振动与冲击

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黄修长，苏智伟，师帅康，饶志强，华宏星

振动与冲击. 2021, 40(18): 1-9.

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针对suboff艇后泵喷推进器分布式脉动压力激励下的泵喷-轴系-艇体耦合系统振动声辐射响应计算和特性分析开展研究。建立计算流体动力学(computational fluid dynamics，CFD)模型利用剪切应力输运(shear stress transfer，SST)k-ω模型进行suboff艇后泵喷推进器表面脉动压力的计算，利用耦合有限元法(finite element method，FEM)建立泵喷-轴系-艇体耦合系统动力学模型，结合自编径向基函数插值程序获得表面脉动压力在泵喷结构湿表面的空间分布，利用边界元法(boundary element method，BEM)计算泵喷-轴系-艇体耦合系统的声辐射特性。对泵喷-轴系-艇体的耦合模态特性、传递力、辐射声功率和指向性等开展分析。结果表明：声辐射以转子表面脉动压力的贡献为主；二阶轴频以上，纵向脉动压力的贡献占优；泵喷激励下，振动声辐射主要特征频率包括激励力特征线谱、艇体的纵振模态、转子同相振动模态(呼吸模态)、转子-轴系一阶纵振模态等；导管和定子脉动压力激励下振动声辐射响应峰值出现在叶频(blade passing frequency，BPF)和2倍叶频处，量级和转子表面脉动压力激励处于同一量级，但其和转子表面脉动压力共同作用时，由于相位相互抵消，响应幅值并没有显著增大。研究结果可为泵喷-轴系-艇体耦合系统振动声辐射的控制提供指导。

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黏度对微射流注射特性的影响

伍妮，曾栋坪，康勇

振动与冲击. 2021, 40(18): 10-14.

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为探究药物的黏度对微射流注射特性和注射效果的影响，配制不同浓度的甘油水溶液进行注射。利用高速摄影技术观察不同黏度液体射流的传播过程和雾化程度；通过压力传感器对射流的冲击压力进行动态测量；借助均质凝胶探究液体黏度对射流在凝胶中的扩散形状的具体影响。研究结果表明：液体黏度越大，射流扩散角越小，射流雾化程度越低；液体黏度对注射持续时间、波动段时间的影响较小，但稳定段压力随黏度增大呈上升趋势。黏度为18 MPa•s的液体在凝胶试验中的扩散形状深宽比小于其他黏性液体。因此，黏度为18 MPa•s的液体有利于药液的横向扩散，能带来更好的注射体验。

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基于局部共振理论的齿轮成形磨削纵弯谐振系统设计

郭星晨，赵波，尹龙，别文博，王晓博

振动与冲击. 2021, 40(18): 15-24.

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为获取超声磨齿纵弯谐振系统的有效设计方法，基于局部共振理论，对磨削系统中的大负载成形砂轮盘振动系统进行设计与研究。根据振动单元间的连续条件和边界条件，按照一体式设计思路建立纵弯谐振系统的理论模型和频率方程。基于该理论模型，利用MATLAB、ANSYS等分析软件对系统各部分尺寸参数进行设计与优化，并进行有限元模态分析、阻抗分析试验和超声谐振试验。仿真与试验结果表明，系统谐振效果和振型曲线输出比较稳定，振幅与理论仿真预期结果相符，且系统实测谐振频率、设计频率以及仿真频率之间误差维持在5%范围内，具有较好的设计精度。从而，有效验证了基于局部共振设计理论的砂轮盘纵弯谐振系统设计方法的可行性及准确性。

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基于VMD-RQA的直线振动筛激振力不平衡故障诊断

范伟，何越宙，王寅，陈华

振动与冲击. 2021, 40(18): 25-32.

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针对直线振动筛早期激振力不平衡故障难以诊断问题，提出了一种基于变分模态分解(VMD)和递归量化分析(RQA)的故障诊断方法。对振动信号进行VMD分解，将直线振动筛基频信号分离，并得到被淹没的各阶高频分量；绘制不同信号分量的动力特性递归图，计算递归图的量化指标，组成故障信号的非线性、非平稳性评价特征向量，将高维特征向量输入机器学习分类器中进行识别诊断，并与传统的特征提取方法比较。试验结果表明：在直线振动筛激振力不平衡故障现场，该方法所提取的特征参数具有最高识别精度，综合识别率为99.13%；且应用于旋转机械滚动轴承实例数据，综合识别率为99.38%，说明该方法具有一定的通用性和工程应用价值。

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逆滞流迷宫密封气流激振特性研究

王佳蓉，张万福，姜广政，杨兴辰，李春

振动与冲击. 2021, 40(18): 33-41.

