振动与冲击

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汤积仁，汪壘，卢义玉，凌远非，张洋凯，姚奇，朱志丹

振动与冲击. 2021, 40(20): 1-8.

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脉冲水射流技术在硬岩破碎领域上具有较好的应用前景。为进一步提高脉冲水射流的破岩效率，提出了一种增压式脉冲水射流发生方法，以较小的输入压力下获取较高的脉冲压力。基于高速摄像技术及压力动态测试手段，搭建了增压式脉冲水射流外流场可视化测试系统，分别从射流压力、脉冲频率、形态及结构演变四个方面研究了增压式脉冲水射流的脉动特性。结果表明：增压式脉冲水射流是由低压连续射流段和高压脉冲射流段相互衔接而成的组合射流，射流压力大小随时间呈脉动性变化且脉动幅度可调，其脉冲射流段峰值压力随进油压力升高而增大，与增压腔初始压力无关；脉冲频率与进油压力呈幂函数增长关系，随增压腔初始压力增大最终趋于平稳；射流形态周期内演变过程具有明显的四个阶段：连续射流阶段、脉冲射流产生与发展阶段、脉冲射流稳定阶段、脉冲射流消散阶段，射流结构呈现多级脉动特征。研究结果为进一步研究和应用增压式脉冲水射流奠定基础。

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面向精密气磁隔振的磁斥力负刚度装置的优化设计

赵亚敏，崔俊宁，邹丽敏，边星元

振动与冲击. 2021, 40(20): 9-15.

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为进一步提升气浮隔振器的性能、降低环境中的低频微幅振动干扰对超精密加工、测量设备的影响，提出了一种面向精密气磁隔微振的磁斥力负刚度装置。磁斥力负刚度装置由三块沿垂向同向磁化的立方永磁体水平布置构成，其刚度通过磁铁间距改变，且磁铁间距不受隔振负载振动幅值的影响。基于等效磁荷模型建立磁斥力负刚度装置的磁力、刚度及刚度非线性解析模型，采用有限元仿真验证了理论模型的正确性，并采用遗传算法优化几何结构参数。优化分析结果表明：将静平衡点刚度与±1 mm处的刚度非线性度作为目标函数的多目标优化可将负刚度幅值提升146.09%，刚度非线性度降低64.73%。该研究对精密仪器及系统、超精密制造、尖端科学实验系统中精密低频气磁隔振器的设计具有重要的应用价值。

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多孔质静压径向轴承的理论建模与数值计算

顾延东，成立，BHLE Martin，SCHIMPF Artur，袁寿其

振动与冲击. 2021, 40(20): 16-24.

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为计算多孔质静压径向轴承静特性，基于雷诺润滑方程、多孔质达西方程和连续方程，建立了考虑多孔质-气膜交界面速度滑移的多孔质轴承流动模型。采用有限差分法、变步长差分格式、逐次超松弛法，提出Laplace-Neumann虚拟节点法，建立了流动控制方程组同时迭代的数值方法，编写了快速稳定的求解器PBS(porous bearing solver)。PBS承载能力、压力场、速度场等与ANSYS Fluent相近，但PBS实现了即时仿真。利用PBS分析了供给压差和润滑剂黏度对静特性的影响，结果表明：随着供给压差增大，承载能力和供给流量线性增大，供给功耗平方增大。随着黏度增大，承载能力略微增大，流量和功耗线性减小。随着偏心率增大，承载能力、流量及功耗增大。该自主求解器和结论可为多孔质轴承设计提供参考。

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基于自适应VMD-WVD的风电叶片主梁层合板损伤演化识别

张亚楠，周勃，俞方艾，沈臣

振动与冲击. 2021, 40(20): 25-33.

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损伤模式作为损伤演化状态的最直观表征方式之一，应用时频分析技术可以描述损伤模式在时频域上的变化规律，从而明确不同阶段的损伤演化状态。但交叉项的存在严重干扰了时频分析中各类损伤模式所传递的时频特征信息。为解决上述问题，提出一种基于改进的自适应变分模态分解(adaptive variational mode decomposition, AVMD)和Wigner-Ville分布的多分量信号交叉项抑制时频分析方法，该方法预先使用短时傅里叶变换预估声发射信号中损伤模式种类及中心频谱，通过VMD模态分量频谱与原信号中心频谱相关性评估筛选出最优惩罚因子，然后计算出各类损伤模式的Wigner-Ville分布。实验结果表明，该方法对损伤模式识别结果与扫描电镜一致且可有效抑制各类损伤模式中Wigner-Ville分布的交叉项干扰。

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一般约束边界下多孔FGM梁的非线性气动热弹性动力学特性研究

周凯，倪臻，华宏星

振动与冲击. 2021, 40(20): 34-41.

