振动与冲击

Select

石先杰1，左朋1,2

振动与冲击. 2022, 41(10): 1-7.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

建立了功能梯度环板在热环境作用下的谱几何法自由振动分析模型。首先，在该模型中假设材料特性与温度相关，且沿结构厚度方向呈现连续梯度变化；其次，通过在边界处设置不同类型的边界弹簧来模拟任意边界条件，并且基于一阶剪切变形理论推导出热环境下功能梯度环板结构的能量方程；然后，利用谱几何法和傅里叶正余弦函数来描述结构位移容许函数，进而采用Rayleigh-Ritz法获得功能梯度环板结构热振特性分析理论模型。通过热环境下功能梯度环板频率特性对比算例发现，文中模型具有良好的计算准确性，并且适用于多种边界条件。最后，文中给出了功能梯度环板结构的参数化研究，研究结果表明环境温度、边界条件、梯度指数的变化均会对结构的热振特性产生影响。

Select

基于MACNN的柴油机故障诊断方法研究

程建刚1，毕凤荣1，张立鹏2，李鑫1，杨晓1，汤代杰1

振动与冲击. 2022, 41(10): 8-15.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

高效、准确地故障诊断可以提高柴油机的安全性和可靠性。传统机械故障诊断方法中人工参与程度过高，为识别结果带来诸多不确定性。针对这一问题，论文提出一种基于多重注意力卷积神经网络 (Multiple Attention Convolutional Neural Networks, MACNN)的端到端的故障诊断方法。该方法采用多层卷积神经网络 (Convolutional Neural Networks, CNN) 结合卷积注意力模块 (Convolutional Block Attention Module, CBAM) 对原始时域数据进行特征提取，然后对多维卷积输出特征图进行重组以保留其序列信息，最后直接采用序列注意力机制完成序列特征的学习。经采用实测柴油机缸盖振动信号数据进行验证后表明：面对8分类柴油机故障数据集，MACNN能够达到97.88%的识别准确率，测试100个样本用时仅为0.35s。与现有多种传统故障诊断方法和端到端故障诊断方法相比，均具有更好的诊断效果。

Select

周期性来流扰动对通气超空泡航行体流体动力特性的影响

何广华1,2，杨豪1，王威1，朱一舟1，潘雁甲2

振动与冲击. 2022, 41(10): 16-22.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文利用滑移网格方法，数值研究了周期性来流扰动对通气超空泡航行体流体动力特性的影响，通过上游两片水翼反向摆动使下游流场产生水平速度周期性变化的来流条件，分析了来流扰动对航行体空泡形态及流体动力的影响。结果如下：在周期性水平来流作用下通气超空泡截面发生颈缩现象，航行体易产生沾湿区域影响空泡减阻效果；分析了航行体在周期性来流扰动下的流体动力变化规律，发现当航行体被空泡完全包裹时，阻力呈现周期性波动，升力较小；当航行体被空泡局部包裹时，升力和阻力都会产生较大波动；通过沾湿面积比率分析了周期性来流的波长和波幅对空泡形态的影响规律，为空泡在扰动环境中的稳定性研究奠定了基础。

Select

基于Rayleigh法的风机塔筒预应力基本频率解析计算方法

雷振博1，刘纲1,2，杨微3,4，李杨3,4

振动与冲击. 2022, 41(10): 23-29.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

风机大型化发展趋势使塔筒高度更高、柔性更大，塔筒直径及壁厚随高度变化更加多样，使得传统简化基频解析计算方法计算精度大幅下降，较难满足塔筒设计前期基频估算要求。引入等效壁厚、平均等效当量惯性矩考虑塔筒直径和壁厚沿高度的多种变化情况，简化塔筒刚度计算；基于Rayleigh能量法基本原理，考虑风轮和机舱质量对塔筒预压应力、质量偏心以及塔筒不同变形形式对基频计算的影响，提出了相应的塔筒基频解析计算方法。塔筒数值算例和实验室缩尺试验表明，顶部机舱、叶轮质量偏心对塔筒基频影响较大，解析计算时应考虑其影响；均布荷载变形下的塔筒基频解析值更接近真实值；所提解析法与精细化有限元模型计算值的偏差小于4%，与缩尺模型实测值的偏差小于5%。

Select

基于加速度频响函数小波变换的贝叶斯模型修正

王增辉1，殷红1，彭珍瑞1，张亚峰1，董康立2

振动与冲击. 2022, 41(10): 30-39.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对频响函数的似然函数推导复杂以及马尔科夫链蒙特卡罗(Markov Chain Monte Carlo, MCMC)算法不易收敛、样本拒绝率高的问题，提出一种基于小波变换和改进MCMC算法的贝叶斯模型修正方法。首先，引入模态参与变异系数准则选取激励点位置、模态动能法选取测点位置。然后，构造Kriging模型，计算加速度频响函数并进行小波变换，提取小波总能量作为Kriging模型输出，并通过粒子群算法优化Kriging模型相关系数。最后，为提高采样效率，以延缓拒绝策略为基础，当候选样本被拒绝时引入天牛须搜索算法产生新的候选样本，以此估计参数的后验概率分布。分别使用车辆三自由度系统和空间桁架模型来验证所提方法，结果表明：修正后获得的马尔科夫链整体性能较好，样本接受率提高，各参数的相对误差基本保持在1%以内且具有良好的抗噪性。

