振动与冲击

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张洪铭1，顾晓辉1，孙丽2

振动与冲击. 2022, 41(17): 1-8.

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非光滑动力学模型能有效处理多体系统内的单边约束，是弹性接触/碰撞分析的主要研究方法，但其复杂的数学形式难以进行工程应用。为了降低非光滑模型的应用难度并提高模型计算精度，以BAT子弹药折叠翼的展开冲击过程为研究对象，建立了速度-冲量形式的完备非光滑动力学方程组，并基于互补接触定律，推导了方程组较为简洁的线型互补形式；提出了一种新型隐式积分算法，用于提高碰撞力的计算精度和效率。通过构造下一时刻的近似速度，由该近似速度和当前速度来加权构造下一时刻的位移，并更新下一时刻各状态量。工程算例中，对包含碰撞冲击的BAT子弹药折叠翼展开过程进行计算，将提出的隐式积分算法与已有算法进行对比分析，结果表明：相较于Moreau中点算法，隐式积分算法对碰撞力的计算精度更高，基于所提隐式积分算法的非光滑动力学模型能够严格遵从单边约束，计算的相对误差在10-8量级，能够为小载荷、高精度的多体碰撞系统提供更为准确的数值计算方法。
关键词：非光滑动力学；线性互补问题；多体动力学；折叠翼；碰撞冲击

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基于模态试验的对接圆柱壳结构有限元模型修正

魏莎1,2，郑冰月1，张忠3，李旭龙1，陈立群1,2

振动与冲击. 2022, 41(17): 9-17.

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壳体组合结构广泛应用于船舶、土木和航空航天等工程领域。为获得精确的对接圆柱壳结构动力学模型，采用基于数学模型的响应面法对有限元模型多个参数进行优化，实现有限元模型修正。本文通过模态试验获得对接圆柱壳结构的实验模态参数，采用模态置信度检验模态试验结果。利用ANSYS有限元软件对结构进行有限元模态分析，提取整体模态。通过中心复合设计方法获取样本点构造多项式响应面模型，采用决定系数和均方根误差检验响应面的拟合精度。响应面模型计算结果与试验结果的误差构造目标函数，多目标遗传算法用于优化响应面参数，最终将修正后的参数带入有限元模型得到修正模型。对比修正前后的模态频率，结果表明修正后得到的有限元模态频率与实测模态频率间相对误差明显减小，进而验证了基于响应面方法在对接圆柱壳有限元模型修正中的有效性。

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钢岔枕振动特性及结构优化研究

王树国，易强，王猛，王璞

振动与冲击. 2022, 41(17): 18-24.

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列车荷载作用下钢岔枕振动过大从而导致其稳定性较差，为了提高钢岔枕在道岔中的适用性，从振动特性和列车荷载作用下结构动态响应两个方面分析钢岔枕几何参数及扣件、道床刚度对钢岔枕振动的影响规律，探明影响钢岔枕振动的关键因素并提出结构优化建议。研究结果表明，由于钢岔枕截面具有开口特征，使得结构刚度较低，容易出现截面扭转变形以及翘曲，通过增加钢岔枕底板的厚度，增大钢岔枕截面刚度，可有效控制由截面变形引起的钢岔枕振动响应。此外钢岔枕振动响应与扣件刚度和枕下道床刚度密切相关，相邻轨枕位置轨下动刚度的不均匀特征可形成钢岔枕-混凝土岔枕共振。为实现动刚度均匀化，可根据岔枕的质量设计合理的扣件刚度以及枕下支撑刚度，从而降低钢岔枕振动响应。最后基于车辆-道岔动力学耦合模型验证钢岔枕结构参数以及扣件刚度优化后的减振效果。
关键词：钢岔枕；振动；结构优化；车辆-道岔耦合

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自复位摩擦耗能支撑结构多尺度模型更新数值混合模拟方法

王涛1，李勐1，孟丽岩1，许国山2，刘家秀1，谢婧怡1

振动与冲击. 2022, 41(17): 25-34.

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为提高复杂结构模型更新数值混合模拟精度及工程应用能力，提出自复位摩擦耗能支撑结构多尺度模型更新数值混合模拟方法。以OpenSees 和MATLAB 为计算平台，对二层带有自复位摩擦耗能支撑结构钢框架进行在线数值混合模拟。该方法采用容积卡尔曼滤波器算法，同时对单轴钢材Giuffre-Menegotto-Pinto 材料本构模型和自复位摩擦耗能支撑构件模型进行参数识别，并更新整体结构数值模型。结果表明，与传统数值混合模拟方法相比，多尺度模型更新数值混合模拟方法有效提高了数值模型精度，
显著降低了耗能、残余变形、顶层相对位移、最大层间位移角的相对误差，验证了多尺度模型更新数值混合模拟方法的有效性。

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基础激励下磁悬浮转子系统动力学建模与分析

沈权，周瑾，马彦超，徐园平，张越

振动与冲击. 2022, 41(17): 35-47.

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以旋转设备基础发生振动的磁悬浮转子为对象，建立了考虑基础激励、重力扰动、附加惯性力矩，不平衡等影响的磁悬浮转子动力学模型。通过等效刚度阻尼模型分析了基础激励参数与电控参数对系统稳定性的影响，仿真研究了基础激励作用下磁悬浮转子轨迹与振动幅值的动力学特性。研究表明基础激励不仅引入了外部激励，也影响转子系统的支承特性；系统稳定性应主要考虑基础激励过载引起的失稳；基础激励下磁悬浮转子表现出复杂的动力学特征，基础转动会使转子自由度之间发生耦合，基础平动与转动之间也会产生耦合作用，同时还要注意基础运动频率和特定频率下复合运动对转子位移的影响

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任意边界条件下弹性梁耦合振动特性分析

李海虹1，王昊1，郭山国2，刘志奇1，李王铎1

振动与冲击. 2022, 41(17): 48-54.

