振动与冲击

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赵宏达1,2，孙毅1，丁继锋3，郝志伟4，刘伟1，王熊1，刘一志1

振动与冲击. 2021, 40(22): 1-10.

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针对机械撞击式火工冲击环境试验中需要反复调试以实现试验条件等问题，提出了一种机械撞击式冲击环境模拟装置并研究了装置的调节参数对冲击环境的影响规律。设计了一套采用轻气炮加载并具有多调节参数的冲击环境模拟装置。采用冲击试验和数值仿真相结合研究了装置的调节参数，如轻气炮气室压强、连接杆定位孔位置、加载板厚度等对设备安装板上的冲击响应谱（Shock Response Spectrum, SRS）的影响规律。拟合了冲击环境与调节参数之间的定量的关系式或总结了相应的表格。通过火工冲击信号在该装置上进行准确模拟验证了装置的可行性和研究规律的可靠性。研究表明：轻气炮气室压强与谐振板冲击响应谱幅值近似成幂次方关系，连接杆定位孔和加载板厚度可实现冲击响应谱拐点频率的大范围调节等。

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基于CNN-LSTM的风电机组异常状态检测

向玲，王朋鹤，李京蓄

振动与冲击. 2021, 40(22): 11-17.

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风电机组的环境恶劣和工况多变导致风电机组故障频发，为了保障风电机组的可靠运行，基于数据的机组异常状态检测尤为重要。本文提出了一种基于级联深度学习预测模型的风电机组状态检测方法，首先对风电场数据采集与监视控制（supervisory control and data acquisition，SCADA）系统的数据进行预处理，并通过距离相关系数（distance correlation coefficient，DCC）分析选取输入参数；然后结合卷积神经网络（convolution neural network ，CNN）和长短期神经网络（long short-term memory,LSTM）建立观测参数与目标参数之间的逻辑关系，通过均方根误差（root mean square error，RMSE）和样本熵（sample entropy,SE）对齿轮箱轴承温度预测残差进行分析，监测齿轮箱轴承温度异常变化；最后以华北某风场的SCADA数据进行算例验证，结果表明该方法能够准确检测到齿轮箱轴承温度异常，提前发现风电机组的早期故障，为风电机组安全可靠运行提供重要价值。

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一种新的轴承寿命预测特征评价指标的构建与验证

曾大懿，蒋雨良，邹益胜，张笑璐，李海浪

振动与冲击. 2021, 40(22): 18-27.

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在基于深度学习的寿命预测模型中，其提取的特征的优劣需要通过最终的预测精度来间接评价，特征的可解析性差。为此，提出了一种新的寿命预测特征评价指标。与经典的时间相关性、鲁棒性和单调性指标不同，该指标针对产品寿命离散程度大的特点，通过评价特征在不同样本之间的趋势一致性以表征其优劣。首先采用归一化与降采样方法处理数据，其次借助相关性公式计算同一特征在两两轴承之间的相关性值，最后取平均值获得该指标的得分。以某轴承数据集为例，分别使用提出的评价指标与经典评价指标对深度学习模型提取的信号特征进行评价与筛选，并将筛选出来的特征用于轴承剩余使用寿命预测。基于留一法的实验结果表明：在17组的实验样本中，有11组样本采用提出的指标筛选特征得到的预测结果，优于不进行特征筛选以及时间相关性、鲁棒性和单调性三种经典评价指标的预测结果。其中，获得的均方根误差的综合平均值分别降低了21.0%、27.6%、25.8%和19.5%。利用该评价指标，有利于提升对深度学习模型所提取特征的可解释性。

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基于非光滑系统的局域共振声子晶体结构动态特性研究

何超，高海峰，徐慧东，李志强

振动与冲击. 2021, 40(22): 28-34.

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基于扭转振动结构，研究了非线性局域共振声子晶体的动态特性及含非光滑碰撞系统单胞对混沌带隙产生的作用机理。非线性局域振子由安装于轴上的圆盘、轴承、线性弹簧、碰撞杆构成。一方面，在特定频率范围内，各个单胞产生共振同时与轴体之间扭转波相互耦合作用，可以在低频范围内能打开多条线性共振带隙。另一方面，基于碰撞机构的非光滑系统会给振子带来非线性动力学特性，在低频范围产生混沌带隙。首先采用传递矩阵法计算一维声子晶体扭转振动在线性范围内的能带结构，并与实验结果进行对照验证。然后通过分析单胞的非线性动力学行为阐明系统出现混沌带隙的频率范围，并通过实验进行了验证。研究结果表明，该结构不仅在线性特性下在多个频率范围内有明显抑振效果，其混沌特性也可以使结构在更低频范围实现减振特性。

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基础隔震高层建筑结构减震系数研究

赖正聪1,2，潘文1,2，白羽1,2，叶燎原2，张田庆3，贾毅1

振动与冲击. 2021, 40(22): 35-41.