Select

基于CFD的地面颤振模拟试验非定常气动力重构方法研究

宋巧治，王彬文，李晓东

振动与冲击. 2022, 41(10): 40-46.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为了满足地面颤振模拟试验中气动力计算的实时性以及插值点数量要求，本文提出一种基于计算流体力学(computational fluid dynamics ，CFD)的非定常气动力重构方法，首先通过模态激励的方式建立广义坐标下的气动力降阶模型(reduced order model ，ROM)，提高气动力计算效率，然后利用提出的物理坐标与广义坐标物理量的转换关系将模型转换至物理坐标下，并基于优化算法对插值点进行缩聚处理，最终采用标准模型AGARD445.6对建立的非定常气动力进行了仿真，分析结果表明基于重构的气动力模型获得的颤振边界与计算流体力学/计算固体力学直接耦合及风洞试验结果吻合较好，证实了该方案的可行性。

Select

非局部功能梯度梁结构振动与波传播特性研究

何东泽1，史冬岩1，王青山2,3，马春龙1,4

振动与冲击. 2022, 41(10): 47-54.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

基于非局部弹性理论，给出非局部功能梯度铁摩辛科梁结构的控制微分方程。结合本文提出的一种半解析数值方法，对多种边界条件下非局部功能梯度梁结构自由振动特性进行分析。通过与现有文献简支梁的数据对比，验证本文计算的正确性。同时分析非局部参数和功能梯度指数对梁结构的固有频率以及波传播特性的影响。结果表明，各个参数对梁结构固有频率以及波传播特性有不同程度的影响规律。

Select

Infogram和参数优化CYCBD在滚动轴承复合故障特征分离中的应用

刘桂敏1,2，吴建德1,2，李卓睿1,2，李祥1,2

振动与冲击. 2022, 41(10): 55-65.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对滚动轴承复合故障特征难以分离的问题，提出了一种基于Infogram和参数优化最大二阶循环平稳盲解卷积（Maximum second-order cyclostationarity blind deconvolution，CYCBD）的复合故障特征分离方法。首先，采用Infogram方法分析故障信号，选取最优带通滤波器，获得冲击性和循环平稳性最强的频带信号；其次，根据理论故障频率，设定CYCBD的循环频率集，并以包络谱稀疏度为依据，自适应选择CYCBD的滤波器长度；再次，对获得的频带信号进行解卷积运算，提取不同频率的故障冲击成分，实现故障分离；最后，对分离出的各故障成分进行包络解调分析，根据故障特征频率，识别故障类型。通过对仿真信号、西安交大-昇阳科技联合实验室（Xi’an Jiaotong University-Changxing Sumyoung Technology，XJTU-SY）的轴承实验数据分析，证明了所提方法可以有效实现故障特征分离。在此基础上，通过自制实验平台实测数据，进一步论证了该方法的可行性。

Select

基于切片耦合理论的斜齿轮时变啮合刚度分析

朱丽莎1，王奇斌2,3，栾晓刚4，袁聪1，张义民1

振动与冲击. 2022, 41(10): 66-71.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

面向斜齿轮时变啮合刚度(time varying meshing stiffness ，TVMS)精确求解问题，本研究提出基于切片思想及切片耦合理论的斜齿轮啮合刚度计算方法。将斜齿轮沿齿宽方向等效为若干切片，每个切片等效为直齿轮，切片耦合作用等效为弹簧模型。设计了一种数值求解方法计算斜齿轮时变啮合刚度。然后以一对斜齿轮副为例，分别使用有限元法、切片耦合法、切片无耦合法分析了斜齿轮时变啮合刚度。结果表明切片耦合斜齿轮时变啮合刚度模型能够准确地模拟仿真斜齿轮时变啮合刚度特性，而切片无耦合斜齿轮时变啮合刚度模型在双齿过渡区不能准确地模拟斜齿轮啮合刚度。

Select

色关联噪声激励可控双稳态势模型的非线性共振研究

刘健1，胡冰2，丁晓剑1，谯自健3，臧传来4

振动与冲击. 2022, 41(10): 72-80.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

研究了色关联乘性色噪声和加性白噪声激励可控双稳态势模型的粒子逃逸过程，推导出近似Fokker-Planck方程和平均首通时间(mean first-passage time ,MPFT)表达式，分析可控阱深和可控阱宽下系统参数对平均首通时间的影响。研究结果表明：平均首通时间作为乘性色噪声强度和加性白噪声强度的函数展现出单峰共振和反共振现象，两噪声间的色关联性能激发系统跃迁行为，自(互)关联时间和互关联强度可以诱导系统的共振现象。可控势阱因子对左势阱和右势阱的初始位置逃逸行为的影响不同，能增强可控双稳态势模型稳定性，大尺度可控势阱因子在可控阱宽情形下占据了粒子跃迁行为的主导作用。

Select

小半径曲线中低速磁浮车辆-轨道耦合系统动力响应分析

王相平1，李国芳1，慕显龙1，王红兵1，靳忠渊2，丁旺才1

振动与冲击. 2022, 41(10): 81-89.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

小半径曲线上中低速磁浮车辆-轨道系统的动力响应对车辆安全运营具有重要意义，但当前研究极少涉及。运用有限元和多体动力学方法，建立了中低速磁浮车辆-小半径曲线段高架轨道耦合动力学模型，考虑空间动态磁轨作用以及轨道关键部件的参振作用，分析了小半径曲线上的车辆-轨道系统动力响应。结果表明：二维磁轨关系会过大的估算曲线段磁轨作用力；曲线段磁浮车辆车体主要为2Hz以下的低频晃动；曲线段连续梁钢构高架轨道的振动主要由0~20Hz的轨道整体弯扭变形和80~100Hz的F轨局部弯扭变形引起；轨道垂向振动加速度缓和曲线段大于圆曲线段，横向振动加速度圆曲线段大于缓和曲线段，缓和曲线段振动加速度对车速变化更为敏感。研究结果可为曲线段磁浮高架轨道设计和车辆安全运营提供理论依据。

