振动与冲击

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金浏，李健，余文轩，杜修力

振动与冲击. 2022, 41(23): 1-9.

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为研究结构尺寸在不同动态双轴工况下对混凝土破坏行为的影响，建立了考虑混凝土材料非均质性的细观力学分析模型，对不同尺寸的立方体混凝土试件在不同应变率（10-5/s、10-2/s和1/s）和不同侧应力比（0、±0.25、±0.50、±0.75、±1.00和-∞）工况下进行了细观数值模拟。研究了混凝土的动态双轴压缩和压缩-拉伸力学行为以及应变率和侧应力比两个因素对混凝土动态双轴强度及其尺寸效应行为的影响规律，分析与讨论了不同工况下结构尺寸对混凝土动态双轴强度的影响机理。研究结果表明：（1）动态双轴压缩工况下，结构尺寸对混凝土动态双轴压缩强度的影响随应变率增大逐渐被削弱，随侧应力比增大先被削弱而后增强；（2）动态双轴压缩-拉伸工况下，随应变率增大，结构尺寸对混凝土动态主轴压缩强度和动态侧轴拉伸强度的影响均被削弱。随侧应力比增大，结构尺寸对混凝土动态主轴压缩强度的影响被增强，而对混凝土动态侧轴拉伸强度的影响被削弱。（3）逐渐增大的应变率会削弱侧应力比对混凝土双轴强度尺寸效应的影响。
关键词：混凝土；尺寸效应；应变率；侧应力比；动态双轴强度

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基于模态法的高速列车车体关键位置应力谱及寿命评估研究

李传迎1,王秀刚1，吴兴文2，董晓华3，池茂儒3

振动与冲击. 2022, 41(23): 10-18.

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基于刚柔耦合理论，建立了考虑车体高频弹性振动的高速列车刚柔耦合动力学模型，利用模态应力恢复法对服役条件下车体关键位置动应力进行了求解。首先，通过扫频激励方法模拟了车辆典型服役模式，识别了典型服役工况下车体动态薄弱位置。其次，进一步研究了车体动态薄弱位置在不同轮轨匹配等效锥度下的特征应力谱。最后，基于京广线路条件仿真分析了不同轮轨匹配锥度状态下车体关键位置应力谱，并研究了不同应力谱编制方式对车体寿命评估的影响。结果表明：基于扫频激励方法的车体结构动态薄弱位置识别方法，可以有效识别车体结构动态薄弱位置；轮轨匹配等效锥度在镟修周期的动态演变会导致车辆稳定性下降，从而可以显著增大车体关键位置动应力幅值。因此，在车体结构关键位置寿命评估中，考虑轮轨关系动态演变对车辆关键部位应力谱的影响具有至关重要的意义。
关键词：高速列车高频刚柔耦合动力学模型；模态应力恢复；动态薄弱位置；特征应力谱；轮轨匹配等效锥度

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考虑失稳效应的角钢非线性滞回模型研究

刘俊才，田利，毕文哲，刘文棚，孟祥瑞

振动与冲击. 2022, 41(23): 19-26.

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选取不同截面尺寸、长细比和两端约束的等边角钢，开展循环加载试验，研究角钢在低周循环拉压荷载下的滞回行为。基于角钢的滞回特性，考虑受压屈曲效应和塑性应变累积效应，提出了一种非线性滞回模型，通过参数分析对该滞回模型中的关键参数进行拟合与优化。通过与加载试验结果进行对比，验证了该滞回模型能够真实地呈现出角钢在轴向循环拉压荷载下复杂的非线性物理特性：受拉屈服及应变硬化现象、受压屈曲及后屈曲行为、反向受拉加载时的刚度退化现象和受压屈曲承载力退化现象,具有良好的模拟能力且提高了计算效率,为角钢非线性滞回行为的预测研究提供高效且可靠的分析方法。
关键词：角钢；滞回行为；非线性滞回模型；循环加载试验；屈曲承载力

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基于高斯过程回归的桥梁多变量地震易损性分析

闫业祥1，孙利民1,2,3

振动与冲击. 2022, 41(23): 27-35.

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本文建立了一种基于高斯过程回归的多变量地震易损性分析方法，可以将易损性表达为由地震动强度指标和结构参数组成的矢量输入的多元函数，并以此为基础发展了均值易损性曲线与包络易损性曲线，能够定量分析所有不确定参数对易损性的影响。以一座三跨钢筋混凝土连续箱梁桥为例进行了分析与验证，结果表明所提出的方法能够以数百次的动力分析达到与蒙特卡罗法(数十万次动力分析)相一致的精度；并识别了不同的地震强度指标对易损性的影响，发现任何单一的参数均会造成易损性的不精确(离散)呈现；对于本文算例，结果显示平均谱加速度是一个用来生成最小离散度的均值与包络易损性曲线的最优指标。
关键词：多变量地震易损性分析；均值易损性曲线；包络易损性曲线；高斯过程回归；钢筋混凝土连续梁桥

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利用非对称阻尼切换控制车体升降的车高求解研究

蔡琛1，姚嘉凌1,田松梅2

振动与冲击. 2022, 41(23): 36-42.

