振动与冲击

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胡相捧，刘新华

振动与冲击. 2021, 40(19): 1-11.

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惯性力对液压支架这种重型机械的稳定性的影响不容忽视。基于达朗贝尔原理建立了液压支架稳定性力学模型，采用数值计算分析了支架静态稳定性和动态稳定性的影响因素，给出了增加支架稳定性的方案，对优化方案进行了验证。结果表明：顶梁质心位置对支架稳定性的影响最为明显，其他因素依次为掩护梁质心位置、前连杆质心位置、后连杆质心位置、支架高度；顶梁和掩护梁质心位置越靠近顶掩铰接点方向，越有利于支架的稳定性，但应兼顾支架的整体质心位置；前、后排立柱同时升降，且两者的加速度达到合理的匹配有助于提高支架的稳定性；采取滞后支护方式以缩短顶梁长度、立柱上腔加装单向锁和安全阀、保证系统稳压供液都能改善支架的稳定性。该研究为四柱液压支架的优化设计提供理论指导。

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钢轨件磨耗状态下高速道岔达速运行适应性研究

王璞，王树国，杨东升，司道林

振动与冲击. 2021, 40(19): 12-17.

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对实际运营条件下高速道岔钢轨磨耗廓形进行了测试。基于实测数据建立了高速车辆-道岔耦合动力学计算模型，对现行速度条件下岔区钢轨件磨耗对列车过岔动力性能的影响进行了仿真分析，进而对磨耗状态下高速道岔达速运行的适应性进行了探究。结果表明：长期运营条件下，高速道岔尖轨、基本轨、翼轨、心轨均出现了不同程度的磨耗，导致轨头廓形及钢轨件之间的相对位置关系较初始状态发生了较为明显的变化;钢轨磨耗状态下列车进岔时所产生的轮轨冲击作用提前了，转辙器区轮载过渡规律发生了明显的改变，列车通过辙叉区时轮轨的相互作用及安全性参数均增加，列车进岔后轮对蛇行运动趋势增大，导致出岔后发生轮缘接触，轮对及车辆振动也呈加剧的趋势，随着磨耗程度的加深，列车过岔时轮轨磨耗发展速率逐渐减缓，道岔钢轨磨耗发展呈逐渐收敛的趋势；道岔钢轨磨耗状态下，列车过岔速度的提升进一步压缩安全和疲劳性能裕量，并且会改变道岔钢轨件磨耗发展的收敛趋势。磨耗状态下高速道岔虽能适应达速运行条件，但需重点关注钢轨件的进一步磨耗和部件伤损加速的情况。

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基于“等功”原理的滚动体导向面设计方法及振动性能分析

荣伯松,宋现春,王继坤,姜洪奎

振动与冲击. 2021, 40(19): 18-25.

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滚柱直线导轨副工作时，滚柱进出承载区会引起滑块振动及摩擦力变化。为了控制及减小这种变化，对滑块的轨道导向面的结构设计方法展开研究，结合滚柱进入承载区受力形变的原理，建立了一种基于“等功”原理的导向面计算模型，推导出导向面的参数方程，通过试验对改进设计的导轨副振动性能进行测试分析。结果表明，优化后的滑块轨道导向面可有效降低滑块的振动及运动噪声。

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基于SKF-KF-Bayes的滚动轴承剩余使用寿命预测方法

许艳雷，邱明，李军星，刘璐，牛凯岑

振动与冲击. 2021, 40(19): 26-31.

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准确预测滚动轴承的剩余使用寿命(remaining useful life,RUL)对机械设备安全可靠运行有着至关重要的作用，针对滚动轴承寿命预测中存在的
未能准确区分滚动轴承退化阶段与如何有效地利用历史退化数据与实时监测数据等问题，提出了一种SKF(switching Kalman filters)、KF(Kalman filters)和Bayes结合的滚动轴承性能退化建模与剩余使用寿命预测方法。结合滚动轴承振动信号性能监测数据，采用SKF方法识别出轴承性能退化的变点；利用随机效应指数退化模型描述轴承性能退化过程，结合同类轴承性能数据给出模型未知参数极大似然估计；利用KF单步预测对当前时刻监测数据进行修正，基于Bayes方法对模型中的随机参数进行实时更新，推导出轴承剩余使用寿命分布模型，计算滚动轴承剩余使用寿命；通过对滚动轴承试验数据分析，验证了该方法的适用性和有效性。

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多卡箍支撑的管路系统振动特性半解析建模及支撑位置优化

刘旭东，孙伟

振动与冲击. 2021, 40(19): 32-40.

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在航空发动机管路系统动力学设计中，需尽量避开发动机的激振频率(主要是高压及低压转子系统的工作频率)以提升管路系统的工作可靠性。以一个多卡箍支撑的单管路系统为对象，提出基于粒子群算法实现卡箍优化布局进而有效避振的方法。考虑到该系统属于超静定结构，这里提出将管体和卡箍分开建模的方法。首先对自由边界条件下管体建模，再将卡箍以弹簧形式引入到管路系统，同时，在建模过程中提出用非均匀分布弹簧组模拟卡箍支撑以提升模型的分析精度。以卡箍位置为设计变量，创建了以同时避开两个激振频率为目标的管路卡箍布局优化模型，进一步给出了应用粒子群算法优化管路卡箍布局的计算过程。经实例研究，用试验校验了创建的半解析模型的合理性，该优化方法获得了避开两个激振频率时卡箍的优化布局。

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基于wMPS测量刚性结构振动频率的可行性研究

熊春宝，白洪志，王猛

振动与冲击. 2021, 40(19): 41-47.