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高超声速飞行器在巡航和再入过程中，面临着严酷的气动力和热载荷复合环境。梁结构作为飞行器的基本构件，掌握它的气动热弹性动力学特性是开展其动态化设计及优化的基础。以多孔FGM梁为研究对象，应用超声速活塞理论和热弹性理论考虑气动力和热载荷的影响，基于一阶剪切变形理论和von-Karman大变形理论，根据能量法建立了一般约束边界下多孔FGM(functionally graded material)梁的气动热弹性非线性动力学模型，并利用Newmark法联合牛顿迭代法求解系统的动力学响应。通过将该模型计算所得的结果和文献结果对比，验证了该方法的准确性。在此基础上，通过数值算例分析了边界约束、FG材料指数、温度和孔隙率等参数对FGM梁动力学特性的影响规律。研究结果将为多孔FGM梁的动态化设计及优化提供理论参考依据。

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基于同源的旋转机械振源信号分离策略

贺志洋，刘东东，程卫东

振动与冲击. 2021, 40(20): 42-49.

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旋转机械振源分离中一直存在振源信号统计特征和源个数难以确定的问题，提出了一种基于同源响应的振源分离策略。该策略根据旋转机械设备的重复性特点建立了目标对象的描述，将同振源(同源)的多次响应波形性质归纳为三点：响应片段化、模式相似、确定的分布规律。并将同源响应的三个性质作为振源信号的分离准则，对于旋转机械振源信号更具有通用性，从而克服了振源信号统计特征和源个数难以确定的问题。引入同源的概念，对混合信号中的振源依次分离，为旋转机械的振动源分离提供新的参考。基于此策略给出一种振源信号的分离方法，但不局限于给出的方法。在此方法的基础上，通过试验分析验证了该分源策略的可行性。

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基于声压信号能量峭度的早期切削颤振预警技术研究

吕凯波，娄培生，谷丰收，潘文程，常宗旭

振动与冲击. 2021, 40(20): 50-55.

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切削颤振是制约机械加工质量和效率的主要因素，传统的颤振监测方法在早期颤振的快速识别方面存在不足，提出一种利用在线监测车削过程中声压信号的小波包能量峭度指标来预警早期切削颤振。从时频域角度分析切削过程从稳定到非稳定状态的振动特点，采用小波包对采集的声压信号进行实时分解，挖掘声音信号中早期颤振孕育的微弱特征。计算每个频带节点的小波包能量，构造小波包能量峭度指标来反映早期颤振的孕育状态，辅以目标频带能量比判别车削颤振的持续发展状态，探明切削颤振演化过程与信号特征之间的映射关系。试验结果表明，该监测方法能够准确地判别出颤振从稳定到萌生再到成熟的演变过程，可为后续的颤振控制动作增加响应时间。

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基于H模型的随钻振动误差建模

杨金显，赵淳

振动与冲击. 2021, 40(20): 56-62.

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随钻测量时钻具振动使加速度测量信号失真，为获取真实随钻加速度，需要建立随钻非线性振动误差模型并予以补偿。考虑到钻具振动形式的复杂性，难以直接构造模型描述。从中间变量不可测的角度出发，视振动为模型输入的一种有色噪声，设计了一种基于Hammerstein(H)的加速度随机振动误差模型。利用改进的递推贝叶斯算法通过较少输入输出数据，在线辨识参数向量的估计值，同时引入条件阈值和调节系数，将MWD的钻头运动状态与调节系数关联来修正模型，提高辨识灵敏度。实验结果表明，该模型很好地拟合加速度随机振动误差序列，验证了建模的有效性。

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基于爆源子结构的爆炸问题多尺度分析方法

李述涛，宝鑫，刘晶波，陈叶青

振动与冲击. 2021, 40(20): 63-72.

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显式有限元方法是目前进行不同介质中炸药爆炸及爆轰波传播数值计算的主要方法。在此类研究中，通常需对爆源区设置高密度网格以捕捉爆炸过程中的高频成分。然而，对于大当量爆炸荷载作用下中远场地结构动力反应问题，即使在爆源-介质-目标整体模型中设置过渡网格，由于显式计算的时间步长受近爆源区域的最小网格尺寸控制，计算效率依然较低。鉴于此，提出一种基于爆源子结构的多尺度分析方法，该方法首先对近爆源区域自由波场进行分解，通过人工边界子结构的动力分析，将近爆源小尺度模型中的自由波场运动转化为大尺度模型中的等效爆炸荷载，从而完成爆炸问题的多尺度计算分析。提出的多尺度分析方法通过爆源子结构进行爆炸荷载的转化，避免了采用不规则形状单元的传统网格过渡方式，既降低了建模难度，又保证了计算精度，具有较强的实用性。此外，对于给定炸药当量的情况，通过该多尺度方法计算得到的等效爆炸荷载可作为标准荷载，在不同地下结构模型中重复使用，节省大量计算时间。通过均匀半空间自由场算例和成层半空间自由场算例验证了多尺度方法的可靠性。与整体模型方法相比，多尺度方法在保证计算精度的前提下，单元数量和计算耗时均大幅降低，计算效率优势明显。

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基于双向流固耦合的输流圆管应力应变响应分析

刘松，吴先梅，彭修乾，陈家熠，王聪

振动与冲击. 2021, 40(20): 73-79.

