振动与冲击

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朱宇杰1，张智勇1,2,3，陈毅恒2，芮筱亭2，SATTEL Thomas3，陈予恕4，杨绍普5

振动与冲击. 2022, 41(2): 1-10.

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滚动轴承变柔度（varying compliance，VC）振动是转子系统不可避免的激励形式，属于轴承-转子动力学领域的基本科学问题。由于Hertzian接触非线性、间隙（轴承游隙）非线性和时变柔度参激非线性的耦合作用，系统具有显著的VC滞后共振特性，影响轴承自身乃至其支承转子系统运动的稳定性和安全性，相关问题得到持续关注。根据非线性振动基本理论，参激系统往往具有丰富的主共振、内共振、超谐、亚谐和组合共振行为。然而，相对于国内外大量有关滚动轴承VC参激主共振的研究，其他共振类型的研究甚少。基于此，本文将针对球轴承-刚性Jeffcott转子系统VC振动亚谐共振问题展开研究。论文采用HB-AFT方法追踪系统的VC周期运动分枝，并结合Floquet理论分析了系统亚谐共振行为的演化机制，发现系统1/2阶亚谐共振同样具有滞后跳跃行为。在此基础上，指出系统1/2阶亚谐运动包含复杂的1：2和1：4内共振现象，会引起球轴承不同自由度方向强烈的耦合振动。另外，研究发现在亚谐共振区间之间存在由二次Hopf分岔触发的滞后组合共振行为。最后，论文探讨了轴承径向游隙和阻尼系数对系统VC亚谐共振的影响。相关结果对于球轴承VC共振的动力学控制具有一定的参考意义。

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垂向载荷作用下的冰层破裂及其影响因素分析

汪春辉，朱广元，王超，郭春雨，王嘉安

振动与冲击. 2022, 41(2): 11-19.

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为了研究冰层在垂向载荷作用下的破裂过程以及其影响因素，应用显式动力学分析软件LS-DYNA，基于罚函数接触算法，开展圆柱体-冰层垂向相互作用下的数值模拟。分析了垂向载荷作用下冰层的破裂过程和裂纹扩展，以及圆柱体与冰层不同的相对速度、接触角度和接触面积对冰层突破载荷的影响。计算结果表明：冰层在垂向载荷作用下，当最大拉应力大于冰的抗拉强度时，冰层会相继生成径向裂纹和周向裂纹，径向裂纹产生时的突破载荷小于冰层最终破裂时的突破载荷；集中载荷作用下的冰层相比于均布载荷作用下的冰层更易发生破裂；不同相对速度下，冰层突破载荷曲线会有较明显变化；圆柱体与冰层之间有接触倾角时，冰层的破坏模式会发生较大改变。

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基于Alexnet-Adaboost的多工况滚动轴承故障识别方法

唐贵基，田寅初，田甜

振动与冲击. 2022, 41(2): 20-25.

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针对实际工程中滚动轴承多工况下传统故障诊断方法识别率偏低的情况。论文提出了一种基于Alexnet-Adaboost相结合的滚动轴承故障识别方法。以滚动轴承信号的时频图作为模型输入，分类结果为模型输出，训练多个Alexnet基分类器；在此基础上利用Adaboost（自适应提升）算法进一步提升得到强分类器，将多工况下滚动轴承信号的时频图输入强分类器进行测试。结果显示，所提方法可实现对多工况下滚动轴承故障有效识别，并且在一定程度上提高了故障分类的准确性。

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冗余六自由度并联隔振平台多维隔振性能研究

张兵，黄华，蔡佳敏，蒋子良，朱方正，汤少东，钱鹏飞

振动与冲击. 2022, 41(2): 26-32.

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隔振平台能够抑制动载设备在转场运输及工作过程中受到的各种振动冲击，使其保持最佳的使用寿命和工作精度；针对应用于动载设备的隔振平台存在着负载质量轻、隔振维数少以及低频隔振效果不佳等问题，提出了一种液压冗余式、主被动复合支撑的六自由度并联隔振平台，结合并联隔振平台参数化的主被动混合隔振数学模型和模糊PID复合控制算法，针对其被动隔振性能、主被动混合隔振性能进行分析，仿真结果表明基于模糊PID复合控制的主被动混合隔振明显优于被动隔振，能够衰减90%以上的振动干扰，扩大了隔振频率的带宽。

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考虑轮轨材料等效疲劳损伤车轮扁疤引起的轮轨冲击力学响应

王金能，敬霖，黄志辉

振动与冲击. 2022, 41(2): 33-44.

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车轮扁疤是车轮踏面缺陷常见形式之一，会产生较大的轮轨冲击，影响列车运行平稳性和安全性。本文建立了三维轮轨滚动接触有限元模型，采用显式有限元法研究了车轮扁疤引起的轮轨冲击力学响应，描述了车轮扁疤冲击钢轨整个过程中轮轨接触状态的变化，着重分析了轮轨材料疲劳损伤与应变率效应对轮轨冲击响应的影响，并讨论了列车速度、扁疤长度、轴重等关键参数的影响规律。结果表明，车轮扁疤引起的最大轮轨垂向接触力约为准静态轮轨垂向接触力的2.6~4.3倍；在研究范围内，轮轨材料疲劳损伤和应变率效应对轮轨垂向接触力、接触斑、接触压力无明显影响，但对von Mises等效应力、纵向应力、垂向应力、横向应力和等效塑性应变影响显著；列车速度、扁疤长度和轴重对轮轨冲击力学响应均有较大的影响。研究结果可为轮轨系统优化设计和列车运行安全提供有益的技术支持。

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单自由度碰撞振动系统的奇异非混沌动力学和多稳态共存

吴鑫，李高磊，乐源

振动与冲击. 2022, 41(2): 45-52.