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工作空间定位系统(wMPS)是一种基于光电扫描的新型网络式大尺寸三维坐标测量系统，具有精度高、动态性好、并行测量的优势，是针对工业测量中大尺度结构开发的仪器。针对全球卫星导航系统(GNSS)、自动全站仪（RTS）等大地测量设备无法完全满足人形天桥等小型刚性结构的固有参数测量的问题，把wMPS引入结构健康监测领域中。采用逆向工程法建立试验台模拟结构振动频率，应用快速傅里叶变换(FFT)分析随时间序列变化获取的位移数据来确定wMPS测量结构固有参数的可行性及其测量范围，并采用GNSS-RTK进行对比试验分析。试验结果表明，wMPS能识别结构固有参数，当位移幅值大于3 mm小于30 mm时可以识别到4 Hz的频率，为相对刚性结构健康监测提供了新的参考途径。

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柔性轴-盘转子系统的等频线及其振动特性研究

唐进元，冯俊易，关先磊

振动与冲击. 2021, 40(19): 48-58.

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主要研究柔性轴-盘转子系统频率突变问题，探究系统参数与频率突变的关联规律。首先以数学方法推导柔性轴-盘转子系统的动力学模型，采用有限元法和假设模态法对系统进行离散化，导出微分方程组，并验证了所建立动力学模型的正确性。为研究固有频率的突变现象，对无量纲参数(转轴半径ri、转盘外半径rD、转盘厚度hD和转盘位置lD)进行参数化分析，发现了柔性轴-盘转子系统的固有频率的等频线现象。在等频线上，零转速条件下的系统固有频率对参数
rD或lD的变化不敏感，基本保持不变。用坎贝尔图和模态图进一步揭示在等频线上的rD和lD的参数变化对柔性轴-盘转子系统振动特性影响的差异。

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隧道爆破振动信号时频谱交叉项干扰抑制方法

付晓强，俞缙，戴良玉，秦双双

振动与冲击. 2021, 40(19): 59-65.

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针对爆破振动信号时频谱中普遍存在的交叉项干扰难题，采用匹配追踪(matching pursuit，MP)和平滑伪魏格纳分布(smooth pseudo Wigner-Ville distribution,SPWVD)组合算法对实测隧道爆破振动信号进行了时频谱交叉项抑制和特征提取。根据信号稀疏表示和MP理论，构造与信号特征匹配的过完备稀疏原子库。通过MP分解实现子信号的原子重构，对重构子信号分别求取SPWVD分布并叠加，从而获得爆破信号更为精确的时频表达。分析结果表明：匹配追踪-平滑伪魏格纳分布(MP-SPWVD)组合方法可精准弱化并抑制爆破振动信号中包含的交叉项干扰成分，改善了信号时频辨识度并提高了时频特征解析能力，验证了将其用于信号时频分析的精度和有效性。组合算法适用于爆破振动信号时频特征提取过程。

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动力吸振器在声黑洞单元中的放置位置对减振效果的影响

贾秀娴，赵剑，杜宇，于野

振动与冲击. 2021, 40(19): 66-70.

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声黑洞(ABH)效应是通过将板结构厚度按特定规律改变以逐渐降低振动波在板内的传播速度，从而实现将能量聚集于某特定区域的现象;
ABH近年来在控制结构振动和噪声方面得到较多的研究。以排列有(2×2)个声黑洞单元的板结构为研究对象，通过射线声学理论建立了在其等效二维板结构中弯曲波传播的轨迹模型;探讨了不同入射角度下声黑洞结构对弯曲波的聚焦位置;发现当声黑洞单元最小厚度不为0时，其聚焦位置可能不在声黑洞单元的几何中心;对此类声黑洞单元板使用多个动力吸振器(DVA)进行振动控制并采用数值搜索技术对其进行参数优化;在此基础上，研究了动力吸振器的放置位置对减振效果的影响。通过对比发现，参数优化后的动力吸振器在峰值处及其附近宽频带范围内均有非常显著的减振效果。

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重载铁路胶接绝缘接头处轨道振动特性

刘光鹏，肖宏，杨松林，张智海

振动与冲击. 2021, 40(19): 71-79.

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胶接绝缘接头是重载列车准确定位和区间信号传递的重要基础设施，但由于接头是线路的薄弱部分，易产生伤损病害导致轨道结构动态作用增大，为研究病害接头和新装接头对轨道结构的振动影响特征，在重载线路上进行了接头病害的静态测试调研和现场行车试验，分析了重载列车作用下病害接头和新接头对轨道结构振动传递、分布及频谱特征影响规律。结果表明，病害接头在长期动载作用下行车方向下侧钢轨出现了明显的低塌和钢轨硬弯病害。列车动载引起的轨道结构振动峰值分布具有随机性，整体上病害接头处钢轨振动峰值分布服从ln N分布，而新接头的服从N分布，两种接头处轨枕服从双峰分布。病害接头处轨道振动明显较新接头大。从反映冲击特性的峭度值来看，病害接头钢轨峭度值远大于3，存在较强冲击振动，而新接头处小于3，无冲击振动。车轮驶过接头轨缝，在迎轮侧钢轨病害接头会产生两次较大振动峰值，而新接头只有一次振动峰值。车轮动载会激发病害接头轨道结构高频振动，尤其在钢轨和道床中存在1 500 Hz以上的高频振动。随着车速的增大，接头处轨道结构振动相应增大，但各部位的增大趋势并不完全相同。

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基于设计地震动的斜入射波时程确定方法对土石坝地震响应的影响

王飞,宋志强,刘云贺,张剑峰

振动与冲击. 2021, 40(19): 80-88.