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针对质量、刚度沿高度分布相对均匀的基础隔震高层建筑结构建立其等效梁模型，基于振型分解反应谱法对隔震及非隔震结构振型数、振型参与质量、地震剪力、力矩等关键指标进行探讨分析。给出了确定水平向减震系数指标的临界刚度比、临界周期比，进一步分析了该两个临界比值对减震系数的一般性控制规律。研究结论表明：1）当隔震后、前结构基本周期比大于1.3或上部结构整体等效刚度与隔震层水平等效刚度之比大于0.8时，可有效抑制高层剪力墙隔震结构高阶振型反应，仅需考虑基本振型对结构地震反应的贡献。2）结构隔震后、前的底部剪力比、力矩比与上部结构整体等效刚度与隔震层水平等效刚度之比、基本周期比有关，与质量、阻尼等参数无关。3）当小于临界刚度比或小于临界周期比时，底部力矩减震效果较剪力要差，应以隔震后、前结构底部力矩比作为减震效能评价指标，当大于临界刚度比或大于临界刚度比时，则应以底部剪力比作为评价指标。其中，、可按本文所给数值取用。所得相关研究成果可为相关理论研究及工程应用提供参考和依据。

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卧式一体化泵闸安全性研究及结构优化

侍贤瑞1,2，严根华1，董家1,2，孙云茜1,2

振动与冲击. 2021, 40(22): 42-47.

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一体化泵闸是一种新型水环境治理设备，该设备将水泵与平板闸门一体结合，装置紧凑、构造新颖。但该设备，边界约束弱，流动条件复杂，容易发生流激振动。本文通过三维有限元数值模拟、水动力特性及流激振动试验，系统研究了卧式表孔一体化泵闸结构不同工作条件下的静动力特性、水动力特性和流激振动特性，并采用HHT(Hilbert-Huang transform)方法对随机数据进行分析。此外，针对卧式一体化泵闸的临界工作淹没深度过高的问题，设计了三种消涡装置以降低临界淹没深度，方案三较原方案降低了58%，效果显著。

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爆破振动信号分形维数相关性研究

谢全民1,2

振动与冲击. 2021, 40(22): 48-51.

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考虑到炸药、爆源特征、场地介质等因素，建立了爆破振动分形维数与各影响因素之间相关性的理论分析模型。基于BP神经网络建立爆破振动信号分形维数预报模型，并提出各主要影响因素对爆破振动分形维数影响权重的确定方法，得到了爆破振动信号分形维数相关性的定量描述。研究成果为进一步拓宽分形理论在爆炸与冲击动力学领域的应用范围有重要理论研究意义，对优化爆破技术方案设计，实现降震减灾等具有参考价值。

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新型三角形结构电磁式振动能量采集器的设计与分析

陈春明1，袁天辰2，陈立群1,3,4

振动与冲击. 2021, 40(22): 52-59.

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从环境普遍存在的振动中采集能量是目前研究的重点和热点。本文提出了一种基于三角形位移放大结构的电磁式振动能量采集器，通过杠杆结构放大磁铁和线圈之间的相对位移，提高振动能量转换效果。通过杠杠末端设置弹簧，形成三自由度非线性动力系统，拓宽了系统的采集器频带。利用龙格库塔方法，数值分析了系统的动力学响应，结果表明所设计的采集器具有两个能量采集频段，其中一个覆盖5-10 Hz以下的低频范围，另一个覆盖20-45Hz频段。通过分析不同采集器设计参数对振动能量采集效果的影响，发现增加杠杆结构的装配角、下部滑块质量以及弹簧刚度有利于低频范围的能量采集，而减小装配角和滑块质量则能够提高第二个采集频段的输出电压。通过构造等效的线性振动能量采集器进行对比发现，得益于杠杠的位移放大作用，相同激励下三角形振动能量采集器的最大输出电压是对比线性竖直振动能量采集系统的1.76倍，这些特性使这种新型采集器能够针对低频、宽域的环境振动取得良好的能量采集效果。

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索撑单层球面网壳多点地震输入下的失效特征研究

张中昊1,2，支旭东2，范峰2，李玉刚3

振动与冲击. 2021, 40(22): 60-65.

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在双向网格型单层球面网壳的面内外布置拉索可有效地增强结构的刚度从而提高结构的承载能力，提出一种新型索撑网壳结构。本文针对60m跨度索撑单层球面网壳，采用位移时程分析方法，研究结构在一致输入下和考虑地震动空间变化性的多点输入下的地震响应及其失效特征。通过关键节点的荷载位移响应、网壳杆件进入塑性比例、网壳损伤程度等指标考察不同地震荷载幅值下网壳结构的破坏形式，揭示索撑单层球面网壳结构的动力失效机理。结果表明：拉索的布置有效地增强了网壳结构的延性，在网壳发生较大位移时，结构不但没有发生破坏并能继续承受更大的地震荷载。一致输入下网壳杆件是从球面四个端点区域开始进入塑性，多点输入下网壳杆件塑性发展从支座处外环开始逐渐向内环发展。对比一致输入，多点输入下网壳动力极限荷载大幅度降低，说明索撑网壳结构体系受地震动空间变化影响较大。网壳破坏形式为强度破坏，多点输入下结构的强度破坏特征更为显著。

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车辆半主动悬架广义天棚理论控制研究

杨艺，陈龙，汪若尘，张孝良，刘昌宁

振动与冲击. 2021, 40(22): 66-74.

