2021年, 第40卷, 第3期　
刊出日期：2021-02-15

  

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  海域地震动长周期特性及其强度指标研究

  谭景阳,胡进军,谢礼立

  振动与冲击. 2021, 40(3): 1-9.

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  为了分析海域地震动的长周期特性，选取893条三分量海域地震动记录，识别出其中长周期特性明显的水平和竖向海域地震动，比较了海域长周期地震动的动力放大系数谱和抗震设计规范谱的差异，研究了海域地震动强度指标PGA、PGV、PGD与不同强度折减系数下的弹塑性单自由度体系的最大变形需求间的相关性。分析结果表明，由浅源远场强震（震源深度小于45 km，震中距大于120 km，且矩震级大于6.2）产生的海域地震动的长周期特性十分突出，其动力放大系数谱在长周期段（2-10 s）明显超过了抗震设计规范谱的取值，且竖向地震动的长周期特性比水平向地震动更显著；PGD和单自由度体系的最大变形需求的相关性在长周期段最好，因此建议选用PGD作为海域远场长周期地震动的抗震分析强度指标。
  
  

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  不同雷诺数条件下静止管道车环状缝隙流场数值模拟

  贾晓萌，孙西欢，李永业

  振动与冲击. 2021, 40(3): 10-18.

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  为了探究雷诺数对于静边界环状缝隙流场的影响，采用Fluent软件对雷诺数为115513、154018、192522三种工况下静止管道车环状缝隙流场进行了数值模拟，并通过物理试验进行验证，结果表明：同一雷诺数条件下，在环状缝隙入口处流速最大，之后沿管道车车身方向，环状缝隙流流速呈现先减小后增大的变化趋势，且环状缝隙流流速大于管道内水流的平均流速；各横断面环状缝隙流场均以管道中心呈同心圆分布，即半径相同的各点环状缝隙流速值大致相同，且从管道车壁面到管壁面方向环状缝隙流速呈现二次抛物线的变化形式；不同雷诺数条件下，管道内压强值沿程变化趋势大致相同，管道车上游位置处压强沿程呈现逐渐降低的变化趋势，环状缝隙内部和管道车下游位置处的压强值沿程呈现先升高后降低的变化趋势；随着雷诺数的增加，环状缝隙流速值与压强值和涡量值均呈现出逐渐增大的变化趋势；数值模拟结果同试验结果基本吻合，两者所得环状缝隙流速最大相对误差不超过7%，表明通过数值模拟来研究管道车环状缝隙流场的方法是可行的。
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  风浪联合作用下海上风力涡轮机的碰撞阻尼

  孔凡1，夏红兵1，3，孙超2，李书进1

  振动与冲击. 2021, 40(3): 19-27.

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  提出利用碰撞调谐质量阻尼器(Pounding Tuned Mass Damper, PTMD)控制近海单桩风力涡轮机塔身在风浪联合作用下的结构振动。为此，利用拉格朗日方程推导风浪联合作用下风机与PTMD的耦合动力方程并据此分析了相关控制效果。具体而言，结构模型方面，以美国国家可再生能源实验室(NREL)的5MW基准单桩海上风力涡轮机为研究对象，利用非线性粘弹性模型描述阻尼装置的碰撞过程，并在塔体模型中考虑基础土壤效应。风浪外荷载方面，采用考虑普朗特叶尖损失因子（Prandtl's tip loss factor）和格劳厄特校正（Glauert correction）的叶素动量法计算风湍流作用在叶片上的气动荷载，并利用Morison方程计算满足JONSWAP谱的随机波浪荷载。研究发现，碰撞调谐质量阻尼器对塔顶响应的控制效果较好；引入的碰撞机制使调谐质量阻尼器鲁棒性提高，使之在参数失调的情况下仍能保持较好的振动控制效果。
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  基于二维波束聚焦算法的低速冲击监测研究

  常琦，孟瑶，杨维希，刘君

  振动与冲击. 2021, 40(3): 28-34.

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  冲击损伤监测是结构健康监测的主要研究内容之一，为提高冲击定位的精度以及传感器的利用效率，本文提出了一种基于十字阵列型传感器布置方法的二维波束聚焦冲击定位算法，在高精度的前提下有效减少了传统定位方法所需布置的传感器数量。通过十字阵列型的压电传感器布置方法，可以将远场的定位精度大大提高，对于内场的盲区采用四点圆弧定位算法进行冲击定位，从而将整个大型平板结构的冲击定位精度大大提高。通过实验研究验证了该方法的有效性与实用性。
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  基于小偏置碰的乘员二次碰撞分析及约束系统仿真优化

  蒋成约1,2，张伟2，任立海2，胡远志2，李军2，黄杰1

  振动与冲击. 2021, 40(3): 35-39.

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  本文旨在研究64km/h小偏置碰的乘员动态响应及约束系统参数影响。通过建立50km/h全正碰与64km/h小偏置碰的约束系统模型，比对两种工况中的乘员二次碰撞运动姿态与损伤特点。仿真结果表明小偏置碰中乘员上躯干相对车体产生较大的横向加速度，导致头部和颈部等部位损伤加剧。基于上述损伤特点，导入侧气帘模块并分析其对乘员损伤的影响；优化驾驶员侧气囊袋形并通过代理模型方法匹配其参数。CAE优化结果显示小偏置碰中假人头部HIC36和颈部Nij分别降低61.75%和31.3%，加权损伤指标（WIC）降低了47.22%。
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  基于粒子阻尼的动力装置基座减振优化设计研究

  叶林昌1，肖望强2，沈建平1，卢大军2，林昌明2

  振动与冲击. 2021, 40(3): 40-47.