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采用谱几何法建立了任意边界条件下弹性梁横向、纵向和扭转耦合振动分析模型。将弹性梁的横向、纵向和扭转振动位移函数分别描述为一种辅助函数为三角级数的改进傅里叶级数；在弹性梁两端引入边界约束弹簧组，通过改变其刚度值模拟任意边界条件；应用Hamilton原理从能量角度推导整个结构的拉格朗日函数；采用Ritz法对其进行求解。计算了弹性梁模型不同边界下前6阶固有频率，与文献解对比最大误差为0.02%，验证了文中方法的正确性和较快的收敛性。该模型统一了弹性梁横向、纵向和扭转振动的位移函数表示形式和模态特性求解方程，通过改变边界约束弹簧刚度系数可以实现对弹性梁耦合振动特性进行调整，为弹性梁动力学性能优化提供了一种参数化的研究方法。
关键词：弹性梁；耦合振动；谱几何法；任意边界条件

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一种振荡浮子式波能发电装置的负载匹配模型的创建

何广华1,2，汪鹏1，刘朝纲1，栾政晓1

振动与冲击. 2022, 41(17): 55-62.

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PTO参数的确定在波浪能发电装置设计方面具有十分重要的作用。本文基于浮子自由垂荡动力学模型，结合发电机的数学模型和传动比的影响，提出了一种以发电机为负载的浮子垂荡运动Simulink模型。对该Simulink模型的传递函数进行简化，从而得到负载的等效质量和负载阻尼，并使用AQWA计算此负载下的浮子垂荡运动响应。简化后的传递函数输出响应与Simulink模型相比，相对误差不超过1%。Simulink模型与AQWA的浮子垂荡运动振幅和平均发电功率幅值的计算结果的相对误差不超过4%。Simulink模型可以有效地用于传动比的确定和发电机的选型。
关键词：波浪能发电装置；负载匹配；发电机；传动比

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考虑双向流固耦合的换热器弹性管束流致振动特性三维数值模拟研究

李岳霖1，孙超1,3，艾诗钦1，刘月婵1,2

振动与冲击. 2022, 41(17): 63-72.

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为研究换热器管束的流致振动特性，开展了考虑双向流固耦合情况下的换热管束三维数值模拟研究。建立换热管及管内外流域的三维有限元模型，计算单、多跨换热管的固有频率，考虑到换热管与支撑板之间的有效支撑具有随机性，对支撑板失效情况下的四跨管固有频率及振型进行了计算。在此基础上，针对单、多管与管外流域进行双向流固耦合数值模拟分析。结果表明：计算得到的固有频率与理论值误差基本低于3%。同阶固有频率随着支撑失效个数增多而降低。单、多跨管的振动频率与之升、阻力频率一一对应。多跨管对称跨的振动位移曲线形状相似且幅值相近。管束间距越大，管子之间相互影响越小，振动位移曲线越易出现Strouhal振型。
关键词：换热管束；固有频率；双向耦合；流致振动；数值模拟

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高地应力下砂岩隧道围岩爆破振动响应研究

陈士海1，初少凤1，宫嘉辰1，刘闽龙1，常旭1，李海波2

振动与冲击. 2022, 41(17): 73-80.

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高地应力对隧道围岩的爆破振动响应具有一定影响。本文通过波动微分方程和分离变量法结合高地应力作用下砂岩类材料参数的变化规律求得适用于高地应力下的爆破地震波传播解析解，并通过实例分析，给出了隧道围岩中质点振动速度、加速度、应变参数随地应力大小变化规律，并借助物理模型试验装置对隧道围岩爆破振动响应随地应力的变化规律进行模型试验研究，最后将试验结果与解析解进行对比。由解析解的计算结果表明，相同围岩质点速度、加速度和应变峰值均随着地应力的增大而逐渐减小，且径向的速度、加速度和应变在低地应力阶段的衰减速率要大于高地应力阶段，随地应力的增加呈现出类似于负指数下降的趋势。在模型试验中，相比于震源附近围岩的振动响应，远离震源处地应力的变化对围岩爆破振动响应影响增大。模型试验测得的结果与解析解计算的结果相吻合。研究成果对地下隧道爆破设计和振动安全预测具有重要参考价值。
关键词：高地应力；爆破；振动响应；解析解；模型试验

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跨走滑断层斜拉桥地震响应特性研究

何康文1，张常勇2，李怀峰2，袁万城1，党新志1

振动与冲击. 2022, 41(17): 81-92.