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为能充分发挥惯容器作用，全面提升悬架性能。本文基于机械阻抗传递函数，对天棚控制算法进行推广，提出广义天棚理论，研究机械阻抗传递函数中刚度特性、阻尼特性及惯性特性对车辆悬架性能的影响。基于鱼群算法优化求解广义天棚结构并对其进行半主动实现。设计了一种可控惯容器装置，实现了惯性力的可控，并对其非线性进行了研究分析。结果表明，本文所提出的广义天棚控制半主动悬架，相比传统被动悬架和天棚阻尼控制悬架，能够进一步提升悬架性能，改善乘坐舒适性。

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并列三方柱气动特性的试验研究

刘小兵1,2,3，于文文3，吴倩云3，陶韬3，杨群1,2,3

振动与冲击. 2021, 40(22): 75-81.

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为了给实际土木工程中并列三方柱结构的抗风设计提供参考，采用刚性模型测压风洞试验的方法，测试并研究了并列三方柱的升阻力系数、风压系数及斯托罗哈数随间距的变化规律。三方柱相邻两柱的间距与单方柱边长之比L/D的变化范围为1.2~8。研究结果表明，当1.2≤L/D≤2时，由于偏流现象的存在，两侧方柱的气动力不等，中间方柱会受到非0的平均升力作用。当L/D由2增加到2.5时，两侧方柱的脉动阻力会出现突升现象。当L/D由3增加到3.5时，中间方柱的脉动阻力和三方柱的脉动升力会出现突升现象。并列三方柱的旋涡脱落在1.2≤L/D≤2时受到了明显的抑制，在L/D≥2.5时比较明显，且对应的斯托罗哈数大致相等。

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混合框架可更换梁的抗震性能及设计方法

门进杰1,2，王欢欢1，兰涛1,3，任如月1，史庆轩1,2

振动与冲击. 2021, 40(22): 82-91.

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针对端板-螺栓连接的RCS混合框架可更换梁，采用ABAQUS有限元软件对其在低周反复荷载作用下的受力性能进行分析。研究了长度系数对其破坏过程、破坏模式、滞回性能、抗剪承载力和塑性转动能力等性能的影响。在此基础上，分析了加劲肋间距对剪切型可更换梁抗震性能的影响。分析结果表明：长度系数可以作为可更换梁破坏模式的控制参数，当长度系数e≤1.45时可更换梁发生剪切破坏，当长度系数e>1.45时发生弯剪破坏；长度系数对试件抗剪承载力影响较大，而加劲肋间距对抗剪承载力的影响不明显。经综合分析，提出了剪切屈服型可更换梁长度系数的建议值，即0.9~1.2。分析结果还表明，该型式可更换钢梁具有良好的承载力和变形能力，其超强系数均大于AISC给出的超强系数建议值；此外，加劲肋加密可有效防止可更换梁腹板的屈曲，进而保证可更换梁的耗能能力与塑性转角，因此，不建议将剪切型可更换梁的加劲肋间距设置过大。最后，基于参数分析结果，从截面尺寸、承载力计算、构造措施和连接设计四个方面，给出了可更换梁的设计方法，并通过试验予以验证，为类似的结构构件设计提供参考。

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驻波声场中空化气泡之间的相互作用研究

马艳1，赵飞燕1，姚曦2

振动与冲击. 2021, 40(22): 92-97.

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本文从驻波声场特征出发，研究了一对气泡在驻波声场中的振动特征及气泡之间的相互作用力，研究结果表明：驻波声场中波腹位置附近的气泡具有强烈的能量转换能力，能够在小振幅声压下做非线性振动，发生剧烈的空化现象，波节位置附近的气泡只做微小的线性振荡；驻波声场中，处于波腹位置处的两个气泡之间的相互作用最大，波节位置处两个气泡之间的相互作用力趋于0；驻波声场中，两个气泡之间相互作用力的大小和方向取决于两个气泡在驻波声场中的位置、驱动声压振幅、驱动频率和两个气泡的初始半径等因素。

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空气舵系统摩擦模型及参数识别方法研究

李雨青，南宫自军，刘博

振动与冲击. 2021, 40(22): 98-103.

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空气舵作为常用的飞行器执行机构，存在间隙与摩擦等非线性特性，其非线性建模是一个反复迭代的过程，需要选择合适的模型反映其真实的动力学特性。为此，本文采用库仑摩擦模型和Stribeck摩擦模型建立了含间隙和摩擦的舵系统非线性动力学模型，并分别采用最小二乘非线性拟合法和遗传算法使用试验数据对模型中的未知参数进行识别。研究表明，相较于Stribeck摩擦模型，库仑摩擦模型能较为准确地反映系统中的摩擦力矩，两种参数识别方法均能有效完成未知参数的识别。

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随机车轮不圆顺及车辆参数对轨道频域振动响应影响分析

李明航1，马蒙1，谭新宇1，张厚贵2，刘卫丰1

振动与冲击. 2021, 40(22): 104-111.