Select

基于EEMD的圆弧齿轮泵空化流动及振动特性试验研究

魏小玲，冯永保，刘珂，何祯鑫

振动与冲击. 2022, 41(10): 90-98.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对圆弧齿轮泵由空化造成的振动问题，提出一种基于经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition,EEMD）的圆弧齿轮泵空化流动及振动特性试验方法。以圆弧齿轮泵空化试验平台为基础，引入EEMD分解及希尔伯特边际谱分析技术，得到了不同转速及不同出口压力下的监测点的频域结果，实现了对圆弧齿轮泵振动特性的研究。试验表明：EEMD分解及希尔伯特边际谱分析技术，可以有效地识别圆弧齿轮泵出口振动特征；在额定出口压力下，随着工作转速的增大，泵出口处振动加速度信号的振动主要引起低频段能级上的增加，其中以1000Hz至1500Hz尤为剧烈，形成能级最大的谱峰；在额定转速下，随着出口压力的增大，振动加速度信号的边际谱峰值、中心频率位置及频率变化范围呈现出先增大后减小再增大的趋势；进一步可提取圆弧齿轮泵振动加速度信号的边际谱峰值、中心频率以及带宽作为泵空化特征参数进行分析。

Select

基于PD控制的电磁轴承-转子系统非线性振动研究

张国荣，张鹏飞，王志恒，席光，邹瀚森

振动与冲击. 2022, 41(10): 99-105.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对PD控制下轴向电磁轴承-转子系统，运用多尺度法详细研究了控制器比例增益、微分增益以及扰动力对系统软硬弹簧特性的影响，并根据骨架线方程推导出判别软硬弹簧特性的条件；使用四阶Runge-Kutta方法探究转子非线性振动及分岔。研究结果表明：扰动力对软硬弹簧特性没有影响；无量纲比例增益"K" _"p" 增大时系统会在软弹簧与硬弹簧特性之间切换，"K" _"p" 大于2时表现为软弹簧特性；微分增益较大时幅频特性曲线发生分裂，稳态解不再具有多值现象；随着扰动频率的增加，发生二次Hopf分岔，转子振动由周期-1变为拟周期振动，拟周期情况下振动形式为拍振，在基频"f" _"0" 附近存在相近的频率"f" _"0" "±" "f" _"b" 。

Select

BFRP管混凝土柱抗震性能研究

李红健，陈林聪，宁西占

振动与冲击. 2022, 41(10): 106-114.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为适应复杂的海洋环境，本文提出BFRP(Basalt Fiber Reinforced Polymer)管钢筋混凝土柱，并采用拟静力试验和有限元软件OPENSEES研究其抗震性能，探讨BFRP管厚度、轴压比、长细比、纵筋直径和屈服强度对BFRP管钢筋混凝土柱破坏机理和抗震性能的影响规律。研究结果表明：试件的滞回环都比较饱满，均发生弯曲破坏；BFRP管厚度的增大使得试件的承载力和耗能性能小幅提高，强度退化放缓；轴压比大的试件承载力高，耗能性能较强，但变形能力差，强度以及刚度退化较快；长细比的增大使得试件的滞回曲线变得更为瘦长，整体刚度、峰值荷载、累积耗能大幅降低，同时极限位移明显增大；增大纵筋直径和提高纵筋屈服强度均可使得试件的滞回曲线愈加饱满，初始刚度、峰值荷载以及累积耗能也得到有效提高。BFRP管混凝土柱相比于钢筋混凝土柱，多项抗震性能指标都比较优异，但是与钢管混凝土柱相比仍存在一定差距。

Select

微元胞缺失下三星型微结构面内动态性能分析

赵颖，王凯锋，施劲余，桑叶，李云伍，陈宇，殷举伞

振动与冲击. 2022, 41(10): 115-123.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

由于制造精度和生产工艺等原因，微结构材料内部往往会出现胞元缺失，从而对其整体性能产生影响。本文以三星型微结构为研究对象，首先采用准静态压缩试验对模型可靠性进行了验证，其次，通过有限元软件Hyperworks和显示动力有限元软件LS-DYNA对其进行联合仿真分析，得到了不同冲击速度和不同微元胞缺失数目下该三星型微结构的变形模式、应力-应变曲线、吸能曲线和平台应力对比曲线。结果表明，当冲击速度处于一定范围（20-80m/s）时，微元胞缺失数目越多,三星型微结构的负泊松比效应越弱，从而平台应力显著降低，吸能特性减弱。而在微元胞缺失数目相同的条件下，冲击速度越高，平台应力越大，吸能量越多。该研究为其在车辆吸能件中的应用提供数据支持。

Select

黏性剪切阻尼器性能频率依存性对斜拉索索多模态阻尼影响研究

孙利民1,2，孙浚杰1，陈林1

振动与冲击. 2022, 41(10): 124-132.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