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  以动力装置安装基座为研究对象，通过理论解释粒子阻尼的减振特性，借助有限元和离散元等仿真工具，确定粒子阻尼的初步设计方案，并通过振动特性及振动能量分析优化其布置位置，并对粒子的材质、粒径、填充率、表面摩擦系数、表面恢复系数等参数进行优化，确定最终的设计方案。设计仿真计算的模型验证试验台，通过减振特性测试，从粒子的材质、粒径、填充率、安装位置等角度进行验证。结果表明：粒子阻尼具有明显的减振效果，优化设计方案预期效果，并得到有效验证。该方法为动力装置安装基座的减振增添了新的控制手段，为进一步提升船舶隐身性贡献力量。
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  环境激励下移动车辆对桥梁模态参数识别的影响研究

  贺文宇1,2，丁绪聪1,2，任伟新1,2

  振动与冲击. 2021, 40(3): 48-53.

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  基于环境激励的模态参数识别方法在桥梁健康监测领域应用广泛，所识别桥梁的模态参数的变化常用来进行损伤识别。然而在模态参数识别过程中，移动车辆本身具有的质量属性被忽视，仅被当作为环境激励的一部分。桥梁损伤导致的模态参数变化将被移动车辆所引起的变化掩盖，影响后续损伤识别的效果。本文以随机子空间法为例，研究环境激励下的模态参数识别方法识别的桥梁模态参数的变异情况，并对比桥梁局部损伤导致的桥梁模态参数的变化量，结果表明局部损伤和移动车辆都会造成频率频率减小和振型改变，因此在实际模态测试中需要考虑移动车辆作用并剔除其影响。
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  多源不确定性条件下气动弹性系统颤振可靠性分析方法

  郑宇宁

  振动与冲击. 2021, 40(3): 54-62.

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  传统的气动弹性系统颤振分析模型大多是在确定性参数条件下建立的，当系统中存在不确定因素时，按确定性方法设计的气动弹性系统存在颤振失效风险。本文以概率和非概率区间模型为基础，建立了单源不确定性条件下颤振可靠性分析模型。在此基础上，针对含随机和区间多源不确定参数的气动弹性系统颤振可靠性分析问题，提出了一种基于分步求解策略的新型混合可靠性分析与度量方法，获取了多源不确定性条件下气动弹性系统的颤振可靠度，实现了对多源不确定性条件下颤振可靠性的有效评估。数值算例表明，本文方法与蒙特卡洛模拟方法相吻合，并且具有显著的计算效率优势。
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  基于支持向量机的现地地震预警地震动峰值预测

  余聪1,2，宋晋东1,2，李山有1,2

  振动与冲击. 2021, 40(3): 63-72.

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  以0.1-10Hz带通滤波后三分向矢量合成地震动峰值PGA与PGV为预测目标参数，利用日本K-net强震台网P波触发后3秒数据，基于人工智能中的经典机器学习方法-支持向量机，选取加速度幅值Pa、速度幅值Pv、位移幅值Pd、傅立叶谱幅值AMmax、速度平方积分IV2、破坏烈度DI、累积绝对速度CAV、阿里亚斯烈度Ia这8种特征参数构建地震动峰值预测模型。结果表明，对比常规的Pd预测模型，本文建立的支持向量机PGA与PGV预测模型，在测试数据集及随机选取2次震例数据集上计算得到的预测值与实测值更趋近1:1比例关系，且PGA与PGV的预测值误差不受震中距变化的影响，PGA与PGV预测时的低值高估与高值低估现象也得到了改善。本文构建的支持向量机预测模型可用于现地地震预警地震动峰值、即仪器地震烈度的预测。
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  一种修正的GFRP本构模型及其双层板结构抗冲击特性预测

  张萌1，杨扬2，张岳青3，柳柳2，王慧1

  振动与冲击. 2021, 40(3): 73-80.

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  玻璃纤维增强聚合物基材料(GFRP)是一种典型的各向异性复合材料，在冲击载荷作用下具有复杂的力学响应。Autodyn软件中现有的GFRP材料模型所采用的状态方程仅考虑了体应变的单一影响，忽略了各向异性材料中应力分量与应变分量之间的耦合效应。首先，在已有的解耦理论基础上，对现有模型中的状态方程和强化模型进行了修正，计算得出了修正模型的材料参数。其次，基于弹丸剩余速度、碎片云形貌和塑性波传播三方面对比分析，验证了修正模型在计算精度和对GFRP冲击破坏机理描述等方面的优越性。最后，基于修正模型对GFRP-Al双层防护结构在不同弹丸和不同冲击速度撞击作用下的破坏模式及抗冲击特性进行了仿真计算和规律性分析。
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  电机定子铁芯振动特性分析的一种解析方法

  屈仁浩，蒋伟康

  振动与冲击. 2021, 40(3): 81-86.