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基于设计地震动的斜入射波时程确定方法对土石坝的地震响应有显著影响，分析了斜入射P波和SV波时程按均质岩体在平坦地表水平向设计地震动1/2调幅，获得这种常用方法及其适用性。在P波和SV波组合斜入射前提下，考虑两者对半无限空间自由场的共同作用，建立了空间任意点自由场分量表达式，基于控制点自由场分量与设计地震动分量相同的原则，建立了入射波时程与入射角度的函数关系，提出了基于两向设计地震动的入射波时程确定方法。分析了在按垂直入射假定确定斜入射波时程时半无限空间地表自由场和基岩-覆盖层-土石坝系统地震响应相对于该方法的偏差。结果表明：在任意非垂直入射角度下，控制点自由场响应偏离设计地震动较严重，获得的土石坝坝顶加速度大小随入射角度变化规律包含地震动强度变化的贡献，不是设计地震动作用下的结果；
该方法获得的地表自由场位移与设计地震动水平和竖直分量均吻合良好，能够正确反映斜入射角度引起的非一致运动，可以在保持设计地震动强度不变的前提下，分析斜入射角度对土石坝地震响应的影响。

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齿轮传动环向铅剪切阻尼器的试验研究与数值模拟

石路炜，彭凌云,苏经宇，尹祎文，康迎杰

振动与冲击. 2021, 40(19): 89-97.

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金属屈服型阻尼器通常存在疲劳损伤后需要更换和不易满足大行程要求的问题，提出一种齿轮传动环向铅剪切阻尼器(GD-CSLD)。基于铅材常温动态回复再结晶性能，并通过齿轮齿条配合使该阻尼器具有理论上无疲劳损伤及无位移上限的优良特征。根据核心耗能部件的构造对3个不同剪切轴截面的模型试件进行了数值模拟和试验研究，选择最优剪切轴截面方案设计加工了GD-CSLD，通过性能试验对该阻尼器的滞回性能、疲劳性能进行研究。基于有限元分析和试验结果，对该阻尼器耗能机理进行分析。结果表明：该型阻尼器滞回性能稳定，可实现大行程加载，多次加载后基本无疲劳损伤效应；其耗能机理包含铅材屈服和侧向钢-铅摩擦两部分，且两者贡献基本相同。

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新型装配整体式纤维再生混凝土剪力墙抗震性能及抗剪承载力研究

黄炜，孙玉娇，盛亚文，李斌，黄惠

振动与冲击. 2021, 40(19): 98-106.

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新型装配整体式纤维再生混凝土(NPFRC)剪力墙由预制绿色纤维混凝土墙板以及现浇边缘构件组成，采用井字形布筋、竖向马牙槎连接及水平坐浆连接，具有生态节能、耗能减震、快速建造等特点。为研究NPFRC剪力墙的抗震性能，制作了4榀试件，通过拟静力试验，分析了纤维种类及墙体加工方式对试件破坏形态、滞回曲线、变形性能、刚度退化以及耗能能力等的影响。试验结果表明，纤维种类对NPFRC剪力墙抗震性能的影响较大，墙板与基础的连接对NPFRC剪力墙的承载力起决定性的作用，加强水平拼缝连接是NPFRC剪力墙研究的关键。基于软化拉压杆模型，考虑纤维对NPFRC剪力墙抗剪强度的增强作用，提出了新型装配整体式纤维再生混凝土剪力墙受剪承载力公式，并将理论值与试验结果进行比较。对比分析结果表明，理论计算值低于试验值约3%~9%，偏保守，具有较好的精度。

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移动车辆作用下大跨度悬索桥梁端纵向位移机理

黄国平，胡建华，华旭刚，王连华,崔剑峰

振动与冲击. 2021, 40(19): 107-115.

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为研究大跨度悬索桥在车辆荷载作用下梁端纵向位移的产生机理。基于挠度理论分析了悬索桥在非对称竖向荷载作用下的变形特征，推导了移动荷载作用下悬索桥梁端纵向运动方程和共振速度，并采用等效纵向荷载研究移动荷载作用下悬索桥纵向位移响应规律。以一大跨度悬索桥为实例，研究了移动竖向荷载作用下的悬索桥梁端纵向位移的规律及影响。结果表明：在移动荷载作用下，主梁发生以等效纵向扰动频率为主的纵向受迫振动，当移动速度较小时主要表现为拟静态效应，随移动速度增大动态效应增强；结构阻尼、阻尼器及支座摩阻力均对纵向位移有抑制作用，支座摩阻力对梁端位移的影响不可忽略；中央扣的设置能有效降低移动车辆作用下的梁端纵向累积位移，但梁端纵向位移对中央扣的数量及自身刚度的敏感度不高。最后对矮寨大桥实测梁端位移的纵向位移响应的频谱进行了分析，与数值分析结果基本一致。

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基于改进万有引力搜索算法的南中环桥模型修正

秦世强，甘耀威，康俊涛

振动与冲击. 2021, 40(19): 116-124.