斜拉索振动是危害缆索桥梁安全性和适用性的一个工程难题，实际中常采用附加阻尼器进行减振。在拉索-阻尼器系统分析中，多将阻尼器系数考虑为常数；现有理论和试验表明，阻尼器动力特性包括刚度和阻尼系数存在明显的频率依存性，相关研究尚为缺乏。并且，拉索随着长度的增大，基频降低，分析和设计中更需要考虑索的多模态(多频率)阻尼。因此，本文研究索阻尼器性能的频率依存性对索多模态阻尼效果的影响。研究选取工程中广泛应用的黏性剪切阻尼器(viscous shear damper ，VSD)，首先开展阻尼器单体试验研究，结果表明固定位移幅值情况下，随着振动频率的增大，阻尼器的阻尼系数变小而刚度系数增大，系数与频率之间近似呈现指数函数的关系。进一步，采用小垂度拉索附加带刚度阻尼器模型，分析索-阻尼器系统的动力特性，讨论阻尼器性能频率依存性对索多模态阻尼效果的影响。最后，通过实索动力测试得到阻尼器对索多阶模态阻尼效果，与理论分析结果吻合。本文表明，实际阻尼器的设计需要考虑阻尼器性能的频率依存性，结合阻尼器单体试验和索-阻尼器系统理论分析是一种精确和实用的方法。

Select

转动地震动对隔震结构动力响应的影响分析

韩淼，王延森，杜红凯，孙猛，刘永波

振动与冲击. 2022, 41(10): 133-139.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

地震动转动分量对隔震结构动力响应影响的认识还存在不足。建立钢筋混凝土框架抗震和隔震结构模型，对地震动平动分量和转动分量单独及耦合作用下的结构动力响应进行分析，结果表明转动分量与平动分量耦合作用相比于平动分量单独作用，隔震结构y向最大楼层加速度响应的增幅可达100%以上，最大层间位移响应的增幅可达25%，x向最大角柱剪力响应的增幅可达18%，楼层扭转角响应主要由转动分量贡献，结构中下部的增幅可达10倍以上。含有速度脉冲地震动作用的隔震结构动力响应，相比无速度脉冲地震动作用，明显增大。隔震对转动分量作用的结构响应减震效果，比对平动分量作用的差；含有速度脉冲地震动作用的结构响应减震效果，比对无速度脉冲地震动的差。

Select

极端海况下不同锚系形式对漂浮式海上平台的动力响应影响研究

路宽，王花梅，宋雨泽，饶翔

振动与冲击. 2022, 41(10): 140-146.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

锚系形式对漂浮式海上平台的抗风浪流能力具有较大影响，特别是在极端海况下，平台的安全性很大程度由锚系的可靠性决定，因此有必要针对不同锚系形式对平台的动力响应进行分析与比较，以确定最佳锚系方案。采用数值模拟与物理模型试验相结合的方法，应用威海褚岛北部海域实测与重现期推算数据，对张紧式和带浮筒的倒s松弛式两种不同锚泊系统在极端风浪流联合作用下的水动力性能进行试验研究。试验结果表明，不同锚系形式对平台的动力响应有显著影响，其中倒s松弛式锚系形式抵抗极端环境的能力更强，维护成本更低，但摇荡运动比较明显；张紧式定点观测与海上试验效果较好，但对锚泊系统的可靠性要求更高，维护成本高。该研究成果为国家海洋试验场“国海试1”试验平台锚泊系统的维护与改造提供了数据支撑，同时，为其他漂浮式海上平台的设计提供参考依据。

Select

多尺度串联非线性能量阱的减振效能及阻尼连接方式研究

陈建恩，张维兴，刘军，葛为民

振动与冲击. 2022, 41(10): 147-153.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

研究了具有递减参数的串联非线性能量阱(Nonlinear Energy Sink, NES)在冲击和扫频激励下的减振效能，分析了阻尼接地方式对减振效能的影响，并将其与单自由度NES进行了对比。推导出系统的无量纲动力学方程并利用数值方法进行分析，研究了两种串联NES中的各级纯立方振子在能量耗散中作用及其差异。研究结果显示，当激励幅值较低时，阻尼不接地型NES的减振效能要强于阻尼接地型NES，而随着激励幅值的持续增加，在较宽的激励幅值变化范围内衡量减振效能时，阻尼接地型串联NES具有非常明显的优势。此外，各级纯立方振子在能量耗散中发挥的作用随激励幅值的增加而变化，当激励幅值增大到一定程度后，质量最小的第三级振子消耗的能量最多。

Select

压电柔顺x-y微夹持器的设计与分析

宋帅官1，杨依领1，吴高华1，张申廷1，魏燕定2

振动与冲击. 2022, 41(10): 154-161.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对微操作和微装配领域对微夹持器高位移放大比、多自由度和平动夹持的性能需求，采用双叶型桥式机构和平行四边形机构，设计了一种压电柔顺x-y微夹持器。利用有限元方法建立了微夹持器的静力学与动力学模型，并通过ANSYS Workbench软件分析微夹持器的位移放大比、固有频率和输出耦合比。最后搭建实验测试系统验证微夹持器的开环性能。实验结果表明：微夹持器x、y向的位移放大比分别为30.8和8.6，一阶固有频率为123.3 Hz。当施加10 μm输入位移时，微夹持器x、y向的工作行程为0 ～ 616.6 μm和0 ～ 51.0 μm，夹持力范围为0 ～ 25.8 mN。微夹持器x、y向位移放大比与一阶固有频率的实验测试和仿真数值之间的相对误差分别为17.9%、19.8%、13.9%，实验结果验证了理论模型和仿真分析的可行性。