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基于一类单自由度受拟周期激励的具有悬臂结构碰撞振动系统，通过数值模拟研究了系统在参数变化下的奇异非混沌动力学及多稳态共存现象。采用相敏感函数、奇异连续谱、有理数频率逼近、状态变量的傅立叶变换部分和在复平面上的路径等工具刻画了系统在特定参数范围内出现的奇异非混沌吸引子(Strange Nonchaotic Attractors, 简记为SNAs)的奇异性。通过最大Lyapunov指数验证了SNAs非混沌特性。发现了系统存在分形和阵发两种通向SNAs的路径，揭示了这两种路径的演化过程和规律特征。结合系统状态变量的时间序列，分析了系统暂态及稳态SNAs与拟周期吸引子的共存、稳态SNAs与混沌吸引子的共存情况，进一步揭示了SNAs的多稳态共存现象及转换规律。该研究可为含悬臂结构的碰撞振动系统的优化设计提供理论依据。

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考虑覆盖层地基材料空间变异性的沥青混凝土心墙坝地震响应研究

罗博华1，宋志强1，王飞1，刘琛2，刘云贺1

振动与冲击. 2022, 41(2): 53-63.

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河床覆盖土层参数不确定性往往显著影响其上覆沥青混凝土心墙坝的地震响应。将空间随机场模拟技术与有限元方法相结合，根据动力等效线性模型参数敏感性分析结果选取动力随机参数，采用正态或对数正态分布函数考虑覆盖层材料参数的空间变异性，采用高斯型自相关函数考虑空间相关性，采用python进行协方差分解法生成随机参数库，并对abaqus进行脚本二次开发，实现了基于蒙特卡罗法的覆盖层材料空间相关性及差异性的随机场模拟和“非侵入式”随机有限元的计算。以某实际工程为例，分别考虑覆盖层材料静力参数随机、动力参数随机和静动力参数均随机进行分析，分析沥青混凝土心墙坝坝顶、心墙顶水平向峰值加速度和坝体竖向永久变形的均值、变异系数及95%的置信区间限值等统计规律及概率分布检验。结果表明：考虑覆盖层材料参数的随机大概率会引起坝体地震响应增大；同时考虑静动力参数随机时的地震响应与确定值相差最大；坝体的地震响应统计结果不一定符合正态或对数正态分布；考虑覆盖层材料空间差异性对峰值加速度的影响大于对永久变形的影响；覆盖层地震响应结果的离散程度大于坝体及心墙。

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爆破地震荷载作用下埋地燃气管道动力响应尺寸效应研究

赵珂1，蒋楠1,2，周传波1，姚颖康2,3，朱斌1

振动与冲击. 2022, 41(2): 64-73.

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基于量纲分析理论，分析既定爆破地震作用下影响埋地燃气管道振动速度的物理量，推导得出反映管道尺寸效应的爆破振动速度预测公式。结合全尺度埋地球墨铸铁燃气管道下穿爆破试验，建立简化模型计算分析并通过现场实测数据进行验证。采用已验证模型及参数，考虑武汉地区常见管道类型及埋设条件，分别建立不同管道尺寸（不同管道直径、不同径厚比）的数值模型，研究埋地燃气管道尺寸效应影响下的爆破地震动力响应特征。研究结果表明：在爆破地震波作用下，管道截面峰值合振速(peak particle velocity ，PPV)和von-Mises应力均出现在迎爆侧；管道单元峰值合振速和von-Mises应力随管道直径的增加而减小，随管道径厚比的增大而增大；基于地表控制振速与管道直径存在的对应关系，提出城区常见DN700（公称直径700mm）、DN800、DN900、DN1000、DN1200管道地表控制振速为分别为9.16cm/s、8.26cm/s、8.10cm/s、7.95cm/s、7.04cm/s；量纲分析得出管道峰值von-Mises应力和管道尺寸之间的公式和允许径厚比对管道的实际生产具有一定的指导意义。

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连续爆炸冲击下负泊松比超材料防护结构性能研究

罗放，杨德庆

振动与冲击. 2022, 41(2): 74-78.

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连续爆炸冲击现象在重大爆炸事故中经常出现，这对防护结构的性能提出更高要求。本文对负泊松比超材料防护结构在连续爆炸冲击作用下的抗爆性能开展研究。首先探讨了连续爆炸载荷的特点及作用方式。其次，采用数值仿真方法分析了海洋平台的负泊松比超材料防爆墙和负泊松比超材料双层横舱壁在连续爆炸冲击下的变形模式和应变分布，揭示了连续爆炸冲击下该类超材料结构的二次变形规律和毁伤机理。研究发现，內爆和外爆连续冲击载荷的作用方式并不相同，负泊松比超材料结构在连续外部及内部爆炸冲击时分别出现了局部坍塌挤压吸能、结构密实化整体弯曲等两种不同变形模式。研究结果可为防护结构连续抗爆设计提供参考。

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基于单自由度参数激励模型的车辆随机振动分析

朱大鹏1，薛如壮1，曹兴潇2

振动与冲击. 2022, 41(2): 79-86.

