振动与冲击

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石娟娟1，花泽晖1，沈长青1,2，江星星1，冯毅雄2，朱忠奎1

振动与冲击. 2021, 40(24): 1-11.

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针对当前基于广义解调（generalized demodulation，GD）的方法对旋转机械振动信号处理的不足，提出了广义瞬时速度同步化分步解调变换。首先对信号进行短时截取，引入倾斜角对瞬时频率(instantaneous frequency，IF)进行描述，并采用峭度实现对倾斜角的自适应选取，从而获取该段信号的瞬时频率；而后推导前、后向解调因子对信号进行解调，避免了对瞬时频率进行预估计的同时提升了信号的时频可读性；进一步，针对多分量信号，通过对解调因子进行扩展，获取新的线性变换基函数，使所提方法在无需迭代下可同步增强多分量信号的时频表示；最后，对所提变换的信号重构进行了理论推导，证明了重构的可行性。通过仿真和旋转机械振动信号验证了所提方法在增强时频表示和提高特征提取准确性方面的有效性，与其他时频分析(time-frequency analysis，TFA)方法的对比也进一步体现了所提方法的优越性。

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前缘扰流体对水中流激空腔振荡影响的数值研究

章文文1,2，徐荣武1,2

振动与冲击. 2021, 40(24): 12-21.

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为抑制水中流激空腔振荡，提出一种基于“分流”原理的被动控制方法：在空腔前缘的后上方一定高度处放置一倒楔形块，文章称其为前缘分流体(leading-flow division，LFD)，前缘分流体可将一部分来流边界层内流体分流进腔内，改善腔内流场环境，进而抑制空腔振荡。采用大涡模拟（large eddy simulation, LES）的数值计算方法，主要从脉动压力、流场速度特性和涡量特性三个方面，计算并分析了前缘分流体对水中流激空腔振荡的控制效果，并与圆柱扰流棒(rod spoiler，RS)和锯齿单元(saw-tooth spoiler，STS)这两种已被证明具有良好控制效果的前缘扰流体进行对比，结果表明，前缘分流体对流激空腔振荡的抑制效果最好，可降低腔底脉动压力线谱达17.4dB；此外，计算结果还表明前缘分流体还具有最小的附加阻力，更适用于实际工程应用。研究工作为降低船舶水下开孔部位的流激空腔噪声奠定了良好的理论基础。

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基于多尺度特征融合残差神经网络的旋转机械故障诊断

邓飞跃1,2,3，丁浩3，郝如江1,2

振动与冲击. 2021, 40(24): 22-28.

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轴承、齿轮等旋转部件常在复杂工况下运行，环境噪声干扰大，导致故障特征微弱而难以准确诊断。基于此，本文提出一种新的多尺度特征融合残差块（Multi-scale feature fusion residual block, MSFFRB）设计方法，基于此构建了一维残差神经网络用于旋转机械故障诊断。该模型能够将不同尺度的网络卷积层级联在一起提取多尺度特征信息，在残差块内部实现了多尺度特征信息的有效融合，兼顾了残差网络跨层恒等映射与多尺度特征提取的优势，克服了传统卷积操作只能提取单一尺度特征信息的缺点。所构建的残差神经网络可以直接输入样本数据，不需要进行任何数据预处理，而且模型结构具有较高的灵活性，易于扩展。实验分析表明，所提网络可有效用于旋转机械的故障诊断，相比传统CNNs、ResNets、1D-LeNets、1D-AlexNets、MC-CNNs等5种当前常用网络，具有更好的抗噪性能，故障分类准确率更高，这为旋转机械故障诊断提供了一种新的途径。

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基于延拓EMD和GDE识别瞬时阻尼比的行星齿轮箱故障诊断

李康强1，冯志鹏2，孙宏图1，神克常1

振动与冲击. 2021, 40(24): 29-35.

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瞬时阻尼比可以描述机械系统在运行过程中的能量衰减，而故障产生的能量突变同样反映在瞬时阻尼比的变化波动中。基于此，提出一种通过提取瞬时阻尼比的变化特征来诊断系统故障的方法。首先利用经验模式分解（empirical mode decomposition,EMD）将复杂信号分解为单分量成分以满足生成微分方程（generating differential equation,GDE）算法需求，同时利用对称延拓消除EMD结果的端点效应，根据行星齿轮箱振动信号的特点选取合适的本质模函数（intrinsic mode function,IMF）作为敏感分量。最后利用GDE计算敏感分量的瞬时阻尼比，并根据瞬时阻尼比频谱匹配故障特征频率。仿真结果和实验结果均表明该方法能够有效的诊断行星齿轮箱故障。

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车辙深度对沥青路面结构性能影响性分析

刘刚，陈磊磊，钱振东，陈道燮

振动与冲击. 2021, 40(24): 36-40.