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采用大涡数值模拟(large eddy simulatio，LES)方法进行了输流圆管双向流固耦合仿真模拟，对输流圆管的流体脉动与应力应变响应进行了分析研究。发现管道内壁附近的湍流信号与管道内、外壁的周向应力应变信号存在很强的正相关关系，而与管道内、外壁的径向应力应变信号存在很强的负相关关系。因此，可以通过检测输流圆管外壁处的周向应力应变信号间接测出管内壁附近的湍流脉动信号，这为有效地测量管内流体脉动信号提供了很好的方法。

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基于CEL方法的航行体高速入水泡沫铝缓冲装置降载性能分析

孙龙泉，王都亮，李志鹏，刘登科

振动与冲击. 2021, 40(20): 80-88.

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航行体在入水过程中会受到强烈的冲击载荷，研究高速入水的降载技术，保证航行体安全可靠的入水具有十分重要的意义。数值模拟基于有限元方法，采用耦合欧拉拉格朗日求解器研究缓冲装置的降载特性，通过对比数值结果与圆柱入水实验，验证数值方法的有效性。对不同相对密度的泡沫铝的缓冲效果进行了对比，得到了一定入水速度下降载效果随泡沫铝相对密度不同而变化的规律。讨论了最优泡沫铝材料的参数随入水速度不同而变化的趋势，阐述了不同入水速度下泡沫铝材料参数的优化设计要点。表明缓冲材料的性能直接影响到航行体缓冲装置的降载效果。这些结论将有助于防撞结构以及受入水冲击结构的设计。

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剪切来流下串列三圆柱横向振动响应机理研究

谭潇玲，涂佳黄，雷平，梁经群，邓旭辉

振动与冲击. 2021, 40(20): 89-99.

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基于四步半隐式特征线分裂算子有限元方法，对低雷诺数工况下串列布置三圆柱体结构的单自由度流致振动问题进行了数值模拟，并重点分析了雷诺数、剪切率以及折减速度这三个关键参数对三圆柱体横流向动力响应、流体力、相位、频谱特性以及尾流模态的影响。计算结果表明，随雷诺数的增加，三圆柱体结构的最大振幅值增大，且超过共振区间后中下游两圆柱体振幅值在不同剪切率工况下的差异明显增大。不同雷诺数工况下，三圆柱体结构的振幅曲线随剪切率呈现出阶段性变化。雷诺数的增加对下游圆柱体升阻力系数最大值的影响较大，而剪切率对结构表面受力的影响则主要集中于共振区间以及大折减速度范围内的升力系数均方根值。随着雷诺数和剪切率的增加，中下游两圆柱体相位差发生转变以及“相位开关”后出现的“下凹段”所对应的范围明显扩大。另外，横流向位移PSD曲线中频率的阶数以及主频所对应的能量值变化较大。在流体速度差以及惯性作用的影响下，三圆柱体结构的尾流模态呈现出较大的不规则性。

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基于水下声波映像法的桥梁基础抛石防护检测与评估

韩悦，周晗旭，袁刚烈，车爱兰

振动与冲击. 2021, 40(20): 100-107.

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位于水中的大桥桥墩基础会受到水流冲刷等不同形式的侵害，桥墩基础冲刷状态和加固效果评估需要快速有效的水下探测技术。水下声波映像法利用声发射激励震源，多点水声检波器同时采集弹性波信号，实现水域复杂环境快速探测。基于弹性波在复杂介质中的传播特性，提取采集剖面的弹性波波形数据，利用映像识别方法判断弹性波反射强度变化。采用数值模拟的手段模拟复杂介质中的弹性波传播特性，基于弹性波反射强弱和波形走时等映像特征识别抛石位置范围等信息。在此基础上，开展了桥梁基础抛石防护现场测试，结合多波束扫测及三维可视化方法得到了水下抛石空间分布。最后，测试结果与实际抛填量进行对比，验证了水下声波映像法的有效性。

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表面粗糙度对近壁圆柱体涡激振动响应影响的数值研究

熊友明，张壮壮，高云，彭庚，刘黎明，杨斌

振动与冲击. 2021, 40(20): 108-116.

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使用数值模拟方法，研究了表面粗糙度对近壁圆柱体涡激振动响应的影响，对不同粗糙度下近壁圆柱体的振动幅值、振动频率、锁定区间、升力系数、拖曳力系数、斯脱哈尔数以及振动轨迹等参数进行了对比分析。分析结果显示：基于近壁圆柱体振动幅值以及振动频率变化趋势，可以将整个折合速度区间依次划分为三个区间：初始分支、锁定区间以及解锁区间。随着粗糙度的上升，近壁圆柱体横向振幅最大值呈上升趋势，锁定区间宽度逐渐变窄，拖曳力系数均值呈下降趋势。锁定区间里，较大的横向振幅使得壁面效应大幅增加，进一步导致升力系数均值明显大于0。

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组合式剪力键预制拼装桥墩结构及其抗震性能研究

李辰，江辉，郭辉马，馨怡，宋光松

振动与冲击. 2021, 40(20): 117-126.