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为揭示跨走滑断层斜拉桥的地震响应规律，以一座主跨360 m的斜拉桥为对象，采用OpenSees建立全桥三维非线性动力分析模型，以3组带有永久位移的走滑断层地震动作为输入，重点关注跨断层地震动作用下不同构件的响应特点。通过对比跨断层和近断层斜拉桥的地震响应以研究断层跨越效应的影响，同时分析斜拉桥在不同永久位移幅值和断层跨越角度时的响应规律。研究结果表明：相比于近断层斜拉桥，跨断层斜拉桥的地震响应显著增大，这主要体现于下塔柱横向响应、桥墩的纵向和横向响应、主梁的横向弯矩和扭矩，同时桥塔和主梁在震后还会有很大的残余变形；永久位移幅值和断层跨越角度是影响结构响应的重要因素，当跨越角度不为90°时，桥塔的纵向和扭转响应随永久位移呈增大趋势，桥塔也表现出纵向大残余变形，因此垂直跨越对桥塔一般较为有利，但此时主梁的横向及扭转响应又较非垂直跨越时更大，且对永久位移的大小很敏感；此外，受索、塔、梁之间耦合效应的影响，主梁的竖向响应和索力在非垂直跨越断层时也会发生较大改变。
关键词：跨断层斜拉桥；走滑断层；断层跨越效应；永久位移幅值；断层跨越角度

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考虑先期卸荷静偏应力的花岗岩残积土动力特性研究

舒荣军1，2，孔令伟1，2，黎澄生3，刘炳恒1，2，简涛1，2

振动与冲击. 2022, 41(17): 93-100.

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先期静偏应力对土体的动力特性具有重要影响，以往的研究多侧重于加载引起的静偏应力，考虑先期卸荷作用影响的土体动力性质试验研究还很少见。围绕先期卸荷条件下原状花岗岩残积土的动力响应特征，开展了一系列包含先期卸荷阶段的动态三轴试验；基于土体强度包络线、试样固结及卸荷后应力状态三者之间的位置关系定义了卸荷度，用于表征实践中受诸多因素影响的土体应力释放程度，卸荷度反映了卸荷土体距离破坏状态的相对远近；根据试验结果分析了动应力幅值和卸荷度对土体累积塑性变形和动强度的影响规律。结果表明：随着动应力幅值的增大，轴向塑性变形累积模式加速向“破坏型”发展；先期卸荷作用助长了花岗岩残积土的轴向累积塑性变形，间接表现为临界动应力幅值随卸荷度的增大而减小，且此种助长效应随卸荷度的增大呈非线性（加速）增强趋势；相同循环周次下，花岗岩残积土的动强度随卸荷度的增大而减小。在此基础上，以临界动应力幅值为归一化因子，发现不同卸荷度下土体的动强度曲线可归一化为唯一的曲线，据此建立了可考虑先期卸荷程度影响的花岗岩残积土动强度表达式。
关键词：花岗岩残积土；卸荷；静偏应力；累积变形；动强度

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胞元结构准静态压缩力学行为及吸能特性研究

赵著杰，侯海量，李典，夏习持

振动与冲击. 2022, 41(17): 101-110.

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为探究结构构型和规格参数对胞元结构综合力学特性的影响，设计了7种体积相等、结构构型不同的胞元结构，开展了准静态压缩试验，得到了各胞元结构的变形破坏过程和应力应变关系，分析了胞元构型和壁厚变化对结构承载能力及能量吸收性能的影响，结果表明：内凹鼓形、内凹六边形、内凹弧形胞元结构均呈现出宏观负泊松比特性，外凸六边形、外凸鼓形、正方形胞元结构呈现出宏观正泊松比特性，外凸弧形胞元结构呈现出近似零泊松比特性；胞元结构的直立壁面和曲面（折线面）共同承担压缩载荷，直立壁面主要发生失稳变形，曲面（折线面）主要发生弯曲外张变形或弯曲回缩变形，直立壁面的失稳临界载荷和屈曲模式对结构承载力和平台应力起主导作用；在各个宏观正泊松比胞元中，外凸六边形胞元的结构承载能力较强，外凸鼓形胞元的结构吸能特性较好，在各个宏观负泊松比胞元中，内凹弧形胞元的结构承载能力和结构吸能特性均较好。
关键词：胞元结构；准静态压缩；变形破坏模式；宏观泊松比；能量吸收特性

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超音速声强近似测量方法

王文璟1，张永斌2

振动与冲击. 2022, 41(17): 111-116.

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通过测量超音速声强可以准确识别引起远场噪声辐射的声源，对于从根源上控制结构噪声具有重要意义。快照法和扫描法是目前测量超音速声强的常用方法。快照法需要大通道数的测试设备，导致测试成本过高；扫描法需要预知潜在声源的数目和与潜在声源相关的参考信号，但在实际中声源数目和参考信号难以获取，因此其应用受限。为解决上述问题，本文提出一种超音速声强近似测量方法。该方法可以实现扫描测量，减小所需测试设备通道数目，而且不需要实际声源数目和参考信号等先验知识。数值仿真和实验结果表明，所提方法可以有效识别引起远场声辐射的声源区域。
关键词：超音速声强；参考信号；声源识别

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高温下发动机涡轮叶片振动疲劳性能测试方法

张部声1,2，秦秀云3，张呈波1,2，吴光耀3，潘容3

振动与冲击. 2022, 41(17): 117-122.

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针对某型发动机涡轮叶片高温下振动疲劳性能测试方法进行试验研究。搭建了涡轮叶片中值疲劳极限测量试验系统并建立了相应的试验流程，对比分析了涡轮叶片采用振幅和af值（叶片振幅a与第1阶固有频率f的乘积）两种疲劳应力表征方法的离散程度、偏差随温度的变化趋势，并对小子样升降法参数确定过程进行讨论。试验结果显示振幅作为疲劳应力表征方法的离散程度小，而且可通过常温下获得的振幅表征应力的关系去进行高温下的疲劳试验，其表征偏差位于±3%以内。以逐级加载法获得的疲劳极限预估值作为初始应力水平进行小子样升降法，获得该型涡轮叶片某温度下的中值疲劳极限为162.60MPa，试验数据分散性小。该方法可为其它类型航空发动机叶片或零部件的高温下振动疲劳性能测试提供参考。
关键词：涡轮叶片；振动疲劳；中值疲劳极限；高温；发动机叶片

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基于MMFE和可拓k-medoids聚类的轴承性能退化评估

赵聪聪1，刘玉梅2，赵颖慧3，白杨4，施继红1

振动与冲击. 2022, 41(17): 123-130.