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对不同车辙深度对路面结构性能的影响进行了理论分析。通过力学模型和数值模拟等手段分别分析了不同车辙深度下车辆冲击荷载和面层厚度对路面结构内部力学响应和性能衰减的影响机理。结果表明：车辙深度在0~10mm范围内，车辙深度变化对路面结构冲击荷载响应的影响较大，冲击荷载效应对车辙深度变化的敏感性强，底基层层底疲劳寿命下降较快；车辙深度在0~5mm范围内，冲击荷载效应最为明显，基层层底容易出现弯拉破坏。且荷载作用局部范围内的变形量和层底拉应力比离荷载作用区域较远的值大很多，随着离荷载作用面距离的增大而急剧减小。因此应控制沥青路面早期车辙的发展，及时采取罩面等预防性养护措施。从避免基层层底出现弯拉破坏的角度，早期车辙养护深度宜控制在5mm之内；从底基层层底疲劳寿命维持的角度，早期车辙养护深度宜控制在10mm之内。

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飞机机身撞击核工程钢筋混凝土墙体模型试验研究

孙运轮1,2，王友刚1，罗胜1，王菲2，刘晶波2

振动与冲击. 2021, 40(24): 41-49.

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核电厂房抵御商用飞机恶意撞击是目前核安全领域关注的热点。根据我国某高温堆反应堆核电厂房结构，设计了5组飞机机身模型撞击缩尺钢筋混凝土墙体试验，研究不同配筋形式的缩尺钢筋混凝土墙体在机身模型撞击下的局部破坏特性。试验结果表明：以不同速度撞击钢筋混凝土墙体时机身模型头部发生不同程度的压屈变形；不同配筋形式的缩尺钢筋混凝土墙体在飞机机身模型撞击作用下，墙体局部破坏特性存在差异。当墙体较厚，冲击力较小时，墙体内拉筋的作用并不明显；当冲击力较大时，墙体内拉筋的配筋形式对裂缝大小及分布产生影响，试验采用的U形拉筋在防撞击破坏能力上要优于普通拉筋；由试验墙体的破坏情况，可初步判断该高温堆反应堆安全壳墙体基本可以满足导则建议条件下抗小型飞机撞击安全性评价的要求。相关工作和结果可为核电厂房结构设计、飞机撞击问题的安全评估以及有限元模型的验证和校准提供数据支持。

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基于堆栈稀疏去噪自编码器神经网络的舰船辐射噪声目标识别算法研究

鞠东豪1,2,3，李宇1,3，王宇杰1,2,3，张春华1,3

振动与冲击. 2021, 40(24): 50-56.

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传统的特征提取算法往往依赖于算法设计者的先验知识，没有突出大数据的优势，所以在实际应用中分类正确率较差且对于不同应用场景的泛化能力也明显不足。本文使用深度学习算法进行舰船辐射噪声的特征提取，利用了大量无类标数据，使用堆栈稀疏自编码器算法训练特征提取神经网络，并使用Softmax分类器算法利用有类标数据对特征提取神经网络进行参数微调。应用SSDAE-Softmax算法以及主成分分析算法、线性判别分析算法以及局部线性嵌入算法三类机器学习算法对海试数据进行处理，SSDAE-Softmax算法能够从舰船辐射噪声中提取更加具有区分度的特征，能够提升的舰船辐射噪声的分类识别正确率，实验结果表明在低信噪比以及少量训练样本的应用场景下分类效果均高于其他三类算法。

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战车载人空投着陆缓冲过程仿真模型研究

付新华1，汪君1，陈勇2，陈雪阳1

振动与冲击. 2021, 40(24): 57-64.

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针对实装空投试验存在耗费巨大、实施复杂等问题，采用有限元方法(finite element method，FEM)建立战车载人空投有限元仿真模型，分析其着陆缓冲适应性。通过实装空投试验对有限元模型进行校验，证明模型是可行的。对典型空投条件下的战车载人空投着陆缓冲过程进行计算，分析乘员在着陆冲击下的动力学特性和安全性。仿真结果表明：气囊缓冲系统可实现战车载人空投在着陆场海拔3000m以下地区、垂直着陆速度小于9m/s、纵向水平着陆速度小于8m/s、横向水平着陆速度小于6m/s情况下的有效缓冲，乘员头部、胸部和颈部各项伤害指标值均小于人体耐受限值，载人空投是安全的。

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上盖地铁车站结构振动台试验对比研究

韩学川，陶连金，张宇，贾志波

振动与冲击. 2021, 40(24): 65-74.

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为了研究上盖地铁车站结构的地震响应规律，以两种地铁上盖结构体系为研究对象，开展了粉细砂场地振动台试验研究，分别从加速度和应变两方面对地铁车站结构部分进行地震响应研究，并将两种试验结果进行对比，试验数据表明：（1）两种试验模型土监测点的加速度峰值随着输入地震强度的增加逐渐增大，而加速度放大系数则逐渐减小，加速度放大系数变化幅度随地震强度的增大而逐渐减小。（2）与上盖一体化地铁车站结构相比，上盖密贴地铁车站中柱上部监测点的加速度峰值和放大系数相对较小，而底部监测点则相对较大。（3）上盖地铁车站各测点的应变幅值表现为随着输入地震强度的增加逐渐增大；当地震强度较小时，两种试验工况下应变幅值相差较小，当地震强度较大时，上盖一体化地铁车站结构的应变增幅明显大于上盖密贴地铁车站结构。研究成果可为上盖地铁车站结构的抗震设计与分析提供参考依据。

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基于光滑粒子法的某大口径火炮不同膛线弹丸挤进过程研究

郭俊行，刘琦，丁宏民，徐坚，孙玉杰

振动与冲击. 2021, 40(24): 75-81.