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列车引起轨道振动响应受车辆参数及车轮养护维修状态差异等因素影响，短时间内不同地铁列车通过某一固定测试断面引起的振动响应呈现显著的不确定性，且在频域内不同频段的离散特征差异明显。为研究车轮不圆顺及车辆参数随机性对轨道振动响应的影响，以不同运营里程地铁列车车轮不圆顺实测样本为基础，构建了随机车轮不圆顺谱；测量了某地铁隧道区间轨道动态不平顺、钢轨表面粗糙度及轨道垂向振动响应；基于车-轨耦合频域解析模型，采用随机模拟法计算了随机车辆参数及随机车轮不圆顺联合作用下的轨道频域振动响应。研究发现：采用实测车轮不圆顺耦合轨道不平顺作为激励，计算获得频域轨道振动响应与测试值吻合良好，8~200 Hz的平均绝对百分比误差为2.4%；随机车辆参数、随机车轮不圆顺耦合实测轨道不平顺作用下，8 Hz以下的振动响应未出现显著的离散；16 Hz以上的振动加速度级离散明显，并均呈现正偏态分布特征；63 Hz以上频段分频振动加速度级离散超过20 dB。

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计入丝间非线性接触的单股钢丝绳疲劳特性研究

陈原培，张余

振动与冲击. 2021, 40(22): 112-120.

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为探究单股钢丝绳在周期拉伸交变载荷作用下的疲劳特性演变规律与失效机理，本研究首先建立了计入丝间非线性接触等因素的单股钢丝绳疲劳特性有限元分析模型，其次提出了单股钢丝绳内部空间螺旋接触区域高精度网格划分方法和单股钢丝绳端面约束方案，从而解决了钢丝绳仿真中普遍存在的终端效应问题，最后分析了单股钢丝绳疲劳特性以及几何参数、材料参数等对其疲劳特性的影响。结果表明：周期拉伸交变载荷作用下，单股钢丝绳芯丝-侧丝接触线区域发生了明显的应力集中，该区域因较大的应力幅而最易发生疲劳寿命衰减甚至破坏；芯丝疲劳寿命敏感区呈空间螺旋带状分布，并与芯丝-侧丝接触区域对应；对于始终处于芯丝-侧丝接触状态的单股钢丝绳，适当减小侧丝直径和捻角、选用弹性模量较小且泊松比较大的材料利于提高单股钢丝绳的疲劳寿命。

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基于PZT扭振模式的纵-弯耦合模态驻波型直线超声波电机

陆旦宏，林秋香，徐健乔，蒋春容，孙芮

振动与冲击. 2021, 40(22): 121-127.

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基于耦合振动理论设计出一种新型偏心式结构的驻波型直线超声波电机，其工作模态为包含一阶纵振成分与二阶弯振成分的耦合振动模态。与纵振和弯振的复合振动模态不同的是，本文所设计超声波电机的工作模态通过构造定子的质心偏移条件，将这两种振型成分耦合，形成定子的耦合模态。其中，二阶弯振成分由金属弹性体两端压电陶瓷的扭振模式（d15模式）激励产生，一阶纵振成分通过耦合同时产生。设计了工作于d15模式的压电陶瓷的极化以及电源激励方案，详细阐述了电机的工作原理。利用有限元分析软件对定子的结构尺寸进行了设计，并对定子进行瞬态分析以得到各驱动足的运动轨迹。制作电机的实验样机并搭建实验平台，测试了样机的频率特性、电压特性以及机械特性。

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电磁直线式主动悬架作动器参数的多目标粒子群优化

寇发荣，张宏，李阳康，洪锋

振动与冲击. 2021, 40(22): 128-137.

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本文针对电磁直线式主动悬架作动器电磁波动力大、有效输出力低的问题，设计了一种多目标粒子群参数优化算法。建立了作动器有限元模型，通过径向磁通密度的理论计算和有限元仿真值作对比，验证了有限元模型的正确性。对作动器的槽口宽度、初级边端长度和极距长度进行参数敏感度分析和多目标粒子群优化，并对比分析了优化前后作动器的输出力、反电动势和波动力。最后试制了物理样机并开展了阻尼力特性试验和电磁力特性试验。仿真结果表明：当电磁作动器的结构参数通过优化后，有效电磁力、总谐波畸变量和电磁波动力均得到了改善。试验结果表明：阻尼力波动试验值与仿真值基本一致，平均电磁力试验值和仿真值随电压变化呈线性分布且误差较小。

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基于改进积分滑模控制多电机协同控制研究

葛育晓，赵荣珍

振动与冲击. 2021, 40(22): 138-143.

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多电机协同控制历来处于运动控制领域的核心位置，在现代工业自动化发展过程中扮演着一个不可或缺的角色。针对多电机协同控制易受非线性、外界扰动等不确定性因素影响，提出了一种基于积分滑模控制的协同控制策略。以幂次趋近率为基础，引入反余切函数改变幂次趋近项系数，又加入指数项，使系统状态在远离滑模面时快速接近滑模面，接近滑模面时又减缓速度减少抖振。改进了偏差耦合控制结构，提升了系统受扰后的动态响应、跟踪能力。最后，基于李雅普诺夫稳定性理论对系统进行收敛性分析，并通过仿真实验对比验证所提方法策略的有效性。

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深基坑开挖爆破对桩锚支护结构的影响及其机理研究

孙鹏昌1,2，覃卫民2，陈明1，卢文波1

振动与冲击. 2021, 40(22): 144-150.