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密封是透平机械减小泄漏的关键部件，其气流激振特性对转子系统稳定性具有重要影响。该研究基于计算流体力学与多频涡动密封动力特性系数识别方法研究逆滞流迷宫密封气流激振特性，计算分析逆滞流喷嘴结构参数及位置对迷宫密封动静特性的影响，揭示其抗气流激振机理。结果表明：逆滞流喷嘴能有效抑制周向流动，改善密封腔压力分布，提高系统稳定性；与传统迷宫密封相比，逆滞流迷宫密封具有更小交叉刚度k、更大直接阻尼C与有效阻尼Ceff，特别在低涡动频率下，效果更显著；相同结构参数逆滞流喷嘴的径向位置存在最佳值，当型心高度hc=1.65 mm(径向中心)时密封有效阻尼Ceff最大；增大喷嘴进口高度hin、减小进出口高度比例hout/hin均有利于提高系统稳定性；喷嘴进口高度hin=1.00 mm、进出口比例hout/hin=0.25、型心高度hc=1.65 mm为计算工况下最优结构，但泄漏量略有上升。

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轮心激励下车辆结构路噪传递路径分析

卢炽华，李永超，刘志恩，李秋悦，罗挺，徐艳平

振动与冲击. 2021, 40(18): 42-46.

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基于结构噪声传递路径分析的基本原理，建立在轮心加速度激励下整车NVH性能仿真分析CAE模型，探讨匹配传递函数的车内噪声峰值优化方法。以某SUV车型为研究对象，在襄阳试车场对整车60 km/h时速下的车内噪声和轮心加速度等参数进行测量，作为整车结构路噪分析模型的边界条件，获得了驾驶员右耳处车内噪声仿真值，其与试验数据基本吻合，在56 Hz和112 Hz存在明显噪声峰值。通过传递路径分析确定了112 Hz噪声峰值贡献量最大的路径，并对该路径悬架侧进行了振-振传递函数(VTF)分析，结合车身侧声-振传递函数(NTF)对其进行匹配优化，使112 Hz频率下噪声峰值降低8.45 dB(A)。

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基于改进型GDQ法FGM纳米梁的热-机耦合振动及屈曲特性分析

周凤玺，蒲育

振动与冲击. 2021, 40(18): 47-55.

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基于Eringen非局部线弹性理论，采用n阶广义梁理论(GBT)，应用改进型广义微分求积(MGDQ)法数值研究了初始轴向机械力及热载荷共同作用下功能梯度材料(FGM)纳米梁的耦合振动及耦合屈曲特性。考虑了材料性质的温度相关性，且温度沿梁的厚度方向按不同类型稳态分布，采用Voigt混合幂率模型表征FGM纳米梁的材料属性。在Hamilton体系下统一建立描述结构耦合振动及屈曲问题力学模型的控制微分方程。通过引入梁边界条件控制参数，实施了3种典型边界FGM纳米梁耦合振动响应MGDQ法求解的MATLAB统一化编程。基于屈曲与振动这两类静动态响应之间的二元耦联性，通过编写相应循环子程序用来获得屈曲静态响应。与已有研究结果对比表明：该分析方法切实可行、行之有效，极大地提高了计算效率。最后，分析了梁理论、边界条件、尺度效应非局部参数、初始轴向机械力、温度分布、升温、热-机耦合效应、材料组分梯度指标、跨厚比等诸多参数对FGM纳米梁振动及屈曲特性的影响。

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考虑参数非概率不确定性的碰摩转子非线性振动响应分析

马新星，张振果，华宏星

振动与冲击. 2021, 40(18): 56-62.

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转、静子碰摩故障严重影响燃气轮机运行安全性和可靠性，而非线性碰摩响应的不确定性是对其进行评估、预防或控制的重要制约因素。为此，考虑转静子间隙、转子不平衡量及接触刚度等参数的不确定性影响，建立含定点碰摩故障的燃气轮机双盘单轴转子不确定性动力学模型，研究碰摩振动响应特性及其参数影响规律。针对非光滑、不确定性转子碰摩动力学方程，利用谐波平衡法-时频域转换(HB-AFT)技术获取转子系统周期解，运用非嵌入式Chebyshev区间方法估计非线性振动响应的上、下界,从而快速量化各区间变量对响应不确定性的影响，并通过与传统Monte Carlo模拟对比验证了方法有效性和计算优势。数值结果表明，参数区间不确定性对碰摩转子全局幅频响应影响显著，可导致转/静子碰摩发生条件和严重程度的差异。研究结果可为燃气轮机转子碰摩故障提供参考依据。

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桥梁吊杆典型风致振动幅值响应质量阻尼效应研究

周帅，罗桂军，牛华伟，陈政清

振动与冲击. 2021, 40(18): 63-69.

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涡激共振与准定常驰振临界风速相近时，矩形杆件易发一种涡振与驰振耦合风致振动，区别于锁定区间涡振和发散性驰振，是一类响应幅值随风速的增加而线性增长的“软驰振”现象，质量、阻尼是影响耦合程度和估算幅值的关键参数。基于一组宽高比1.2∶1矩形截面杆件节段模型，通过调整模型系统等效刚度、等效质量和阻尼比，实现了Reynolds数一致情况下，相同质量不同阻尼比、相同阻尼比不同质量以及相同Scruton数不同质量、阻尼组合下风振响应对比试验研究。研究表明：耦合状态下，组成Scruton数的质量、阻尼参数对“软驰振”幅值响应的影响是独立的，权重相同；存在影响“软驰振”幅值响应Scruton数“锁定区间(12.4~30.6)”，“锁定区间”内，无量纲风速-幅值响应曲线线性斜率(Slope)不随Scruton数变化而变化，并存在一个使风致振动由耦合状态转变为非耦合状态的Scruton数“过渡区间(26.8~30.6)”；修正了“软驰振”响应幅值估算经验公式，可用于类似工程杆件设计风速范围内的幅值预测。

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基于相位调制的平稳非高斯桥面不平顺随机激励的模拟

陈水生，赵辉，李锦华，夏钰桓

振动与冲击. 2021, 40(18): 70-79.