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包装件振动可靠性的分析和优化需要构建高效准确的车辆随机振动载荷分析模型。本文将车辆建模为单自由度参数激励系统，分析车辆在平稳载荷下的加速度响应。基于Mathieu方程分析车辆动态响应特性，结果表明，车辆响应中出现少量的大幅振动响应的原因是参数激励系统中随机过程β(t)的波动引起了系统的失稳。分别构建车辆在稳态、失稳和衰减条件下的响应分析方法，建立了车辆加速度响应的概率密度函数分析方法，构建了根据记录的实验数据识别系统参数的方法。分析结果表明，本文建立的车辆随机振动分析方法能够高效准确地再现车辆非平稳随机振动的时域特征及概率密度函数，为研究包装件振动可靠性提供了高效准确的分析基础。

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基于增秩Kalman滤波的移动车辆荷载在线识别

张超东1，黎剑安1，张浩2

振动与冲击. 2022, 41(2): 87-95.

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提出了一种基于增秩卡尔曼滤波（Augmented Kalman filter, AKF）的移动车辆荷载在线识别方法。将车辆荷载向量与桥梁结构状态向量联立构成增秩状态向量，基于AKF算法，利用桥梁状态空间方程和少量振动响应获得增秩状态向量的无偏最小方差估计，进而实时识别车辆荷载。以简支梁-弹簧质量车桥耦合系统为数值分析对象，研究了基于AKF算法的移动车辆荷载识别方法的可行性和准确性，详细讨论了路面不平度、车速、噪声、传感器组合和采样频率对识别误差的影响。结果表明，所提的方法能准确识别荷载，且对噪声和车速不敏感。

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钢筋钢纤维混凝土梁柱节点模型化方法研究

薛茹，刘晨晨，赵雯桐，史科，张涛，管巧艳

振动与冲击. 2022, 41(2): 96-102.

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为研究钢筋钢纤维混凝土梁柱节点抗震性能数值模拟方法，基于OpenSEES有限元平台中的Beam-Column Joint Element 模型，通过修正模型中剪切块和钢筋滑移弹簧的参数修正方法，提出适用于钢筋钢纤维混凝土梁柱节点的数值模型，并基于6个梁柱节点的拟静力试验结果进行模型验证分析，数值模拟结果与试验结果吻合较好，提出的数值模型能够较精确的反映节点滞回行为。在此基础上，分析了轴压比、钢纤维体积率和配箍量对梁柱节点抗震性能的影响规律，建立了节点受剪承载力的计算公式。结果表明：掺入钢纤维和增加配箍可明显改善梁柱节点的抗震性能，钢纤维体积率从0.5%增加到2.0%，极限荷载提高了18%；箍筋从1Φ8增加到3Φ8时，极限荷载提高了19.7%。

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基于LPV模型的颤振试飞响应预测及激励优化

寇宝智，雷鸣，卢晓东

振动与冲击. 2022, 41(2): 103-112.

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针对颤振飞行试验中实时监控和试飞效率的需求，基于具有极点约束的频域子空间法算法和状态空间插值算法建立线性变速压气动弹性系统局部模型。设计结合模型迭代的颤振试飞速度扩展流程，实现了基于试飞数据的结构响应预测和激励优化。通过仿真算例和实际试飞数据验证预测响应的准确性及激励优化的有效性：预测响应值的精度随着建模数据的累积逐步提高，对比实际试飞响应，满足工程实时监控需求；优化的激励可提高响应信噪比及避免响应超限，有效提高了试飞效率。

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双稳态余弦梁非线性隔振器的动力学与隔振特性研究

张威1,2，王文波1，李双宝3

振动与冲击. 2022, 41(2): 113-122.

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为了隔离航空器上的低频振动，提出一种具有准零刚度特性的非线性隔振器，其由线性正刚度弹簧并联双稳态余弦梁负刚度元件而成。首先，通过对余弦梁非线性隔振器的静力学分析，给出了隔振器在准零刚度平衡点时的结构参数需要满足的条件。其次，建立谐波力作用下的系统动力学模型，通过未扰系统的分析，得其存在平衡点分岔行为和满足稳定准零刚度的条件。最后，通过数值方法和有限元软件动力学仿真分析扰动系统的隔振性能，得余弦梁非线性隔振器的起始隔振频率。进一步与线性隔振系统相比可知，引入余弦梁的非线性隔振系统有效降低了起始隔振频率。因此，余弦梁非线性隔振器具有优异的低频隔振性能，这为低频非线性隔振器设计提供了理论基础。

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飞轮微振动的准零刚度多向隔振方法

余松，黄可凡，蒋建平

振动与冲击. 2022, 41(2): 123-129.