Select

新型装配墙式质量调谐阻尼器抗震性能研究

尹航，刘书贤，路沙沙，张贵军，聂伟，李晓峰，徐红

振动与冲击. 2022, 41(10): 162-169.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

质量调谐器阻尼器(tuner mass damper ，TMD)是现阶段公认有效的结构振动控制设施，但传统TMD存在占用建筑大量使用空间，增加建造成本，构配件不可更换的问题。本文设计了一种装配墙式调谐器阻尼器(Wall-Tuned Mass Damper WTMD)，该墙体可充分利用传统墙体质量，节约使用空间，装配式的构造可实现TMD参数的调节和配件的及时更换。为了使减震TMD墙具有更好的减震性能，建立了TMD结构耦合运动方程，分析得到其理论参数最优值，并通过对比无控结构和墙式TMD结构的传递函数，对理论减震性能进行验证，最后进行振动台试验进一步验证其减震效果。结果表明，装有新型装配墙式减震TMD的受控结构，自振频率较无控结构有所降低，延长了结构振动周期。减震TMD墙体具有较好的减震作用，且随着加速度峰值增加，减震效果越发明显。

Select

细长圆柱构件表面扰流降噪机理的研究

张石宸1，王春江1，孙向东2，常邑2

振动与冲击. 2022, 41(10): 170-176.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

通过大涡模拟结合声比拟的方法，研究长方形截面扰流条对光滑圆柱气动噪声的影响。研究中光滑圆柱直径D=0.016m，设置了四种扰流条圆柱工况，即扰流条高度直径比H/D分别为1/8,1/4,3/8和1/2。无扰流措施时，圆柱噪声源位于边界层分离点附近。在圆柱两侧设置扰流措施后，圆柱附近流域具有低湍流特性，大尺度涡结构的展向相关性被破坏，使得圆柱表面压力脉动存在较大相位差；扰流条上游出现滞留涡结构，抑制了上游分离剪切层增长，降低了圆柱上下表面压力脉动。两机制共同作用抑制了圆柱绕流噪声。当扰流条高度直径比H/D=3/8时，降噪效果最好，在主要辐射方向上，音调噪声下降了18.17dB。

Select

圆柱体垂直入水三维数值模拟及影响因素研究

邹田春，高飞，魏家威，解江

振动与冲击. 2022, 41(10): 177-185.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为了研究圆柱结构入水冲击响应特性，建立了圆柱体三维数值模型，通过LS-DYNA的S-ALE（Structured-Arbitrary Lagrange-Euler）算法定义圆柱体与流体之前的耦合接触，来模拟圆柱体垂直入水过程，并通过对比试验圆柱体入水位移及自由液面动态来验证数值模型；基于验证的数值模型分析了圆柱体入水速度、质量和长度对其入水冲击响应特性的影响。结果表明，采用S-ALE算法获得的圆柱体入水冲击响应与试验结果吻合较好；随着圆柱体入水冲击速度增加，加速度峰值和最大入水位移增加，但加速度脉冲持续时间和达到最大入水位移的时刻基本不变；随着圆柱体质量增加，加速度峰值减小，但加速度脉冲持续时间不变，最大入水位移及其达到时刻增大；长度变化对加速度脉冲持续时间基本没有影响，随着圆柱体长度增加，加速度峰值增大，当L/D>3时，长度增加不再影响加速度峰值，入水位移在开始时间段受长度的影响较小，随着圆柱体向下运动，长度影响变得愈加明显，且与圆柱体直径大小有关。

Select

基于高斯展开法的周期声学黑洞宽频能量回收特性研究

宋婷婷1,2，郑玲1,2，邓杰1,2

振动与冲击. 2022, 41(10): 186-195.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

声学黑洞(Acoustic Black Hole, ABH)效应是遵循幂变规律对梁或薄板结构的厚度进行剪裁，使弯曲波在结构尖端波速降至为零而无法发生反射的现象，从而能够在结构末端实现能量的聚集与高效回收。针对单一声学黑洞结构在实现峰值回收时对外界激励频率敏感的问题，提出基于周期声学黑洞的宽频压电能量回收系统。首先基于高斯展开法，建立了耦合压电层的声学黑洞压电俘能半解析模型，并在频域范围内结合能带理论分析了周期数、幂指数、中心截断厚度以及黑洞半径对能量回收特性的影响，最后通过压电能量回收实验，验证了周期声学黑洞对于实现宽频能量回收的有效性。研究结果表明：声学黑洞的各结构参数会通过影响峰值个数、峰值区间长度以及能带结构等因素，对系统的输出功率以及采集效率产生影响。分析结果对实现周期声学黑洞梁的宽频能量回收优化设计具有重要的参考价值。

