范围次声信号现象。基于此提出一种三维多测点振速矢量直线汇聚次声声源定位方法，在地质灾害体范围内不同位置部署N个监测点传感器阵列收集质点振速矢量信号，待地质体内岩石破坏发出次声信号，计算经过测点且其法线为振速方向矢量的N条直线指向并汇聚于声源发生处位置，通过求两两直线间最短距离线段方程，获得N-1个中点坐标，最后求各中点坐标的质心，预测为即将发生地质灾害的源头位置处。通过仿真模拟实体土质滑坡模型和分层介质模型中发出次声信号，布置3个测点位于模型中不同位置收集次声信号，采用该方法准确获得灾害体内部三维声源位置。该方法为提升滑坡泥石流等预警技术水平提供了新的思路。

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地震次生火灾中城市地铁地下结构的灾变性能研究

李文婷，陈清军

振动与冲击. 2021, 40(14): 153-161.

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地震及次生火灾是严重威胁人类社会安全的重大灾害，历史上曾多次带来巨大生命财产损失。地铁地下结构作为当今大中型城市基础建设的重要组成部分，一旦在强震或震后火灾中破坏，将带来重大的社会和经济损失，震后救援和修复也极为困难。地下结构的抗震及抗火研究起步较晚，城市地下结构在地震及其次生火灾作用下的灾变性能亟待研究。通过三维精细化非线性有限元数值模拟，将动力时程分析、热传导分析和热力分析相结合，研究了典型地铁车站结构在地震及次生火灾中的变形、损伤及内力演化，讨论了地下结构地震损伤对其抗火性能的影响，为地铁地下结构的抗震抗火设计提供参考。

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加权奇异值结合极值点包络的变转速轴承微弱故障诊断

张洲，张宏立，马萍，王聪

振动与冲击. 2021, 40(14): 162-169.

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针对强背景噪声干扰且转速时变下滚动轴承微弱故障难以有效诊断的问题，提出加权奇异值分解(WSVD)重构结合极值点包络阶次跟踪的变转速滚动轴承微弱故障诊断方法。对于奇异值分解(SVD)后对故障特征子分量有效重构的问题，利用周期调制强度(PMI)表征各子分量故障特征信息，并对含有较多故障特征的子分量加权重构，实现微弱故障信号的信噪分离与特征增强；引入极值点包络阶次跟踪方法，通过求取重构信号的极值点包络，对其进行阶次跟踪，根据包络阶次谱图中的阶次信息对故障信息进行分析，达到微弱故障有效诊断的目的。变转速滚动轴承微弱故障的仿真和实例分析结果表明，与传统方法和其他方法相比，所提方法能有效增强微弱故障特征，去除噪声，准确诊断变转速下滚动轴承微弱故障。该方法为变转速下滚动轴承微弱故障诊断提供了新思路。

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变拓扑空间可展桁架多体系统动力学建模与分析

黄泽兵，刘锦阳，袁婷婷，侯鹏

振动与冲击. 2021, 40(14): 170-179.

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随着空间折叠式桁架可展长度的增大与结构的复杂化，对空间大型展开机构动力学分析的计算规模逐渐增大。为了减少系统的广义坐标个数，该研究取铰的相对坐标为系统的广义坐标，基于单向递推组集方法建立太空望远镜桁架展开过程的动力学模型。利用Jourdain速度变分原理建立了各柔性部件的动力学变分方程，根据各柔性部件之间的运动学递推关系，并引入切断铰的约束方程，建立了柔性多体系统的刚-柔耦合动力学方程。针对柔性部件展开锁定时容易出现的数值计算问题，提出了在缓冲减速的基础上施加相对角约束的变拓扑方法。基于动力学模型对11节桁架单元的太空望远镜桁架展开过程进行数值仿真。为了进一步缩减计算规模，根据系统结构的对称性和纵向载荷分布的均匀性，将多个桁架和主镜组成的多体系统简化为单个桁架与主镜的一部分组成的系统进行数值仿真。将单个桁架系统展开过程的数值仿真结果与多个桁架系统的仿真结果进行对比，验证了简化动力学模型的准确性和有效性。在此基础上进一步对30节桁架单元的桁架展开过程进行数值仿真，通过对比柔性桁架与刚性桁架在展开和碰撞锁定过程中仿真结果的差异，分析了弹性变形对系统动力学特性的影响。

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一种小型流体阻尼隔振器的设计与实验

黄子祥，杨德权，蒋圣鹏，张志谊

振动与冲击. 2021, 40(14): 180-185.