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针对航天器飞轮微振动的低频隔振难题，提出了基于准零刚度机理的多自由度非线性隔振方法。建立基于准零刚度支杆的Stewart隔振平台的动力学模型，通过增量谐波平衡（incremental harmonic balance ，IHB）法分析了支杆刚度、激励力和力矩幅值对隔振性能的影响。在四自由度飞轮线性扰动模型的基础上，建立飞轮和隔振平台的耦合动力学模型，并用数值仿真分析了隔振效果。结果表明：该隔振方法能避免传统线性隔振在低频处的扰动放大现象，提升低频隔振性能，实现飞轮的全转速隔振，并且飞轮角位移响应幅值能满足动量矩矢量的指向精度要求。

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基于改进粒子群算法的非对称传动主轴多目标优化

张运涛1，李以农1，张志达1，罗法氿1，王成2

振动与冲击. 2022, 41(2): 130-139.

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针对某特种车辆传动系统由于结构布局限制导致的主轴两侧非等强度设计问题，综合考虑传动主轴-轴承系统内外多源激励，采用集中质量法建立系统非线性振动模型。基于所建立的模型，利用Runge-Kutta进行数值仿真求解，分析了稳态工况下系统弯扭耦合振动响应以及系统动载荷和振动能量的分布特点，得出了主轴右侧断裂的主要原因。为解决传统粒子群优化 (Particle Swarm Optimization，PSO)算法易陷于局部最优解问题，通过调整算法参数和粒子变异提出一种改进的PSO算法。然后，针对主轴断裂原因，采用改进的PSO算法，以系统的波动扭矩和扭转振动能量为优化目标，对传动主轴结构参数进行多目标优化，并利用模糊集合理论对优化得到的Pareto最优解集进行选优。仿真结果表明，优化后的主轴左右两侧趋近于等强度设计，系统的扭转振动响应达到一个最优的平衡，主轴左侧的波动扭矩虽有所增加，扭转振动能量保持不变，但出现断裂故障的右侧波动扭矩幅值下降25%左右，右侧扭转振动能量下降15%左右，优化效果明显。

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多维自回归（AR）模型计算地震动空间相干函数的适用性研究

温攀1,2，冀昆1,2，温瑞智1,2，任叶飞1,2

振动与冲击. 2022, 41(2): 140-150.

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传统周期图法求解地震动相干函数时需要进行功率谱的人为加窗平滑，且仅能考虑记录两两之间的空间相关性。针对以上缺陷，本文采用多维自回归（autoregressive ，AR）模型代替周期图法进行相干函数计算，并从多个方面对其合理性加以评估和验证。首先以中国台湾SMART-1台阵数据为算例，对比AR模型以及周期图法计算相干函数的结果，从记录的重构效果、功率谱和相干函数等多个角度讨论了不同维度下AR模型的计算结果差异。最后通过采取对已知台站记录进行空间多点地震动模拟，与目标地震动对比，探讨不同维度下AR模型求解地震动空间相干函数的合理性。结果表明，不同维度下的AR模型均可实现对强震动加速度记录的精确重构，但是维度的不同会导致传递矩阵的差异，进一步影响功率谱及相干函数的计算结果；对于彼此间距较小的内环台站记录，不同维度AR模型下所求的功率谱和相干函数差异较明显。基于三维 AR模型所求相干函数得到的模拟地震动与目标地震动在时程和功率谱上均较周期图法更为接近。随着记录台站间距的增大，彼此相关性减弱，AR模型维度对相干函数和结果的影响减弱，此类工况采用多维AR模型计算相关函数得到的空间地震动效果并未优于传统周期图法。

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水电站厂房抗震分析中地震动强度指标选择研究

宋志强1，张剑峰1,2，王飞1，姚倩茹1

振动与冲击. 2022, 41(2): 151-160.

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为了探究适用于水电站厂房抗震分析的地震动强度指标，基于某水电站地面厂房工程实例，首先选取42条天然地震动记录作为输入，对17种具有代表性的地震动强度指标与厂房结构的非线性地震响应进行相关性分析，评价各强度指标在水电站厂房地震响应分析中的适用性；然后基于增量动力分析（incremental dynamic analysis ，IDA）方法，选择上述相关程度较高的强度指标作为地震动强度参数IM，分别与结构的工程需求参数EDP在对数坐标系下进行线性回归分析，从有效性、适用性和效益性三方面综合评价各强度指标在概率地震需求分析（probabilistic seismic demand analysis，PSDA）中合理性以得到准确的地震易损性分析结论。结果表明：总体上，速度型指标与厂房结构响应的相关程度较高，加速度型指标次之，位移型指标最差，水电站厂房地震响应分析时应在速度型指标中优先选择与地震动频谱特征相关的指标；对IDA结果的对数线性回归分析发现速度型指标作为IM应用于PSDA更加合理，其中速度谱强度VSI在有效性、适用性和效益性三方面的综合表现最好，应用于地震易损性分析能够更加准确地评价水电站厂房的抗震性能。

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基于Poincare截面突变特性的管道小缺陷识别与评估

成梦菲1 张伟伟王晶2 闫晓鹏1 马宏伟3

振动与冲击. 2022, 41(2): 161-168.