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传统轴承性能退化评估常为定性分析，且多以垂向振动信号为对象，忽略了不同方向振动信息之间的相关性。本文将评价多通道时间序列复杂度的多元多尺度熵引入到轴承运行状态的特征提取，构建多元多尺度模糊熵特征来考虑轴承不同方向振动信息之间的关联性。结合k-medoids算法和可拓学理论建立了轴承性能退化的定量评估模型。通过对轴承正常状态样本进行k-medoids聚类得到聚类中心，根据样本点与聚类中心之间的欧式距离确定可拓集合的边界，进一步利用可拓关联函数构建轴承性能退化评估模型，并采用轴承全寿命疲劳试验进行了验证。试验结果表明，本文所提方法能有效识别轴承的早期性能退化，并能实现对轴承性能退化程度的定量评估。
关键词：轴承；性能退化；多元多尺度模糊熵；k-medoids算法；可拓学

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基于压电激励作动器的大型复杂舱壁结构振动主动控制实验研究

丁亮1，王兵1，马玺越2

振动与冲击. 2022, 41(17): 131-137.

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振动主动控制技术是降低结构低频振动的有效方式。针对简单结构，已经开展了大量理论与实验研究。但对于工程中典型的大型复杂舱壁结构，其控制效果及技术可行性仍有待验证。鉴于此，本研究将压电激励作为次级控制作动器，开展大型复杂加筋舱壁结构的振动主动控制实验研究。针对低频线谱激励，系统采用经典的前馈式多通道耦合控制方式。结果表明，对于典型的两个单频激励频点,控制后可获得面板9个监测点处线谱峰值8dB的平均减振量，验证了该技术用于大型复杂舱壁结构的有效性。由于复杂结构表面振动的不均匀性，各监测点的减振量并不均匀。最优的控制力组合可保证在线谱峰值较大的监测点处获得高的减振量。但是，对于振幅较小的监测点，控制力组合却并非最优，减振量也有限。
关键词：大型复杂舱壁结构；低频振动控制；主动控制

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基于密闭空间内爆的核爆冲击波载荷模拟试验和数值计算方法

李怿，李典，侯海量，李永清

振动与冲击. 2022, 41(17): 138-144.

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为探索核爆载荷的模拟试验与数值计算方法，通过在密闭爆坑内均匀布置导爆索，利用小药量导爆索爆炸形成均匀的内爆炸压力载荷（平面波）模拟远距爆炸的核爆冲击波载荷，测量了爆坑底面对称布置的4个测点的压力载荷，分析了其载荷特征，并在考虑装药后燃烧效应影响的基础上，采用有限元方法对试验进行了数值计算分析。研究结果表明：试验与数值计算结果吻合良好，冲击波峰值超压偏差在10%以内，准静态压力峰值最大偏差5.7%；密闭爆坑内小当量U型导爆索爆炸下各测点压力载荷呈现较好的一致性，且能有效形成平面长脉宽冲击载荷，与核爆载荷特性相近。
关键词：核爆冲击波；模拟试验；内爆；数值计算；后燃烧效应；准静态压力

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基于车辆振动响应反向分析的路面等级辨识方法

陈双，王丽佳

振动与冲击. 2022, 41(17): 145-151.

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提出一种利用希尔伯特黄变换和概率神经网络进行车辆振动响应反向分析的路面等级辨识方法，为主动悬架控制提供有效信息。首先建立车辆模型和随机输入路面模型，利用希尔伯特黄变换对不同等级路面下的车辆振动响应仿真数据进行分解变换，得到车辆振动响应的瞬时能量；然后提取瞬时能量的敏感特征参数，利用概率神经网络训练路面分类器，确定路面等级与特征参数范围的映射关系，完成路面等级分类器的设计；最后利用加速度传感器采集车辆在典型路面下的振动响应数据，提取实验数据的特征参数，并将其输入到训练完成的路面分类器中，实现实验路面等级辨识。辨识结果表明，基于车辆振动响应的反向分析法，结合希尔伯特黄变换和概率神经网络，可以实现对车辆当前行驶路面等级的辨识。

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基于低秩约束的旋转机械内激励激发的振源信号分离研究

贺志洋1,3，赵德尊2，娄乐1，程卫东1

振动与冲击. 2022, 41(17): 152-159.

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随着机械设备向自动化程度更高的方向发展，机械系统变得更加复杂，给基于振动的健康监测带来了巨大的挑战。振源信号分离对于机械系统的噪声控制、准确的状态监测及故障诊断具有重要意义。现有的方法中的关键之一是要已知振源信号的统计特性、源的个数等。但这些有效的特征在工程应用中很难获得。本文对旋转机械和往复式机械的工作特性进行了分析，发现内部激励激发的信号具有低秩性。并建立了低秩噪声分离模型，提出了一种多低秩约束的振源信号分离方法。仿真信号和实验信号验证了该方法的有效性。与基于独立分量分析的盲源分离（BSS-ICA）方法相比，该方法分离后的振源信号具有更好的分类效果和更低的噪声。
关键词：故障诊断；低秩约束；振动信号；信号分离

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基于卷积双向长短期记忆网络与混沌理论的滚动轴承故障诊断

金江涛1，许子非1，李春1,2，缪维跑1，孙康1，肖俊青1

振动与冲击. 2022, 41(17): 160-169.