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针对惯导敏感元件的振动隔离问题，提出一种小型流体阻尼隔振器，采用金属膜片作为弹性元件，通过黏性流体间隙流动产生阻尼耗能。给出计算金属膜片挠度的解析式，建立隔振器动力学模型，获得刚度-阻尼并联的两参数模型的动刚度表达式，进而分析两参数原理模型的振动传递特性，给出根据隔振性能指标设计刚度、阻尼的方法。根据测试与理论计算结果，二者的加速度传递率曲线吻合良好，且实验结果表明可将共振峰值抑制在6 dB以下。

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摩擦对滚动碰撞式调谐质量阻尼器的影响及其试验研究

李书进，伍大涛，阳昌娟，孔凡，张远进

振动与冲击. 2021, 40(14): 186-194.

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对带碰撞的滚动式调谐质量阻尼器(PTRMD)中的滚动摩擦问题进行理论与试验研究。引入摩擦耗能机制，利用Lagrange变分原理推导了考虑振子滚动摩擦耗能的PTRMD控制方程，通过数值求解分析了滚动摩擦对阻尼器减振性能的影响。选取不同质地的滑道面材料，利用高速摄像和计算机图像处理技术对其滚动摩擦因数进行了实测，并制作了单自由度结构模型，对装有不同滑道面材料PTRMD的受控结构模型进行振动台试验，对其在自由振动、强迫振动及地震激励等工况下的摩擦效应进行研究和对比分析。结果表明，PTRMD中振子与轨道间的摩擦效应能提高PTRMD的耗能能力，有效改善其工作性能。且不论何种激励，在一定范围内滑道的滚动摩擦因数越大PTRMD的控制效果就越好，但滚动摩擦因数存在最优区间，太小或过大均不利于PTRMD的减振。

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采用机器学习方法评估流线型箱梁颤振临界风速

梅瀚雨，王骑，廖海黎，刘珉巍

振动与冲击. 2021, 40(14): 195-202.

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为在工程设计初步阶段快速评价流线型箱梁颤振性能，基于4种机器学习算法（支持向量机回归、神经网络、随机森林回归和高斯过程回归），利用自由振动风洞试验获取的15种不同流线型箱梁断面在5种不同风攻角下的颤振临界风速，建立了从气动外形与动力参数到颤振临界风速的颤振临界风速预测模型。结果表明：支持向量机回归模型预测结果整体精度最高，且在实际桥梁上表现性能较好；神经网络模型较差，但其相对误差仍远低于JTG/T 3360-01—2018《公路桥梁抗风设计规范》中提供的3种不同颤振临界风速简化计算公式的结果。该研究的结果符合预期要求，未来可进一步扩充数据集，以期成为对抗风设计工作者提供高精度颤振性能评估的有力工具。

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基于正交试验的框架端节点抗震性能影响因素分析

赵卫平，赵芷迎，雷永旺，王振兴

振动与冲击. 2021, 40(14): 203-211.

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为找出框架端节点抗震性能的优良设计组合，基于正交试验原理建立了L9(34)正交表并完成了9组拟静力试验。以A（混凝土强度）、B（锚固方式）、C（纵筋配筋率）为主要研究因素，且每个因素设计三个水平，分别为A1（C50），A2（C60），A3（C70）；B1（弯折），B2（螺栓），B3（贴焊）；C1（1.63%），C2（2.08%），C3（2.58%）。对试验结果进行方差和极差分析，并通过新复极差（SSR）法进行各因素水平间多重比较。试验结果表明：三个因素对试件延性、耗能能力、极限承载力均有显著影响；各抗震性能指标的主次效应和最优组合如下：延性的影响主次效应为C＞A＞B，最优组合为A3 + B3 + C1；耗能能力的影响主次效应为A＞C＞B，最优组合为A3+B3+C2；极限承载力的影响主次效应为C＞A＞B，最优组合为A3+B1+C3。综合抗震性能可选取的较优组合为A3+B3+C1 或 C2。将各因素水平均值的降幅计算结果作为设计组合对各因素敏感度分析的依据。结果显示各抗震性能指标对不同端节点设计组合的因素敏感程度不同，可针对最大敏感因素进行改性工作。研究结果对实际工程具有一定参考价值和指导意义。

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负压波与小波分析定位供热管道泄漏

石光辉，齐卫雪，陈鹏，樊敏，李建刚

振动与冲击. 2021, 40(14): 212-218.