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在逆傅里叶变换法生成平稳高斯桥面不平顺随机激励的基础上，建立随机激励过程相位角与高阶中心矩之间的关系，通过不断调整相位角大小来改变桥面不平顺的非高斯特征，多次迭代生成给定功率谱密度、偏斜度和峭度的平稳非高斯桥面不平顺随机激励；同时，根据现场实测的桥面不平度数据，采用相位调制法重构桥面不平顺随机过程。数值算例和实测桥面不平顺的重构结果表明，该研究基于相位调制生成的平稳非高斯桥面不平顺能够满足给定目标功率谱密度、峭度和偏斜度的要求且模拟精度较高。桥面不平顺的幅值分布区域和幅值最大值随着峭度的增大而增大；偏斜度越大，桥面不平顺正偏或负偏的幅值分布区域就越大。工程应用结果表明，超高斯桥面不平顺激励的车桥振动响应最大，高斯桥面不平顺次之，亚高斯桥面不平顺激励的车桥振动响应相对较小；车辆振动对非高斯桥面不平顺激励的敏感程度大于桥梁振动。

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蜂窝形抗冲击MEMS止挡结构的抗冲击仿真与试验研究

凤瑞，王炅，喻磊，郑宇，向圆，乔伟，王甫

振动与冲击. 2021, 40(18): 80-85.

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为了提高微机电系统(MEMS)器件的抗冲击能力，提出了一种蜂窝形MEMS止挡结构。设计了由两层不同孔径的蜂窝孔构成的蜂窝形MEMS止挡结构，并分析建立了简化数学模型，说明了通过改变蜂窝孔径可以实现止挡结构刚度的调节。基于典型的中间质量块的双端固支梁微结构，设计了相应的蜂窝形止挡测试结构，并在ANSYS仿真软件中进行了冲击仿真计算。采用机械冲击台和霍普金森杆对实际加工出的测试结构进行了冲击验证试验。试验结果表明：设计有蜂窝形止挡结构的中间质量块的双端固支梁MEMS结构可以承受至少3.2 万g冲击。采用蜂窝形止挡设计，避免了弹性梁式止挡结构的应力集中问题，提高了MEMS结构的抗冲击能力。

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一种自适应共振解调方法及其在铁路轴承故障诊断中的应用

刘文朋，杨绍普，李强，刘永强，顾晓辉

振动与冲击. 2021, 40(18): 86-93.

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共振解调是滚动轴承诊断中最具优势的方法之一，但解调频带的确定一直是一个巨大的挑战。针对基于传统峭度图方法在复杂干扰的工况下，往往无法正确识别出最优的共振频带进行包络解调的问题，该研究提出了一种基于自相关谱峭度图的自适应共振解调新方法。以滤波后平方包络信号的自相关谱的峭度值作为度量指标，生成一种新的峭度图。最后，通过对高速铁路轴承在空载、静载、动载三种不同工况下的实验信号和铁路货车轴承实验信号进行分析，验证了该方法在复杂工况下的有效性和优越性，具有较高的工程应用价值。

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基于履带环影响和功率谱方法的履带车辆振动响应分析

乔新勇，靳莹，段誉

振动与冲击. 2021, 40(18): 94-101.

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为了准确描述履带车辆振动特性，在考虑履带环影响的条件下研究分析了履带车辆的振动响应。通过分析履带模型的约束关系和行驶系统拓扑结构，建立完整的履带车辆行驶系统动力学模型。建立基于弹性连续体履带的履带环模型，采用特征值分析的方法计算履带环的固有振动特性；采用功率谱方法对比分析了柔性履带模型与刚性履带模型仿真结果，验证履带对车辆振动特性的影响；采用实车试验方法对所建模型的准确性进行了验证。结果表明：履带对车辆振动的影响主要包括履带环的低阶固有振动和与履带板节距相关的高频振动；一般工况下履带的振动能量占车辆系统整体振动能量的10％~25％。

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考虑惯容的多颗粒阻尼器等效力学模型及试验验证

黄绪宏，许维炳，王瑾，闫维明，陈彦江

振动与冲击. 2021, 40(18): 102-111.

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在现有多颗粒阻尼器(M-PD)等效单颗粒力学模型研究基础上，通过引入惯容考虑颗粒群滚动对M-PD减振效果的影响，建立了考虑惯容的等效惯性单颗粒模型(EISM)，并基于Runge-Kutta算法建立了简谐激励及地震激励下M-PD单自由度结构运动状态的完整求解算法。设计进行了M-PD控制下的单层钢框架振动台试验，探究了不同颗粒填充率对结构顶层位移频响曲线的影响，提出了非堆积状态下EISM参数取值原则，进而进行了EISM模型的试验验证及基于既有等效单颗粒模型的数值对比分析；在模型验证的基础上，基于EISM进行了自由振动、简谐激励及地震作用下减振效果分析及能量变化规律分析。模型验证及减振效果分析结果表明：相比较于现有等效单颗粒力学模型，EISM模型能够进一步反映M-PD减振效果及减振机理，且提出的模型参数取值原则更加适应于非堆积状态下的M-PD数值模拟；不同激励情况下M-PD均具有较好的减振效果，但在最优碰撞间距取值下现有等效单颗粒模型可能会高估M-PD减振效果。

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中厚圆柱壳振型的有限元超收敛拼片恢复解和网格自适应分析

王永亮

振动与冲击. 2021, 40(18): 112-118.