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为研究某大口径火炮采用不同膛线形式对弹丸挤进过程的影响，使用光滑粒子法建立了某模块装药全装药条件下弹带挤进过程模型，仿真得到了弹丸位移、速度、加速度、挤进阻力和导转力矩，分析了膛线起始缠角对挤进阻力和导转力矩的影响。仿真得到了挤进过程中等效应力、等效塑性应变、温度和损伤变量的分布。通过二次开发编程统计了弹带材料的等效应力、应力三轴度、罗德参数、等效塑性应变、温度和损伤变量的分布，揭示了挤进过程的塑性变形机理。开发了新的后处理程序得到了弹带多个截面的场变量分布，分析了等效应力、应力三轴度、罗德参数、等效塑性应变、温度和损伤变量的分布规律，得到了膛线缠角对挤进过程的影响。

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三次方阻尼和间隙变化下的冷轧垂直颤振研究

赵武1，张鸿斌1，孙超凡1，Motasim Masood1，黄丹2

振动与冲击. 2021, 40(24): 82-89.

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以提高轧材的成型精度为目的，研究了冷轧工艺系统轧制时的垂直颤振问题。建立了考虑三次方阻尼和间隙变化的冷轧系统的垂直颤振模型，利用势能函数得到了势阱曲线，并分析了势阱曲线中势阱以及势垒对系统动力特性的影响；通过数值仿真得到单参量变化时的冷轧垂直颤振系统的分岔图和最大Lyapunov指数图，明确了单参量变化对系统分岔特性的影响；进一步研究了系统在复杂工况下，双参量变化对冷轧垂直颤振系统动力特性的影响，通过分析双参平面分岔特性，明确了系统做混沌运动和周期运动的双参量匹配选择的参数分布区域。本文的研究揭示了冷轧垂直颤振系统在单参量和双参量变化下的动力学转换机理，可为冷轧工艺参数的规划设计和轧制工艺系统的抑振减振提供理论参考。

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泡沫铝填充非等长双方管的轴向压溃特性研究

汪高飞1，张永亮1，郑志军1，叶坚2，秦玉林2，柯俊2，虞吉林1

振动与冲击. 2021, 40(24): 90-98.

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泡沫铝填充双管结构在轴向压缩下的初始峰值力突出，在作为吸能元件时未能有效地起到保护作用。在双管填充结构的基础上，提出了一种采用非等长双管填充结构降低初始峰值力的方法，建立了具有不同内管长度的泡沫铝填充双方管结构的有限元模型，研究了内管长度对吸能过程的影响。结果表明，与等长双管填充结构相比，非等长双管填充结构的初始压溃峰值可大幅度降低约37%，初始峰值力与平均力之比从1.9下降到1.4，且平台力不会受到明显影响。通过分析泡沫铝、内管和外管之间的相互作用，获得了双管填充结构峰值载荷与材料/结构参数之间的关系。内外管非等长设计可以提高泡沫铝填充双管结构冲击载荷的稳定性和可控性，可为压溃力稳定的吸能器设计提供指导。

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框架结构中矩形楼板动力响应求解的谱单元法

曹容宁，马蒙，孙晓静，刘维宁

振动与冲击. 2021, 40(24): 99-106.

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在进行轨道交通引起建筑结构振动响应计算时，为了提高高频响应的准确度，采用谱单元法(spectral element method, SEM)求解矩形楼板的动力响应，并针对既有谱单元法中板与梁（柱）单元自由度不相容问题，通过修正板的节点自由度，实现了板与梁、柱的耦合。首先，将四边任意边界条件的矩形板分解为两个可以转化为类一维问题的单向板；其次，基于Kirchhoff薄板的振动控制方程，对每一个单向板进行动力计算，并分析波的传播与横截面的振型。通过最小二乘法优化板的节点自由度，使之与梁、柱单元的自由度对应，实现谱单元法在梁板柱耦合结构中的应用。将谱单元法的计算结果与解析解和有限元法结果对比得出：在1-250 Hz内，谱单元法的计算结果比有限元准确，尤其在高频范围；谱单元模型节点数量较少，建模和计算效率高于有限元。

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粒子浆液射流冲击下岩石动态损伤及破坏效应

方天成1，刘汉旭1，张园2，程建勋1，任福深1

振动与冲击. 2021, 40(24): 107-118.

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粒子浆液射流破岩过程涉及大变形、高应变及强载荷，表现为钢粒-浆液-岩石之间非线性动态耦合问题。针对岩石损伤瞬时多变性及观测困难等问题，开展了粒子与浆液射流冲击下岩石的动态损伤机理及破坏效应研究。首先，基于光滑粒子动力学–有限元模拟（smoothed particle hydrodynamics–finite element method ，SPH–FEM）耦合算法描述了粒子-浆液冲击破岩的建模方法，然后结合JH-Ⅱ（Johnson-Holmquist-Ⅱ）模型与Rankine拉伸断裂软化模型建立了岩石损伤本构模型，对粒子浆液射流冲击破岩过程及损伤机理进行了动态模拟。研究结果表明：岩石的损伤破坏主要以纵向扩展为主，具有瞬时性与阶跃性特征，呈现出“从累积损伤到不断破坏”的循环过程；岩石破坏机理以剪切破碎和拉伸裂纹为主。同时，通过实验和数值模拟对比验证了破岩样本的形态，并分析了冲击速度、角度与粒子尺寸对破岩效应的影响规律。研究结果对于粒子浆液冲击钻井破岩理论的发展具有重要意义。

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单层铝合金空间网格结构的阻尼特性

郭小农，张锦东，罗晓群，王丽

振动与冲击. 2021, 40(24): 119-127.