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该研究通过理论分析负压波在分支管网中的传播特性，探讨负压波方法在供热管道泄漏定位的可行性，并通过实验研究对负压波定位方法以及小波分析信号处理方法的可行性进行验证。当管道出现严重泄漏时，泄漏点的压力瞬间出现明显的压力下降，形成负压水击波在管道中传播。负压水击波在管道中的速度是固定的，因此，在管网中设置一定的高频压力传感器，捕捉到负压波传到各压力传感器的压力动态，再利用小波分析信号处理方法对检测到的负压波信号进行分析，可以得到负压波传播到各压力传感器的具体时间。再根据各检测点得到的时间进行计算，即可找到泄漏点的准确位置。为证实该方法的可行性，该研究利用现有管网进行试验，试验结果表明，若以压力变化延迟时间为指标，此定位方法能够对泄漏点有效定位，该研究中提出的压力信号处理方法可以将泄漏点的位置锁定在1 km范围内，显著提高漏点排查效率。

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无砟轨道箱梁系统振动试验相似模型的设计与校验

罗锟，汪振国，雷晓燕，张新亚

振动与冲击. 2021, 40(14): 219-227.

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为探究弹性力相似律在无砟轨道箱梁系统振动试验相似模型设计时的适用性，从理论上分析多层结构及其模型间的耦合相似关系，发现不同材料属性结构层间存在耦合效应；以双层结构为例，探讨当某一结构层几何尺寸大于另一结构层时，原型与模型间耦合关系的变化规律；以10 ∶1为几何比尺，依据弹性力相似律，制作无砟轨道箱梁系统相似模型；通过自由模态测试和有限元数值分析，校验相似理论及模型的正确性。结果表明：当某一结构层在荷载方向上的几何尺寸远大于其他结构层时，按该结构层材料属性导出的相似关系近似等于原型与模型间的耦合相似关系；无砟轨道箱梁系统可依据弹性力相似律设计其相似模型，相似关系只需按箱梁材料属性导出，且制作的相似模型可较为精确地反映原型结构的振动规律，最大误差为4.02%。

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山地城市地铁线路曲线段异常波磨现象的产生机理及抑制方法

崔晓璐，漆伟，杜子学，董睿玺，钟建科

振动与冲击. 2021, 40(14): 228-236.

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针对山地城市地铁线路钢轨波磨通常发生在长大坡道大半径曲线外轨处的异常波磨现象，根据现场调研建立了波磨高发区段的车辆-轨道系统动力学模型，研究了As地铁车辆通过波磨高发区段时导向轮对-钢轨系统的动态特性。基于轮轨摩擦自激振动观点建立了相应区间弹性长轨枕支承轮轨系统的有限元模型，采用复特征值分析研究了波磨高发区段轮轨系统的摩擦自激振动特性。综合动力学分析和摩擦自激振动分析，研究了轮轨蠕滑特性、轮轨摩擦自激振动与波磨病害的关联性，从而揭示此类异常波磨病害的产生机理。进一步地，分别研究了车辆动力学参数和轨道支承结构参数对该区段轮轨摩擦自激振动的影响，并提出抑制波磨的相关方法。分析结果表明，在山地城市地铁线路波磨高发区段的缓和曲线到圆曲线处导向轮对外轮与外轨间的蠕滑力趋于饱和，轮轨间饱和蠕滑力易于诱导轮轨摩擦自激振动的产生，从而可能导致曲线外轨处产生波长为50~60 mm的异常波磨。在抑制方法的研究中发现车辆动力学参数的改变对轮轨摩擦自激振动特性的影响不大。同时，在一定范围内减小扣件垂向刚度和垂向阻尼有助于抑制该区段轮轨摩擦自激振动的发生，当扣件的垂向刚度为5 MN/m，垂向阻尼为10 000 N•s/m时，轮轨系统摩擦自激振动发生的可能性最小。以上均为山地城市异常波磨病害的抑制提供参考。

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基于循环频谱相干和DCNN的隔膜泵单向阀故障诊断方法研究

冯泽仲，熊新，王晓东

振动与冲击. 2021, 40(14): 237-244.

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针对传统的机器学习方法过分依赖特征提取的质量，而深度学习在强干扰条件下其故障辨识率不佳的问题，提出了一种基于循环频谱相干(CSCoh)和深度卷积神经网络(DCNN)的故障诊断方法，并将其应用于实际工况环境下的隔膜泵单向阀故障诊断当中。对振动信号进行循环平稳特性分析，利用快速循环相关谱计算方法将原始振动信号生成二维CSCoh图；将生成的CSCoh图作为输入从而降低深度诊断模型中特征学习的难度，通过构建DCNN模型，并引入批量归一化和Dropout技术来提升模型的收敛速度和泛化能力；利用所提模型对故障进行分类识别，进而实现单向阀的故障诊断。结果表明，该方法可以准确地识别单向阀的故障类型，并具有较好的泛化性能。

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混凝土结构接缝处接触爆炸成坑效应研究

赵跃堂，胡康，刘绍鎏，寇伟晓

振动与冲击. 2021, 40(14): 245-251.