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非对称阻尼会使车辆车身振动的平衡位置会发生变化，受此现象启发，提出一种控制半主动悬架可调阻尼的不对称切换，利用悬架分段线性非线性系统振动升降车体的思想方法，此思想方法为汽车高速转向、紧急避让等情况下的车高和姿态控制提供了新的理论和方法。实施这种高度控制需要确定在不同行驶工况下车体升降高度与不对称阻尼、车速及路面输入的对应关系。根据分段线性非线性系统传递率对于外界激励振幅具有独立性的特点，在一种阻尼不对称工况下进行正弦扫频激励，将此非线性系统线性化并获得其传递函数，采用线性系统的求解方法求得车体升降高度的功率谱密度，进而求得其均方根值。在不同车速、路面输入及不对称阻尼的工况下分别将系统线性化并求得其传递函数，进而求得在随机或简谐路面激励下车体的升降高度，通过优化拟合的方法建立车体升降高度和相关工况参数的数学模型，通过仿真验证了此数学模型具有较高准确性。
关键词：阻尼可调减振器；车体升降高度；分段线性系统；线性化方法；振动利用

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基于扰动响应的输油管道泄漏检测方法

尹渊博1,2，袁辰1,2，杜荟敏3，崔兆雪4，刘翠伟1,2，李玉星1,2

振动与冲击. 2022, 41(23): 43-50.

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当管道无法产生足够的瞬态扰动时，将无法利用管道内部流动进行管道状态诊断，而基于扰动信号压力响应的管道泄漏检测方法可以克服这一缺陷。向有泄漏孔的管道引入扰动信号，通过分布式传感器采集动态压力，识别分析待测管道泄漏孔处对扰动信号的反射，实现泄漏检测与定位。同时，基于动网格技术模拟阀门启闭,建立了二维仿真模型，分析反射信号特征，得到了十分理想的检测效果。结果表明，扰动信号反射波的识别精度达7.659%，边界末端反射波的识别精度为0.121%，泄漏点定位误差为4.447%；而模拟结果可以实现精确定位。此外针对不同因素的影响进行分析，结果表明，扰动信号瞬态特征越强，泄漏孔尺寸越大，反射信号越明显，而管道运行压力对检测效果的影响十分有限。该方法与传统的泄漏检测方法相比具有明显的优越性，对于提高输油管道完整性管理水平具有极大的应用价值。
关键词：泄漏检测；压力响应；反射信号；动网格

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钻孔水射流冲击破煤岩特性及机制研究

高亚斌1,2,向鑫1,2,郭晓亚1,2,韩培壮1,2

振动与冲击. 2022, 41(23): 51-59.

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钻孔水射流增透技术是目前最具发展潜力的一类煤矿智能化瓦斯抽采技术，为了在智能化设计中明确技术参数，针对钻孔环境下水射流的冲击破煤岩特性和机制，分析了影响钻孔水射流破煤岩性能的关键参数，探讨了接触面形状对钻孔水射流破煤岩特性的影响规律，提出了水射流的多层级冲击破煤岩机制。研究结果表明：水射流冲击钻孔形成的破碎深度、破碎直径和破坏时长较冲击平面时分别浅43%、大30%和多1.3倍；水射流对煤岩体的破坏效果是外部射流冲击载荷（动载）和内部孔隙压力载荷（静载）共同作用结果；钻孔内水射流对煤岩体的破坏形式以动静载结合作用为主，射流冲击应力更易传导到煤岩体内部，造成更多裂隙通道，产生更优的卸压增透效果。
关键词：水射流；钻孔；卸压增透；破煤岩；智能化

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开放式水泵旋转双隔舌蜗壳内压力脉动特性的试验研究

张金凤1，朱益磊1，李亚林1,2，黄萍1，徐慧2，郑峰2

振动与冲击. 2022, 41(23): 60-66.

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为了揭示新型开放式水泵旋转双隔舌蜗壳内压力脉动特性和规律，以水槽式洗碗机关键核心部件-开放式水泵为研究对象，基于创新的旋转压力脉动测试技术和设备，首次得到双隔舌蜗壳被动旋转、不同叶轮转速以及不同水位下监测点的脉动时域信号，并进行频域分析。试验结果表明：蜗壳被动旋转过程中消耗能量，导致蜗壳被动旋转时压力脉动平均幅值小于蜗壳静止时的压力脉动平均幅值。由于蜗壳中隔舌的周期设计，在叶轮旋转一周的时间内，压力脉动曲线出现2倍叶片数的波峰和波谷。与蜗壳静止相比，蜗壳被动旋转过程中叶轮与蜗壳的相对速度减小，这使得在叶轮转速为2000rpm、2200rpm、2400rpm以及2600rpm时，蜗壳旋转时的压力脉动主频略小于蜗壳静止时的压力脉动主频。脉动强度与监测点位置相关，位于后泵腔位置监测点压力存在负值，靠近出口位置监测点受到蜗壳喷淋臂上喷嘴射流的影响，脉动曲线变得紊乱，监测点距离复合式叶轮越远，脉动振幅越小。泵在低水位运行时，泵内进入空气，脉动曲线周期性不明显，此时脉动主频为1倍轴频。水位越高，蜗壳被动旋转过程中受到阻力越大，导致脉动主频在水位48mm和66mm时分别为2倍叶频和1倍叶频。本试验采用的旋转测试装置解决了旋转时压力脉动测试问题，为类似问题提供参考。
关键词：开放式水泵；双隔舌蜗壳；压力脉动；轴频；叶频；蜗壳被动旋转

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基于动态加权的多尺度残差网络旋转机械故障诊断算法

史红梅，郑畅畅，司瑾，陈晶城

振动与冲击. 2022, 41(23): 67-74.