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对4个已建成的单层铝合金空间网格结构进行现场激励，获取了结构的加速度响应曲线。对各加速度响应曲线进行模态参数识别，分析铝合金空间网格结构的阻尼比变化规律。分析结果表明，随着加速度幅值的增加，此类结构的阻尼特性呈现三阶段变化规律。本文的研究成果可为类似结构的阻尼矩阵构造、工程设计和动力分析提供参考。

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基于频变阻尼特性的四参数隔振系统建模与参数分析

蒲华燕，何文元，孙翊，丁基恒，罗均，谢少荣，彭艳，王敏

振动与冲击. 2021, 40(24): 128-135.

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随着航天技术的快速发展，航天器中的有效任务载荷对隔振器的可靠性、稳定性要求不断越高。为了解决传统被动隔振器中低频与高频隔振性能之间的矛盾，亟需一种能够实现低频大阻尼、高频小阻尼的频变隔振系统。因此，基于现有的三参数模型，提出一种具有频变阻尼特性的四参数隔振系统；并通过归一化参数，建立系统数学模型，分析各参数对系统性能的影响。针对建立的理论计算模型，利用Simulink进行仿真验证，相较于被动隔振系统，四参数系统能够将7Hz固有频率处的传递率幅值降低28.85dB，证明低频大阻尼效果显著；同时，采用100Hz正弦信号激励时，时域幅值衰减率达99.5%，证明高频小阻尼作用凸显，从而验证了四参数系统具有频变阻尼特性，即低共振峰值和良好的高频隔振性能。

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考虑内力状态的连续刚构桥典型施工阶段地震易损性分析

石岩，熊利军，李军，郑国足，裴银海

振动与冲击. 2021, 40(24): 136-143.

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为研究考虑连续刚构桥(rigid-frame bridge ，RFB)不同施工阶段内力状态(internal force state ，IFS)对地震易损性的影响，以一座大跨高墩连续刚构桥为背景，基于等效荷载法提出了适用于连续刚构桥施工阶段的主梁和主墩的内力等效荷载计算公式，通过OpenSees建立了5个典型施工阶段考虑内力状态和不考虑内力状态的动力分析模型；选取40组典型的速度脉冲型近断层地震动记录为输入，采用增量动力分析法开展考虑施工过程与否的各典型施工阶段的动力时程分析，并以曲率延性系数为损伤指标，通过理论易损性方法得到了主墩墩底、墩顶和主梁根部的地震易损性曲线。结果表明：采用提出的内力等效荷载公式能较为准确地计算和模拟各典型施工阶段的等效内力状态；相同地震动强度下主墩墩底、墩顶和主梁根部在不同损伤状态下的损伤概率均随主梁悬臂长度的增加而增大；不考虑内力状态将低估墩底和墩顶的损伤概率，墩底沿纵桥向的损伤低估最为严重，且桥墩损伤概率的低估量随悬臂长度的增大而增大。

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基于全桥刚性模型测压试验的异形景观桥气动力特性研究

刘小兵1,2,3，姜会民3，赵煜程3，杨群1,2,3

振动与冲击. 2021, 40(24): 144-153.

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景观桥在设计时往往追求结构新颖，造型独特。由于体型复杂，不宜采用节段模型风洞试验对其气动力特性进行研究。以国内一座拟建的异形景观桥为工程背景，通过全桥刚性模型测压风洞试验测试并研究了带遮阳篷的变截面曲线主梁和带观景平台的变截面倾斜桥塔的气动力特性。结果表明，遮阳蓬和箱梁受到的气动力在大多数风向角下方向一致，并在正交风向附近达到最大值。裸塔柱在α=0°（顺塔柱倾斜方向来流）时阻力系数最大，裸塔柱上部和下部的最大升力系数分别发生在α=90°（横桥向来流）附近和α=140°附近。主梁和观景平台的气动干扰使塔柱局部的气动力系数减小。观景平台的顺桥向力系数和横桥向力系数分别在α=180°附近（逆塔柱倾斜方向来流）和α=110°附近取得最大值。

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碰撞阻尼器中颤振发生的恢复系数区间研究

杜妍辰，张洪源，林俊文

振动与冲击. 2021, 40(24): 154-162.

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以碰撞阻尼器为基础，建立了非固定约束碰撞振动系统的动力学模型，以恢复系数为主要控制参数分析了系统周期运动及其分岔区域，并揭示了系统的颤振运动特性。得到了在不同质量比和频率比条件下，碰撞阻尼器发生颤振现象的恢复系数区间。结果表明：恢复系数大于0.5时碰撞系统出现了明显的分岔现象；发生颤振的恢复系数区间在0.5至0.9范围内，且随着质量比的减小，发生颤振的恢复系数区间不断扩大，随着频率比的增大，发生颤振的恢复系数区间缩小。

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抗冲击仿珍珠母陶瓷/金属复合板设计及其性能分析

肖毅华，洪祥富，唐自强

振动与冲击. 2021, 40(24): 163-172.