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为了得到南中环桥的基准有限元模型，结合Kriging模型和改进的万有引力搜索算法(GSA)，利用荷载试验数据对初始有限元模型进行修正。叙述Kriging模型和万有引力搜索算法的基本原理，引入随机交叉变异的方法到基本万有引力算法中，提出了一种改进优化算法，并通过测试函数对其进行验证；介绍南中环桥的工程概况、荷载试验内容和初始有限元模型；接着选定6个待修正参数，通过试验设计得到修正参数所对应的频率和位移的样本，并建立Kriging模型来预测结构响应；以频率和位移的试验值和计算值残差为目标函数，分别利用改进的GSA、粒子群优化算法（PSO）和GSA算法在修正参数的设计空间内寻找目标函数的最小值，对比分析修正结果。结果表明：改进算法对于测试函数具有较好的稳定性和更高的精度；经过模型修正，除个别测点外，频率、位移的相对误差显著降低；相比PSO和GSA，改进的GSA得到了更小的目标函数值，修正后的频率、位移相对误差更小。

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一种基于相位平均的旋转声源高分辨率定位方法

初宁，黄乾，余亮，宁岳，徐建锋，吴大转

振动与冲击. 2021, 40(19): 125-136.

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提出了一种基于相位平均的旋转声源高分辨率定位方法，并给出了相位平均技术所适用的条件。为解决多普勒效应导致的旋转模糊，将旋转声信号划分成足够多个时间序列切片，在每一切片内，微小位移的旋转声源可近似等效为静止声源进行定位。其优势在于，避免了去多普勒效应的插值运算，从而保留了时域波形的相位连续性。为提高定位分辨率，运用卷积模型改造基于波束形成的能量传播模型，利用解卷积算法消除定位模糊和提高定位精度。其优势在于，卷积模型中的点扩散函数(PSF)能够建立起阵列测量与声源旋转的联系，由此通过PSF来表征麦克风阵列定位性能、分析频率对定位分辨率的影响。通过仿真信号、旋转单极子试验、风扇试验验证了方法的有效性和鲁棒性。

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分体三箱断面主梁桥梁的抗风性能及气动优化

杨风帆，郑史雄，周强，张宁，赵晓天，何睿洲

振动与冲击. 2021, 40(19): 137-144.

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为研究分体三箱断面主梁桥梁的抗风性能并提出有效的气动优化措施，基于某公铁两用分体三箱断面主梁大跨度斜拉悬索协作体系桥梁，开展了不同风攻角、不同紊流度流场以及5种不同气动措施下的节段模型风洞试验。结果表明,箱体分离会使主梁断面颤振临界风速大幅提高，但会造成箱体间流场的复杂化从而带来涡激振动（VIV)问题。成桥状态原始断面0°、±3°攻角下均发现了扭转VIV，最大扭转振幅1238°；颤振临界风速均高于973 m/s。桥面抑流板、不同检修轨道位置及梁底导流板3种措施对扭转VIV抑制效果不理想；箱体间隙处加装均布纵向格栅可有效抑制扭转VIV，且透风率越小优化效果越明显，但透风率小于23%的格栅会造成颤振临界风速的下降；10%透风率格栅与下中央稳定板组合措施在完全抑制扭转VIV的同时保证了桥梁的颤振性能。基于计算流体动力学(CFD)，得到了原始断面和优化工况主梁周围的流场结构及气动力变化规律。箱体间距处与下游公路箱上方大尺度旋涡的形成是主梁VIV的主要诱因。优化后断面箱体间距处大尺度旋涡被打散，升力和扭矩时程均方根（RMS)明显减小，从而有效改善了主梁的VIV性能。同时优化工况的升力和力矩系数曲线的斜率在±5°攻角范围内均为正值，说明主梁具备了气动稳定必要条件。

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RC桥墩残余位移指标影响因素分析及贝叶斯估计

曾武华，卓卫东，王东升

振动与冲击. 2021, 40(19): 145-150.

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为揭示拟静力作用下钢筋混凝土（RC）桥墩残余位移指标参数影响规律，并给出变形极限状态残余位移指标贝叶斯估计。采用OpenSees软件建立RC桥墩拟静力试验构件模型，基于试验结果模拟进行模型验证。通过256个RC桥墩拟静力数值分析计算结果，研究残余位移指标统计特性及主要影响因素。在此基础上，采用线性回归分析方法，建立桥墩残余位移指标先验概率分布模型。应用贝叶斯理论，通过小样本试验数据更新，建立拟静力作用下残余位移指标后验概率分布模型。结果表明，RC桥墩残余位移指标主要影响因素为轴压比，且随轴压比的增大而减小。建立的后验概率分布模型能够准确估计残余位移指标，从而为RC桥墩抗震设计或评估中考虑残余位移随机性提供了便利。

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碰撞作用下钢-混组合悬浮隧道管体局部响应分析

杨赢，韩嘉佳，项贻强，何余良

振动与冲击. 2021, 40(19): 151-156.

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为了提高水下悬浮隧道(SFT)在外界碰撞作用下的安全性，其管体采用钢-混凝土组合截面。考虑材料非线性和应变率效应，采用ABAQUS有限元程序对钢筋混凝土截面、内衬式组合截面和外贴式组合截面管体在碰撞作用下的局部响应进行数值模拟；通过分析碰撞冲击力、混凝土损伤发展和耗能情况，对不同截面的防撞性能进行了对比，并分析了钢板厚度对内衬截面局部冲击响应的影响。结果表明，碰撞会造成悬浮隧道管壁内侧混凝土崩落和贯通损伤，威胁结构安全。外贴钢板会使冲击力峰值增大，加重管体混凝土损伤，对结构不利；内衬钢板在一定程度上能减小管体混凝土的损伤，且能有效防止碰撞时管壁内侧混凝土崩落，具有较好的密闭性和综合抗冲击性能；增大内衬钢板厚度能减小碰撞后管体的残余变形，但钢板厚度过大会导致混凝土管体开裂范围增大，设计时应综合管体变形和混凝土损伤情况，对内衬钢板厚度进行验算。

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2016年日本Off-Mie M_w 5.8级地震的海底地震动非线性反应特征

胡进军，周旭彤

振动与冲击. 2021, 40(19): 157-163.