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利用混沌系统的参数敏感性与噪声免疫性，本文提出了一种以Poincare截面为混沌判据的弱导波信号检测系统，实现了管道小缺陷的识别与评估。首先，结合分岔分析与Poincare截面获取混沌阈值，完成了检测系统的参数设定。然后，通过仿真分析验证了以Poincare截面为混沌判据的检测系统的噪声免疫能力与参数敏感性。最后，开展了超声导波检测管道中小缺陷的实验研究，并将实测信号作为驱动力的扰动项输入到检测系统中，通过Poincare截面的突变有效地识别出小缺陷引起弱导波信号。为了对缺陷进行定位和评估，一种快速的二分法被用来进行缺陷定位，同时，通过在Poincare截面上构造胞空间，计算出Poincare截面上相点所占胞元数定义为损伤指标，该损伤指标在一定范围内与损伤程度具有简单的线性关系，可为缺陷大小评估提供参考。

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基于幂律分布的浮冰生成方法及船-冰碰撞分析

石原赫1，刘昆2，俞同强2，王加夏2

振动与冲击. 2022, 41(2): 169-176.

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随着北极冰川的不断融化扩散，极地航行船舶与浮冰的碰撞不可避免，而浮冰分布变化是影响船-冰碰撞的重要因素之一。目前对于浮冰分布的研究多是基于图像数据识别，在模拟计算中多简化为规则方形冰块，这与实际浮冰分布与形状有着明显区别。为此，本文基于幂律分布理论与浮冰形状特征在ANSYS/LS-Dyna软件中编写子程序生成浮冰场，以此为基础，基于环境边界的流-固耦合法，建立极地航行船舶、浮冰场与流场耦合模型，解决船舶与浮冰漂浮问题，进而开展船-冰碰撞数值仿真计算，得到碰撞过程中浮冰的运动情况、船-冰碰撞载荷、船体损伤变形及各构件的吸能等参数，全面分析了船舶与浮冰多次、连续碰撞过程中的耦合作用规律。本文研究成果可为极地航行船舶安全性设计提供参考。

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基于模糊粗糙集和鲸鱼优化支持向量机的化工过程故障诊断

李国友，杨梦琪，杭丙鹏，李晨光，王维江

振动与冲击. 2022, 41(2): 177-184.

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针对化工过程复杂，故障数据量大、属性多，难以保证故障诊断准确率和速度的问题，提出了一种基于模糊粗糙集(fuzzy rough sets ，FRS)和鲸鱼优化的支持向量机(support vector machine ，SVM)的化工过程故障诊断方法。通过对化工过程历史数据分析，判别故障类型。首先，利用模糊粗糙集对离散化后的过程数据进行特征选择，经过属性约简得出最小故障特征集合；然后，利用一种新型元启发式算法——鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm ，WOA)，对支持向量机的参数进行优化，根据全局最佳适应度函数值，构建故障数据分类模型；最后，将属性约简后的数据集输入到鲸鱼优化的支持向量机故障分类模型中，实现化工过程的故障诊断。利用田纳西-伊斯曼(Tennessee Eastman ，TE)过程对构建的FRS-WOA-SVM故障分类模型进行测试及比较，结果表明，该方法故障诊断准确率高、诊断速度快，可以有效地对化工过程中的故障做出诊断。

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单叶片离心泵水力诱导径向力的试验研究

施卫东，陈成，谭林伟，史周浩

振动与冲击. 2022, 41(2): 185-192.

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单叶片离心泵的水力诱导径向力严重影响其运行稳定性。为探究单叶片离心泵水力诱导径向力的动态特性，以一台单叶片离心泵为试验对象，采用水力机械综合测试仪结合霍尔感应器，分别测量泵空转、抽水时径向力瞬态分布图，获得单叶片离心泵水力诱导径向力。试验结果表明，不同型式叶片其径向力变化趋势相似，空转时，分布图呈现近似圆形，径向力大小基本保持不变，但抽水时，水力诱导径向力分布变成畸变椭圆形，最大值与最小值之间相差约180°，当叶轮的流道出口靠近泵壳出水端，诱导径向力变小且紊乱，而当流道出口旋转至泵壳底端附近，诱导径向力值达到最大且逐渐稳定。随着流量增加，离心泵的水力诱导径向力进一步增大，在小流量工况，径向力变化较为剧烈，在额定工况及大流量工况，径向力基本保持稳定。

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移动车辆作用下铰接梁式浮桥的动力响应

张军，贺方倩

振动与冲击. 2022, 41(2): 193-199.

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由于铰接梁式浮桥的主梁在移动荷载作用下产生弹性变形的同时，还会随着桥脚舟浮箱的运动而运动，其力学特征比较复杂。将每一段铰接梁独立进行研究，同时考虑了刚体运动与弹性变形，在梁振动理论的基础上建立了浮桥的运动方程。在移动集中荷载模型的基础上构建了多轴车辆模型，在势流理论基础上对桥脚舟浮箱进行了时域运动分析，运用假设模态法构建了总体矩阵计算方程并进行计算。计算算例结果表明，所构建计算模型得出的结果能够有效地反映浮桥的运动规律，为浮桥的设计与分析研究提供了技术手段。

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基于信息融合和广义循环互相关熵的电机轴承故障诊断

李辉1，郝如江2

振动与冲击. 2022, 41(2): 200-207.