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针对预制拼装桥墩地震下抗剪扭能力薄弱的不足，提出一种组合式钢套筒(销棒)剪力键预制拼装桥墩结构方案。基于ABAQUS平台，发展并检验了可考虑复杂非线性力学行为的实体模型模拟方法。开展拟静力分析，系统讨论了预应力筋及剪力键主要参数对桥墩抗震性能的影响规律，并选取近远场地震动开展非线性动力分析进行了有效性检验。结果表明，提高预应力筋配筋率可显著增强桥墩的抗剪能力，但也会相应增加强震下的残余位移；通过合理设置预应力筋配筋率，可使预制拼装桥墩具有与现浇整体墩相当的承载力；增大剪力键埋深和钢销棒直径可有效提高桥墩的抗剪能力，但应合理控制剪力键最小埋深和钢销棒最大直径；双向水平地震作用下，组合式剪力键可有效限制接缝张开及滑移扭转变形，显著提高桥墩的抗剪扭能力。

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基于等效梁模型的大高宽比高层剪力墙隔震结构地震反应分析

赖正聪，潘文，白羽，叶燎原，杨晓东

振动与冲击. 2021, 40(20): 127-134.

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针对基础隔震高层剪力墙结构，建立了考虑隔震层边界的等效梁模型，提出了适用于该模型地震作用动力响应求解的振型分解反应谱法及有限元非线性时程分析法。以高宽比达3.96的实际结构缩尺模型为算例，采用上述两种分析方法求解其地震响应，并与三维有限元模型分析结果进行比较。结果显示：采用所建立的等效梁模型对基础隔震高层剪力墙结构地震反应进行分析具有较好的计算精度。可用沿结构高度均匀分布侧向力作用下、综合考虑弯剪变形影响的整体等效刚度EIeq作为等效梁的模型参数。可将该等效梁模型应用于高层隔震结构的普适性规律研究；高宽比达3.96的算例结构在8度罕遇地震作用下，显示出了良好的抗倾覆性能，结构以整体平动加轻微翻转摆动为主，水平侧移主要集中在隔震层。隔震支座尚处于受压状态，隔震层滞回曲线饱满、耗能显著。所建立的方法及相关分析结论，可为高烈度区大高宽比高层剪力墙基础隔震结构后续理论研究及实际工程应用提供有价值的参考。

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解耦液压悬置建模及时域仿真研究

刘雪莱，杜浩，陈俊杰

振动与冲击. 2021, 40(20): 135-142.

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在分析解耦液压悬置的内部结构和考虑橡胶、液压模块非线性特性基础上，建立了能表征解耦液压悬置动态特性的物理模型，计算分析了解耦液压悬置的动态特性，研究了解耦盘及惯性通道在不同振幅条件下对悬置动态特性的影响。试验结果表明：所建物理模型能够较好的表征解耦液压悬置的幅变，频变特性。建立了包含解耦液压悬置的整车13自由度动力学模型，仿真计算了路面激励工况下系统的时域响应，并通过实车进行验证。最后，以抑制车辆过减速带衰减动力总成振动为目标给出了液压悬置的优化方案。结果表明：仿真计算出的发动机侧悬置和变速箱侧悬置振动加速度峰峰值与试验结果分别仅相差4.5%和12%，整车13自由度动力学模型得到了较好的验证；优化后的解耦液压悬置处振动加速度峰峰值衰减到初始状态的40%，优化效果明显。该研究方法为解耦液压悬置的设计、匹配提供参考。

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载荷变化时准双曲面齿轮副啮合参数演变分析

王笑乐，卢剑伟，杨士钦，谷先广

振动与冲击. 2021, 40(20): 143-149.

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对准双曲面齿轮副进行不同载荷下的承载接触分析(loaded tooth contact analysis,LTCA)，获得等效啮合力、承载传动误差、综合弹性变形、时变啮合刚度及实际重合度等参数。对比了LTCA与加载接触试验得到的齿面啮合印痕，分析了载荷大小对啮合参数的影响。结果表明，载荷变化对啮合力、传动误差、啮合刚度及重合度等参数的影响显著，传动误差及啮合刚度曲线随载荷增大呈显著非对称特征。载荷较低时，实际重合度随载荷增加上升明显，载荷达到一定幅值后其变化趋于平缓。获得的时变啮合参数能够准确反映准双曲面齿轮副不同载荷下的啮合特征，为准双曲面齿轮系统不同工况下的动态啮合特性及动力学行为分析提供了支持。

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结构型声学超材料研究及应用进展

冯涛，王余华，王晶，黄志刚

振动与冲击. 2021, 40(20): 150-157.

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声学超材料以其亚波长优势在工程中取得广泛应用，其中结构型声学超材料能够根据几何特性来调整物理行为，从而实现声波调控。随着3D打印和各种加工技术的不断进步，设计出了各种结构复杂，传统工艺无法加工的声学超材料，从结构上可分为亥姆霍兹型、超原子型、混合盘绕型、迷宫型、平板型等。目前，结构型声学超材料面向实际需求衍生出各种特定功能，如吸（隔）声、通风、可调谐、声成像等，但低频宽带消声仍然是一个挑战。如何设计具有双负性、适应多种应用场景、结构稳定的声学超材料有广阔的发展前景。

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基于双对抗编码的时变工况下行星齿轮箱智能故障诊断

赵川，冯志鹏，张颖琳，王坤

振动与冲击. 2021, 40(20): 158-167.