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陶瓷是常用的冲击防护材料，但其容易发生脆性破坏，在单独使用时抗冲击性能不佳，常需与金属等其他延性材料复合使用。模仿珍珠母的“砖-泥”式微观结构，以陶瓷片为“砖”、金属为“泥”，设计了仿珍珠母陶瓷/金属复合板。通过数值模拟分析了仿珍珠母复合板的抗平头弹冲击性能，将其与陶瓷板以及常见的陶瓷/金属层叠板进行了对比。结果表明：从弹体剩余速度来看，仿珍珠复合板的抗冲击性能显著优于陶瓷板，在金属体积比较小时也明显优于层叠板，但仿珍珠母复合板和层叠板的抗冲击性能差别随金属体积比的增加有缩小趋势；从保持结构完整性来看，仿珍珠母复合板也优于纯陶瓷板和层叠板，具有更好的抗多次冲击能力。仿珍珠母复合板的抗冲击性能优势主要来自侵彻过程的中间阶段，在侵彻过程后期、弹体接近靶板背面时，层叠板由于有背板对陶瓷碎片的约束作用，能提供相对更大的侵彻阻力。为了利用层叠板的这一优点，进一步设计了以仿珍珠母复合板为面板、金属板为背板的混合结构。通过对混合结构的抗冲击性能数值模拟，发现混合结构能得到比单独的仿珍珠母复合板更高的抗冲击性能，且存在一个中等大小的金属体积比使其抗冲击性能最大化。

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基于VMD算法的隧道爆破振动信号光滑降噪模型

彭亚雄1,2，刘广进1,2，苏莹2，刘运思1,2，张超1,2

振动与冲击. 2021, 40(24): 173-179.

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由于工程环境、电磁干扰和仪器误差等因素的影响，实测隧道爆破振动信号含有大量高频噪声。为了获得真实振动特征，提出了基于变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）算法的信号光滑降噪模型。将原始信号进行变分模态分解（VMD）获得本征模态函数，建立低通滤波算法。基于滤波算法的重构误差和光滑程度构造目标函数，计算目标函数的最优解，得到最优的降噪信号，达到去除噪声的目的。对实测隧道爆破振动信号处理表明，该模型能够较好地去除高频噪声并且对信号低频能量影响较小。同时，该模型降噪效果均优于经验模态分解（empirical mode decomposition，EMD）、互补集合经验模态分解 (complementary ensemble empirical mode decomposition, CEEMD)模型，验证了基于VMD算法的信号光滑降噪模型的有效性。

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基于参数迁移和一维卷积神经网络的海水泵故障诊断

崔石玉，朱志宇

振动与冲击. 2021, 40(24): 180-189.

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为解决海水泵工况多变、故障数据少、振动特征提取困难等故障诊断问题，本文利用一维卷积神经网络(one-dimensional convolutional neural network，1DCNN)强大的表征能力自动学习故障特征，并引入参数迁移将源域数据集上的模型参数迁移到目标域故障分类识别任务。首先，构建1DCNN基模型，运用Dropout、正则化、学习率等深度训练技巧防止模型过拟合，在源域数据集上训练得到模型参数；然后将其模型参数迁移到目标域故障诊断模型，并进行参数微调，构建1DCNN参数迁移模型进行故障识别。实验结果表明，与传统1DCNN相比，1DCNN参数迁移模型能够显著提高模型的收敛速度和分类性能。该方法在三个变工况海水泵数据集上的平均识别准确率高达95.93%，具有较高的识别准确率和较强的泛化能力。

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复杂系统等效激励谱反演方法研究

王帅1,2，王敏庆1,2，廖达雄3，雷雨1,2

振动与冲击. 2021, 40(24): 190-197.

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复杂耦合系统受制于结构空间约束通常难以拾取受激部位振动响应，直接采信靠近振源布置的测点难以表征实际受激情况，以此作为振动噪声预报的输入条件需要解决等效激励谱反演的问题。为解决复杂耦合系统的统计能量分析预报难题，本文提出了一种等效激励谱反演的方法，利用偏相干分析改进子系统划分方法，获得结构振动能量传递导纳参数，构建等效激励谱反演的目标函数；进一步，利用遗传算法快速收敛的特性，建立了等效激励谱目标函数寻优计算模型，实现了对等效激励谱有效反演。以双层圆柱壳结构为例验证了所提出的等效激励谱反演方法的有效性和工程适用性。研究表明本文提出的方法可为激励谱反演提供新的技术手段。

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离心压缩机出口动态压力的最大Lyapunov指数特征研究

刘雁1，高宽1，何浩1，黄炎1，肖军2

振动与冲击. 2021, 40(24): 198-204.

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基于非线性动力学理论，研究800 kW离心压缩机出口动态压力的最大Lyapunov指数特征，并用于离心压缩机喘振识别。首先，控制防喘振阀改变离心压缩机的工作状态，使其从稳定运行经过渡过程进入到喘振状态。通过分析出口动态压力的波形和频谱，研究压缩机运行状态与出口动态压力变化之间的关系；然后，分析出口动态压力在不同工作状态下的最大Lyapunov指数特征，以识别离心压缩机的喘振特征；最后，为验证所提出的分析方法的有效性及抗干扰性，引入随机噪声，进一步分析含有干扰信号的离心压缩机出口动态压力的最大Lyapunov指数特征。研究结果显示，工作在稳定状态下时，离心压缩机的出口动态压力的波动幅值较小，波形表现出随机特征。此时，最大Lyapunov指数较大并且波动较为剧烈，说明系统具有一定的混沌特征；当系统由过渡过程进入喘振状态时，其出口动态压力的波动幅值增加并达到稳定，同时表现出一定的周期特性。而在此状态，最大Lyapunov指数很小，接近于零，表明系统的周期性变强。而在引入干扰信号后的研究发现，动态压力的最大Lyapunov指数的抗干扰能力较强。研究结果将为实现离心压缩机的初始喘振状态识别和预测及防喘振控制等方面带来新的思路。

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准零刚度空气悬架系统建模与动态特性研究

徐兴，施天玲，江昕炜，王峰

振动与冲击. 2021, 40(24): 205-211.