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近年来全球频繁发生的海域地震对海洋工程的抗震设计提出了新的要求。为了研究海底地震动的非线性反应特性，基于日本Nankai海域DONET1海底台站记录的2016年Off-Mie Mw 58级地震的近场地震动数据，采用水平（horizontal)和竖直(vertical)方向傅里叶谱比(H/V)方法分析了具有强烈非线性反应特征的4个台站的主频(fpeak)和峰值(Apeak)随时间的变化规律、评估了此次地震海底场地非线性响应恢复时间。研究结果表明：部分海底台站基于H/V识别的fpeak在S波到时出现明显下降，S波结束后趋于平稳且低于P波到时呈现的非线性反应特征；H/V识别的Apeak则呈指数式上升趋势。通过对产生强烈非线性反应台站的震后地震动谱比分析，表明fpeak和Apeak在震后20 d左右恢复到震前参考值，个别台站由于遭受强烈非线性反应可能导致速度结构的改变致使fpeak没有恢复。

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考虑时变啮合刚度的多惯量伺服系统机械谐振分析及抑制方法研究

李文礼,陆宇，郭栋，刘永康，石晓辉，严海燕

振动与冲击. 2021, 40(19): 164-171.

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为了更深入的研究多惯量伺服系统振动的机理，考虑齿轮传动过程中时变啮合刚度对机械谐振的影响，在传统双惯量伺服系统模型基础上建立四惯量伺服系统模型；分析系统机械谐振产生机理，利用时变波形近似表示齿轮副啮合刚度值，对比有无齿轮时变啮合刚度的伺服系统模型机械谐振表现特征。采用模型预测控制方法对包含时变啮合刚度的四惯量伺服系统的机械谐振进行抑制控制；设计了基于状态空间表达式的模型预测控制器，通过仿真试验对比常规PID控制方法进行验证，结果表明利用模型预测控制方法能有效的抑制多惯量伺服系统的机械谐振。

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包带装置轴向连接刚度计算与分析

康士朋，楼云锋，王添翼，丁齐林，王小卫

振动与冲击. 2021, 40(19): 172-179.

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提出了一种包带连接刚度计算方法，在考虑对接框变形基础上，增加了包带装置(CBD)夹块变形的影响，并通过有限元计算结果对数值计算结果进行修正，通过开展试验对该方法进行验证，将该方法计算得到结果与试验结果进行对比，计算偏差为31%，验证了该方法的正确性。基于该方法，对夹块变形对包带连接刚度的影响进行分析，研究表明：对接框变形是影响包带连接刚度的最主要因素，但考虑夹块变形影响可以提高计算准确度；进一步对工程中通过提高包带预紧力来提高包带连接刚度的做法进行定量分析，算例结果表明提高包带预紧力对提高包带连接刚度具有明显非线性特性：包带预紧力增加10%以内，包带连接刚度同等比例增加；包带预紧力增加10%~30%，包带连接刚度只增加10%~20%左右；包带预紧力增加超过30%后，再增加预紧力则不能提高包带连接刚度。

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无叶片风力机变固有频率系统的涡激摆动特性及捕能效率

龚曙光，吴兴豪，谢桂兰，张建平

振动与冲击. 2021, 40(19): 180-186.

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无叶片风力机是通过其捕能柱的涡激横向摆动来捕获风能。建立了捕能柱三维涡激摆动的简化模型，推导了捕能柱系统固有频率及其能量捕获效率的计算式，并基于非线性回复力矩关系，构建了捕能柱的变固有频率计算式；在对简化模型进行验证的基础上，采用计算流体动力学（CFD）/刚体动力学（RBD）耦合方法，研究了变固有频率系统对捕能柱涡激横向摆动特性及捕能效率的影响。结果表明，非线性回复力矩函数斜率控制着捕能系统的固有频率，且非线性化程度越大系统固有频率变化速率越快；捕能柱横向摆幅峰值和能量捕获效率随回复力矩非线性化程度的增大而减小，其对应的风速向前推移；选择适当的变固有频率系统可增大主频锁定区间和高摆幅区间；捕能柱在涡激摆动过程中随柱体高度产生不同程度的斜涡脱落，对涡激摆动的频率锁定具有一定影响。

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复合结构气囊隔振器动静态特性试验研究

尹礼航，徐伟，施亮，张源潮

振动与冲击. 2021, 40(19): 187-192.

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为进一步降低气囊隔振器垂向刚度，提高中高频隔振效果，同时适当减小横向刚度以衰减沿此方向的振动传递，设计提出了一种复合结构气囊隔振器(CSAS)。它在原有气囊下端串联硬弹性层形成叠层结构;开展了静态和动态试验，并分别用多项式拟合法和椭圆法计算静刚度和动刚度。试验结果表明:串联硬弹性层后气囊气压与承载之间的线性关系并没有改变；垂向动、静刚度和固有频率均小幅下降，横向动、静刚度则大幅下降。

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隧道开挖和爆破扰动耦合作用下埋地管道安全性研究

彭梦龙,施成华,陈家旺

振动与冲击. 2021, 40(19): 193-199.