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时变工况下行星齿轮箱故障特征频率随时间变化，常规的统计特征通常难以有效地表征非平稳信号的时变特性，人工识别故障特征较为困难。针对上述问题，提出基于双对抗编码的智能故障诊断模型。先获取样本信号的时频图，揭示信号频率随时间变化规律；构建编码与解码网络，并用编码器的输入与解码器的输出对判别器 1 进行对抗训练，确保重构信号与原始信号服从相同分布，从而提取有效的时频图特征；此外，构建高斯混合分布，并根据类别信息从对应分布进行采样，判别器 2 用于使提取的特征服从给定的高斯混合分布，从而实现通过控制混合分布来强化不同类别特征间的差异性。最后，用强化的特征训练Softmax 分类器，并识别测试样本故障类别。方法经行星齿轮箱实验数据进行了验证，研究表明，模型通过对抗机制使重构信号服从与原始信号相同的分布，同时通过高斯混合分布对隐变量进行控制，提高了特征聚类性能，有效诊断了齿轮故障，与其他方法相比表现出一定的优越性。

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高速滚动轴承-转子系统非线性特性研究

王梓，朱才朝

振动与冲击. 2021, 40(20): 168-176.

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滚动轴承是旋转机械设备中极其重要的基础件。高速运转情况下，滚动轴承-转子系统振动噪声问题突出的主要根源在于轴承支承力以及转子动不平衡力的强非线性特征。提出滚动轴承平均刚度和局部刚度的定义和计算方法，分析轴承的支承特性以及扰动特性。考虑轴承刚度的时变性和载荷非线性以及转子动态偏心位移导致的不平衡力激励，提出一种改进的轴承-转子系统一体化动力学模型。以两种不同类型的轴承为例，通过有限元/接触力学半解析法(finite element/contact mechanics mixed method, FE/CM)得到完整周期下滚动轴承三维载荷-位移分布曲线，分析轴承平均刚度与局部刚度的非线性特性，通过改进的轴承-转子动力学模型准确的获取滚动轴承动态支承力的载变与时变特征，观察到由于滚动轴承动态激励作用导致强非线性振动响应。

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引导式柔性网系统防落石冲击耗能机制研究

金云涛，余志祥，骆丽茹，张丽君，许浒，齐欣

振动与冲击. 2021, 40(20): 177-185.

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引导式柔性网系统是一种高效的柔性防护结构系统，结合原位足尺冲击试验，研究揭示了系统的防落石冲击耗能机制。基于构件受力、变形及耗能特性，研究了系统构成原理，建立了系统防护耗能机理模型。基于匀质坡面碰撞能量恢复系数为常数的假定，提出了系统干预下落石残余动能计算方法。开展了落石原位足尺冲击试验，研究了在有、无系统防护下的落石运动特性，并基于落石能量变化特征定义了落石能量衰减率及系统影响因子。研究表明：在防护系统干预下，落石与山体的碰撞次数平均增加至2倍以上，落石最大弹跳高度下降了82%，落石能量衰减率由69.7%增加到89.2%，落石残余动能降幅达65%，落石能量衰减的系统影响因子为0.35，系统能够有效压制引导落石运动，增加落石耗能。提出的落石残余动能计算方法得到的系统防护性能指标与试验计算结果基本一致，该计算方法可用于估算防护条件下的落石残余动能。

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深度概率优化的VAE轴承状态评估

尹爱军，陈小敏，谭建，王昱

振动与冲击. 2021, 40(20): 186-192.

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基于振动信号的VAE（variational auto-encoder，VAE）轴承状态评估方法，由于VAE近似后验分布简化高斯假设，其隐变量低维空间表示过于简单，往往无法捕捉到振动信号真实的潜在故障特征，且利用变分证据下界评估运行状态，存在估计不准确以及受样本数目影响较大等问题。研究分布变换优化VAE近似后验分布，利用优化采样算法优化计算VAE边缘概率密度，建立一种基于深度概率优化的VAE轴承状态评估模型。通过标准化流（normalizing flows）实现VAE中的分布优化，构造复杂灵活的近似后验分布，自适应学习健康状态下轴承振动信号频谱概率分布；采用AIS（annealed importance sampling，AIS）算法，通过一系列中间分布，采样完成边缘概率密度的优化计算，建立评价指标。滚动轴承对比实验表明，所提方法对滚动轴承退化过程更为敏感，证明了该方法在轴承状态评估中的有效性。

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不同覆冰形式的导线脱冰动力响应研究

王金锁，刘美瑶，岳华刚，马忠龙，周文武，江岳，孙清

振动与冲击. 2021, 40(20): 193-199.

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为了研究覆冰形式和脱冰方式对导线脱冰动力响应的影响，建立了档距和高差分别为800 m、50 m的有限元模型，分析导线在均匀覆冰、三段覆冰和线性覆冰三种覆冰形式下发生均匀脱冰和非均匀脱冰时的动力响应规律，探讨档距、覆冰厚度、脱冰率等因素对导线最大冰跳高度的影响。结果表明：脱冰工况相同时，线性覆冰较均匀覆冰形式下的脱冰动力响应更加剧烈；脱冰率为50%时导线覆冰脱落后的峰值张力均小于覆冰时的最大静态张力；最大冰跳高度在不同工况下的变化规律与覆冰形式密切相关。研究结果为覆冰区输电线路设计提供了参考依据。

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基于MCKD和改进IESFOgram相结合的行星轴承外圈故障诊断

陈鑫，郭瑜，伍星，樊家伟，林云

振动与冲击. 2021, 40(20): 200-206.