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该研究提出中厚圆柱壳振型的有限元(FE)位移超收敛拼片恢复方法，建立各阶振型的超收敛解，并基于振型超收敛解进行中厚圆柱壳自由振动的网格自适应分析。在给定有限元网格下，先应用常规有限元法(FEM)得到该网格下中厚圆柱壳频率和振型的有限元解，再引入超收敛拼片恢复方法和高阶形函数插值技术获得振型(位移)的超收敛解、通过计算Rayleigh 商获得频率的超收敛解，随后利用振型超收敛解估计有限元解在能量模形式下的误差，根据误差进行网格细分加密并生成新网格，重复该过程，直到获得优化的网格和满足预设误差限的高精度解答。数值算例表明，该算法适于求解多类边界条件、环向波数和厚长比的中厚圆柱壳连续阶频率和振型，求解过程可靠有效、解答精确。

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一种单参变量Bernstein序列及其在含变分数阶非线性边界值问题中的应用

王春秀,周星德，方立雪，金奕潼，石贤增

振动与冲击. 2021, 40(18): 119-123.

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针对含变分数阶的非线性边界值问题(NBVP)，通过每项增加一个参变量的方式，该研究提出了一种含单参变量Bernstein序列(SBS)，把其用于问题的求解，具体过程如下：引入单参变量构造SBS，进而把变分数阶项转换为以SBS为基的多项式表示；对于非线性边界值问题，目标函数中的积分采用高斯勒让德积分方法近似表示；考虑到非线性优化时存在多解现象，引入遗传算法以期同时获得所有次优解，进而以次优解作为初始值，采用软件MATLAB优化模块获得最优解；给出二个仿真实例。从计算结果来看，该方法求解的精度与Hassani等的研究结果一致，且均比采用同样项数的Bernstein多项式精度高。

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不同材料非线性组合对重力坝抗震能力的影响

刘智，赵兰浩，刘勋楠，胡国平，周清勇

振动与冲击. 2021, 40(18): 124-131.

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抗震能力分析是重力坝抗震设计中的关键环节，地震过程中各类非线性行为耦合机制十分复杂。基于库水-坝体动力相互作用、坝体-地基材料非线性以及钢筋-混凝土耦合作用等非线性行为，组合设立三类仿真分析条件，建立循环荷载下考虑滞回效应的混凝土损伤模型和考虑动态黏结滑移性能变化过程的钢筋混凝土分离式模型，以金安桥重力坝非溢流坝段为例，研究不同材料非线性组合对重力坝抗震能力及失效破坏模式的影响。研究结果表明：在所给定的相同标准谱人工地震波荷载作用下，坝体局部配筋将提升重力坝极限承载能力，且钢筋限裂作用显著，同时钢筋混凝土的相互作用将有效抑制结构失效破坏后的灾变演化加剧；计入地基损伤将进一步提升大坝极限承载能力，坝体的损伤演化路径与损伤分布面积有明显改善；并且坝体-地基系统整体质量和刚度的变化对大坝位移响应幅值影响明显，其中质量与位移响应正相关，刚度与位移响应负相关。

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砂垫层隔震村镇建筑抗震性能振动台试验研究

徐文杰，袁康，李英民，苟欣

振动与冲击. 2021, 40(18): 132-139.

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砂垫层隔震技术因其在隔震同时可消除地基冻胀影响而适用于中国北方高地震烈度区的农村低层建筑。为研究砂垫层隔震结构的抗震性能，制作了普通抗震结构和砂垫层隔震结构2个两层砌体房屋的1/4缩尺模型，对其进行了振动台试验，对比研究了在不同地震动输入强度下2种结构的动力特性演变规律和动力响应特征。研究结果表明：普通抗震模型在7.0度罕遇地震时发生底层集中塑性变形的剪切破坏；砂垫层隔震模型依靠砂垫层的塑性变形发挥隔震作用，直至8.5度罕遇地震时模型发生剪切型破坏。从加载初期（6.0度设防地震）到普通抗震模型临近退出工作期间（7.5度设防地震）来看，砂垫层隔震模型在X向和Y向的自振频率下降量较普通抗震模型小，动力放大系数和层间位移均明显更小，与试验现象表现出的结构几乎没有损伤一致，表明砂垫层能够有效降低上部结构地震输入，具有良好隔震效果。

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含沙空化对轴流泵内压力脉动特性的影响

林鹏，向林嵚，胡东，翟松茂，郭鹏程，王舒

振动与冲击. 2021, 40(18): 140-147.