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  随着新能源汽车的发展，用户对电机噪声的要求日趋严格，噪声振动分析已经成为电机开发中的重要内容。定子的电磁振动是电机的主要噪声源，由于电机定子的复杂结构，目前常用有限元方法建模分析定子铁芯的振动特性，耗时太长，不能满足定子优化设计的振动噪声特性快速计算要求。本文提出了一种解析方法用于计算定子铁芯的振动特性。采用厚壳-梁耦合结构对定子铁芯进行简化，计入了定子齿对振动特性的影响；推导了耦合结构的解析能量泛函，并使用Rayleigh-Ritz法计算出定子铁芯的固有频率和模态振型。应用该解析方法计算了电机定子振动特性，分析了定子齿枢的影响，并与商用软件的有限元建模分析结果进行比较，两者误差小于5%，验证了本文提出解析方法的准确性。
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  边坡坡度对路堤风吹雪影响研究

  刘庆宽1,2,,3，梁朋飞3，高岭4，何书勇3，李海飞3，贾娅娅1,2,3

  振动与冲击. 2021, 40(3): 87-94.

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  路堤边坡坡度是影响风吹雪区域路堤积雪的重要因素，利用现场模型试验以及流场数值模拟的方法，研究边坡坡度对路堤积雪影响规律，分析积雪形成机理。结果表明：路堤周围积雪范围与流场风速减弱区域存在较好的对应关系，但并非定量对应，用流场中风速减弱区域简单地定量判断积雪范围的方法误差较大；迎风边坡坡度的改变对路堤周围积雪分布影响较大，较缓的迎风边坡坡度将有效地减小路堤周围积雪量和积雪范围，路面更不易形成积雪，可以减小风雪流对路堤工程的危害；背风边坡坡度的改变对路堤周围积雪影响较小，路堤设计时可作为次要因素考虑；根据试验和模拟结果得出路面不易积雪的临界边坡坡度在40º和45º之间，保守起见，建议工程应用中取40º为路面不易积雪的临界边坡坡度。
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  基于分离涡方法的台北101大厦流固耦合风致响应分析

  卢春玲1, 2, 3，刘宇杰1，陈锦焜1，李秋胜4

  振动与冲击. 2021, 40(3): 95-102.

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  本文以台北101大楼为研究对象，应用一种新的湍流脉动流场产生方法（DSRFG）模拟了台北101大厦周围风场的湍流入口边界条件，采用分离涡方法对该建筑进行数值风洞模拟。根据大厦外形特征，建立了几何模型，用于大厦风荷载的数值模拟；基于大厦振动监测系统得到的结构模态、自振频率等数据，建立了大厦的结构模型，用于气弹响应分析。将计算结果与现场实测以及风洞测力试验的相应数据进行了对比，以验证数值风洞的有效性。对是否考虑流固耦合的大厦数值模型的等效风荷载及风致响应进行对比分析，并探讨了流固耦合效应对大厦周围风流场的影响。对该对象的研究结果表明，在顺风向上，建筑物的风致响应不易受流固耦合效应影响，而在横风向上，考虑了双向流固耦合的有限元模型，其等效静风荷载及加速度与位移响应均小于未考虑流固耦合的有限元模型。在流场上，流固耦合效应减小了建筑两侧的涡量，但会产生较大的脱落涡旋，可能会对下游建筑风环境造成不利影响。
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  应用MR阻尼器的连续梁桥地震损伤控制方法

  陈宇1，石运东2，吕杨3，黄信1

  振动与冲击. 2021, 40(3): 103-108.

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  基于地震作用下连续梁桥的损伤破坏机理，利用MR阻尼器控制元件，建立了基于桥墩广义水平刚度比的阻尼器出力方案，提出了连续梁桥的非线性地震损伤控制方法。对某一联三跨连续梁桥进行地震损伤控制研究，采用IDA（Increasing Dynamic Analysis）方法对控制前后桥梁结构进行损伤分析，结果表明所提出的控制方法可以有效降低桥梁损伤，并使桥墩损伤趋于均匀，显著提高桥梁的抗震性能；对采用不同控制方案和不同设计传递系数的桥梁进行地震损伤分析，结果表明半主动控制方案对墩梁残余位移和桥墩损伤的控制效果优于PON（Passive On）控制，并且设计传递系数对控制效果影响较大，需合理选用。
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   稳定分布噪声下非对称三稳系统的随机共振特性分析

  张刚，谢攀，张天骐

  振动与冲击. 2021, 40(3): 109-115.

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  针对实际工程应用中系统的非对称性，将 稳定分布噪声与非对称三稳系统相结合，以平均信噪比增益( )为性能指标，分别探究了 稳定分布噪声的特征指数 和对称参数 取不同值时，系统参数 、 ，刻画三稳系统非对称性的偏度 以及噪声强度放大系数 对非对称三稳系统随机共振输出的规律。研究结果表明：在 稳定分布噪声环境下，通过适当调节系统结构参数 、 和偏度 均可诱导随机共振，实现对微弱信号的检测，并且性能较好区间不随 或 的变化而改变；在研究噪声诱导的随机共振现象时，调节噪声强度放大系数 也可诱导随机共振，且共振效果较好的 区间也不随 或 的变化而变化。这些研究结论为 稳定分布噪声下非对称三稳系统共振中参数的合理选取提供了理论依据。
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  基于行车安全性的高铁桥梁横桥向减隔震体系研究

  李雪红，程梦梦，孙磊，徐秀丽，李枝军，张建东

  振动与冲击. 2021, 40(3): 117-124.