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针对行星齿轮箱中振动信号传递路径具有时变性和信号间相互耦合的问题，提出了基于最大相关峭度反卷积消噪技术（maximum correlated kurtosis deconvolution，MCKD）和特征优化图改进包络谱（improved envelope spectrum via feature optimisation-gram，IESFOgram）相结合的行星轴承外圈故障诊断方法。该方法使用MCKD技术对信号进行降噪处理，增强与行星轴承故障相关分量的能量幅值；采用改进IESFOgram提取轴承故障振动分量，再基于特征频率各阶次谐波频率与边带积分比值之和最大确定包含轴承故障信息最丰富的优化解调频带；最后包络谱分析辨识故障特征。通过对行星轴承外圈的实测数据分析，验证了所提方法的有效性。

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基于动载试验荷载效率的简支梁桥冲击系数研究

周勇军，赵洋，赵煜，曹群，李珍

振动与冲击. 2021, 40(20): 207-216.

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为对中小跨径简支梁桥冲击系数进行评价，建立轻荷载作用与等效设计荷载作用下冲击系数的关系。采用五自由度三轴平面车辆模型，以标准跨径的简支小箱梁桥为研究对象，建立车桥耦合振动方程，采用ANSYS软件二次开发语言APDL进行仿真求解。通过荷载等效原理，将设计荷载的车道荷载还原为等效的多辆重车荷载，进行准设计状态分析；基于动载试验荷载效率研究单辆车作用下各片主梁冲击系数的变化规律，对比分析不同因素对冲击系数的影响规律；最后提出基于动载试验荷载效率的轻荷载冲击系数修正方法。结果表明：现行规范取值的冲击系数偏不安全，但在桥面状况良好和低速行驶时安全性较高；冲击系数随动载试验荷载效率增大而减小，通过轻荷载所得的冲击系数直接与规范值对比没有实际意义；轻荷载的冲击系数经过修正后可还原为准设计状态下冲击系数。研究结论可为中小跨径桥梁设计提供参考，同时为桥梁动载试验的评价方法提供依据。

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基于全箭振型数据的大型捆绑火箭模态筛选与对齐方法

胡明明，谭述君，周如好，何骁

振动与冲击. 2021, 40(20): 217-222.

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针对大型捆绑火箭开展了模态筛选和对齐方法的研究。采用全箭的振型数据，首先改进了模态振型数据归一化的方式，给出了弯曲、扭转、纵振及局部模态等的筛选系数公式。然后利用基于模态置信度准则的模态对齐方法，结合模态筛选结果，完成了不同秒点的模态对齐。最后在某型号运载火箭动力学模型上进行了仿真验证。仿真结果表明了所提出的模态筛选与对齐方法的正确性和有效性。

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适用于滞变性能退化结构体系抗震设计的新型侧向力模式

白久林，孙博豪，金双双

振动与冲击. 2021, 40(20): 223-231.

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基于规范格式的抗震设计侧向力模式主要是基于弹性结构系统的动力特性获得的，这与强震下结构的非线性地震响应具有不兼容性，不能很好的预测和控制结构的地震损伤。基于强震均匀损伤的抗震理念，提出了滞变性能退化结构体系抗震设计的新型侧向力模式。建立了以峰值指向性改进I-K模型为基础的分析模型，构建了结构的均匀损伤优化设计程序，系统研究了收敛参数、地震动特性、目标延性、结构周期、阻尼比、软化刚度系数、材料延性能力、材料循环退化速度等对新型侧向力模式的影响。提出了以结构基本周期、目标延性和楼层相对高度为变量的新型侧向力模式量化表达式。结果表明，采用新型侧向力模式设计的结构，能实现结构的损伤分布均匀化，降低结构的地震响应，提高结构的抗震性能。

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竖立圆柱涡激振动尖端效应的数值模拟研究

丁钰，于哲峰，毛玉明，王吉飞，舒忠平

振动与冲击. 2021, 40(20): 232-239.

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有限长悬臂圆柱结构在风载荷作用下可能会发生普通涡激振动。同时，在超过锁振范围的高风速下也可能发生涡激振动现象，这种涡激振动现象产生的机理尚不明确。针对普通涡激振动现象和高风速下涡激振动现象建立双向流固耦合数值模拟方法进行分析。结果表明，通过数值模拟方法可以较好的呈现出圆柱在风载荷作用下的振动特性以及流场在圆柱展向上的三维流动特性。通过对圆柱顶部面中心点的位移时程曲线以及耦合面上的升力时程曲线进行功率谱密度分析，得到与文献实验结果较为吻合的普通涡激振动频率响应。根据圆柱运动的横向振动特性以及三维流动特性，发现当圆柱处于高风速下在其尖端处存在接近结构固有频率的涡泄频率，揭示在高风速下发生涡激振动的机理。

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基于概率-区间混合模型的汽车乘员约束系统可靠性优化设计

刘鑫，陈德，周振华，胡林

振动与冲击. 2021, 40(20): 240-246.