Select

基于ABAQUS的凸轮式响应放大黏滞阻尼器消能体系抗震性能分析

赵桂峰1,2，马玉宏2,3，陈嘉佳1,2，黄浩贤1

振动与冲击. 2022, 41(10): 196-204.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对所提出的凸轮式响应放大粘滞阻尼器（cam response amplification viscous damper ，CRAD-VD），基于ABAQUS软件开发CRAD-VD耗能单元，编制相应消能体系非线性有限元分析的显式求解程序；将单自由度减震体系的ABAQUS计算结果与MATLAB程序分析结果进行对比，验证所开发CRAD-VD耗能单元及求解程序的准确性；进而开展装配式消能体系三维非线性模型的抗震性能分析。结果表明：开发的CRAD-VD耗能单元及求解程序可准确计算三维结构模型；三维结构体系串联小吨位黏滞阻尼器就可以得到直接安装大吨位阻尼器相似或更好的响应控制效果，有效降低装配式框架梁柱的损伤程度，体现出CRAD的响应放大效应；串联阻尼器的位移幅值始终等于预设偏心距，可避免阻尼器在极罕遇地震下位移超限而失效的问题。

Select

装配式复合箍筋约束高强混凝土柱恢复力模型研究

李升才1，白巨巨2，朱永甫3

振动与冲击. 2022, 41(10): 205-214.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

对6个装配式复合箍筋约束高强混凝土柱及1个现浇对比柱进行循环往复加载试验，主要研究了轴压比、配箍率对装配柱的骨架曲线及滞回特性的影响。试验结果表明：装配柱在骨架曲线及滞回特性上与现浇柱有着较为明显的特征差异；当轴压比减小或配箍率增大时，装配柱的滞回环变得丰满，初始刚度增加，承载力衰减速率减小，卸载刚度退化速率变慢。根据试验结果和现有恢复力模型理论，提出了考虑轴压比和配箍率影响的适用于装配柱的三折线恢复力模型。通过对骨架曲线特征参数的计算并与试验骨架曲线对比，两者吻合较好；在此基础上提出相应的滞回规则，计算得到的恢复力模型与装配柱滞回曲线较为一致，这表明所建议的恢复力模型可较好的反映出轴压比和配箍率对其滞回特性的影响，可为该装配柱的结构弹塑性分析及工程应用提供参考。

Select

基于Grünwald–Letnikov定义改进的短记忆原理方法

马瑞群，张波，员海玮，韩景龙

振动与冲击. 2022, 41(10): 215-221.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文提出一种改进的短记忆原理方法，即将传统的短记忆原理(short memory principle ,SMP)对时间的截断替换为对二项式系数的截断，然后有限数量的二项式系数反复应用于不断倍增的步长，直至覆盖所有先前的时间点。该方法的目的是用小步长保证计算精度，同时用逐渐增大的步长减少计算量。文章中用带有分数阶阻尼的受迫振动、分数阶非线性Duffing方程和分数阶Lorenz混沌系统为算例说明了该方法的准确性和有效性。

Select

亥姆霍兹共振式声电换能系统研究

马智宇，吕海峰，叶俊杰，张文辉

振动与冲击. 2022, 41(10): 231-237.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为了利用环境噪声进行发电，提出了一种基于亥姆霍兹共振效应的声电换能系统。声电换能结构将亥姆霍兹共振效应与压电效应相结合，采用多个亥姆霍兹共鸣器串联共振吸声，驱动压电陶瓷变形发电，通过信号转换与能量收集电路将电能存储。利用COMSOL软件的声固耦合模块、静电模块研究了声电换能结构的声学性能与电学性能。仿真结果表明,在亥姆霍兹共振频率附近传递损失最高可达10.47dB，同时系统产生的电能也最大。实验结果表明，声电换能结构工作于共振频率365Hz时，产生的电压最大值为20V，声电换能结构发电功率为3mW，平均功率密度为13.58μW/cm3，能量转化效率为42.01%。该声电换能系统在噪声控制的同时实现了声电能量的转换与储存。

Select

一种细长形非共振式压电直线电机结构优化设计

张兵1,2，李朝东1，刘涛1

振动与冲击. 2022, 41(10): 238-243.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

设计出一款基于桥式放大机构的细长形非共振压电直线电机，该电机尺寸为29 mm×5 mm×3.5 mm，论述了其工作原理，建立了物理模型并基于能量守恒原理推导出位移放大机构放大倍数的数学模型，通过仿真和实验验证了数学模型的正确性。根据数学模型得出了影响电机力学性能的各种结构参数，进而对结构参数进行了优化，最后研制出优化后的样机，并对优化前后的样机力学性能进行了实验对比，试验结果显示，当两个驱动信号相位差为90°时，电机的输出驱动力达到最大。优化后的电机在峰值驱动电压为140v、偏置电压为70v、保持力为2.2 N的情况下，电机空载最高转速从6.69 mm/s线性增加到7.67mm/s，速度载荷特性比优化前有了明显的提升。研究结果表明，通过建立正确的数学模型能有效分析出影响电机性能的关键结构参数，改进后的电机力学性能得到显著提升。

Select

基于高分辨率Radon变换的瑞利波反演在役路基动模量

杨博1,2,3，龙友明1，刘境奇1，汤跃文1

振动与冲击. 2022, 41(10): 244-251.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为了探索在役路基动模量的一种动态反演与成像方法，本文通过瑞利波在弹性层状体系中的理论频散方程，揭示了瑞利波在基准路基路面结构中的理论频散特征，基于高分辨率线性Radon变换建立了路基路面结构中瑞利波频散曲线的提取方法。在结合高分辨线性Radon变换提取的频散曲线与路基工作区细化分层的基础上，建立了在役路基工作区动模量的反演成像方法。通过在足尺道路试槽内点对点依次进行瑞利波、FWD、承载板和弯沉测试，建立了各测试指标之间的关系。结果显示：瑞利波反演的路基动模量与其它测试方法相应结果的相关系数均大于0.80，且反演成像结果能够正确、清晰地反映路基承载能力与压实工况。