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随着我国交通系统的快速发展，临近埋地管道施工的工程案例越来越多，隧道开挖不可避免地会影响管道的安全。为研究隧道开挖变形及爆破扰动耦合作用下临近埋地管道的安全性，以深圳市大山陂1号隧道施工为背景，建立管-土-隧动静耦合作用模型以分析不同管道内压、围岩弹模、管隧间距、单段最大装药量条件下埋地管道的应力和振速变化规律，进一步引入Morris筛选法对各因素的影响程度进行评价分析。结果表明：管道应力和管道振速受管道内压和单段最大装药量的影响最大；管道应力峰值随着管道内压的增大、围岩弹模的增大、管隧间距的减小和单段装药量的增大而增大；管道远离拉应力峰值的区域，在各种参数的综合影响下，可能出现压应力。

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法兰连接方钢管柱-桁架焊接节点抗震性能试验研究

刘学春,王玥,张爱林

振动与冲击. 2021, 40(19): 200-211.

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对桁架梁截面尺寸不同的6个足尺寸法兰连接方钢管柱-桁架焊接连接节点进行了低周反复荷载试验研究和有限元分析（FEA）。该节点通过法兰和高强螺栓将上下柱及柱座在现场连接，柱座与桁架梁通过竖向连接板、法兰和腋板在工厂焊接；该节点应用于装配式多高层钢结构中，实现现场螺栓全装配。试验结果表明：桁架梁截面尺寸对节点的破坏模式影响较小，加腋板节点均由于反复加载导致桁架弦杆发生板材的撕裂而破坏，断裂前发展了良好的塑性变形，未加腋板节点根部焊缝发生断裂；加腋板节点的延性、极限承载力及耗能能力较好，塑性转动能力均大于抗震规范003 rad的最低要求。桁架梁截面尺寸对该节点各项力学性能影响显著，弦杆截面尺寸越大，极限承载力越高；腹杆截面尺寸对极限承载力影响较小，腹杆截面尺寸越大，节点延性越好，耗能能力越强；通过有限元软件提取了柱法兰处螺栓拉力的变化，柱柱法兰连接可近似为刚接；推导了节点的屈服荷载和极限荷载的简化计算公式。

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基于多源实测数据的RC结构基本周期统计分析

王泽涛，陈隽，申家旭

振动与冲击. 2021, 40(19): 212-220.

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通过海量文献检索，收集了不同国家和地区的873栋、高度100 m以下钢筋混凝土（RC）结构的实测信息，获得了长轴、短轴共1 482个基本周期值，利用聚类分析方法检验数据集的代表性及可整合性，进而统计分析了基本周期随结构高度、层数、高宽比的分布规律。参照国内外已有RC结构的自振周期经验算式，结合结构概念设计，给出了基本周期与结构几何参数的回归公式，并对比讨论了数据库中部分子集的分布差异，可供工程设计和参数化建模参考。

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基于径向基模型和巴氏距离的随机有限元模型修正

张亚峰，彭珍瑞，张雪萍，董康立

振动与冲击. 2021, 40(19): 221-229.

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研究了考虑试验频响函数不确定性的有限元模型修正法。首先,假设待修正参数和响应特征量服从高斯分布，将不确定性模型修正问题转化为均值和标准差的修正问题；其次,构造径向基模型，将频响函数经过小波变换并提取第5层低频小波系数作为径向基模型输出，并通过土狼优化算法对径向基模型的方差进行优化；然后,以最小化巴氏距离为目标，引入花朵授粉算法，分别实施待修正参数的均值和标准差的两步和同步求解；最后,通过平面桁架结构和空间桁架结构验证了所提方法的可行性。结果表明，所提随机有限元模型修正法皆能有效地修正结构参数的均值和标准差，同时在不同的试验响应下对参数均值和标准差的修正具有鲁棒性。

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基于一维卷积神经网络的圆柱滚子轴承保持架故障诊断

郑一珍，牛蔺楷，熊晓燕，祁宏伟，马晓雄

振动与冲击. 2021, 40(19): 230-238.

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为解决滚动轴承保持架故障振动信号存在的不稳定性、无冲击特性和故障特征难以获取问题，研究提出基于“端到端”识别的适应性卷积神经网络故障诊断模型。将不同保持架故障状态下的振动信号按一定比例采用有重叠样本分割进行数据增强，并对样本实施分段标准化预处理构建训练和测试集合;利用卷积神经网络实现对振动信号的自适应特征提取和特征降维；在输出端利用全局平均池化替换经典构架中使用的全连接运算，以减少训练模型参数和过程运算量，避免发生过拟合，最终经Softmax分类输出诊断结果。试验结果表明算法能够达到99%以上的故障识别率，且在不同负载和转速下均保持良好的泛化性能和鲁棒性，可有效应用于轴承保持架故障诊断任务。

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双通道特征融合CNN-GRU齿轮箱故障诊断

张龙，甄灿壮，易剑昱，蔡秉桓，徐天鹏，尹文豪

振动与冲击. 2021, 40(19): 239-245.