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为提高商用车辆行驶平顺性，提出一种适用于商用车的准零刚度空气悬架系统。首先，考虑到不同载重对静位移的影响，正刚度机构采用了空气弹簧，通过充放气使得系统处于预定平衡位置；负刚度机构采用双作用气动执行器，通过内部高压气体抵消部分弹簧力，以实现动刚度的减小。在分析系统刚度特性时，将空气弹簧内部气体变化看作是等温绝热过程，利用气体状态方程推算出空气弹簧刚度公式，代入系统恢复力得出系统刚度表达式，利用其表达式对系统进行参数设计并建立了悬架四分之一模型以分析准零刚度空气悬架系统与传统空气悬架系统在垂直方向上的运动特性差异。最后，进行相应实验验证系统的有效性。结果表明：提出的悬架系统使车身垂向加速度均方根值减小了15%，垂向动行程增加了不到4%。该系统的提出也为悬架提升减振性能提供了新的思路。

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基于滚珠丝杠副滚道磨损的摩擦力矩计算与试验

潘承莹，祖莉，周长光，欧屹

振动与冲击. 2021, 40(24): 212-220.

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为了反映滚珠丝杠副滚道磨损情况，综合考虑接触角、螺旋升角以及滚道磨损量对摩擦力矩的影响，基于滚珠与滚道之间的变形量，通过计算磨损量，建立新的摩擦力矩计算公式，并在滚珠丝杠副摩擦力矩试验台上对4010和4016型双螺母滚珠丝杠副开展摩擦力矩试验，结果表明：摩擦力矩试验值与计算值之间的相对误差小于4.976%，验证了本文摩擦力矩计算公式的准确性，并且随着运转时间增加，滚动体承载会越来越均匀，试验值与计算值相对误差越来越小，摩擦力矩计算公式的精确性逐步提高，进一步验证计算公式的实用性。

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沙漠砂混凝土框架柱抗震性能试验研究

李志强1，马瑞1，甘丹1, 2

振动与冲击. 2021, 40(24): 221-229.

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为研究沙漠砂混凝土框架柱的抗震性能，对15根缩尺比为1/2的框架柱开展了拟静力试验。以剪跨比、轴压比、配箍率、沙漠砂替代率和配筋率为设计参数，对构件的破坏过程、破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、延性性能和刚度退化等抗震性能指标进行分析。结果表明：沙漠砂混凝土框架柱的滞回曲线较饱满，其各项抗震性能与普通混凝土柱较接近，整体上具有较好的抗震性能。沙漠砂替代率由0%、20%、40%、60%、80%逐渐增加时，沙漠砂替代率为40%的试件其各项抗震性能指标均较好，沙漠砂替代率为60%的试件，各项抗震性能指标与普通混凝土柱的较接近。剪跨比由1.32、1.70、2.08、2.64、3.02逐渐增加时，试件依次发生剪切破坏、弯剪破坏和弯曲破坏。轴压比由0.17、0.26、0.35逐渐增加时，其峰值荷载提高近20%，延性提高近5.0%，等效黏滞阻尼系数提高近10%。配箍率由0.64%、0.97%、1.29%逐渐增加时，其峰值荷载提高近5%，延性提高近30%，等效黏滞阻尼系数提高近25%。配筋率由1.55%、2.03%、2.58%逐渐增加时，其峰值荷载和延性分别提高近30%，等效黏滞阻尼系数提高近10%。

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一种新型风声屏障对城轨车—桥系统防风性能的风洞试验研究

蒋硕1,2，何旭辉1,2，邹云峰1,2，蔡陈之1,2，翟利华3，农兴中3

振动与冲击. 2021, 40(24): 230-235.

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传统声屏障往往仅考虑降噪进行设计，但其也会将自身受到的风荷载传递至桥梁，严重威胁着轨道交通桥梁结构的抗风安全。本文以城市轨道交通高架桥和地铁B型车为背景，基于声子晶体和赫姆霍兹共鸣器理论提出了一种新型风声屏障，在评估其降噪效果不降低的前提下，进一步通过风洞试验研究了它对车桥气动特性影响，结果表明：新型风声屏障在500~1600Hz轮轨噪声频谱范围内均有较好降噪效果，特定倾角百叶可增加屏障降噪量，即提出的新型风声屏障尽管设有开孔减小风载，但仍能保持其降噪效果不降低。与安装直立式声屏障相比，安装新型风声屏障时列车防风效果和桥梁自身气动力相近，但风声屏障自身风荷载最大可减小9%，更有利于桥梁和屏障自身结构安全。

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基于离散平整度指数的城市道路舒适性预估方法

关丽敏1，汪贵平1，朱进玉1，吴荻非2

振动与冲击. 2021, 40(24): 236-242.