Select

汽车空调低压管路流固耦合振动特性分析

赵勤1,2，黄云伟1，徐中明1，贺岩松1，张志飞1

振动与冲击. 2022, 41(10): 244-251.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

汽车空调管路的振动与噪声直接影响车内舒适性。论文基于计算流体力学和结构有限元的流固耦合方法分析了某型汽车空调低压管路系统在制冷剂作用下的振动特性。建立了低压管路系统的有限元模型，进行了空管模态分析和流体作用下的预应力模态分析，针对橡胶管结构采用了分层建模方法，进行了模态试验验证。使用流体动力学方法分析了制冷剂的流场特性，获取管壁压力，进行流固耦合作用下的管路振动特性分析，分析了流体脉动频率和橡胶管硬度对流致振动特性的影响。结果表明：空调低压管路的模态表现为低频振动的特点，且模态振型主要体现在橡胶管上；考虑制冷剂与管路的流固耦合作用后，模态固有频率增大，最大增加43.83%；靠近压缩机的橡胶管在脉动压力激励下表现出周期性的振动，远离压缩机的橡胶管振动逐渐衰减；管道应力与压缩机工作频率成正相关关系，管道振动位移随着橡胶管硬度增大而减小。

Select

汽车发动机启停时具有半主动阻尼拉杆的动力总成悬置系统研究

王道勇，李学军，蒋玲莉，罗陆锋，肖冬明

振动与冲击. 2022, 41(10): 252-259.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

提出减小汽车发动机启停时动力总成和整车的振动的三种策略。考虑增加悬置系统的阻尼可以有效的减小发动机启停时的振动，本文设计并开发了一款半主动阻尼拉杆。本文建立了包含半主动阻尼拉杆的整车十三自由度动力学模型，提出了发动机启停时基于动力总成和整车振动的动态响应评价指标和计算方法。基于动力总成悬置系统的设计方法，对半主动阻尼拉杆的安装位置和外通道的孔径进行了优化计算。根据力的分担方法，通过对动态响应评价指标的计算，对半主动阻尼拉杆活塞孔径的尺寸和数量进行了计算分析。通过试验对比分析了在发动机启动及怠速时，不加半主动阻尼拉杆和加半主动阻尼拉杆时座椅导轨的纵向加速度值，验证文中发动机启停时半主动阻尼拉杆设计方法的有效性。

Select

AP1000安全壳在大型商用飞机撞击下的动力响应分析

汪大洋1，汪秀清1，杨强1，张永山1，吴成清2

振动与冲击. 2022, 41(10): 260-269.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

自9•11事件以来，核电站抵御大型商用飞机撞击一直是核安全领域的热点问题。采用ANSYS/LS-DYNA软件建立波音737 max 8和AP1000安全壳的精细化有限元模型，基于Riera法验证了飞机撞击有限元模型准确性，进行了5种不同初始撞击速度(100m/s、150m/s、200m/s、250m/s和300m/s)和5种不同撞击高度(30m、39m、47m、54m和65m)的飞机撞击安全壳全过程数值模拟，研究和分析了飞机的撞击力时程和动能时程、钢制安全壳的动力响应、等效应力分布和其局部破坏情况。结果表明，飞机撞击过程引擎对撞击力的贡献最大，约为机身撞击力的3~4倍；筒身等效钢梁处的撞击力峰值较非等效钢梁处大，最大达到了后者的171%(速度为300m/s)；安全壳筒身段与穹顶的交界处为安全壳结构的最危险位置，在此位置处安全壳环向和竖向贯穿尺寸均大于同初始撞击速度下其他位置的贯穿尺寸，最大环向、竖向贯穿尺寸分别达到29.68m、17.86m；当飞机的撞击速度大于150m/s时，撞击区域钢板等效应力影响范围随初始撞击速度的增加而减少，撞击等效钢梁处的钢板等效应力分布范围相对于撞击非等效钢梁处的更大。研究成果可为类似核岛安全壳的抗飞机冲击安全评估和设计提供参考。

Select

预应力双柱式摇摆墩结构体系摇摆谱分析

王宝夫1，2，石钰3，石祥锋1，张红芬1

振动与冲击. 2022, 41(10): 270-277.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

摇摆桥墩的损伤和残余位移小，具有良好的震后可恢复性。本文以预应力双柱式摇摆墩结构体系为研究对象，考虑预应力筋对摇摆刚度的影响，基于拉格朗日方程和动量矩守恒定理给出预应力双柱式摇摆墩的刚体动力分析模型，并进行脉冲型地震动作用下的摇摆谱分析。研究结果表明：长周期脉冲地震动作用下，预应力筋可以有效减轻低墩的地震反应；随着桥墩高度的增加或地震动频率的增加，预应力筋对桥墩地震反应的影响降低，桥墩依靠自身转动惯量抵抗地震作用；负摇摆刚度既可有效避免桥墩的倒塌，又能减轻脚点处的局部损伤，可在摇摆墩设计时采用。