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研究深基坑开挖爆破对桩锚支护结构的影响是确保深基坑安全稳定的关键性问题。依托厦门机场路一期工程分离式车行隧道深基坑爆破开挖工程，基于现场爆破振动监测数据建立了桩锚支护深基坑Abaqus三维有限元数值计算模型，分析研究了深基坑开挖爆破作用下，桩锚支护结构的爆破振动响应规律，支护桩的塑性损伤分布以及预应力锚索的拉力变化规律。研究结果表明：紧邻爆区的桩身最大爆破振动速度超过30 cm/s，远大于可参照的爆破振动安全控制标准，桩顶爆破振动存在放大效应；预应力锚索不同位置处的爆破振动速度远小于桩身，且与爆心距无明显相关性；爆破加载作用在波阻抗较小的岩土体边界上，易使支护桩与岩土体的交界面产生受拉损伤；爆破加载使得不同排预应力锚索的拉力产生重新分配调整。结合结构动力学和波动力学理论简要分析了深基坑开挖爆破对桩锚支护结构影响的作用机理。研究结果可为桩锚支护深基坑开挖爆破设计提供参考。

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考虑伸缩缝参数影响的连续梁桥车-桥耦合动力响应研究

侯剑岭1，许维炳1，王瑾1，陈彦江1，张开达1，李岩2

振动与冲击. 2021, 40(22): 151-160.

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伸缩缝劣化对车-桥耦合动力响应规律影响显著。为考虑伸缩缝参数变化对车-桥耦合动力响应的影响，结合车-桥耦合动力响应分析方法及车轮过缝的力学特性，提出了车轮过缝单点接触时变力模型。并采用伸缩缝局部振动模态提取法及模态综合法建立了考虑伸缩缝参数影响的车-桥耦合动力响应分析模型（车-缝-桥耦合动力响应分析模型）及其数值求解方法，并基于实测数据验证。进而以实测三跨连续梁桥为对象，探究了车辆过缝与否，伸缩缝高差、间隙，车速、车辆布置、车重等参数对车-缝-桥耦合动力响应的参数影响规律。结果表明：端部支座外侧设置伸缩缝，会降低连续梁桥主梁跨中位移响应，但会增加桥梁端部的车致冲击作用；相同桥长条件下，车辆过缝会增大桥梁的位移和加速度响应，且加速度响应增大更为明显；伸缩缝高差会降低第一跨的竖向位移响应，但会增大其他两跨的竖向位移响应，伸缩缝高差对不同区域的车致冲击作用（系数）影响显著；伸缩缝附近车致冲击作用随伸缩缝间隙的增大而增大；车速较低时，主梁竖向峰值位移和冲击系数波动较小，并在80km/h车速附近出现峰值；主梁各跨跨中的动位移均随着车辆数目的增多而增大，但各跨跨中的位移冲击系数不一定增加；桥梁冲击系数随车重的增加而减小。在桥梁设计时应考虑伸缩缝参数变化对桥梁不同区域车致冲击作用变化的影响。

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机车再生制动力分布对重载组合列车纵向冲动影响研究

晏新凯，魏伟

振动与冲击. 2021, 40(22): 161-166.

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重载组合列车在长大下坡路段制动缓解时常常出现较大的车钩力，严重时会导致脱轨、断钩事故，威胁到行车安全。使用空气制动与纵向动力学联合仿真系统，计算了“神8＋神8”，“神8＋神12”与“神12＋神8”三种列车编组在长大坡道制动缓解工况中不同的再生制动力分布对列车纵向冲动的影响。计算结果表明，在总再生制动力相同情况下，神12作为主控机车时缓解后最大拉钩力比神8＋神8编组平均减小了12.6%，提出了车钩力降低的发生机理，长大坡道缓解时大再生制动力机车作为主控机车较为合理，为重载组合列车差异化控制提供了基础。

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改进多元层次波动色散熵及其在滚动轴承故障诊断中的应用

周付明，杨小强，申金星，刘武强，刘小林

振动与冲击. 2021, 40(22): 167-174.

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针对滚动轴承振动信号故障特征难以提取以及单通道振动信号分析易存在故障信息缺漏的问题，提出一种新的衡量多通道时间序列动态特征的方法——改进多元层次波动色散熵(MMHFDE)，将其用于提取滚动轴承多通道振动信号中的故障特征，在此基础上提出一种基于MMHFDE，最大相关最小冗余(mRMR)和粒子群优化核极限学习机（PSO-KELM）的滚动轴承故障诊断新方法。首先使用MMHFDE提取滚动轴承不同状态的故障特征，而后采用mRMR从得到的故障特征中筛选敏感特征构成敏感特征向量，最后将敏感特征向量输入到基于PSO-KELM构建的故障分类器中进行故障识别。由实验结果可知，提出的方法可以有效识别滚动轴承不同故障状态。

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民用轻小型无人机跌落测试试验及损伤特性研究

郭亚周1，刘小川1，白春玉1，张永杰2，黄颖杰2，王亚锋1

振动与冲击. 2021, 40(22): 175-181.