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道路平整度是影响行驶舒适性的重要因素，不平整路面会增强行驶车辆的车身振动，降低车辆行驶质量。本文针对城市道路的行驶舒适性预估问题，提出一种基于离散平整度指数（discrete roughness index ，DRI）的城市道路舒适性预估模型和方法。依托Matlab/Simulink构建8自由度整车仿真模型，提取驾驶员座椅的垂直加速度，并计算最大瞬态振动指标（maximum transient vibration value ，MTVV）对舒适性水平进行量化。以某代表车型为试验对象，采用实测路面高程数据进行仿真，解析速度、时长、轮迹等因素对行驶舒适性的影响程度，采用幂函数构建基于DRI的瞬时舒适性预估模型。结果表明，相对于传统采用的国际平整度指数（international roughness index ，IRI），DRI与瞬时舒适性的关联性更好，其拟合优度超出IRI达0.1以上；车速对舒适性影响显著，车速越大，MTVV对路面局部平整性敏感度越高。最后，选用2s-MTVV对应的舒适性预估模型，基于ISO2631-1（国际标准：机械振动与冲击人体处于全身振动的评价）中提出的舒适性等级标准，提出了可表征瞬时舒适性等级的离散平整度指数阈值。结果可为城市道路舒适性评估，车辆驾驶辅助提供可靠决策支持。

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混合润滑状态下板带轧机垂直振动特性研究

侯东晓1，徐良1，时培明2

振动与冲击. 2021, 40(24): 243-248.

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考虑轧制界面混合润滑状态的影响，基于卡尔曼力平衡理论建立了含润滑油膜厚度的动态轧制力模型。在此基础上，考虑板带轧机机械结构振动影响，建立了混合润滑状态下板带轧机的非线性垂直振动动力学模型。采用多尺度法对该振动模型进行求解，得到了系统的主共振幅频方程。最后采用实际参数进行仿真，分析了三次刚度系数和外扰力幅值对系统主共振幅频特性的影响，得到了外扰力幅值和入口油膜厚度变化下的全局分岔图，发现外扰力和入口油膜厚度变化时会导致系统出现周期和混沌运动，同时发现轧机刚度系数对系统的运动行为影响很大，在合适的刚度下油膜厚度的变化将对系统振动行为不再敏感。

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囊式空气弹簧统一结构参数预测模型及其影响规律研究

陈俊杰1,2，殷智宏2,3，郭孔辉3，张磊4

振动与冲击. 2021, 40(24): 249-254.

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囊式空气弹簧的结构参数是影响其力学特性的重要因素，解决结构参数的辨识难题是计算囊式空气弹簧承载、刚度特性的关键途径。文中采用几何与力学分析方法，以单曲曲囊弧长和盖板有效法兰半径为关键设计参量，建立了基于关键设计参量的囊式空气弹簧统一结构参数预测模型。搭建了结构参数测试装置，实验验证了统一结构参数模型的正确性。揭示了CAS有效容积及其变化率、有效面积与关键设计参量均正相关，但有效面积变化率与曲囊弧长正相关、与有效法兰半径呈负线性相关特性，为设计刚度更低的CAS提供指导；进一步指出有效法兰半径对CAS结构参数的影响比曲囊弧长更为显著，增大有效法兰半径能够明显增大有效面积而显著提升CAS的承载特性，为保证工作气压不变前提下提升CAS承载能力提供了设计指引。研究结果为设计阶段准确计算囊式空气弹簧的结构参数、力学特性奠定基础，也为其结构参数设计与优化提供理论支撑。

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内环向加筋对功能梯度圆柱壳模态频率的影响

刘超，刘文光，吕志鹏

振动与冲击. 2021, 40(24): 255-262.

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研究了内环向加筋功能梯度(functionally graded materials ,FGMs)圆柱壳的模态频率。首先，运用Mori-Tanaka模型建立了分离式和整体式加筋FGMs圆柱壳的材料属性。然后，基于三阶剪切变形理论推导了加筋FGMs圆柱壳自由振动的能量模型。在此基础上，结合圆柱壳的最小势能原理与Rayleigh-Ritz法，推导了加筋FGMs圆柱壳的模态频率方程，通过算例验证了模型的正确性和有效性。最后，探讨了加筋设计方式、加筋数量和加筋位置对圆柱壳模态频率的影响。结果表明：分离式加筋对温度的敏感性更弱，但有利于提高圆柱壳的模态频率；加筋数目对圆柱壳模态频率的影响具有收敛性；加筋的非均匀位置参数与圆柱壳几何参数存在相互匹配关系，对圆柱壳模态频率的影响较为复杂；加筋截面高度相比截面宽度，对圆柱壳模态频率更为敏感。

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多空沟对弹性波的散射及隔振性能分析：SH波入射

周凤玺1,2，梁玉旺1，刘佳1

振动与冲击. 2021, 40(24): 263-268.

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在地基振动控制中，采用单空沟由于衍射效率低而使得隔振效率并不理想，因此在设置多空沟隔振屏障对振动波的传播进行多次阻断来达到理想的隔振效果。根据弹性动力学基本理论，在复数域上进行波函数展开，由空沟周边应力自由边界条件并借助保角映射理论和多极坐标变换技术建立无穷阶线性方程组，并给出了多空沟对弹性SH（Shear，SH）波散射的解析解答。以双空沟为例，参数分析了激励频率、空沟长度和间距等因素对隔振效果的影响规律。结果表明：双空沟的隔振效果明显优于单空沟的隔振效果，并且随着空沟长度和空沟间距的增加，屏蔽区域面积明显增大。

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轴向移动悬臂梁振动响应及模型预测控制

陈浩1，陈继开1，段应昌2，贺宇锋1,2，罗翔1

振动与冲击. 2021, 40(24): 269-274.