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  针对目前最常用的32m跨径高铁简支梁桥，同时考虑对行车安全不利的路桥过渡段和墩高改变处，对高铁桥梁的行车安全性能进行了评价；分析了铅芯橡胶支座、摩擦摆支座等常规减隔震方案在高铁桥梁中运用的可行性。分析结果表明，采用盆式橡胶支座的高铁桥梁在地震作用下轨道变形和轨道横向加速度较大，无法满足高速运行的列车的行车安全性要求；采取常规减隔震措施之后，尽管地震响应有所降低，但在路桥过渡段依然无法满足列车的行车安全性要求。鉴于此，研发了抗冲击多向耗能阻尼器，与盆式支座相结合，提出了可以满足列车行车安全性的高铁桥梁横桥向减隔震体系。该体系可在地震作用时盆式支座剪断瞬间承受较大的冲击力，保证体系转换过程中桥梁结构的刚度不发生突变，控制轨道变形不超过允许的限值，保证列车的行车安全性。
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  长横担输电塔扭转向等效静力风荷载

  杨子烨,邓洪洲

  振动与冲击. 2021, 40(3): 125-132.

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  为研究长横担输电塔扭转向等效静力风荷载的计算方法，以弹簧-多质点模型为基础提出了多自由度扭转向振动方程，并从频域角度对方程进行了求解。在考虑一阶扭转振型贡献的基础上，采用惯性风荷载法提出了扭转向等效静力风荷载的计算公式。基于塔架结构顺风向体型系数及准定常理论，对塔架节段的扭转向风荷载谱进行了推导。其次，针对直流输电塔特有的几何构型及动力特性，提出简化模型并对振动方程及风荷载谱的计算公式进行简化。最后，以准东-华东±1100kV输电工程角钢塔为例，将采用上述方法的得到的输电塔主材、斜材及横隔材轴力与动力时程分析及我国规范方法的计算结果进行了对比。结果表明，与规范方法相比，上述方法能提高主材、斜材和横隔材的设计可靠度，特别对塔身斜材及横隔材的可靠度提高较大，可分别达98.5%及89.8%以上。
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  船体梁振动的反共振频率配置设计

  史英沙1，黎胜1,2

  振动与冲击. 2021, 40(3): 133-138.

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  本文基于船舶主机等主要激励，计算得到了船体梁的反共振频率，并提出了一种基于反共振频率配置的船体振动设计方法。该方法可将激励频率设置为反共振频率，通过对结构刚度修改或质量修改，使得船体的上层建筑或桅杆等重要部位在该反共振频率下振动响应为零，并可明显减小该频率下船体的振动响应。数值算例验证了所提出的反共振频率配置设计方法的有效性。
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  无油线性压缩机的频率特性和活塞偏移特性研究

  李诚展1,2,李建国2,孙建1,2,蔡京辉1,2

  振动与冲击. 2021, 40(3): 133-138.

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  针对线性压缩机随工况和热负荷变化而引起共振频率和活塞中心位置偏移量改变的问题，建立了关于压缩机共振频率的线性等效模型和傅里叶变换计算模型。两种模型用来预测线性压缩机的共振频率，后者同时用来计算活塞中心位置偏移量，模型中考虑了不同行程、不同排气压力对共振频率的影响以及不同行程、不同排气压力和不同运行频率对活塞中心位置偏移量的影响。为了验证模型的有效性，本文搭建了用来测量线性压缩机共振频率和活塞中心位置偏移量的测试系统，并将测量结果与模型所计算结果进行对比，结果表明，线性等效模型相比于傅里叶变换计算模型能更加准确的预测线性压缩机的共振频率；线性压缩机的共振频率随着行程的增加而逐渐减小，随着排气压力的增加而逐渐增加。实验表明，线性压缩机活塞中心位置偏移量随行程的增加而几乎不变，随着排气压力的增加而逐渐增加。傅里叶变换计算模型针对不同行程下活塞中心位置偏移量预测值高于实际值；但在不同排气压力或不同行程下的活塞偏移量可用该模型计算压缩机在上止点位置的偏移量来进行预测，误差不大于10%。
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  基于随机子空间法的海洋平台模态特征实时提取方法研究

  黄焱1，陈涛1，朱本瑞2

  振动与冲击. 2021, 40(3): 147-155.

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  海洋平台结构模态特征实时提取是其结构健康监测的一项重要手段。针对传统随机子空间算法在有限测点下无法反映结构整体特征的问题，提出了一种改进的协方差驱动随机子空间模态实时提取方法。该方法基于一种新的Hankel元素重构方式，构建了结构实际空间信息与算法的相关性，并有效降低了计算矩阵的维度，从而显著提高了平台模态识别的准确度和计算效率。在此基础上，进一步建立了基于信号累积特征的虚假模态辨识方法与剔除准则，解决了传统随机子空间方法在计算大型复杂结构时存在虚假模态过多的问题。以渤海某海洋平台为例，采用所建立的方法对该平台响应信号进行计算，并与传统随机子空间方法进行对比分析，验证了本文所提方法的优良适用性和鲁棒性。
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  航天器太阳帆板多自由度减振装置设计

  朱仕尧，雷勇军，郭欣

  振动与冲击. 2021, 40(3): 156-164.