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为初步探索民用轻小型无人机跌落撞击损伤特性，我们开展了两种民用轻小型无人机跌落撞击测试试验，研究了民用轻小型无人机在一定高度跌落时的撞击载荷、变形模式等无人机跌落损伤特性，对比分析了不同类型无人机结构差异性带来的跌落损伤和载荷差异性，研究结果表明：无人机采用一体式铝合金起落架能够在跌落的过程中通过有效的起落架屈曲变形来达到吸能降载的效果，而嵌入式起落架吸能效果相对较差；当多旋翼无人机以垂直姿态跌落时，损伤主要集中在起落架、机臂以及机身底部上，特别是机臂在跌落过程中有在根部折断的风险，无人机机臂根部连接强度可进行适当优化和加强；外部卡扣式电池相比于内嵌式电池在受强载荷冲击时会飞离机体，可能发生二次撞击，内嵌式电池相比于外部卡扣式电池安全性更高。

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基于SVDD去除异常值的水下目标定位方法

庞菲菲1，温祥西2，王晓华1

振动与冲击. 2021, 40(22): 182-187.

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复杂多变的水声环境使一些传感器节点估计方位角时出现异常值，降低了水下目标的定位精度。针对这一问题，本文利用高斯混合模型对方位角的观测模型进行建模，基于支持向量数据描述（support vector data description，SVDD）方法提出去除方位异常值的水下目标定位方法。该方法将目标定位与异常值识别有机结合，利用正常观测和异常观测下目标初始估计位置分布特征不同的特点，使用SVDD方法对这些初始估计位置分类从而识别出异常值，最后将异常值剔除、利用剩余方位信息完成对目标的最终定位。计算机仿真结果证明了所提方法的有效性。

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列车风激励下高铁声屏障连接螺栓经时松弛研究

卫星1，刘铭扬1，温宗意1，胡喆2，肖林1

振动与冲击. 2021, 40(22): 188-193.

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高速铁路声屏障受通行高速列车的列车风反复激励，连接螺栓会发生松弛。为预测反复横向剪切荷载长期作用下高速铁路声屏障螺栓的松弛程度，利用ANSYS建立考虑螺纹螺旋效应的三维有限元模型，利用降温法施加预紧力，加载交变横向力，研究不同横向力幅值、初始预紧力及螺纹螺距相应的松弛速率。结果表明，横向力幅值越大、初始预紧力越小、螺纹螺距越小，松弛速率越快。通过引入部分假设，建立了一种简易方法用于预测确定荷载谱下声屏障螺栓的松弛程度，研究成果对声屏障螺栓维护有指导意义。

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风波耦合作用下新型多浮体平台动态响应研究

王博1，丁勤卫2，李春1,3，张立1，韩志伟1

振动与冲击. 2021, 40(22): 194-202.

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为提高平台稳定性，提出一种基于Spar平台的新型多浮体平台，采用Fortran编程通过AQWA预留接口实现与AeroDyn的集成，基于辐射/绕射理论并结合有限元方法，对比分析风波耦合作用下新平台与Spar平台的动态响应特性。结果表明：新平台幅值响应算子除纵荡方向稍大于原平台外，垂荡和纵摇方向均显著减小；两平台所受一阶波浪激振力/力矩随频率变化趋势大致相同，且新平台纵荡和纵摇方向一阶波浪激振力/力矩均小于原平台；时域分析中，新平台除纵荡响应大于原平台外，纵摇和艏摇响应均比原平台小，其中，纵摇响应减小幅度最大，艏摇响应次之；功率谱分析中，新平台三个自由度的响应谱峰值均小于原平台。

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聚硼硅氧烷基粘滞阻尼器的力学性能研究

陈倩1，李峰1,2，高双全3

振动与冲击. 2021, 40(22): 203-208.

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粘滞阻尼器是一种速度相关型的耗能减振装置，其减震性能由结构内部阻尼介质物理性质决定。聚硼硅氧烷（PBDMS）是一种硅胶系高分子材料，由于具有作为粘滞阻尼器的阻尼介质的潜力而受到广泛关注。但是由于机械性能较差，限制了其广泛应用。本课题组通过添加白炭黑与二甲基硅油来改性PBDMS，获得粘滞阻尼器要求的非线性阻尼特性，提高其机械性能及其稳定性。通过对样品的流变性能、热力学性能以及阻尼器的动力学性能进行测试分析，结果表明，利用白炭黑改性PBDMS，不仅不影响材料的粘流温度，还带来了材料优异的机械性能。而该阻尼材料在工作一段时间后，其力学性能仍不发生改变，表现出较好的可逆性。将增塑型PBDMS作为粘滞阻尼器的阻尼介质使用，可以得到阻尼力与速度成非线性关系的粘滞阻尼特性，这种非线性粘滞阻尼器在同等条件下阻尼性能更优异、安全性更高。

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形状变化对空腔噪声的抑制效果

宁舜山1，张倩2，肖伟1，李振才1，宁方立3，杨林森1

振动与冲击. 2021, 40(22): 209-215.