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旋转部件是否发生局部故障，关键是判断其振动信号在空间上是否出现周期性冲击以及周期大小。卷积神经网络(CNN)善于挖掘数据空间上的局部重要的信息特征，具有“端对端”的优势，从而克服了人工提取特征的缺陷;由于振动信号在时间维度上也蕴含着丰富的信息，而长短时记忆网络(LSTM)善于从动态变化的序列数据中学习到时间上的关联性;门控递归单元（GRU）属于LSTM的变种，但相对于LSTM结构更加简洁，参数的数量更少，因此将CNN的空间处理能力和GRU时序处理能力的优势结合，提出一种双通道特征融合CNN-GRU齿轮箱故障诊断方法;即采用并列式结构令CNN与GRU双通道同时提取齿轮箱原始振动信号的故障特征，然后将双通道提取的特征向量合并成一个融合特征向量，输入到SoftMax进行故障分类。该方法可以直接从原始振动信号自适应提取到空间和时序的融合特征，实现了“端对端”的故障诊断。用齿轮实测数据和西储大学轴承数据进行验证，试验结果表明，所提方法识别准确率较高，具有实用性和可行性。

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基于离散元-有限差分耦合的滚石冲击棚洞垫层动力响应研究

王东坡，刘浩，裴向军，孙新坡，周良坤，刘彦辉3

振动与冲击. 2021, 40(19): 246-253.

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在棚洞结构顶部覆盖一层砂土缓冲垫层能有效减小滚石对棚洞顶板的冲击力，以往多采用有限元方法开展研究，无法考虑砂土垫层离散特征，研究手段有待改进。以棚洞垫层物理模型试验为原型，考虑砂土颗粒离散性和棚洞混凝土结构的连续性，采用离散元-有限差分耦合算法，其中离散元模拟砂土垫层，有限差分法模拟棚洞混凝土结构，在充分发挥两种模拟方法优势下，开展滚石以不同角度、不同速度冲击棚洞垫层的动力响应数值模拟研究，通过对受冲击棚洞支座反力、棚洞顶板位移、滚石冲击力分析，揭示棚洞结构的动力响应特征。研究结果表明：冲击角度和冲击速度对支座反力影响显著，冲击角度增大，支座反力随之增大。相对而言，在较小冲击角度下，支座反力受冲击角度的影响较大，而较大冲击角度下，冲击速度的影响则更明显；冲击力方面，伴随冲击角度和冲击速度增大，滚石冲击力随之增大，较大冲击角度下，角度的增大对冲击力的提升更加明显；棚洞顶板中心处竖向位移值随冲击角度和冲击速度的增大而显著增大，且在较小冲击角度下，冲击角度对顶板位移的影响更大，而较大冲击角度下，冲击速度的影响更为显著。

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美国西部水平向基岩长周期地震动反应谱衰减关系研究

肖亮,俞言祥

振动与冲击. 2021, 40(19): 254-260.

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利用新近补充的美国西部地区宽频带速度基岩记录，对水平向基岩5%阻尼比地震动反应谱衰减关系的长周期段（T=3~10 s）进行了重新拟合，并将其与短周期反应谱衰减关系（T=0.04~6.00 s）在周期2.0 s附近进行对接。基于新得到的长周期范围0.04~10.00 s的衰减模型，对离散标准差、远场区域归一化反应谱特性等进行了分析。新得到的衰减关系使用的技术方法和强震数据集等与GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》项目编图采用的相一致，适用范围为Ms5.0~8.0，震中距0~500 km。

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基于增量动力分析的加筋土挡墙抗震性能评估

朱宏伟,项琴,赖军

振动与冲击. 2021, 40(19): 261-268.

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位于高地震烈度区的支挡结构时刻面临着特大震灾的严峻考验，迄今国内外还没有人针对加筋土挡墙系统地做过易损性方面的研究。采用增量动力分析法，考虑地震动输入的不确定性，选取地震峰值加速度(PGA)为地震强度参数，加筋土挡墙的位移指数为性能参数，基于振动台模型试验和对震害资料的分析划分了其抗震性能水准，利用ABAQUS软件对加筋土挡墙进行了地震易损性分析。研究表明：挡墙的位移指数随着PGA的增大而增大，墙体发生局部变形是加筋土挡墙在地震作用下的主要破坏模式，中震作用下加筋土挡墙以损伤破坏为主，大震作用后其损伤程度进一步加剧;当地震强度持续增大时，出现严重损坏和毁坏的概率也将进一步加大;另外，增加筋材的长度和减小铺设间距均可减小加筋土挡墙的破坏概率。

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基于SD振子理论的浮置板几何非线性隔振器研究

刘韦，肖俊恒，江成，杨军，杜香刚，朱光楠，施成，刘吉烨

振动与冲击. 2021, 40(19): 269-276.

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基于SD（smooth and discontinuous）振子几何非线性理论，根据城市轨道交通实际载荷条件和隔振需求，对钢弹簧浮置板隔振器的非线性刚度曲线及其浮置板轨道系统的动态性能进行优化设计，研发了一种浮置板用几何非线性隔振器，其同时具有良好的低频隔振性能和振动位移控制能力。对非线性隔振器进行了理论分析、结构参数设计、仿真分析及试验验证，研究表明：非线性隔振器对浮置板的振动位移具有较好的控制能力和低频隔振效果，单隔振器试验表明，相对传统的钢弹簧隔振器，非线性隔振器后浮置板的振动位移可以降低40%以上；隔振器支反力在4 Hz,6 Hz,8 Hz,11 Hz,15 Hz和20 Hz分别有3.25%,15.47%,18.77%,25.18%,31.27%和37.60%的振动衰减量。

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不同墩高铁路连续梁桥 MTC装置减震适用性研究

陈士通,许鑫祥,张茂江,李然

振动与冲击. 2021, 40(19): 277-285.