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针对传统基于单路振动信号的故障识别可靠性较差和传统谱相关方法难以有效处理非高斯噪声的问题，提出了一种基于多传感器振动信号信息融合和广义循环互相关熵谱的轴承故障诊断方法。首先推导了广义互相关熵、广义循环互相关熵和广义循环互相关熵谱密度的计算公式；然后给出了电机轴承故障诊断步骤；再利用轴承外圈故障仿真信号，分析了轴承故障振动信号的频谱特征，验证了广义相关熵的降噪性能，表明广义循环相关熵能有效处理高斯和非高斯噪声。最后将两路振动信号通过广义循环互相关熵进行融合，并应用于电机轴承故障诊断，实验结果表明：广义循环互相关熵能有效提取电机轴承内圈、外圈局部裂纹故障频谱特征，提高了故障诊断的准确性和可靠性，其性能优于传统的谱相关方法。

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铁路不等跨简支梁桥组合减震系统减震机理及影响参数研究

白维刚1,2，王军文2,3，邢晨鹏2，彭涛2，郭进2,4

振动与冲击. 2022, 41(2): 208-216.

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为了解决地震作用下铁路不等跨简支梁桥(simply-supported girder bridges，SSGB)发生邻梁和梁墩碰撞，引起伸缩缝和过渡墩破坏，甚至造成落梁的问题，针对传统减震装置的局限性，基于功能分离思想，研发了一种新型屈曲约束支撑(buckling-restrained brace，BRB)-拉索限位器组合减震系统。在阐述组合减震系统的构造形式和工作原理的基础上，提炼出系统的力学模型；然后将减震系统用于铁路不等跨SSGB，采用OpenSees建立考虑碰撞的动力弹塑性数值模型，研究了组合减震系统的减震机理；最后系统分析了BRB初始刚度、启动阈值及伸缩缝间隙等参数对其减震性能的影响。结果表明：组合减震系统能够有效控制梁体和过渡墩的纵向地震响应，显著提高SSGB的整体抗震性能；BRB初始刚度越大，邻梁相对位移的减小程度越大；BRB启动阈值应根据伸缩缝间隙进行合理选择，并在设计时加大对拉索限位器的重视程度；当伸缩缝间隙超过5 cm，系统减震效果更好。

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基于经验模态分解的爆破延期识别优化方法

易文华,刘连生，闫雷，董斌斌，刘伟，杨砚

振动与冲击. 2022, 41(2): 217-223.

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针对爆破延期识别中采用经验模态分解（empirical mode decomposition ,EMD）方法存在模态混叠现象，导致延期识别精度低的问题。提出了一种完全正交经验模态分解（Principal Empirical Mode Decomposition, PEMD）方法，首先对原始信号进行EMD初步分解，得到多个具有模态混叠现象的IMF分量，其次对IMF分量进行主成分分析（principal component analysis，PCA），将混叠的IMF分量完全正交化，之后选择幅值较大且波形衰减明显的主分量，使用Hilbert变换提取包络线，最后对包络线峰值点进行识别。通过相似物理模拟实验证明，PEMD与传统方法EMD相比，有效地抑制振动信号EMD分解时出现模态混叠现象，延期识别误差降低至0 ms，并通过控制高程和延期时间对PEMD方法的稳定性进行了检验；同时以德兴露天边坡延期爆破实验为例，PEMD能够更好地对爆破振动波峰值点进行精确识别，识别率稳定在90%以上，对后续爆破工程中爆破参数设计优化和盲炮的识别具有重要意义。

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物理模型与高斯过程融合驱动的残余应力疲劳状态评估

梁天佑，尹爱军，陈平，方杰

振动与冲击. 2022, 41(2): 224-228.

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振动是金属构件疲劳失效的重要因素，残余应力可以表征金属构件疲劳状态。然而残余应力在构件疲劳过程中演化行为复杂，传统寿命模型通常适用于残余应力缓慢松弛过程，且较少考虑初始残余应力、冷作硬化、材料差异性等影响，评估误差大。论文融合Kodama物理模型和基于高斯过程的数据驱动方法，建立了物理模型和高斯过程融合驱动的疲劳状态评估模型。通过铝合金疲劳试验，证明了本文方法可减少试样材料、表面强化工艺等差异性对评估结果的影响，提高残余应力演化模型准确性。

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场地条件对滑坡-碎屑流运动冲击特征的影响研究

张睿骁1，苏栋1，樊晓一2，姜元俊3，吴泽雄1

振动与冲击. 2022, 41(2): 229-239.

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滑坡碎屑流的运动场地条件差异性大，导致相同规模滑坡的运动参数以及冲击作用存在显著差异。为了量化场地条件的作用机制，运用三维离散元模拟方法，以场地条件为变量，开展滑坡碎屑流的冲击研究，以斜坡坡度、堆积区坡度和场地几何特征为变量因素进行数值模拟分析。研究结果表明：不同斜坡坡度下，颗粒的平均速度时程曲线都可以分为加速和减速两个阶段。斜坡坡度越大，平均速度越大，沿斜坡坡面滑动所消耗的能量随之减小，对拦挡结构的冲击力越大。堆积区坡度的增加，冲击力峰值和终值都随之增加，但对碎屑流颗粒的平均速度影响不显著。拦挡结构与坡脚距离越远，颗粒的动能在运动过程的消耗随之增加，冲击力越小。最大运动速度与拦挡结构所受冲击力大小排序一致，即凸面型＞直线型＞凹面型。

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沥青路面高密实度摊铺工艺参数研究

史妍妮1，刘洪海1，高新民2，3，杨永强2，3，郭宏军3

振动与冲击. 2022, 41(2): 240-245.