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  航天器外伸的太阳帆板会引起驱动扰动和残余振动两类振动问题，且两者发生在不同的振动方向（扭转和弯曲），并属于不同的振动类型（强迫与自由振动）。本研究提出一种多自由度减振装置实施方案，通过调整驱动系统动态特性降低两类振动干扰。首先基于虚功原理建立了太阳帆板驱动系统动力学模型，分析了减振装置刚度和阻尼参数对驱动系统动态特性的影响规律，研制了减振装置原理样机，并通过试验验证其减振效果。结果表明，减振装置刚度特性对驱动系统的固有频率至关重要，需要谨慎考虑以避免共振；减振装置等效阻尼与驱动系统模态阻尼呈正相关，应采用高损耗系数的阻尼材料；减振装置能使驱动扰动降低40%以上，99%残余振动幅值衰减时间缩短56%以上。
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  基于弹-塑-断裂理论的镐型截齿截割机理研究与实验验证

  王鑫1,徐兰欣2,陈洪月3,4,白杨溪3,陈洪岩3

  振动与冲击. 2021, 40(3): 165-171.

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  为研究镐型截齿在截割煤岩过程中的截割机理，建立镐型截齿外轮廓的数学模型，基于弹性力学、塑性力学和断裂力学等理论，提出了煤岩截齿截割力作用下发生弹-塑-断裂失稳理论模型，以此来描述截齿截割煤岩机理，并依据理论模型分别推导出煤岩在弹性变形、塑性变形和断裂失稳状态下截齿截割力以及煤岩应力表达式。最后采用自主搭建实验设备进行不同截割倾角的镐型截齿截割煤岩实验，实验结果表明：煤岩在截齿截割力作用过程中，随着截齿截割深度的增加，截齿与煤岩的接触面积逐步增大，煤岩存在弹性变形阶段、塑性变形阶段以及断裂失稳阶段并与理论模型相符；截割倾角为90°、75°、60°时，截齿截割阻力理论值与实验值的均方根误差分别为0.082 kN、0.199 kN、0.204 kN，理论值与实验值相差较小，验证理论模型的正确性。

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  考虑驱动和负载状态的三自由度超声电机接触模型研究

  李争，赵亮，郭鹏,于絮泽

  振动与冲击. 2021, 40(3): 172-177.

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  建立了一种考虑不同运转情况的对于三定子多自由度超声电机的接触模型。首先介绍了三自由度超声电机的基本原理和结构并计算得出了其驱动转矩，再引入Hertz接触理论和Mindlin理论对摩擦情况进行分析，其中考虑了摩擦系数的动态非线性和摩擦力分布的非线性变化，提出了一种新型的接触模型，改进了传统的线性摩擦模型；最后通过转矩关系和摩擦模型对电机不同运动情况下摩擦力分布进行分析，并用Matlab绘制相应的摩擦力分布图。分析结果验证了三自由度超声电机合理性，说明了三相压电定子接触状态根据驱动情况和负载而定，为进一步的优化设计和性能改进奠定了基础。
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  柔性环形防护网顶破受力归一化分析

  齐欣1,2,余志祥1,2，张丽君1,2，许浒1,2,李自名1

  振动与冲击. 2021, 40(3): 178-186.

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  本文开展了6组环形钢丝网片单元顶破承载力试验，并基于LS-DYNA开展了非线性数值模拟，揭示了柔性环形网的顶破受力的三阶段工作特性。进一步考虑钢丝缠绕圈数、圆环直径、顶破端与环形网的面积比以及环形网长宽比等影响开展参数分析，据此提出了环形网片拉伸变形的解析计算方法，建立了顶破力—拉伸位移的相关性方程。研究结果表明：随着圆环缠绕圈数的增多，环形网的极限破断力线性增大，极限拉伸位移线性小幅减小；随着圆环直径的增加极限破断力指数型降低，极限拉伸位移线性增大；随着顶破端与网片的面积比的增大极限破断力和极限拉伸位移均幂函数持续减小，变化速率基本一致；随着环形网长宽比的增大，极限破断力和极限拉伸位移都呈幂函数减小，破断力的减小更为明显。研究成果可用于柔性防护系统环形网单元设计。
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  新型巨-子结构消能控制体系的动力特性及减震性能研究

  李祥秀1，刘爱文1，刘良坤2，李小军1,3

  振动与冲击. 2021, 40(3): 187-194.

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  基于旋转惯容阻尼器（RID, Rotation Inertia Damper）具有实际物理质量小，且能提供较大阻尼力的特点，提出将RID应用到巨型结构体系，形成RID-巨-子结构消能控制体系。通过建立RID-巨-子结构消能控制体系的振动微分方程，分析RID参数（等效质量和等效阻尼系数）对系统动力特性的影响规律。在此基础上，从结构时程响应及随机响应两个方面研究该新型巨-子结构消能控制体系的减震性能。研究结果表明：RID参数会对系统的自振频率和阻尼比产生不同的影响。RID-巨-子结构消能控制体系相对于巨-子结构抗震体系而言，能有效地减小结构体系在地震激励下响应。所得研究成果可为巨型结构体系的减震设计提供建议。
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  基于频响函数奇异值的模型修正方法

  曹明明，彭珍瑞，刘满东

  振动与冲击. 2021, 40(3): 195-203.