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针对传统滚动轴承故障诊断方法在大噪声与变载荷环境下诊断困难的问题。基于混沌理论，通过卷积神经网络(CNN)与双向长短期记忆网络(BiLSTM)提出CCNN(Chaotic CNN)-BiLSTM智能故障诊断方法。采用相空间重构法将一维时间序列转化为二维混沌序列，学习并提取混沌序列中有效非线性信息，并输入Softmax层中完成分类。结果表明，较之现有方法，所提CCNN-BiLSTM方法在变载荷和大噪声（信噪比为-8dB）环境下的准确率分别至少高出3.76%与5.21%，表明该方法具有良好的鲁棒性和泛化性能。
关键词：卷积神经网络；双向长短期记忆网络；混沌理论；轴承；故障诊断

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模拟流体冲击致结构破坏问题的SPH-PD耦合方法

时浩天，郭力

振动与冲击. 2022, 41(17): 170-176.

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流体冲击致结构破坏在自然灾害、海岸及近海工程中广泛存在，是典型的流固耦合问题。基于网格的方法在捕捉流体自由表面、模拟结构开裂破坏的过程中存在固有的困难。针对此类问题，发展了一种基于光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)和近场动力学(Peridynamics, PD) 耦合求解冲击破坏问题的数值方法。采用动态边界条件的思想，利用SPH和PD在数值计算过程上的相似性，通过设置恰当的光滑长度，自动识别流固界面并进行数据交换，高效实现了耦合计算过程。该方法一定程度上规避了无网格法在施加本质边界条件上的困难，综合了SPH在处理自由表面流、PD在处理材料断裂失效上的优势，可以实现一定规模复杂流固耦合问题的模拟。最后，采用提出的SPH-PD耦合方法，模拟了溃坝冲击下游弹性挡板问题，成功捕捉到结构经历大变形直至断裂失效的行为。
关键词：流固耦合；SPH；PD；动态边界条件；无网格法；结构破坏

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径向节流型磁流变胶泥缓冲器冲击动力学行为

付本元1，张贤明2，刘驰1，李祝强2，廖昌荣3

振动与冲击. 2022, 41(17): 177-184.

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为提高汽车碰撞缓冲系统的自适应调节能力，本文提出一种波纹圧溃与径向流动节流共同作用的可控缓冲器。用波纹管取代传统吸能盒，并串接于磁流变阀，内部填充具备优秀悬浮稳定性的磁流变胶泥；为提高磁场利用率且减小缓冲器轴向长度，在磁流变阀内建立胶泥流动方向与磁场方向完全垂直的径向流道。基于Herschel-Bulkley (HB)本构模型推导了流道内流动节流压降与冲击速度间的关系；考虑局部损耗的影响，构建了HB-Minor Losses (HBM)动力学模型；进一步定量分析了惯性效应产生的压降，构建了包含惯性效应的HBM-Inertia (HBMI)模型。制作了缓冲器并开展了落锤冲击试验；分析了径向流道压降在阻尼流道总压降中的比重；分析了局部损耗对压降的影响，提出了进一步提高可控性的局部损耗优化区域。对比理论与试验缓冲力曲线，分四个阶段分析了惯性效应对缓冲力的具体影响，发现惯性效应主要在峰值阶段、结束阶段影响缓冲力；比较了理论模型与试验峰值力、动态范围，进一步得到理论动态范围相对误差，结果表明：HBMI模型对磁流变胶泥缓冲器动力学行为的预测更为准确。
关键词：磁流变胶泥缓冲器；径向节流；动力学行为；局部损耗；惯性效应

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含气率变化对不同型式混输泵的振动特性影响研究

朱国俊，门羿，冯建军，李康，闫思娜，李晨昊

振动与冲击. 2022, 41(17): 185-192.

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研究含气率变化对混输泵关键部位振动特性的影响规律对混输泵运行稳定性提升有重要意义。首先，本文在不同含气率工况下对叶轮型式不同的两种多级气液混输泵PR泵和PH泵开展了关键部位的振动测量。然后，统计了振动信号的时频特性。最后，构建了(均方根, 峭度)二维特征量作为指标开展振动信号的特征分析。结果表明：相对含气率由0%增加到100%时，两种混输泵的轴承箱体及泵进口处振动均出现了增强，其中，振动烈度最大的部位为轴承箱体，且PH泵的轴承箱体最大振动烈度高于PR泵；含气率的增加使PR泵轴承箱体的振动能量更加明显的向泵进口处位置传播；在轴承箱振动信号的(均方根, 峭度)二维特征值图上，通过零峭度线可以清晰区分PR泵和PH泵。此外，PR泵所有测点处振动信号的峭度值均高于PH泵，表明在当前试验条件下，PR泵存在故障的可能性高于PH泵。
关键词：混输泵；振动；时频特性；均方根；峭度

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一种新型流体附壁自激式水力振荡器及其射流振荡特性

艾白布?阿不力米提1,2,刘永红1,庞德新2,焦文付2,郭新维2

振动与冲击. 2022, 41(17): 193-203.