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平推式架桥车的架设过程可简化为持续受外界激励力的轴向移动悬臂梁系统，采用拉格朗日法推导了系统的时变动力学方程，并选用幂级数函数作为试函数的Galerkin法进行离散求解。同时分析了架设速度对桥梁的振动影响，给出合适的架设速度策略。最后提出了基于Newmark法的模型预测控制对桥梁进行抑振控制，讨论了控制策略中相关参数对振动控制的影响并给出了合适的取值范围，结果对比表明基于Newmark法的模型预测控制效果明显，鲁棒性好。

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基于区间摄动的不确定非线性结构动力学模型修正方法研究

任铭泽1，邓忠民1，国兆普2

振动与冲击. 2021, 40(24): 275-281.

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提出了一种利用非线性结构的时域动响应的一阶摄动分析来进行结构不确定参数区间修正的方法。采用摄动法将不确定结构参数分解为参数区间均值和区间半径，将两者分别作为两步确定性模型修正的待修正参数。在此基础上，建立区间模型修正的优化函数，分别修正结构不确定参数的区间均值和半径。以两层刚架结构和非线性的悬臂梁作为仿真算例，采用均匀分布的取样方法构造仿真试验的参数样本，对立方非线性和分段非线性两种非线性形式进行仿真研究。结果表明，参数的收敛效率和修正后的精度均很高，且修正后的时域响应区间能反映试验数据的区间特性，从而验证了该方法在不确定非线性结构模型修正问题上的有效性。

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主余震型地震动过程的降维模拟

姜云木，阮鑫鑫，刘章军

振动与冲击. 2021, 40(24): 282-292.

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本文建议了主余震型地震动过程的降维模拟方法。首先，在非平稳地震动的演变功率谱密度(evolutionary power spectrum density， EPSD)模型的基础上，提出了演变功率谱模型参数的识别方法，并针对实测主余震地震动记录对峰值加速度、场地土的卓越圆频率和阻尼比以及调制函数参数等模型参数进行了识别；其次，通过拟合优度检验，得到了这些参数的最优边缘分布。然后，利用Copula理论对主余震参数之间的相关结构进行分析，得到了主震参数条件下对应余震参数的条件均值，并通过多项式拟合建立了主震参数与余震参数之间的实用计算公式。最后，结合谱表示-随机函数方法，建立了主余震型地震动的降维模型，生成了主余震型地震动的代表性时程。此外，通过与实测主余震记录的反应谱和傅里叶幅值谱的对比分析，验证了本文模型的工程适用性。本文的研究工作以期为主余震型地震动作用下工程结构的随机动力反应分析与可靠度评估提供合理基础。

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直升机主减液弹隔振系统隔振效率分析

夏双满1，林长亮1，袁胜弢1，朱跃法1，张体磊2

振动与冲击. 2021, 40(24): 293-298.

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为了综合评估直升机主减液弹隔振系统的隔振效率，建立液弹隔振系统与机体耦合动力学仿真模型，通过频响分析得到了液弹隔振系统的隔振效率；采用悬吊法进行了主减液弹隔振系统装机地面振动试验。仿真和试验结果表明：液弹隔振系统在航向、侧向和垂向综合隔振效率在70%以上。研究结论对液弹隔振系统进一步优化设计提供了技术支持。

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核电厂主蒸汽管道流致声振动优化方法研究

陈星文，蔡奕霖，秦洁

振动与冲击. 2021, 40(24): 299-304.

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近年来，核电站蒸汽管道流致声共振现象引发的振动和噪声问题，严重影响了核电厂的安全运行。为减小振动噪声的影响，本文针对主蒸汽管道滞流分支管设计开展了研究，通过理论和有限元仿真分析的方法，研究了优化安全阀支管设计，避开声频率锁定，降低流致声共振强度的方法。研究结果表明，通过优化支管设计可以有效的降低流致声振动的激励源头载荷，减小主蒸汽管道的振动噪声。本研究的结论可用于在役电厂主蒸汽管道振动噪声的设计优化改造和新电厂的主蒸汽管道设计。

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超大型电磁振动试验设备水平滑台的建模分析及结构优化

杜环宇1，李鸿光1，孟光1，府晓宏2

振动与冲击. 2021, 40(24): 305-311.

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该研究以东菱振动试验仪器有限公司600 kN推力超大型电磁振动试验设备中使用的水平滑台为对象，利用数值分析和结构优化提高其轴向共振频率，以进一步拓宽超大型振动台的测试频率范围。为了对该结构进行有效分析，分别对滑台各部分进行详细建模，并在接触面上建立了一种简易有效的螺栓模型，用以模拟真实连接形式；通过对各主要结构参数的灵敏度分析，得到影响水平滑台轴向频率的关键参数;最终,通过对关键参数进行优化，提高了结构的轴向共振频率。结果表明，优化后的水平滑台轴向共振频率提高了8.72%，且滑台整体质量降低了0.97%，基本保持设备可用推力不变。

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2021年, 第40卷, 第24期　
刊出日期：2021-12-28

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