Select

颗粒调谐质量阻尼器在竖直细长杆顶端的减振试验研究

李宽，张亮亮，麻恒进，于人龙，张健，杨帅

振动与冲击. 2022, 41(10): 278-283.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文针对航空测试设备涉及的一种竖直细长杆支撑结构的顶端振动问题，进行了基于颗粒调谐质量阻尼器的减振试验研究。该竖直细长杆为空心钢圆管结构，长细比43:1。使用工况为两根一组，顶部共同带载，根部固定于回转装置，跟随回转装置做回转运动，回转半径2.5m，回转速度0.1°/s。回转时细长杆顶端易产生振动，影响测试运动精度和支撑安全性。为解决该问题，本文设计了三种质量比的颗粒调谐质量阻尼器，应用至刚度较弱、振动较明显的空载单根细长杆顶端进行减振试验，验证阻尼器在该类型结构中的有效性。试验结果显示，单杆最大减振幅度可达31%。进一步针对实际应用工况下的带载双杆设计阻尼器并进行减振试验。结果显示，双杆最大减振幅度可达43%，减振效果良好。

Select

基于转角数据的梁式桥挠度响应重构方法

王宁波，赵雨森，贺政，黄天立

振动与冲击. 2022, 41(10): 284-291.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

挠度是评估桥梁安全性能的重要参数，对桥梁挠度的精确测量是桥梁健康监测领域的研究热点。本文提出一种基于桥梁转角进行响应重构的挠度测试方法，可利用桥跨合适测点位置处转角数据准确重构邻近梁段截面的挠度响应。根据桥梁几何参数和荷载位置信息建立挠度响应与转角响应之间关联，结合实测转角响应识别中间变量，以此计算桥梁挠度响应信息，实现由转角测点数据重构桥梁挠度响应。开展数值仿真和模型试验，研究表明基于转角数据重构的挠度响应与实际挠度响应高度一致；另一方面该方法结合荷载信息和桥梁几何参数，基于单个转角响应即可重构挠度响应，具有较好的实用性。

Select

超空泡射弹并联入水多相流场与弹道特性研究

王辰1，鹿麟1，祁晓斌2，闫雪璞1，秦登辉3

振动与冲击. 2022, 41(10): 292-300.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

弹丸并联入水工况在实际作战环境中时有发生，然而针对超空泡射弹并联入水的研究较少。基于重叠网格技术，采用RANS方程，Schnerr-Sauer空化模型，Realizable k-ε湍流模型对超空泡射弹入水过程进行数值模拟，计算值与实验数据吻合情况良好，验证了数值方法的有效性。对不同弹丸间距及不同初速下的超空泡射弹开展多工况数值模拟，详细分析了并联超空泡射弹的入水流场特性及弹道特性。研究结果表明：弹丸间距过小将对弹道稳定性产生不利影响；初速一定时，弹丸间距越小，弹丸产生的空泡对称性越差，弹丸所受横向力越大，弹道稳定性越差；弹丸间距越小，弹丸内侧沾湿现象越明显，速度衰减越快；随着弹丸间距的增大，弹丸之间的干扰将逐渐减弱，当弹丸间距增加到3D时，两弹丸之间几乎无干扰。

Select

MFC致动器的动态迟滞模型辨识及补偿控制

卢荣华1，陈特欢1,2，娄军强1,2，崔玉国1

振动与冲击. 2022, 41(10): 301-308.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

压电宏纤维(Marco Fiber Composite，MFC)具有柔性好、变形能力强的优点。但MFC致动器驱动的柔性臂的迟滞非线性严重影响系统定位精度。本文提出一种具有非对称性的改进Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞模型，解决经典PI迟滞模型的缺陷（对称性）。该模型基于经典PI迟滞模型，叠加一系列不同权重、不同阈值的双边死区算子获得。基于最小二乘法的迟滞模型辨识结果表明，改进PI迟滞模型对MFC致动器的迟滞建模误差从PI迟滞模型误差的16.06%降到5.58%。另外，建立系统的离散传递函数模型来描述系统的线性动态特性，并与改进PI迟滞模型串联得到组合模型，解决纯迟滞模型仅能描述低频、准静态情况下的迟滞特性问题。在前馈补偿下，对MFC致动的柔性臂进行正弦波轨迹跟踪实验，测得补偿后实测位移与期望跟踪位移基本吻合，跟踪精度达到93.62%以上。实验结果证明所提出的改进PI迟滞模型、离散传递函数模型及补偿方法的有效性。

Select

磁致负刚度电涡流惯质阻尼器力学性能试验与仿真

尹光照，汪志昊，程志鹏，郑梦斐，刘洋

振动与冲击. 2022, 41(10): 309-316.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为提升传统阻尼器的耗能减振效率，融合磁致负刚度单元、旋转式电涡流阻尼单元与滚珠丝杠两节点惯质单元，发展与研制了一种新型三元被动减振装置－磁致负刚度电涡流惯质阻尼器（magnetic negative stiffness eddy-current inertia damper，MNSEID）。首先阐明了MNSEID的整体构造、工作原理及力学模型；然后综合理论分析、三维电磁场有限元仿真与样机力学性能试验，获得了MNSEID的轴向出力特征，建立了磁致负刚度的精准计算分析方法；最后验证分析了MNSEID力学模型的适用性。结果表明：MNSEID的磁致负刚度系数随激振频率的增大基本保持不变，而等效电涡流阻尼系数随激振频率的增大呈现下降趋势；不同于现有位移相关型负刚度阻尼器，MNSEID表现出“准恒定”磁致负刚度特征。

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

2022年, 第41卷, 第10期　
刊出日期：2022-05-28

模态框（Modal）标题

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

2022年, 第41卷, 第10期 刊出日期：2022-05-28

2022年, 第41卷, 第10期　
刊出日期：2022-05-28