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为了阐明含沙量、粒径、空化等因素对轴流泵内部压力脉动特性的影响，分别在清水、含沙水、清水空化及空化与泥沙磨损联合作用下，采用SST k-ω 湍流模型对轴流泵内部压力脉动特性进行数值模拟分析，得到以下结论：泥沙的加入会加剧压力脉动，且促进空化的发展；叶轮出口处脉动系数均大于进口处，说明除空化外，叶轮与导叶的动静干涉是引发压力脉动的一个主要因素，且空化会增大压力脉动，对泵的振动造成不利影响；压力脉动引发的振动信号主要频率成分包括2.5 Hz,10 Hz和20 Hz，与水泵的转频2.5 Hz，叶频10 Hz及其二倍频20 Hz保持一致。

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基于车轮磨耗和舒适度的CRH3型动车组型面优化研究

祁亚运，戴焕云，干锋，魏来，桑虎堂

振动与冲击. 2021, 40(18): 148-155.

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随着我国高速列车运营里程不断增大，车辆车轮磨耗日益突出，旅客舒适度近一步降低。车轮磨耗带来的次生问题已经严重影响着我国高速铁路运营的经济性。而这些问题的核心在于轮轨接触关系的变化，该研究在原有车轮型面的基础上，采用了旋转压缩微调法进行车轮型面设计。以车轮踏面磨耗和舒适度为优化目标，采用Kriging代理模型（KSM）和粒子群优化（PSO）算法优化出最优型面。并对优化后型面的轮轨接触特性，动力学特性和车轮磨耗进行仿真分析。结果表明：优化后型面其轮轨接触点分布更加均匀，轮轨最大接触应力进一步减小；同时其临界速度进一步提高，增大了35km/h；在直线和曲线工况下，横向平稳性指标有了进一步降低；优化后型面其轮轨磨耗性能进一步提高，最大磨耗深度减小13.4%。

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基于多复域的频响函数灵敏度分析

田宇，曹芝腑，姜东

振动与冲击. 2021, 40(18): 156-163.

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频响函数灵敏度分析被广泛应用于结构模型修正、损伤识别及振动控制等领域。考虑结构频率响应中已存在虚部，该研究提出了一种基于多复域的频响函数灵敏度分析方法。首先，构造设计参数所在的复域，并在该复域上对设计参数进行虚部摄动。然后，将多复域上的运动控制方程与灵敏度分析方程扩展为实数矩阵表达，实现频率响应与设计参数所在复域的解耦，从而同步求解结构的频响函数及对应的灵敏度。最后，以多自由度弹簧质量系统与GARTEUR桁架结构为研究对象进行数值仿真分析，验证多复域频响函数灵敏度分析方法的正确性。结果表明，相较于传统的实数域有限差分法，多复域方法具有更高的分析精度，且所提方法对参数摄动量减小引起的误差不敏感，该方法能够为复杂结构的频响函数灵敏度分析提供更加准确的结果。

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基于层间分离的玻璃钢夹砂管渐进损伤仿真与强度计算

王清洲，孙言文，肖成志，魏连雨

振动与冲击. 2021, 40(18): 164-173.

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为研究多夹砂层结构玻璃钢夹砂管在荷载作用下的损伤进程及破坏机理，提出基于层间分离和渐进失效模型管涵数值计算模型和强度计算方法。采用双线性本构模型和B-K断裂能损伤演化准则的内聚力表面建模技术模拟层间分离，同时采用Rafiee材料刚度退化准则构建管涵结构的渐进失效计算模型，进而考虑夹砂层厚度和夹砂层层数等参数变化对结构强度的影响，明晰了管涵失效机理和各层应力变化规律。结果表明：荷载作用下裂缝首先出现在管壁外侧层间以及存在缺陷的薄弱位置，随后管涵经历层间分离、夹砂层破坏、缠绕层破坏等过程，直至发生屈曲失稳；增加单层夹砂层厚度对提高管涵强度有利，相同厚度的偶数加砂层管壁结构的力学性能明显优于奇数砂层结构。

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3003H18铝合金蜂窝夹芯板超声疲劳试验研究

王长凯，陈煊，程礼，丁均梁, 王博涵

振动与冲击. 2021, 40(18): 174-182.

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蜂窝夹芯材料在航空工业领域具有广泛应用，其长寿命疲劳问题也日益凸显。针对航空常用3003H18铝合金蜂窝夹芯板，采用ABAQUS商业有限元软件研究其超声疲劳试件设计方法及尺寸对固有振动频率的影响。同时利用超声疲劳试验系统对试件进行加载以确定该方法的可行性及试验效果。结果表明：试件长度和芯子厚度对固有振动频率有显著影响，当长度减小以及芯子厚度增大时试件振动频率变大，在此基础上得到振动频率与试件尺寸的经验公式；设计后的铝合金蜂窝夹芯板试件能够与超声疲劳系统在20 kHz频率下发生谐振，满足试验要求；对疲劳加载过程中试件底端振幅进行实时测量，发现蜂窝板底端输出振幅明显小于系统输入振幅，具有良好的吸能特性；采用光学显微镜对失效试件进行观察，发现其主要失效模式为芯子的破坏与面板-芯子脱胶。

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三维离散支承浮置板轨道动力响应频域模型研究

谭新宇，刘卫丰

振动与冲击. 2021, 40(18): 183-189.