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  为减少实测环境中噪声的干扰，提出了一种基于频响函数奇异值的模型修正方法。利用计算得到的频响函数重构吸引子矩阵，对其进行奇异值分解，并在受噪声影响时根据极值点数量突变原则选择保留主要特征信息的奇异值个数，然后确定待修正参数；采用拉丁超立方抽样抽取初始样本点，结合修正参数所对应的奇异值响应，用粒子群算法寻得最优相关系数，构建Kriging模型；以奇异值响应差的平方最小构造目标函数，利用布谷鸟算法求解参数修正值。仿真算例表明：以奇异值作为结构响应，构建Kriging模型能获得较高的修正精度；在频响函数中加入不同信噪比的高斯白噪声，仍能得到较满意的修正效果，证明了本文方法对噪声具有较强的鲁棒性。
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  包装件振动可靠性的不确定度量化及灵敏度分析

  朱大鹏，魏洁

  振动与冲击. 2021, 40(3): 204-211.

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  研究包装件参数不确定性对振动可靠性变化的影响，并分析振动可靠性指标对各不确定参数的灵敏度。采用Karhunen-Loeve展开将具有一定谱特征的平稳随机振动表示在标准正态随机变量空间中，应用一阶可靠性方法分析线性包装件振动可靠性指标。考虑缓冲材料弹性特性、阻尼特性、产品主体和脆弱部件之间的弹性特性、阻尼特性四个随机参数，对这些参数进行等概率转换，将它们用标准正态随机变量等效表示，根据拉丁超立方采样原则，在四维标准正态随机变量空间采样，应用数值分析研究可靠性指标的变化情况。根据可靠性指标的概率分布选取合理的正交混沌多项式类型，应用非嵌入分析法分析混沌多项式的系数。在获得可靠性指标的多项式混沌展开表达后，采用Sobol法分析可靠性指标的全局灵敏度。文中给出了一个实例分析，介绍了应用多项式混沌展开对振动可靠性指标进行不确定量化的过程及可靠性指数的分析结果。
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  汽车前纵梁吸能盒结构耐撞性多目标优化

  徐中明，王青青，范维春，张志飞

  振动与冲击. 2021, 40(3): 212-217.

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  吸能盒上诱导槽的分布形式对汽车碰撞性能有很大影响。以汽车前纵梁吸能盒结构为对象，建立整车正面碰撞仿真模型，对吸能盒结构的耐撞性进行了多目标优化设计。以吸能盒上诱导槽之间的间距为设计变量，使用Hammersley方法采集样本点后，以车辆吸能盒的最大吸能量E、最大刚性墙反力F以及车身最大加速度a为目标函数，通过kriging法以及径向基法构建各目标函数的近似代理模型，并检验了近似模型的精度。采用第二代非劣排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）进行了多目标优化。结果表明，与原模型相比，优化后的非均匀分布形式的诱导槽结构耐撞性改善明显，变形压缩模式更充分、有序。
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  LNG超低温调节阀阀杆流激共振分析

  王伟波1,2,郝娇山1,2,刘柏圻2,杨恒虎2,李树勋3

  振动与冲击. 2021, 40(3): 218-225.

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  针对LNG接收站超低温调节阀小开度下阀杆流激共振问题，以DN200-Class600 LNG超低温调节阀5%、10%、20%、30%和50%开度的模型为研究对象。采用Fluent软件对各模型进行瞬态流场分析，并对阀塞和阀杆组件流固耦合面上的流体压力脉动时域信息进行监测，通过Tecplot软件对监测信息进行快速傅里叶变换（FFT），获得流体施加于阀杆上的激振力频率。另外采用ANSYS Workbench软件对各模型进行流固耦合模态分析，得到阀塞和阀杆组件的流固耦合模态振型和模态频率。通过两种频率的比较对各开度下的调节阀阀杆流激共振问题进行了深入研究。结果表明，调节阀各开度下阀塞和阀杆组件上的压力脉动峰值频率均在60Hz以内，而其各阶流固耦合模态频率均大于120Hz，压力脉动频率避开了固有频率，阀杆不会发生流激共振现象。
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  大跨平屋盖风荷载特性及风压预测研究

  陈伏彬1，唐宾芳1，蔡虬瑞1,2，李秋胜3

  振动与冲击. 2021, 40(3): 226-232.

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  在大气边界层风洞中开展了大跨平屋盖结构刚性模型试验，获得了屋盖表面测点的风压时程，分析了典型风向下屋盖表面平均风压与脉动风压特性。结合本征正交分解技术（POD）与BP神经网络法，提出了一种可用于大跨结构进行空间插值的机器学习法—POD-BPNN法，实现了对风压的高效预测。预测的平均风压系数、脉动风压系数、脉动风压的时域与频域特性均与风洞试验值相吻合。表明运用POD-BPNN方法预测大跨结构表面风压是可行的。
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  深度卷积神经网络在滑动轴承转子轴心轨迹识别中的应用

  郭明军1,李伟光1,杨期江2,赵学智1

  振动与冲击. 2021, 40(3): 233-239.