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为了降低钻进过程钻柱与井壁间的摩阻，有效改善托压、卡钻现象及提高有效钻压，设计了一种流体附壁自激式水力振荡器，其可使钻柱发生周期性轴向振动，改变钻柱与井壁间的摩擦形式，提高作业效率。通过理论分析和数值模拟方法阐述了装置原理，利用理论力学分析和Matlab编程方法建立轴向振动工况下管柱摩擦力数学模型；采用有限元数值模拟方法对振荡器进行参数敏感性分析，利用全尺寸物模试验对不同排量下装置的振动特性进行实测分析，并在连续油管加深钻进工程应用中验证了装置的振动减阻效果。结果表明：进出口比对装置入口压力的变化较为敏感，振荡腔腔长和排量对装置入口压力及频率均较为敏感；进出口比和排量的变化对减阻效率影响明显，进出口比与减阻效率呈负相关，排量与减阻效率呈正相关；装置入口压力极值、幅值随排量增大呈增长趋势，装置轴向振动位移幅度与泵注排量呈正相关；该装置可使连续油管钻井进尺速度提高128.6%，提速效果明显。研究结果可为流体附壁自激式水力振荡器的工业化应用提供依据。

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类别标签辅助改进稠密网络的变工况轴承故障诊断

孙洁娣1,2，刘保1，温江涛3，时培明3，闫盛楠1,2,肖启阳4

振动与冲击. 2022, 41(17): 204-212.

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基于数据驱动的滚动轴承智能故障诊断得到广泛研究，但多数研究中均假设训练数据与测试数据同分布，考虑到旋转机械实际运转中复杂多变的工况往往导致数据分布产生偏差，使得识别方法的通用性差、实际识别效果不佳。本文将域适应引入轴承故障诊断过程中，基于迁移学习提出了一种特征空间域和标签概率分布同步适应的迁移学习网络。该网络将一维稠密卷积网络及注意力机制融合实现复杂故障特征的自动提取；域适应处理通过联合最小化特征概率分布差异和标签概率分布差异来约束网络学习域不变特征；最终对变工况滚动轴承故障实现了高准确度的识别。实验结果表明了该方法的可行性及良好的性能。
关键词：轴承故障诊断；变工况；稠密卷积网络；注意力机制；类别标签辅助

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阶跃激励下网架结构的动力响应扩展及其误差分析

伍晓顺，程润辉

振动与冲击. 2022, 41(17): 213-220.

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为了增加单次动力测试的可用测试信息，提出一种考虑阶跃激励作用的网架结构动力响应扩展方法。由阶跃激励引起的结构自由振动响应在任意时刻均可近似表达为少数贡献模态的线性组合。在此基础上，构造一种优选测点位置的迭代策略，以无偏估计各个时刻的贡献模态组合系数（即广义坐标），从而实现动力响应由少数测点向全自由度空间的扩展。解释了动力响应扩展的误差机理，并提出一种相关系数指标来筛选高精度非测点。以某560杆的网架结构为例进行数值分析。结果表明，本文方法能方便地实现网架结构的动力响应扩展，并筛选出较多数量的高精度非测点，有利于提高网架结构动力测试的效率。
关键词：空间结构；动力测试；响应重构；模型修正；阶跃激励。

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不同场地类别减震性能曲线研究

贲驰，李威威，杜东升，王曙光

振动与冲击. 2022, 41(17): 221-230.

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根据不同场地类别建立减震性能曲线克服了地震波减震性能曲线存在差异的问题，对减震结构的简化设计与分析具有重要意义。本文在单质点体系简谐激励下，以位移减震率ηd与加速度减震率ηa解析表达式为基础，以特征周期为依据对大量地震波进行场地分类，并对所有不同场地类型地震波进行时程分析，作出可用于各类场地地震波的减震性能曲线，考虑了场地特征周期对减震性能曲线的影响，从而确定用于计算弹性时程下减震结构的位移与加速度减震率拟合公式；在此基础上又建立了考虑结构非线性状态减震性能曲线，曲线表明增加阻尼比虽然能降低结构的塑性率，但降低效果有限，且塑性率越大，增加阻尼比的减震效果越不明显。本文的研究扩展了减震性能曲线的应用范围，为减震结构的性能化设计提供了重要依据。
关键词：性能曲线，减震率，场地类别，地震波，时程分析

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不同环境温度下铝球高速撞击纤维布/铝板组合防护结构实验研究

管公顺，廖祥，张铎

振动与冲击. 2022, 41(17): 231-237.

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利用二级轻气炮发射铝球弹丸，在不同环境温度下高速撞击经过高低温交变和电子辐照作用的纤维布/铝板组合防护结构，研究环境温度、高低温交变与电子辐照对防护结构高速撞击损伤与防护特性的影响。用于模拟空间碎片的铝球弹丸直径为3.97mm，撞击速度为1.4~3.53km/s，撞击角度为0°，环境温度分别为-100℃、20℃和200℃。结果表明，高温环境、高低温交变与电子辐照可导致纤维布/铝板组合防护结构的高速撞击防护性能下降；低温环境可使纤维布/铝板组合防护结构的高速撞击防护性能提高；高温环境和高低温交变对纤维布/铝板组合防护结构的高速撞击防护性能的影响更加显著。
关键词：高速撞击；纤维布；环境温度；电子辐照；防护性能

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多传感器数据下基于MFDFA-BP的离心泵空化致振故障分析

梁兴，罗远兴，邓飞，高刚刚，曹寒问

振动与冲击. 2022, 41(17): 238-243.