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基于欧拉梁理论、Kirchhoff薄板理论和无限周期结构理论，建立三维离散支承浮置板轨道动力响应频域模型。钢轨和浮置板的位移均通过模态叠加法进行表示，其中浮置板振型函数由双向梁振型函数组合得到。利用移动谐振荷载作用下无限周期结构理论及振型函数正交等性质，通过求解轨道在一个周期内的动力响应，进而得到无限长轨道上任一点的动力响应。该研究对二维、三维模型的计算结果进行对比，并对左右钢轨作用激振频率不同的单位移动谐振荷载时浮置板轨道的动力响应进行研究。结果表明：移动谐振荷载作用于左侧钢轨时，由于浮置板和钢轨的耦合作用，会同时激发右侧钢轨的振动，且右轨振动响应的频域特征与浮置板振动响应特征较为相似；当两钢轨上荷载的激振频率不同时，较低激振频率的荷载作用侧的轨道振动响应更为强烈。

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加筋复合材料层合板的自由振动特性与优化

梁浩锋，夏飞，金福松，石陈玉，薛江红

振动与冲击. 2021, 40(18): 190-196.

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该研究运用层合板理论对纵横双向加筋复合材料层合板的自由振动问题进行了理论研究。基于Kirchhoff-Love假设和复合材料结构力学，推导了层合板的本构方程，运用热力学第二定律和瑞利-里兹法建立了四边简支加筋层合板自由振动固有频率的特征方程。通过编写MATLAB软件程序，分析了加筋数目和加筋横截面几何参数的改变对加筋层合板固有频率的影响，所得的理论解与ABAQUS软件有限元结果非常吻合，验证了理论解的正确性。根据参数分析所得的结果，提出了层合板加强筋的优化方案。该研究方法避免了求解平衡微分方程时必须考虑的各个加强筋与层合板之间的耦合作用，大大简化了繁琐的推导过程，节省了计算量，更为主要的是，该方法可以准确地分析当层合板被由不同材料制作、具有不同横截面几何形状、不等间距排放的加强筋增强后的自由振动特性，为航空航天先进复合材料的结构设计和力学分析提供有力的技术支持。

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一种基于状态空间模型的结构振动模态轨迹提取方法

周胡，钱忠文，王滨2，高树健，刘福顺

振动与冲击. 2021, 40(18): 197-203.

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海上风电结构在运行过程中由于受到复杂的海洋环境作用，不可避免地会发生机械故障。而风机结构模态轨迹包含了丰富的结构运行状态信息，是判断海上风电结构是否发生故障的重要技术手段。但是在真实的海洋环境中很难找到固定的参考点测量结构的位移信息，而直接对加速度积分会导致得到的位移信息产生虚假漂移。该研究发展了一种基于低阶状态空间模型的海上风电结构模态轨迹计算方法，首先通过复指数分解方法对实测的加速度信号进行分解，通过引入低阶状态空间模型将计算中的高阶微分方程转化为低阶矩阵微分方程，克服了传统复指数分解方法对噪声敏感的病态问题，极大地提升了分解精度，然后通过求解得到的复指数参数得到位移中的模态信息，实现海上风电结构的运动监测。该研究首先通过五自由度数值模型验证了提出方法的正确性，并通过单桩海上风电结构的实测数据验证了算法在处理实测信号的有效性。结果表明所提出的方法可以为海上风电结构的模态轨迹计算提供理论指导，具有潜在的工程应用价值。

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基于多尺度深度卷积神经网络的故障诊断方法

卞景艺，刘秀丽，徐小力，吴国新

振动与冲击. 2021, 40(18): 204-211.

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针对机电装备故障诊断需要大量专家经验、故障特征识别困难的问题，在一维深度卷积神经网络基础上进行改进，构建多尺度一维深度卷积神经网络(M1DCNN)，提出基于多尺度一维深度卷积神经网络的故障诊断方法:首先在网络输入层构建多个含有不同尺寸卷积核通道的特征提取层，对一维时序信号中故障特征进行多尺度特征提取，丰富智能体诊断信息，将所提取特征通过输入到包含多尺寸卷积核以及多样池化层中进行特征处理，最后合并多通道所处理的特征，使网络完成自我学习，从而实现故障诊断。将该方法应用到西储大学轴承故障数据及行星齿轮箱的故障数据诊断实验，结果表明该方法具有诊断精度高、鲁棒性强的特点，相较于一维卷积神经网络准确率提高1.25%，与反向传播神经网络、循环神经网络相比准确率平均提高3%以上，对网络特征提取效果进行可视化分析，结果表明该方法特征提取效果与诊断精度优于一维卷积神经网络。

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基于多尺度卷积神经网络的滚动轴承故障诊断方法

许子非，金江涛，李春

振动与冲击. 2021, 40(18): 212-220.

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为提升滚动轴承在大噪声、变载荷及复杂工况下故障诊断的准确率，考虑被采信号具有时间多尺度特性，提出多尺度卷积神经网络（MTSC-CNN），开发一种“端到端”的故障诊断系统。为验证MTSC-CNN方法的有效性，通过实验数据，对11种含故障类型、损伤程度不同以及4种存在故障混合的轴承状态进行识别。结果表明：考虑单一时间尺度提取时，因信息缺失导致模型性能欠佳；过多的时间尺度将产生信息过提取，继而增加模型复杂度，且弱化模型诊断能力。与现有方法相比，MTSC-CNN模型在复杂环境下性能更佳。此外，基于可视化技术，表明由于不同尺度所学习特征存在互补性，而使模型具有较强的鲁棒性。

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踏板耦合式电动助力器踏板脚感抖动抑制研究

刘金刚，肖培杰，傅兵，王高升，陈建文

振动与冲击. 2021, 40(18): 221-227.