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针对空腔噪声问题，为了进一步探究空腔形状变化对空腔噪声的抑制效果，采用大涡模拟与计算气动声学相结合的方法对典型空腔结构进行了数值仿真研究。研究发现，随着空腔前壁倾斜角β的增大，空腔噪声主模态声压级整体呈下降趋势，但两者并非线性关系，并且空腔噪声总声压级也会随之降低。此外，当空腔前壁倾斜角β增大至一定值时，空腔噪声主模态频率会大幅向低频部分移动。空腔噪声主模态声压级和总声压级的降低以及主模态频率的大幅移动会有效改善空腔内的强噪声环境，避免空腔结构及腔内武器装备发生声疲劳破坏。

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正交各向异性声源膜板的自由振动特性分析

王久法

振动与冲击. 2021, 40(22): 216-220.

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基于Mindlin理论，建立了正交各向异性声源膜板的弯曲振动模型。采用改进Fourier级数方法，将声源膜板的横向位移函数和转角函数表示为标准的二维Fourier余弦级数和辅助Fourier级数之和，解决了振动位移函数的偏导数在边界处潜在不连续的问题，在此基础上，推导出正交各向异性声源膜板的振动矩阵方程，声源膜板在任意弹性边界条件下的振动信息可以通过求解一个通用的矩阵方程而得到。最后进行了数值计算，研究了本文方法的收敛性能，计算了声源膜板在经典边界条件下的振动特性，通过与现有文献的计算结果进行比较，验证了本方法的准确性和精确性，并分析了边界条件对声源膜板振动特性的影响，为发声器的优化设计提供支撑。

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风电齿轮箱两级齿圈故障下振动信号幅值耦合调制建模

辛红伟1，安伟伦2，武英杰1，刘少康1，田野1，3，王建国1

振动与冲击. 2021, 40(22): 221-233.

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风电齿轮箱的多级混合传动结构致使实测振动信号相互叠加、耦合调制，已有的单级轮系振动信号模型不能完全描述该现象，为此，提出一种针对级间串联调制与交叉调制现象的幅值耦合调制模型。首先，采用基于Hilbert变换的幅值解调方法对耦合调制特性进行仿真分析，指出将多载波信号分解为单载波信号的必要性；采用常见的信号分解方法和传统窄带滤波法对齿轮箱振动信号进行分解，通过对比分析其特点，最终选定传统窄带滤波法；结合幅值解调分析两级齿圈故障下的级间耦合调制现象及不同测点处的耦合调制规律。结果表明：两级齿圈故障下，多个幅值调制频率形成了级间串联调制，且与多个载波形成交叉调制，验证了所提级间串联调制与交叉调制模型的合理性；通过对不同测点的振动信号分析，进一步验证了所建模型的有效性和实用性，为风电齿轮箱故障诊断提供模型支撑。

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一种基于概率盒—HGWO优化SVM的滚动轴承故障诊断方法

路小娟，石成基

振动与冲击. 2021, 40(22): 234-241.

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针对滚动轴承故障振动信号在特征提取时出现的信息丢失、误动等不确定性问题以及故障诊断准确性不理想的问题，提出了一种基于概率盒理论和改进灰狼算法优化支持向量机的混合智能机械故障诊断方法。首先，利用直接建模的方法得到概率盒，再采用累积不确定性测量方法提取其特征，构建出用于故障诊断的特征向量集；其次，利用改进的灰狼算法对支持向量机进行优化；最后，利用优化后的支持向量机实现对特征集的分类诊断。所提方法充分利用了概率盒在处理不确定性问题的优势和支持向量机在解决小样本、非线性模式识别中优秀的分类性能，可对不同故障类型的振动信号进行更加精准的辨识。通过对滚动轴承振动信号的实验验证与对比实验分析表明，该方法在滚动轴承故障诊断方面具有一定的有效性。

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横向行波效应激励下埋地油气管道地震响应振动台试验研究

代建波1，胡成涛1，王利2，张贵迪1

振动与冲击. 2021, 40(22): 242-250.

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埋地油气管道为无限长线性结构，如仍采用一致地震输入对其进行地震响应分析，则与实际情况可能存在差异。为研究埋地油气管道在行波效应地震激励下的地震响应规律，研发了双向层状剪切型连续体模型土箱，设计了测试方案，通过埋地油气管道地震响应振动台试验，对比分析了横向一致地震和行波效应地震激励下埋地油气管道和周围土体的应变响应、加速度响应特性和变化规律。试验结果表明：研发的模型土箱能够满足行波效应地震激励和土体连续性双向层状剪切变形的要求；行波效应激励下管道中间截面峰值应变响应更大，管道加速度响应更大，响应曲线的多峰值特征明显；土体加速度响应随着土层埋深自下而上，表现为先减小后增大，且行波效应激励下的波动范围更大；随着加载等级的提高，管道加速度响应逐渐大于周围土体加速度响应，且在行波效应激励时，增大更加明显；土体中埋入管道后，管道与土体间产生了相互作用，且行波效应激励下管-土接触面间隙更大，管道受周围土体的约束力更弱，土体更早进入非线性，管道自身的振动特性表现更为明显。

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精密包装弹性支撑缓冲系统振动特性修正模型及分析

严国平，彭震奥，钟飞，于道航，周宏娣，杨小俊

振动与冲击. 2021, 40(22): 251-258.