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为明确不同墩高铁路连续梁桥多阶段适时控制连接（MTC）装置减震适用情况，基于其工作原理，以某(75+2×120+75)m铁路连续梁桥为分析对象，采用ANSYS软件建立4种地形下不同墩高连续梁桥有限元模型。分别开展四类场地条件下墩高变化对减震效果、梁体内力及活动墩受力影响分析，探究MTC装置减震优化措施。结果表明：四类场地条件下，不同地形连续梁桥采用MTC装置减震多数情况下均可取得理想减震效果；MTC装置发挥作用时可降低梁体轴力，小幅改变梁体受弯状态，但不会对梁体结构安全产生不利影响；对于个别高墩连续梁桥减震效果不理想情况，可采取调整MTC装置限位刚度的措施增强其减震效果；此外，可通过调整I区限位刚度占比降低活动墩地震响应。

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横向冲击下圆钢管混凝土构件挠度计算方法研究

刘艳辉，赵一超，慈伟主，王喆，王路明，朱文凯，韩达光

振动与冲击. 2021, 40(19): 286-294.

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为了对圆钢管混凝土(CFST)构件遭受横向冲击下的挠度计算方法进行研究，在刚塑性假定的基础上，推导出了构件在任一点遭受横向冲击下的最大挠度理论计算公式。考虑到能量损失和局部变形等实际情况与刚塑性假定的差异性，以55根圆钢管混凝土构件冲击作用下的挠度试验数据作为统计样本，拟合得到挠度计算公式的修正系数，用于修正刚塑性假定导致的计算误差。修正后公式的适用范围为：冲击质量在193.35~920.00 kg；冲击速度在3.96~14.48 m/s。对于敏感因素套箍系数，两端固支时，套箍系数在0.5~2.0；两端简支时，套箍系数在0.500~1.617；一端固支一端简支时，套箍系数在0.500~1.307。为了验证修正后挠度计算公式的准确性，通过数值模拟的方法拓展样本，并将修正后挠度计算公式的理论计算结果和数值模拟结果进行对比，误差在10%以内，证明了提出的修正后挠度理论计算公式精度良好。

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基于导波多点散射的在役拱桥吊杆腐蚀损伤识别

陈鑫，朱劲松，林阳子，官幼平

振动与冲击. 2021, 40(19): 295-301.

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为保障在役拱桥吊杆的健康与安全，针对吊杆的多点腐蚀特征，提出了一种基于多点散射回波的无参考腐蚀损伤识别方法。通过引入分形函数模拟钢丝锈蚀表面，建立了多点腐蚀钢丝的有限元模型;采用小波变换提取多点散射回波的多尺度能量谱，并将其作为特征向量构建腐蚀指标，分析了导波频率对腐蚀识别结果的影响,并对某在役拱桥吊杆进行实桥检测和现场开窗验证。结果表明：不同腐蚀程度下，散射回波的多尺度能量谱变化显著，基于散射回波多尺度能量谱的腐蚀指标随腐蚀程度的增加线性上升;随着导波频率的增加，其识别指标的损伤敏感性上升。较10 kHz相比，50 kHz和100 kHz的敏感性系数K值分别增加了6.13%,131.902%;吊杆实测腐蚀指标差异明显，指标值分布在3.91~9.65，吊杆现场开窗检测结果与腐蚀指标识别结果一致。

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基于BN-1DCNN的旋转机械故障诊断研究

冯浩楠，付胜，胥永刚

振动与冲击. 2021, 40(19): 302-308.

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为了对旋转机械的故障特征进行自适应提取，实现智能故障诊断，提出了一种基于批量归一化的一维卷积神经网络（convolutional neural networks, CNN）模型。由于卷积神经网络通常应用于二维图像或三维视频领域，故通过将卷积核改进为一维卷积核来实现对采集的一维振动数据的直接卷积，并且采用了批归一化层来防止过拟合，采用HZXT-008小型转子实验台采集的数据对该方法进行验证。试验结果表明该方法平均诊断准确率高达98.43%，并且与其他模型相比稳定性更高。该方法实现了大量样本下旋转机械不同故障类型的故障特征自适应提取与故障类型的准确识别。

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随机近场地震作用下风力发电塔结构振动台试验研究

徐亚洲,于明阳,任倩倩,时文浩

振动与冲击. 2021, 40(19): 309-316.

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近场脉冲型地震动经常含有较大的加速度峰值及显著的速度脉冲效应，且表现出更明显的不确定性，可能对长周期结构造成严重的破坏。利用近场速度脉冲模型及随机地面运动模型合成了35条基于8度多遇条件下的不同类型随机波样本，按照1/20缩尺比例设计并制作了某2 MW风电塔试验模型，以上述随机地震为试验输入，对模型进行了振动台试验，研究了随机地震作用下风电塔模型结构的响应特性，并对离散性进行了分析。结果表明：模型结构反应表现出显著的离散性，位移反应的变异性沿塔高增加，而剪力反应的变异性随塔高减小;相同幅值脉冲型地震波作用下塔顶加速度、位移及塔底剪力大于无脉冲波，且随着脉冲数量增加，结构反应也呈增大趋势;脉冲型随机波作用下结构加速度响应主要受基本振型控制。

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刊出日期：2021-10-15

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