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针对单传感器所测数据存在的不全面性及离心泵故障信号的非线性非平稳性等问题，提出多传感器数据下基于多重分形去趋势波动分析法(Multi-Fractal Detrended Fluctuation Analysis, MFDFA)与BP(Back Propagation, BP)神经网络的离心泵空化致振故障分析方法。首先，采用MFDFA法对离心泵5种不同工况下的8类实测信号进行分析，提取多重分形谱特征参数、、、及作为故障特征向量，并结合BP神经网络进行单传感器信号故障诊断，优选识别率较佳的信号拼接构成多传感器特征向量，进而开展多传感器离心泵空化致振故障研究。结果表明：MFDFA法提取的多重分形谱特征参数能准确反映泵的运行状态，其中、以及等参数对故障分类效果更好；泵振动、扭矩及电机振动等信号对故障本质的反映更准确；在此基础上形成的多传感器故障诊断模型准确率比单传感器提升了13%以上，为离心泵不同程度空化故障的状态识别提供了一种新的方法。
关键词：离心泵；多传感器数据；故障诊断；多重分形；去趋势波动分析；BP神经网络

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基于盘-块间弹簧接触动力学模型的盘式制动器抖动改进设计

潘公宇1,2，冯雅琪1，刘朋1，徐旗钊2，陈林2

振动与冲击. 2022, 41(17): 244-253.

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为了更加准确地量化制动抖动的产生，寻找降低抖动的方案，首先构造了一种盘式制动器盘-块间采用面分布式弹簧接触的动力学模型，并通过将仿真结果与台架试验结果进行对比来验证所构建的动力学模型的正确性以及适用性。然后从制动压力波动和制动力矩波动的计算表达式中找到制动抖动的关键影响参数，提出对制动卡钳结构和制动块背板结构进行改进的两种改进方案。同时，提出一种结合有限元分析与理论计算的参数确定方法确定改进后制动系统的参数。最后，将改进后的制动器参数值输入到搭建的制动器Simulink模型进行仿真，获得改进后的制动压力波动和制动力矩波动的时域响应，并将其与改进前的仿真结果进行对比分析。研究结果表明，改进后制动系统的制动压力波动量比改进前减少了，制动力矩波动量比改进前减少了，说明本文所提出的制动器结构改进方法在降低制动抖动方面是有效的。
关键词：制动抖动改进；面弹簧接触；制动力矩波动；制动压力波动

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对陶瓷器件超声识别的算法设计及虚拟仪器实现

刘昱1，贺升平2，贺西平1，王杰1，周越1

振动与冲击. 2022, 41(17): 254-261.

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防止重要物品被伪造替换，本文提出了超声指纹识别算法并编制了识别程序。在此基础上，利用超声检测卡研制了一个对陶瓷器件进行超声防伪识别的虚拟仪器—工控机。该工控机可以多通道检测且检波方式多样，增益调节灵活，可同时完成信号的发射和接收。以工控机进行了多组实验测试，测试结果表明，该工控机对外形一致的陶瓷器件可以准确识别区分。随后，研究了对探头旋转、偏移、对探头施加不同压力和改变底衬等因素对识别结果的影响。通过对样品在不同形状、材料、压力和边界等条件下的测试，结果表明，该技术可以实现外表一致的陶瓷器件的有效识别。本文研制的工控机为实现超声防伪识别系统的智能化、自动化、一体化、小型化奠定了良好的基础。

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空竹型负泊松比蜂窝结构的面内冲击性能研究

刘海涛1,2，刘佳岳1,2，张德权1,2

振动与冲击. 2022, 41(17): 262-267.

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由于负泊松比蜂窝结构具备高比刚度、优良吸能特性等优点，近年来受到众多学者的关注。基于内凹六边形负泊松比结构，本文提出一种空竹型负泊松比蜂窝结构。运用一维冲击理论推导出结构的冲击临界速度。通过有限元ABAQUS/EXPLICIT对结构进行面内冲击响应特性分析，结果表明：与传统的内凹六边形结构相比，空竹型蜂窝结构具有更高的平台应力和比吸能，提高了结构的耐撞性和能量吸收能力；给出了不同冲击速度和结构参数对空竹型蜂窝平台应力与比吸能的影响规律。研究结果可为负泊松比蜂窝结构在实际工程中应用提供设计指导。
关键词：空竹型蜂窝结构；负泊松比；面内冲击；平台应力；能量吸收

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基于QPSO-MC-GCN的柴油机典型故障诊断方法研究

廖舒琅1，毕凤荣1，田从丰2，杨晓1，李鑫1，汤代杰1

振动与冲击. 2022, 41(17): 268-275.

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针对现有方法在处理训练样本较少的数据集时易出现过拟合现象的问题，将图卷积神经网络引入柴油机故障诊断领域，并结合量子粒子群优化算法，建立一种基于QPSO-MC-GCN（Quantum Particle Swarm Optimization- Multi-channel- Graph Convolutional Network）的故障诊断方法。该方法搭建了一种邻接矩阵，将时序振动数据转换为图数据，实现多个测点样本特征的有效融合；利用QPSO对多通道图卷积神经网络（MC-GCN）的关键参数学习率和热核函数宽度进行寻优，以提高模型的泛化能力；在传统图卷积神经网络（GCN）的基础上建立双头权值矩阵以提取更丰富的深层特征，并引入一维最大池化层进一步控制过拟合现象。对实测柴油机振动信号的分析结果表明，该方法针对实验所设定故障类型的诊断准确率优于文中的对比方法，尤其是在低标签比的情况下优势更明显。
关键词：图卷积神经网络；量子粒子群；柴油机；故障诊断

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基于工况传递路径的旋转机械振动源分析

马皋1，陈亚明2，沈德明3,4，杨建刚1，谭平1

振动与冲击. 2022, 41(17): 276-281.