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为了提高沥青路面的摊铺密实度，获得高密实摊铺效果，提出了一种考虑材料特性与摊铺压实力的熨平板-沥青混合料相互作用振动系统动力学模型。通过分析得出了熨平板的振动参数对沥青路面摊铺密实度的影响规律，得到了沥青路面高密实度摊铺的工艺参数范围。基于机械共振理论建立了熨平板压实机构非线性动力学模型，采用等效刚度和等效阻尼表示沥青混合料在摊铺压实过程中获得的压实力，用振幅放大因子β表示振幅的量级，得出了摊铺密实度趋势-振动频率的理论模型。通过分析模型，得到了振动参数和材料特性对摊铺密实度的影响规律，确定了材料高密实度摊铺的参数范围。通过现场试验，验证了工艺参数的高效压实区。研究结果表明：沥青路面高密实度摊铺对应的频率比λ范围是0.9-1.41；连续级配沥青混合料AC-20摊铺频率的高效压实区为33Hz～49Hz；仿真结果与试验结果的变化规律基本一致，模型具有有效性。该研究结果利于提高沥青路面的摊铺密实度，提升路面质量，节约施工成本，为沥青路面的高效压实提供依据。

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高速列车车下惯容悬吊设备动态特性研究

王勇1，李昊轩1，姜文安2，汪若尘1，李勇1

振动与冲击. 2022, 41(2): 246-254.

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高速列车采用轻量化设计准则与动力分散式牵引方式，轻量化设计导致车体弹性振动加剧，动力分散式牵引方式将悬吊设备安装在车体下方，引起车体和设备的耦合振动。将惯容器运用于高速列车车下悬吊设备，设计新型悬吊设备减振系统，建立高速列车车体及车下惯容悬吊设备刚柔耦合垂向动力学模型，采用遗传算法优化惯容悬吊设备结构参数，通过虚拟激励法和平稳性快速算法求得系统的动力学响应，采用Sperling平稳性指标评价系统的动态性能，并与传统悬吊设备进行对比分析。研究表明相较传统悬吊设备，惯容悬吊设备能够有效抑制高速列车车身振动，提升系统动力学性能。

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基于粒子群算法的改进模态参数识别方法

张锦东1，郭小农1，罗晓群1，张玉建1，徐洪俊1,2

振动与冲击. 2022, 41(2): 255-264.

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针对一类多模态振动衰减信号的模态参数识别，结合奇异值分解(singular value decomposition ,SVD)、解析模态分解(analytical mode decomposition ,AMD)、自回归功率谱(auto regressive power spectral density ,ARPSD)和粒子群算法(particle swarm optimization ,PSO)，提出了一种改进的模态参数识别方法(PSO-AMD)，可实现在强干扰环境下密集频率信号的模态参数识别。对模拟振动响应信号的分析结果表明，本文提出的改进方法具有更高的稳定性，对低信噪比、密集频率、大阻尼的振动信号仍保持高识别精度。本文的模态参数识别方法可应用于复杂噪声环境中的大阻尼和密集频率衰减振动信号的模态参数识别。

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面向CFRP损伤检测的改进L1正则化EIT方法

范文茹，王驰

振动与冲击. 2022, 41(2): 265-270.

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由于碳纤维复合材料（carbon fiber reinforced polymer, CFRP）具有导电特性，因此可利用电阻抗层析成像（electrical impedance tomography, EIT）技术实现结构损伤检测。考虑EIT电极位置、数量有限，以及电场软场特性的影响，其灵敏度矩阵呈现非均匀分布特征，导致场域内不同位置成像效果差别较大。本文基于传统L1正则化的边缘锐化特性，提出了一种改进L1正则化方法。该方法通过分析损伤重建电导率分布规律，发现其在各邻域梯度分布的特征，并利用此特征保留L1正则化可能滤除的有效数据，在保证重建图像锐利边缘的同时，改善了不均匀灵敏度分布导致的区域成像精度差别。为验证所提出方法的有效性，仿真中设计了不同类型、不同相对位置的损伤模型，并且通过搭建的16电极EIT测试系统对损伤CFRP样品进行测试。仿真和实验结果表明，改进后的L1正则化方法不仅能重建更多位置上的损伤图像，而且不同程度的提高了各类损伤重建图像的精度。

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树木动力特性的实测和有限元分析研究

李正农1，赵帝1，钟旻2，吴红华1，陈斌1，徐海杰1

振动与冲击. 2022, 41(2): 271-280.