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结构中接缝的存在会降低接缝区域结构的整体刚度和强度，对结构的抗爆性能也有不同程度的影响。为研究试块间接缝条件对试块破坏程度的影响规律，完成了多个拼接混凝土试块的表面接触爆炸试验，初步探讨了炸药在接缝处爆炸时试块破坏的特征。进一步分析试验结果，利用有限元软件对试验结果进行对比，数值模拟结果与试验取得了比较好的一致性。在所选的三个位置中角部接缝位置是混凝土接缝结构发生接触爆炸最不利部位，研究结果表明接缝位置对爆炸的破坏作用有很大影响，且接缝宽度是影响其接缝条件的重要因素，对于盾构衬砌结构，当接缝宽度为2 mm时破坏深度达到最大，约为试件中心接触爆炸破坏深度的1.5倍。

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时变工况下行星轮轴承特征分布拟合与智能故障诊断

赵川，冯志鹏

振动与冲击. 2021, 40(14): 252-260.

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行星齿轮箱中行星轮轴承运动复杂，振动信号成分多样且呈非线性，时变工况下特征频率随时间变化，人工识别故障特征更为困难。针对该问题，提出基于对抗变分自编码的智能故障诊断模型。获取样本时频图来揭示样本中包含的时变特征；利用模型中的变分自编码器自适应提取时频图特征，为赋予特征显式意义，引入多维独立高斯分布并进行采样，根据类别信息对样本点进行变换，使其服从新的多维独立高斯分布，确保样本点中的每个元素都有自己的专属分布；通过对抗机制，使特征逼近变换后的对应类别的分布样本，且服从新的多维独立高斯分布，从而实现用已知的分布拟合未知的特征分布，同时通过控制分布强化不同类别特征间的差异性，改善特征的模式识别性能；利用优化后的特征对分类器进行训练并识别测试样本特征。模型经行星齿轮箱实验台数据进行了验证。研究表明，该模型能够使提取的特征服从给定的先验分布，通过控制分布强化了不同类别特征间的差异性，提高了特征的聚合性能，有效诊断了行星轮轴承故障，与自编码和变分自编码器相比，表现出一定的优越性。

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基于移动荷载谱的桥梁竖向自由振动最大响应研究

李锦华，张耀，张焕涛，蓝声宁

振动与冲击. 2021, 40(14): 261-267.

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该研究提出了基于移动荷载谱的桥梁自由振动最大响应的频域分析法。该方法在频域内，采用傅里叶变换得到移动荷载作用在桥梁上的移动荷载谱及桥梁振动位移响应谱；并以理论推导与数值分析相结合的方法建立了移动荷载幅值谱最大值对应的无量纲速度与轴跨比（荷载轴距与桥梁跨径的比值）之间的关系；根据该关系提出了移动荷载作用下桥梁自由振动最大位移响应时的速度公式，该速度明显不同于共振速度。以两座不同跨径的简支梁桥为例，在时域内通过改变不同的轴跨比与移动荷载速度，计算桥梁自由振动最大位移响应，以此验证了频域分析结果的正确性。研究结果表明：基于移动荷载谱能够有效反映移动荷载作用下桥梁自由振动最大响应；当轴跨比为0.72时，引起的桥梁自由振动最大位移响应最小；当轴跨比为0与1.47时，引起的桥梁自由振动最大位移响应最大；移动荷载以速度公式获得的速度行驶，将会使得桥梁自由振动产生最大位移响应。

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考虑含石量和坡度不同组分下颗粒流冲击刚性结构的力学模型研究

成浩，韩培锋，苏有文

振动与冲击. 2021, 40(14): 268-298.