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考虑到多种不确定性因素对汽车乘员约束系统带来的影响，提出了一种基于概率-区间混合模型的汽车乘员约束系统可靠性优化设计方法。针对某型汽车的乘员约束系统建立其数值模型，并通过实车碰撞实验以检验数值模型的有效性；通过概率模型和区间模型来描述不确定性变量，并建立了基于概率-区间混合模型的乘员约束系统可靠性优化设计问题；利用karush-kuhn-tucker(KKT)最优化条件和基于最大熵原理的二次四阶矩方法对可靠性优化问题进行解耦，将原始的三层嵌套优化问题转化为单层优化问题，实现高效求解；为了进一步提升计算效率，基于径向基函数建立了乘员约束系统的近似模型，构建了近似可靠性优化设计问题，并使用遗传算法进行求解。结果表明：该方法既能高效准确地为汽车乘员约束系统匹配最佳的设计参数，又提高了汽车的被动安全性，在汽车碰撞安全领域具有广泛的工程领域应用前景。

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基于改进深度残差网络的轴承故障诊断方法

田科位，董绍江，姜保军，裴雪武，汤宝平，胡小林，赵兴新

振动与冲击. 2021, 40(20): 247-254.

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针对滚动轴承在噪声环境中干扰大、工况复杂多变时诊断困难的问题，提出了一种改进深度残差网络的轴承故障诊断方法。对滚动轴承振动信号预处理，得到数据样本，分为训练集和测试集；将基于注意力机制的挤压与激励网络（squeeze-and-excitation networks，SENet）结构引入到残差神经网络残差块之中建立特征提取通道之间的联系，得到改进深度残差网络模型；再将标签化的训练集数据样本输入改进的诊断模型中进行训练；将训练好的诊断模型应用于测试集，输出每种故障的识别结果。在训练过程中，为了抑制过拟合，对原始训练样本进行加噪处理；同时引入了激活函数LReLU和Dropout技巧来提高模型的抗干扰能力。为了验证该模型的诊断性能，选用实验数据进行验证，结果表明该方法在载荷变化以及信号受到严重噪声污染时，依然拥有良好的故障诊断能力。

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基于人群密度的随机人群荷载模型研究

郭瑞，任宇，王双旭，潘毅

振动与冲击. 2021, 40(20): 255-263.

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人群同步率与行走步频对人行桥的结构振动响应影响较大，但既有随机人群荷载模型仅由单人荷载模型组合而成，并未考虑人群密度对结构振动的影响，建立可描述人群行走特征的随机人群荷载模型尤为重要。以某钢桁架人行桥为研究对象，采用现场振动测试试验与数值模拟的方法，研究人群密度对人行桥振动响应的影响规律，在既有随机人群荷载模型的基础上，提出一种考虑人群同步率与行走步频随人群密度变化而改变的随机人群荷载模型，并采用其他学者的相关试验数据对本文建立随机人群荷载模型的正确性进行了验证。研究结果表明：人群同步率和行走步频都会随人群密度的变化而改变；当人群密度小于1人/m2时，人行桥振动响应与人群密度呈正相关，当人群密度超过1人/m2，人行桥振动响应随人群密度呈负相关；基于人群密度的荷载模型所得到计算值与试验值的相对误差为5.0%~12.2％，这证明本文建立的随机人群荷载模型能够较好模拟人群行走所产生的荷载效应。

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自适应粒子群优化的HMM故障诊断方法及应用

郭森，王大为，张绍伟，张学成

振动与冲击. 2021, 40(20): 264-270.

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针对传统隐马尔科夫模型（hidden Markov model, HMM）解决学习训练过程中参数容易局部收敛的问题，采用一种自适应粒子群算法对HMM模型进行优化改进。在基础粒子群算法中加入惯性权重因子，并根据算法迭代结果对算法各因子大小进行动态控制，增强该算法的全局搜索能力。改进后的粒子群算法融入HMM模型训练过程参数学习的优化过程，能够提高HMM的训练精度。将其应用到油机电站的故障诊断当中，通过对其实测振动数据进行分析，与标准算法相比，对油机处于正常、供气不足、进气门间隙异常状态的分类准确率都有所提升，整体诊断精度达到97.3%。结果表明，基于自适应粒子群优化的HMM故障诊断方法能够有效解决传统模型的局部收敛问题。

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基于LSTM神经网络和故障特征增强的行星齿轮箱故障诊断

樊家伟，郭瑜，伍星，陈鑫，林云

振动与冲击. 2021, 40(20): 271-277.