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对一棵柳树在力锤激励和自然风激励条件下进行了模态识别与分析，发现力锤激励时的模态识别结果缺失了部分模态，而自然风激励条件下能较好的识别柳树的主要模态。通过综合两种激励下的模态识别结果，确定了柳树实测的前十阶模态。根据实际柳树的形状、采取合理的材料参数，对该柳树构建了有限元分析模型，并进行模态分析，得到了其前十阶自振频率和振型，发现柳树在各阶振型处主要为树枝的振动，而树干振动较小。最后进行了有限元分析结果和实测结果的对比，发现两者间有较好的对应关系，说明柳树有限元模型的构建是正确的，发现柳树的树冠结构对柳树结构动力特性有着巨大的影响。

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连续侧向冲击作用下钢筋混凝土管动力响应试验研究

杨金辉1,2，胡少伟1,3，叶宇霄2，娄本星2，明攀2，王思瑶1,2

振动与冲击. 2022, 41(2): 281-289.

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为了揭示钢筋混凝土管在连续侧向冲击荷载作用下的破坏机理，完成了6个钢筋混凝土管的横向冲击测试，考虑了不同落锤高度、冲击次数以及简支、固支两种约束形式对钢筋混凝土管侧向冲击动力响应的影响。提出了冲击力和跨中变形的预测公式并采用试验数据进行了拟合，得到了不同冲击速度、冲击次数对管道冲击力峰值和跨中位移的变化规律。采用吸能系数来量化评价管道承受侧向撞击时的吸能能力。结果表明：固支约束管道变形破坏显著好于简支约束试件，承受多次侧向撞击后，吸能系数增大，抗冲击变形能力明显下降。

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过流条件下泵站管道振动响应混沌特性分析

张建伟1，张翌娜2，程梦然1，王立彬1

振动与冲击. 2022, 41(2): 290-296.

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为了验证泵站管道运行中存在混沌特性，明晰管道结构产生混沌特性的激励源，以某灌区泵站管道为研究对象，利用饱和关联维数、最大Lyapunov指数等指标对管道振动响应的混沌特性进行分析与验证，采用改进的变分模态分解（improved variatronal mode decomposition, IVMD）对管道振动响应进行多尺度混沌分析，得出使管道振动具有混沌特性的激励源。研究表明：泵站管道不同工况下各测点振动响应均具有混沌特性，其中管道轴向及岔管处测点振动的混沌特性较强。管道振动响应经IVMD分解后，代表输水湍流脉动激励的IMF1分量呈现较低维的混沌吸引子，而代表机组运行振动激励的其余分量无混沌特征，表明泵站管道振动时，输水湍流激励使其振动具有混沌特性，机组运行产生的振动激励掩盖了管道振动中的混沌特性，增加了管道振动的不确定性。研究结果为探索泵站管道的混沌特性及激励源特征提供理论基础。

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非对称制动压力对汽车低频制动尖叫的影响

吴奕东，陈晶艳，余家皓

振动与冲击. 2022, 41(2): 297-304.

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针对汽车制动尖叫问题，建立汽车制动器有限元模型并基于能量馈入法开展其非对称性和对称性制动压力下的复模态数值仿真。结果表明，耦合子系统的相对馈入能量能直接反映出各子部件的振型情况，当整体系统相对馈入能量的值接近0时，对应频率的复模态就无法被激发。对称性压力能够有效地降低活塞-卡钳的相对馈入能量，使得制动器的复模态振型以制动盘更高阶的面外振动为主，系统的复特征频率从3000Hz提高到5300Hz。

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防止滑橇直升机地面共振机体需用阻尼分析

于仁业1，王刚1，孙秀文1，李先哲1，李宗秀2

振动与冲击. 2022, 41(2): 305-311.

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防止滑橇式直升机地面共振机体需用阻尼分析是一个重要的设计问题。首先开展了直升机在滑橇起落架上的振动特性仿真分析与试验验证研究，从而确定了采用仿真方法计算机体当量质量和当量刚度是可行的。其次采用地面共振平面动力模型进行地面共振分析，提出以满足地面共振稳定性设计要求为约束目标的机体需用阻尼优化设计方法。最后，以某型滑橇直升机为例，研究了机体重量、旋翼减摆器参数变化对机体需用阻尼的影响，结果表明滑橇直升机在大重量、高温情况下机体纵向平动模态需用阻尼最大。

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基于极小极大算法的双臂机器人精度提升方法

祖洪飞1，陈章位2,3，毛晨涛2，陈广初4，李杰4

振动与冲击. 2022, 41(2): 312-320.

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针对双臂机器人绝对精度和协作精度的指标要求，基于激光跟踪仪测量的双臂末端三靶球点位数据，使用极小极大的搜索算法，提出了鲁棒的双臂机器人运动学几何参数校准方法。该方法分两步，分别对几何参数和基坐标准直进行校准：首先，分别对左右两臂的几何参数进行校准。在左（右）臂末端安装三个靶球，以三个测量点中的最差绝对定位误差为指标函数建立非线性优化问题，确保校准结果的鲁棒性并提高机器人末端的定向精度，采用二次序列规划法求解。然后，对左右两臂间的坐标准直进行校准。以三靶球中左右臂间的最差协作定位误差为指标函数，采用极小极大算法提升双臂间的协作位姿精度。

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2022年, 第41卷, 第2期　
刊出日期：2022-01-28

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