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  针对传统旋转机械智能识别方法需要人为提取特征及诊断精度低的问题，基于深度学习的强大学习能力，提出一种深度卷积神经网络故障诊断模型（deep convolutional neural network fault diagnosis model，DCNN-FDM）用于轴心轨迹识别。该模型包括输入模块、特征提取模块及分类模块三部分。原始图像输入模型后，经过输入模块的二值化处理及最近邻插值，统一变为尺寸大小为32x32的单通道图像；然后，经特征提取模块中两组交替的卷积层和池化层作用，得到图形特征；最后，这些特征经全连接层的扁平化处理而张成一维向量，输入到softmax分类器中进行分类。利用奇异值差分谱方法，对实测轴心轨迹进行提纯，得到4类轴心轨迹样本集用于DCNN-FDM的训练与预测。结果表明：本文所提模型较传统的浅层学习模型的识别效果好，可实现转子故障的精确诊断，识别率达到97.09%。最后通过全连接层的主成分可视化分析，验证了模型具备自适应特征学习能力。
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  基于自适应VMD的高速列车轴箱轴承故障诊断

  黄衍，林建辉，刘泽潮，黄晨光

  振动与冲击. 2021, 40(3): 240-245.

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  以尺度空间对信号频谱中共振频段的识别能力为基础，结合变分模态分解（VMD）对信号的自适应分解能力，提出了预估惩罚因子的尺度空间引导VMD算法。该算法的核心包括以尺度空间对信号频段的共振频段划分从而确定VMD中的本征固有模态个数，并根据共振频段边界预估VMD各个本征固有函数的初始中心频率与相应的惩罚因子取值，从而提高VMD的自适应性以及准确性。仿真结果表明，该方法能够正确识别低信噪比条件下的故障信号的共振频带，并对信号进行准确的分解。应用高速列车轴箱轴承实验数据对该方法进行实验验证，能够有效分解信号中包含的不同故障冲击；与选择不同惩罚因子的VMD算法相比，能够更准确地提取出信号中的不同故障冲击，对VMD分解的自适应性与准确性有着显著提高。
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  伴流声场计算的有限元方法及其应用

  范一良，季振林

  振动与冲击. 2021, 40(3): 246-253.

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  推导了势流中的声波方程，并运用伽辽金加权余量法建立了相应的有限元（FEM）弱形式。对于管道声学问题的计算，给出了所需边界条件的处理方法，通过离散和装配得到有限元矩阵方程。使用自行编写的有限元程序计算分析了Herschel-Quincke（H-Q）管的消声特性。结果表明，在中低频段有限元计算结果与一维理论计算结果吻合良好，从而验证了本文方法的正确性；频率较高时，两者出现明显差异，主要是由于主管和支管交接处的三维波和三维流效应所致。介质流动影响H-Q管的消声特性，特别是共振频率和通过频率，马赫数越大，影响越显著。结构形式的改变可以大大改善特定频率范围的消声性能。
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  180m高三管集束式钢烟囱风荷载特性风洞试验研究

  王晓海，柯世堂，余文林，杜琳

  振动与冲击. 2021, 40(3): 254-262.

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  为系统研究180m三管集束式钢烟囱风荷载分布模式和时变特性，以国内某在建180m高三管集束式钢烟囱为研究对象，首先通过同步刚体测压风洞试验，得到了不同风向角下三管集束式钢烟囱各排烟筒表面平均与脉动风荷载。在此基础上，对比分析了典型风向角下三个排烟筒表面平均风压、脉动风压、升/阻力系数和整体平均体型系数的分布规律，并探讨了风压信号的高斯和非高斯分布及时变特性，归纳了信号在时间和空间上的相关性，总结了风向角和干扰效应对三管集束式烟囱体系气动力分布的影响规律。研究发现：三管集束式烟囱体系风荷载干扰效应主要表现为遮挡效应，整体体型系数最大值为0.71。在0°、90°和180°风向角下，风压信号分别有59.9%、53.4%和56.9%表现出大偏斜和高峰态分布特征。主要研究结论可为多管集束式钢烟囱的风荷载取值提供科学依据。
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  阵列式平台漂浮式风电场Spar平台动态响应及稳定性改进研究

  岳敏楠1，王博1，李春1,2，李蜀军1

  振动与冲击. 2021, 40(3): 263-278.