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针对支持向量机、深度学习等人工智能算法在齿轮箱故障诊断应用上的不足，提出一种基于长短时记忆（long short-term memory,LSTM）神经网络和故障特征增强的行星齿轮箱故障智能诊断方法。该方法对行星齿轮箱不同局部故障振动信号进行滑动加窗截取，对截取的每段信号分别做快速傅里叶变换并选取包含故障特征丰富的频段实现对故障特征的增强，并以该数据作为输入对LSTM神经网络进行训练，通过训练完成的LSTM神经网络模型智能提取所选频段内的故障特征并实现行星齿轮箱不同局部故障的识别诊断。试验结果表明该方法可以有效诊断行星齿轮箱不同局部故障，并能提高网络模型的故障识别率。

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具有中空结构的双层圆截面微梁热弹性阻尼模型

罗志军，李普，方玉明

振动与冲击. 2021, 40(20): 278-284.

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热弹性阻尼是热弹性体内部固有的能量损耗机制，对微谐振器的品质因数有重要影响。针对弯曲振动的具有中空结构的双层圆截面微梁，提出一种热弹性阻尼解析模型。利用格林函数法求得微梁中的温度场函数，由温度场函数计算出每一层的能量损耗与储存的最大弹性势能，进而建立无穷级数形式的热弹性阻尼解析模型；对比微梁的FEM模型计算的热弹性阻尼；与Zener单层圆截面微梁模型和TR中空单层圆截面微梁模型对比；探讨金属镀层和体积比对热弹性阻尼的影响。结果表明：FEM模型和当前解析模型的计算结果基本吻合，验证了当前解析模型的有效性；当前解析模型只保留第一项时，热弹性阻尼的计算结果与Zener梁模型和TR梁模型的计算结果一致；金属镀层会增加微梁的热弹性阻尼；对于细长SiC/Si结构微梁，当体积比不变时，热弹性阻尼峰值不变，但其峰值频率会随着微梁体积的增加而减小。

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基于支持向量回归改进的工况传递路径分析方法及其应用

胡涵，高亮，孟言，郑辉

振动与冲击. 2021, 40(20): 285-295.

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提出了一种结合支持向量回归理论改进的工况传递路径分析方法。利用改进方法良好的回归特性和自适应性及对随机噪声的量化，能够有效克服现有分析方法由于信号中混有随机噪声和串扰而造成对路径贡献的错误预测。运用“源-传递路径-接收者”数值算例和相应实验验证了所提出方法的有效性和可靠性。最后将改进的工况传递路径方法应用于某型振动压路机驾驶室噪声分析，成功辨识出空气声和结构声主导传递路径，为驾驶室的降噪工作提供了理论依据。

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SPS夹层结构落锤冲击试验研究

姚鹏，田阿利，刘昆，胡大伟

振动与冲击. 2021, 40(20): 296-301.

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SPS(sandwich plate system)夹层结构具有良好的缓冲吸能特性，在舰船抗冲击防护方面具有广阔应用前景。利用落锤碰撞冲击试验设备开展SPS夹层结构动态冲击试验研究，并与加筋板进行抗冲击性能对比分析，探讨SPS夹层结构在落锤冲击载荷下的损伤模式，撞击力变化及能量吸收等特性，获得SPS夹层结构在碰撞载荷作用下的耐撞性性能。试验研究结果表明，在等质量前提下，SPS夹层结构耐撞性能显著优于加筋板，主要通过结构的整体塑性变形和芯层压缩变形吸收冲击能量，使得SPS夹层结构的损伤破口明显小于加筋板，SPS夹层结构的撞击力峰值比加筋板减小28.5%；基于试验数据验证有限元仿真结果的可靠性，对比加筋板计算结果可知，SPS夹层结构吸能增幅为24.33%。研究成果有望为舰船轻量化设计及安全防护设计提供参考。

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横向振动下水平通道内气液两相流型研究

孙博，周云龙，刘启超

振动与冲击. 2021, 40(20): 302-306.

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通过将振动装置与两相流实验回路相结合的方式，利用曲柄连杆原理，对低频高幅式横向振动工况下水平通道内气液两相流动情况进行了实验研究。通过可视化实验得出相应工况下典型流型，同时改变振动幅度及振动频率，探讨了振动参数对流型转换界限的影响。研究结果表明，横向振动工况下流型与稳态相比，其基本特征大体一致，但气液相界面波动程度及含气率差异较大。不同振动参数下典型流型主要包括泡状流、弹状流、分层流、波状流及环状流。绘制流型转换界限结果显示，振动参数的增大导致弹状流及波状流区域增大，分层流及环状流区域减小，且振动参数的改变对弹状流转换界限有更为显著的影响。

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车辆加速度信号的EMD和IIR滤波联合降噪方法

范文健,毛万鑫，吴疆

振动与冲击. 2021, 40(20): 307-312.

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针对传统EMD分解中因高频IMF分量存在有用信号与噪声信号混叠的现象，导致降噪结果不理想的问题，提出一种基于EMD分解和IIR低通数字滤波的联合降噪方法。在EMD分解的基础上，使用IIR低通数字滤波器对高频IMF分量进行滤波，将滤波信号与低频IMF分量进行重构得到降噪信号。最后使用某车辆加速度信号进行降噪试验，结果表明IIR低通数字滤波有效改善了高频IMF中信噪混叠的现象，验证了该降噪方法降噪效果优于EMD分解降噪和IIR低通数字滤波降噪。

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刊出日期：2021-10-28

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