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电子液压制动(EHB)系统用踏板耦合式电动助力器的助力电机在堵转控制下，其扭矩脉动容易引起制动踏板抖动，是影响驾驶员踏板脚感舒适度的主要因素之一。为此，以“无刷直流电机+二级减速器+齿轮齿条”作为助力源，开展了其踏板脚感抖动抑制研究。基于某踏板耦合式电动助力器，建立了其数学模型，通过对理想的踏板位移与主缸油压曲线进行分析，提出了一种电动助力器踏板脚感抖动抑制方法；在无刷直流电机三闭环控制的基础上，采用电机转角对助力器进行实时补偿的技术方案，并对电机转角补偿项进行了量化，设计了电动助力器踏板脚感抖动抑制算法；并在MATLAB/Simulink平台上搭建了该助力器的仿真模型，仿真结果验证了所提出的踏板脚感抖动抑制方法的可行性。研究结果表明，该方法不用增加任何附加成本，能够改善制动踏板脚感，降低制动主缸油压的稳态误差。

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转速波动对冷轧扭转颤振稳定性的影响

赵武，刘志伟，黄丹

振动与冲击. 2021, 40(18): 228-236.

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考虑冷轧薄板工艺中，冷轧机的主传动系统的转速波动诱发的非线性扭振效应。运用最大Lyapunov指数、双参分布、图胞映射等方法，研究非线性扭转颤振系统的单参分岔、双参分岔、混沌以及多初值条件的吸引子流形转迁等非线性动力行为和特征；通过分析双参分岔，获得系统在双参数匹配变化时的稳定运动区间；通过分析多初值条件下吸引子运动流形边界变化，获得吸引子、吸引域的分布图。数值仿真的结果明确了转速波动激励下的系统扭转振动的发展趋势和系统稳定与不稳定运动的切换条件和参数匹配区间，这为工程实践中避开混沌运动区间和轧制工艺参数优选提供了理论依据。

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十二次二维准晶圆形弧段裂纹的热应力分析

马园园，赵雪芬，丁生虎

振动与冲击. 2021, 40(18): 237-249.

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利用复变函数方法，针对十二次二维准晶圆形弧段界面多裂纹的热应力问题进行分析。结合柯西型积分、分区全纯函数理论、广义Liouville定理、Riemann-Schwarz解析延拓定理以及复应力函数奇性主部分析，导出了集中热源作用于基体内任意一点时夹杂内外温度场、声子场及相位子场的一般复势解。所得结果与已有结果进行了对比，验证了该方法的有效性。数值算例讨论了夹杂半径、点热源强度对应力及裂纹尖端应力强度因子的影响规律，以期更好地指导准晶材料的设计和应用。

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面向满应力准则的非线性连续结构截面尺寸优化设计理论与分析

吴山，何浩祥，周钰婧

振动与冲击. 2021, 40(18): 250-257.

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目前的连续体优化设计通常局限于局部优化和材料拓扑优化，工程应用可行性偏弱。此外，基于满应力的优化设计对复杂荷载形式和材料非线性特征的考虑不够充分，无法直接指导结构弹塑性优化设计。基于工程结构的力学特征、几何形状和荷载模式，探究连续体的截面及形状优化的理论方法和力学解析解具有重要的理论和工程价值。将工程结构等效为变截面连续悬臂梁，将风荷载和地震作用等复杂荷载简化为均布荷载、倒三角荷载和与惯性力相关荷载三种荷载分布形式，针对具有圆环形和箱形等典型横截面的结构，根据满应力理念将结构沿高度方向应力相等或相近作为优化目标，通过建立截面弯矩的不同表征形式并考虑材料非线性研究面向满应力优化的连续结构截面优化理论和解析形式。同时给出结构最优刚度分布解析表达。通过有限元分析对理论方法和结果的正确性进行充分验证，研究结果表明：在结构弹性阶段及塑性阶段，按解析解结果设计截面尺寸的结构均可实现满应力理念；在静力和动力作用下，优化结果均有良好效果；不同荷载形式和截面类型下的最优截面尺寸分布及最优刚度分布是不同的，应根据工程需求进行具体优化设计。

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基于整车十自由度模型的商用车驾驶室半主动悬置系统研究

桂航，钟绍华，张艺腾

振动与冲击. 2021, 40(18): 258-264.

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商用车驾驶室采用阻尼可调式半主动悬置能使车辆在各种行驶工况下得到较好的乘坐舒适性。以往研究以驾驶室悬置作为隔离体来单独研究其控制策略，控制精度较低，通过整合整车其他振动系统，建立了轮胎-主悬架-驾驶室悬置的整车十自由度振动模型，并以此为基础研究驾驶室半主动悬置系统的控制算法。考虑到系统滞后特性及算法特性，采用Smith-PID和模糊自适应PID两种算法进行研究，结果表明基于两种算法所设计的控制器均能有效抑制驾驶室的振动响应。其中模糊自适应PID比Smith-PID在控制驾驶室振动响应方面更优越、控制力曲线更平滑、PSD曲线峰值抑制效果更好，以上结果均在路面试验中得到验证。

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基于动态啮合力的人字齿轮摩擦因数分析

王云，杨为，唐小林

振动与冲击. 2021, 40(18): 265-272.