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桥梁箱梁结构在土石混合体滑坡或者崩塌灾害冲击下受损破坏现象较为普遍，而含石量和坡度是影响箱梁结构冲击和破坏的重要因素。因此，采用离散元素法（DEM）模拟不同含石量和坡度作用下刚性结构的动力响应。结果表明：含石量越大,坡度越大，颗粒流的动能耗散率耗时越短，冲击力越大；含石量对冲击力的影响程度比坡度小；土石耦合作用要比细颗粒土或块石颗粒单独作用对法向力影响大；基于模拟结果构建土石混合体冲击刚性结构的力学模型，推导出冲击力及其作用距离方程。为验证构建的力学模型的可靠性，将模型冲击力计算结果与Jiang模型、Adel模型及模拟结果进行对比发现模型的冲击力计算结果与模拟结果基本吻合。研究结果可为该类灾害的防治提供参考。

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基于TPA和遗传算法的动力总成悬置系统优化设计

潘公宇，付博文，王功强，陈清爽，朱瑞，李东

振动与冲击. 2021, 40(14): 279-286.

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针对某前置前驱(FF)的乘用车的怠速抖动问题，提出了基于传递路径分析(TPA)和遗传算法的动力总成悬置系统优化设计方法。利用TPA技术，将悬置系统固有特性和车内目标点振动响应相联系，并综合利用悬置系统6自由度模型，考虑其解耦率和固有频率分布，建立了悬置系统优化数学模型，进而利用NSGA-II遗传算法对其进行多目标优化，获取最优的刚度参数，通过悬置试制，进行整车匹配测试。实验结果表明，优化后的悬置系统隔振性能大幅提升，车内目标的振动响应量表现较优，有效解决了乘用车的怠速抖动问题，验证了所提出的优化方法的有效性。

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针对远程无线开关的电磁式冲击能量收集器研究

赵兴强，戴志新，丁宇，严飞，钱海林

振动与冲击. 2021, 40(14): 287-291.

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远程无线开关控制面板的应用大大改善了人们的生活质量。研究了一种电磁式冲击能量收集器，实现了无线开关面板的无电池、自供能工作。提出了E型和U型两种铁芯的冲击式能量收集器结构，分析了工作原理。采用ANSYS Maxwell软件分析了收集器的磁力线分布、输出电压、输出功率等性能，完成了样机尺寸的优化设计。加工组装了E型铁芯的样机，完成了测试。结果表明，样机输出电压为12 V，转换的电能为0.66 mJ。以该收集器供电，无线开关面板发送了时长18 ms,1.1 kHz的方波，在接收端实现了LED的开关控制。

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#br# 摩擦摆支座隔震铁路连续梁桥振动台试验研究

邵长江，肖正豪，漆启明，韦旺，何俊明

振动与冲击. 2021, 40(14): 292-298.

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为研究地震下摩擦摆隔震支座在连续梁桥中的减隔震效果及动力行为，以某(24+32+24)m箱型等截面铁路连续梁桥为原型，进行了1/10缩尺模型的连续梁桥振动台试验。采用3组实测近场地震波进行纵竖向联合输入，观测桥梁试验中及震后损伤情况，并对桥梁位移、加速度及应变响应进行了分析。结果表明：不同近场地震下结构响应具有显著差异；随着地震波地面峰值加速度（PGA）增大，中墩纵向位移平均幅值小于边墩，且其增幅率远小于边墩盖梁；当PGA增大时，摩擦摆支座的隔震率更高，隔震效果更好；在0.5g地震作用下中墩仅出现少量细微裂缝，纵筋最大应变为786 με远小于其屈服应变，说明桥墩未屈服，摩擦摆支座可以有效降低桥墩内力响应。

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考虑路面不平顺随机性的汽车过桥动力响应分析

谢娟娟，李晋，田震，甄龙信，谷雨，劳晓东，张成光

振动与冲击. 2021, 40(14): 299-306.

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为分析考虑随机路面不平顺情况下的车辆过桥动力响应，建立了随机汽车-桥梁耦合振动模型，路面不平顺采用路面谱进行模拟转换，引入概率密度演化方法对系统的随机响应进行计算，通过2个算例进行了验证：与经典算例进行对比验证模型的可靠性；与蒙特卡洛法对比验证了概率密度演化方法计算随机车-桥系统动力响应的精度及效率。2个算例证明了该随机振动系统模型计算结果可靠，同时概率密度演化方法能够在保证精度的前提下有效提高计算效率。对不同道路不平度、不同车速情况下的车辆、桥梁随机响应进行分析，结果表明：车速对桥梁响应均值的影响不敏感，对车辆响应均值影响较大；桥梁与车辆响应标准差均随车速增大而增大。不同道路等级工况下，桥梁位移与车辆加速度概率最大值总体上都随车速增大而增大；在不同速度工况下，桥梁位移与车辆加速度概率最大值随着道路等级变差而明显增大。

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刊出日期：2021-07-28

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