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  平台的稳定是漂浮式风力机安全运行的基本保障。为研究风波耦合作用下阵列式平台漂浮式风电场Spar平台的动态响应，建立基于OC3-Hywind Spar Buoy平台的NREL 5MW漂浮式风力机整机模型，采用链接系泊和固定系泊建立了3×3阵列Spar平台漂浮式风电场。基于叶素动量理论考虑叶尖损失、轮毂损失以及动态失速通过Fortran编程实现了水动力软件AQWA的二次开发，建立了漂浮式风电场平台气动-水动-固定系泊-链接系泊耦合动力学模型并实现了模型算法求解，结合辐射/绕射理论研究了风波耦合作用下漂浮式风电场Spar平台的动态响应特性，为解决系泊系统直接与Spar平台主体链接时平台产生的大幅度首摇、横摇响应问题，提出了首摇阻尼板和系泊链接点外移两种提高平台稳定性的方法，并研究了二者对漂浮式风电场平台动态响应特性的影响。结果表明：系泊系统直接将Spar平台链接建立阵列式平台漂浮式风电场的方案是不可行的，平台将产生极大的首摇、横摇响应；普通海况下，首摇阻尼板明显降低了漂浮式风电场平台的首摇、横摇响应，恶劣海况下效果不明显，系泊链接点外移在普通海况、恶劣海况两种工况下均能够明显降低漂浮式风电场平台的首摇、横摇响应；系泊链接点外移时，相对于风波入射方向，位于两侧的平台在xOy平面运动轨迹、首摇、横摇响应具有对称性的特点，位于中间的平台P1、P4、P7不存在横荡、横摇、首摇响应，位于两侧的平台存在横荡、横摇、首摇响应，横摇波动幅度，普通海况下约0.1°，恶劣海况约0.5°，首摇波动幅度，普通海况下约0.5°，恶劣海况约2°；此外，系泊链接点外移时，普通海况、恶劣海况两种工况下，风电场中几乎所有平台的垂荡、纵摇及机舱振动稳定性均得到了一定程度的提高。研究结果为漂浮式风力机平台稳定性的提高提供了理论参考。
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  气垫导轨上橡皮筋滑块系统自由振动研究

  何松林1,黄焱2

  振动与冲击. 2021, 40(3): 279-283.

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  在气垫导轨上进行橡皮筋滑块系统的自由振动实验，测量了系统的振动周期和对数减缩。理论分析与实验值相差甚远，说明不能将橡皮筋滑块系统的自由振动按谐振子的粘性阻尼振动处理。提出含分数阶导数振子自由振动模型，采用数值方法和平均法求解含分数阶导数项的二阶常微分方程，发现此模型理论分析结果与实验情况相符，说明采用弹性系数、粘弹度和粘弹系数描述橡皮筋力学性质是可行的。
  
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  内激励型振荡衰减流作用下输流管道动力不稳定分析

  张挺1，林震寰1，林通1，张恒2

  振动与冲击. 2021, 40(3): 284-290.

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  振荡衰减流作为一种内激励形式，对输流管道的稳定性和共振特性将产生影响。基于输流管道横向振动运动微分方程，引入指数衰减函数模拟水锤发生时流速呈现的振荡衰减特性，推导得到内激励型振荡衰减流作用下输流管道动力不稳定区域的表达式。在无衰减周期脉动流激励条件下，计算得到两种不同支撑输流管道的不稳定区域，与前人数值研究结果吻合良好。同时将引入的流速表达式与水锤条件下粘弹性输流管道模型计算得到的流速时程进行对比，表明所提出的流速表达式能较好地反映水锤激励下输流管道内水流的双向衰减特性。进一步分析了衰减特征参数对两端简支输流管道不稳定区域的影响，结果表明，内激励型振荡衰减流对于输流管道横向振动的影响不容忽视，当流速衰减系数b增加，不稳定区域向下偏移，且初始流速u0增大，偏移现象越明显；同时随着时间τ的推移和衰减系数b的增加，流速衰减越快，不稳定区域闭合加快，当管道内流速衰减至0时，水锤过程结束，管道不稳定区域消失。
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  脉动流发生装置诱导弹性管束振动的实验研究

  季家东1, 2，张经纬1，高润淼1，刘萍1, 2，刘保银1，陈卫强1

  振动与冲击. 2021, 40(3): 291-296.

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  为了实现对换热器内弹性管束振动的有效激发和控制，提出了一种新型脉动流发生装置，搭建了脉动流诱导弹性管束振动测试实验台，测试了换热器内各排弹性管束在不同工况下的振动响应。结果表明：在脉动流发生装置诱导下，弹性管束主要有两个振动频率，一个频率基本不受入口流速的影响，另一个频率随入口流速的增加而增加；本文提出的脉动流发生装置，一方面使弹性管束的振动强度明显增加，另一方面在一定程度上解决了各排弹性管束振动不均的问题。
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  随机地震激励作用下自复位结构的平稳响应

  胡慧瑛1，陈林聪1,2

  振动与冲击. 2021, 40(3): 297-302.

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  自复位结构是一种震后不需修复或仅需少量修复即可继续投入使用的新型抗震结构。目前有关自复位结构地震响应的研究多是在确定性激励下进行，鲜有涉及随机激励环境。本文假定地震动加速度过程为金井清过滤白噪声模型，研究了随机地震激励下单自由度自复位体系的平稳响应。应用广义谐波平衡技术分解旗帜形的恢复力，建立与原系统的等效非线性随机系统。通过 Stratonovich-Khasminskii极限定理作随机平均,得到关于幅值的近似一维扩散过程。建立并求解对应的FPK方程，得到关于幅值的稳态概率密度函数并进行参数分析。数值结果表明，能量耗散系数与屈服位移的减小能降低系统响应，同时，随着这两个参数的变化，系统会出现随机P分岔现象。最后，通s过蒙特卡罗数值模拟法验证了解析解的有效性。