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为精确分析精密包装弹性支撑缓冲系统振动特性，本文提出了一种考虑横向弹簧径向刚度的六自由度动力学数学修正模型并完成了求解验证。首先根据能量法建立了弹性支承缓冲系统的六自由度动力学数学模型，进一步地引入横向弹簧的径向刚度，提出了相应的动力学修正模型，然后利用四阶龙格库塔法对各因素下的精密包装弹性支撑缓冲系统振动特性进行了数值分析，得到各工况及多因素下的振动特性对比结果。最后，通过多因素试验对该理论修正模型进行了验证。结果表明：精密包装弹性支撑缓冲系统纵向固有频率随着横向弹簧刚度及轴向压紧力的增大而增大，振动响应幅值在共振点处明显提高，峰值点也明显后移，实际运输过程中需注意弹性支撑缓冲系统横向弹簧刚度及其轴向预压力的选择与调节。分析精密包装弹性支撑缓冲系统振动特性时考虑横向弹簧径向刚度的影响将有助于提高系统振动特性的分析精度。

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基于Arias强度维度扩展概念下十字异形、方形桩屏障隔振作用对比研究

史海欧1，张希2,3，林本海2，罗威力2，罗信伟1

振动与冲击. 2021, 40(22): 259-266.

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为反映振动信息的幅值、频谱和持时，引入Arias(IP)烈度用于研究不同截面形状的桩（十字异形桩、方形桩）对振动波的衰减作用。同时，将IP值由点及面，进行维度扩展为IA，提出场隔振效果评价值ηIA，从而研究场的整体隔振效果。在此基础上描述维度扩展理论与数值实现方法，编制计算程序，获得十字桩与方桩的IP空间分布场、IA与ηIA值。通过对比发现：若桩截面积较小时，两者隔振效果差异较小；而当截面积较大时，两者差异则非常明显。整体而言：十字异形桩的隔振效果明显优于方桩；局部而言:在近场时，十字桩隔振效果明显优于方桩；在中场时，十字桩隔振效果略次于方桩；在远场时两者差异不大。总而言之，截面形状对隔振效果影响较大，十字异形桩屏障优于方形桩屏障。

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承插式预制桥墩在车辆碰撞下的动力响应模型试验研究

韩艳，王龙龙，刘志浩

振动与冲击. 2021, 40(22): 267-274.

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为获得承插式装配桥墩的抗车撞性能，针对一种预制墩柱与预制基础连接界面不做粗糙处理的承插式连接构造，进行了4个不同嵌入深度的承插式桥墩试件与1个整体式现浇桥墩试件在车辆碰撞作用下的模型试验，分析了承插式连接形式及嵌入深度对桥墩受车撞响应的影响。结果表明：车速和承插深度是影响该类桥墩车撞动力响应的重要因素，桥墩的加速度有随车速提高而增大的趋势，其损伤程度随墩柱嵌入深度的增加逐渐减小；1.0倍墩柱直径嵌入深度的承插式桥墩的最终破坏形态与整体式的基本相同，且在钢筋应变极值增减趋势及幅值方面与整体式桥墩基本相同。建议工程应用中在连接界面不做粗糙处理的情况下，承插式连接的最小嵌入深度取为1.0倍墩柱直径。

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山墙疏透率对并列布置双煤棚风荷载的影响

苏宁，彭士涛，洪宁宁

振动与冲击. 2021, 40(22): 275-282.

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通过风洞试验研究了煤棚山墙疏透率对大跨度煤棚单体建筑与并列布置双煤棚整体风力系数、风荷载体型系数及极值风压系数的影响规律。研究结果表明，增加煤棚山墙疏透率有利于煤棚内外气流交换，可有效降低分离流在山墙、屋盖边缘及天窗上的风吸力。与此同时，由于山墙通风，在煤棚内部形成负压使得屋盖迎风面正压体型系数和极大值风压增大。并列布置煤棚改变两煤棚相邻半跨的风压分布，屋盖整体最不利合力系数不超过单煤棚在全风向的包络值，但极值风压系数向正值方向移动。结合试验结果总结了山墙疏透煤棚的分区体型系数和分区极值风压系数，供工程设计参考。

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ISEGST在非线性RC结构瞬时频率识别中的应用

沈中祥1,2,3，袁平平1, 3，刘义1

振动与冲击. 2021, 40(22): 283-288.

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为了提高结构瞬时频率的识别精度，本文采用了一种新的广义S变换，通过能量集中度（concentration measure ，CM）原理来优化选择窗函数的参数，并引入同步提取变换推导了改进同步提取广义S变换（Improved Synchroextracting Generalized S-transform，ISEGST）。将ISEGST应用到非线性钢筋混凝土（Reinforced Concrete，RC）结构的瞬时频率识别中，通过三层RC框架结构数值算例和七层剪力墙振动台试验来验证该方法的可行性和有效性。研究结果表明，ISEGST能有效识别非线性RC结构的瞬时频率，是一种准确性较高的时频分析方法。

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2021年, 第40卷, 第22期　
刊出日期：2021-11-28

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