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工况传递路径技术（OTPA）可以根据运行工况下的振动数据对故障进行溯源分析，该方法需要有大量不同工况下的运行数据，这对于航空发动机等很多旋转机械而言是不现实的。为解决运行工况数量不足问题，提出一种基于频响函数的工况传递路径分析方法。以航空发动机转子实验台为例，试验获取整机状态下激励点到轴承座和机匣测点的频响函数矩阵，将其作为OTPA模型的输入和输出，通过奇异值分解技术消除输入之间的串扰导致的矩阵病态，进而求出传递率矩阵。根据传递率系数确定机匣各部位对各轴承座的振动敏感度，根据振动贡献量确定机匣振动来源。在航空发动机双转子实验台上开展了试验研究，验证了该方法的可靠性。
关键词：振动；工况传递路径分析；频响函数；传递率矩阵；奇异值分解

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基于动态加权卷积长短时记忆网络的滚动轴承剩余寿命预测方法

蒋全胜1，许伟洋1，朱俊俊1，沈晔湖1，徐丰羽2

振动与冲击. 2022, 41(17): 282-291.

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现有数据驱动方法在滚动轴承剩余使用寿命预测中，因不能有效提取对轴承退化过程敏感的特征信息而导致预测精度不足。为此提出一种基于动态加权卷积长短时记忆网络（DW-CNN-LSTM）的滚动轴承剩余寿命预测方法。首先对滚动轴承振动信号进行小波包分解，将获得的小波包系数矩阵通过可训练参数动态加权层进行动态加权，来实现对轴承退化的表征信息进行有效筛选，以增强轴承振动特征学习能力；然后利用卷积神经网络的自适应挖掘数据深层特征能力，从动态加权后的小波包系数矩阵中提取对轴承退化过程敏感的特征集；最后借助长短时记忆网络（LSTM）预测时间信息序列的优势，由双层LSTM进一步提取其高维退化特征，来提高滚动轴承剩余寿命预测精度。对XJTU-SY轴承数据和IMS轴承数据的实验结果表明，所提DW-CNN-LSTM方法相比于经典的长短时记忆网络方法，其均方根误差指标平均降低了61.08%，预测准确度平均提高了9.95%，模型训练时间平均减少了44.14%，获得了较满意的寿命预测精度和鲁棒性。
关键词：滚动轴承；剩余寿命预测；卷积长短时记忆网络；小波包分解；动态加权

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基于修正形函数的Euler-Bernoulli开口裂纹梁单元刚度矩阵

徐训，朱亚杉，吴浩

振动与冲击. 2022, 41(17): 292-302.

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带裂纹参数的单元刚度矩阵是裂纹构件动力计算及裂纹损伤识别的基础。现有研究主要通过裂纹梁截面变化表征裂纹对单元刚度的影响，而裂纹主要影响单元的应力应变分布。本文针对两结点四自由度Euler-Bernoulli开口裂纹梁单元，在三次形函数基础上，采用阶跃函数考虑裂纹的影响，叠加线性函数对三次形函数进行修正，提出含裂纹参数的新形函数，再结合虚位移原理得到Euler-Bernoulli裂纹梁单元刚度矩阵。仿真算例表明：裂纹深度比小于0.5时，用本文形函数计算的挠度值与有限元结果比较，相对误差最大为1.714%，用本文裂纹梁单元刚度矩阵计算的一阶固有频率误差最大为0.936%。新的形函数能准确描述裂纹单元应力应变分布，裂纹梁单元刚度矩阵能用于结构静动力分析，本文为考虑裂纹对单元刚度的影响提供了新的研究思路。
关键词：Euler-Bernoulli裂纹梁；形函数；单元刚度矩阵；静力分析；频率

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阵列互耦情况下基于稀疏贝叶斯学习的离网格DOA估计

王绪虎1，2，白浩东1，张群飞2，田雨1

振动与冲击. 2022, 41(17): 303-312.

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针对实际声呐基阵水听器阵元间存在互耦导致阵列波达方向(Direction of arrival, DOA)估计性能下降的问题，提出了一种阵列不确定互耦情况下的波达方向估计方法。首先，基于稀疏贝叶斯学习(Sparse Bayesian Learning, SBL)模型，将空间域离散化为均匀的网格，并且引入离网格误差，针对阵元互耦，引入互耦系数向量；其次，确定离网格误差和互耦系数向量的先验分布；最后，使用贝叶斯学习的期望最大化算法，对未知参数进行迭代更新，得到目标空间谱。仿真结果表明，所提方法在阵元未知互耦较大情况下估计精度较高，多目标分辨能力较强。
关键词：波达方向估计；稀疏贝叶斯学习；互耦；离网格

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仪器舱舱段局域共振单元减振设计

郭慧婷1，董龙雷1，周嘉明1，胡迪科2，赵建平1

振动与冲击. 2022, 41(17): 313-325.

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仪器舱是运载火箭的关键结构，仪器舱的振动会影响电子设备的可靠性，因此，改善仪器舱的振动环境具有重要意义。本文介绍了一种螺旋型局域共振单元，并分析了其减振机理，提出将该局域共振单元应用到仪器舱减振上。首先，以仪器舱缩比结构为对象进行仿真方法验证，建立并修正了缩比结构的有限元模型，分析了局域共振单元对缩比模型的减振效果，结果表明在20-200Hz内结构的振动衰减可以达到30%。然后，对局域共振单元和缩比模型进行加工并开展声激励试验，试验结果表明振动衰减达到30%以上，与仿真分析相吻合，从而验证了仿真方法的正确性和合理性。最后，将该方法推广到仪器舱减振分析上，仿真结果表明在20-250Hz内该局域共振单元对仪器舱的减振可达40%。

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2022年, 第41卷, 第17期　
刊出日期：2022-09-15

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