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计及时变啮合刚度、传递误差及摩擦力等对人字齿轮副动力学特性的影响，建立了人字齿轮副平移-扭转振动分析模型。在获得动载荷的基础上，结合混合弹流润滑理论计算了混合弹流润滑摩擦因数。基于Block闪温理论研究了齿轮啮合过程中的齿面温升效应，获得了齿面温升沿啮合线的分布规律。分析了齿面温升、齿面粗糙度和载荷对齿面摩擦因数的影响规律。研究了人字齿轮在耦合和非耦合状态下的振动特性。结果表明，齿面摩擦对齿轮系统的动态响应有影响，由摩擦导致的齿面温升对摩擦因数影响较大。

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声流理论及其传热传质研究现状与展望

杨延锋，姜根山，于淼，姜羽，刘月超

振动与冲击. 2021, 40(18): 273-285.

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声流现象作为非线性声学中重要的物理问题在国内一直未得到应有的重视，既无专著又无综述性文章介绍。鉴于此，该研究较为全面地介绍了声流的概念及基本理论、研究方法和工程应用，并分析总结了国内外对声流的研究现状，使读者能系统性地了解声流的对象、方法、原理和实际应用——特别是声流效应在促进传热传质过程中起到的重要作用。

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基于贝叶斯优化的SWDAE-LSTM滚动轴承早期故障预测方法研究

石怀涛，尚亚俊，白晓天，郭磊，马辉

振动与冲击. 2021, 40(18): 286-297.

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针对滚动轴承的早期故障特征较弱，在强噪声背景下难以有效提取以致生命周期很难准确预测的问题，提出了一种基于贝叶斯优化（BO）的滑动窗堆叠去噪自编码器（SWDAE）和长短期记忆（LSTM）网络的早期故障预测模型。使用滑动窗算法保留具有非线性特征和时序特征的历史正常数据，输入到模型中进行训练，使模型学习滚动轴承的正常运行状态趋势。将滚动轴承运行的数据输入到训练好的SWDAE-LSTM模型中进行实时在线监控，利用模型的预测值与真实值的残差检测滚动轴承早期故障。针对模型超参数组合选择困难的问题，使用贝叶斯优化算法对模型的超参数进行调优。最后，使用美国辛辛那提大学智能维护中心(IMSCenter)的轴承全生命周期数据以及机械故障综合模拟实验装置获取的数据进行仿真实验验证。结果表明，使用贝叶斯优化算法进行智能调参的模型和基于时域指标的方法对比，可以更早的有效检测出滚动轴承的早期故障并具有很强的鲁棒性。与其余深度学习方法比较，其模型的诊断准确率高于其他方法，进一步证明了其有效性和可靠性。

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超小净间距小角度立体交叉上跨隧道加速度响应振动台试验研究

吴红刚，牌立芳，庞伟军，何长江，张雄伟，李德柱

振动与冲击. 2021, 40(18): 298-306.

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受地形、地质条件及线路走向等因素的限制，隧道近接交叉的净间距越来越小，工程问题越来越复杂。该研究以草莓沟1#和盘道岭立体交叉隧道为例，完成3种激振工况的振动台试验，重点分析受下穿隧道影响，上跨隧道拱顶和仰拱加速度动力响应特征，结果表明：上跨隧道仰拱受相邻隧道波场效应影响，受震有效持续时间更长；受下穿隧道影响，上跨隧道拱顶轴向峰值比表现出更为明显的非线性、非平稳性增大的特点；对隧道结构影响较大卓越主频段集中在2~8 Hz和12~20 Hz，卓越频率取值为5.95 Hz，16.32 Hz；位移卓越频率与加速度响应有差异，宜鼓励提高结构阻尼性能，阻尼比建议值取为20%。研究结果可为立体交叉隧道的抗震设计提供新思路。

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典型航空器结构抗冰雹、仿真鸟弹冲击特性及其对比研究

张宇，王彬文，白春玉，刘小川，郭军

振动与冲击. 2021, 40(18): 307-314.

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为研究典型航空水平安定面和机翼前缘结构抗冰雹和仿真鸟弹冲击特性，通过D80空气炮系统开展相关试验，研究弹体速度和结构类型对抗冰雹、仿真鸟弹冲击特性的影响，并基于经验证的有限元模型，开展机翼前缘结构抗等动能冰雹、仿真鸟弹冲击对比研究。结果表明：随着弹动能的增加，撞击凹坑深度及塑性变形区域越大，且远远大于弹的直径；撞击后不同规格机翼前缘结构变形趋势一致，但前缘曲率越大，凹坑深度及塑性变形区域越大；在等动能弹冲击下，仿真鸟弹和冰雹在典型航空器结构上形成的凹坑形式及撞击力-时间曲线趋势是一致的，但仿真鸟弹撞击凹坑尺寸及撞击力载荷峰值更大。因此，同等条件下仿真鸟弹的威胁性更大，结构设计中需作为主要考虑因素。

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刊出日期：2021-09-28

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