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针对传统的机械故障诊断方法特征提取困难问题，提出一种新颖的基于特征通道重标定的动态加权多尺度残差网络旋转机械故障诊断方法。首先，将原始数据作为网络的输入，设计宽卷积层进行信息初步融合扩大模型的感受野；再分别构建三个独立的以残差块为基础的并行分支网络，通过设计多尺度卷积核分别从并行分支网络提取深度特征；接着设计动态加权层建立全局信息建模特征通道之间的动态非线性关系，对每个尺度的特征通道进行重标定，提高网络对故障信息的敏感性；最后，将三个尺度的特征进行特征融合，通过分类器实现故障诊断。在多个数据集上进行实验，验证了本文所提算法的有效性。
关键词：旋转机械故障诊断；动态加权；一维残差网络；多尺度学习

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悬挑结构抗风拉索弹簧-阻尼减振支座性能试验与风振控制研究

区彤1，任红霞2，谭坚1，汪大洋2，张艳辉1，刘思秦2

振动与冲击. 2022, 41(23): 75-85.

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为提高大跨悬挑结构的抗风性能，提出将圆柱螺旋弹簧与筒式黏滞阻尼器相结合设计形成弹簧-阻尼减振支座，并将其布置在柱顶与拉索配合起到竖向减振的作用。对该弹簧-阻尼减振支座的力学性能进行试验研究，依次开展了轴向刚度与低周往复加载试验共计61种工况，探究了静位移、位移幅值与加载频率对支座力学性能的影响，并基于有限元软件对安装弹簧-阻尼减振支座前后的体育场结构进行风振动力响应分析。结果表明，支座的轴向刚度随加载等级的增加而增大；支座的滞回耗能性能随位移幅值的增加而增大，等效阻尼比和等效刚度则随位移幅值的增大而减小；与支座性能随位移幅值的变化情况相比，其力学性能随加载频率的变化幅度更小，各个区段变化范围均小于±10%；静位移对支座的滞回耗能性能、等效刚度和等效阻尼比影响较小。弹簧-阻尼减振支座对大跨悬挑结构的风振响应具有显著的控制效果，最大达92.16%，平均38.79%。
关键字：大跨悬挑结构；弹簧-阻尼减振支座；性能试验；耗能性能；风振控制

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含多状态啮合与时变参量的直齿锥齿轮动态特性

苟向锋，李谷雨，朱凌云

振动与冲击. 2022, 41(23): 86-93.

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为研究直齿锥齿轮传动的动态特性，建立考虑多状态啮合特性的直齿锥齿轮传动系统弯-扭-轴动力学模型。根据锥齿轮啮合原理，用微元法计算系统载荷分配率和时变啮合刚度。以某汽车差速器中直齿锥齿轮参数为例，采用变步长四阶Lunge-Kutta法求解系统非线性动力学方程。定义三种不同Poincaré截面，结合正压力时间历程图、相图、Poincaré映射图、分岔图及最大Lyapunov指数，研究啮合频率与综合传递误差对系统动力学特性的影响。研究结果可为直齿锥齿轮传动系统参数设计及动态特性控制提供理论依据。
关键词：直齿锥齿轮；多状态啮合；时变参量；非线性动力学；微元法

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空气阻尼网孔式弹性垫减振单元理论模型研究

和振兴，白彦博，包能能，贠剑峰，石广田

振动与冲击. 2022, 41(23): 94-101.

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弹性垫在减振和隔震领域应用广泛，为了提高弹性垫的阻尼，提出一种具有空气阻尼的网孔式弹性垫结构。利用材料的弹性差异，在网孔式弹性垫不同材质层内形成主气室和附气室，两个气室之间用节流孔联通。建立了空气阻尼网孔式弹性垫减振单元的理论模型，研究发现节流孔孔径、气室体积比是影响弹性垫刚度和阻尼的关键参数。有限元计算结果表明随着节流孔孔径的增大，弹性垫的动刚度随之增大，阻尼的变化趋势与刚度相反；减小气室体积比，弹性垫的动刚度会随之减小，而阻尼比会增大。节流孔孔径和气室体积比对弹性垫阻尼的影响比刚度明显，其中气室体积比对阻尼的影响最为显著。
关键词：空气阻尼；弹性垫；节流孔孔径；气室体积比；阻尼比

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双向激励下非线性压电俘能系统的稳态响应分析

夏光辉1,2,3,康小方1,2,3,李聪1,陈雷雨2,3,许庆虎1,2,3,满大伟1,2,3

振动与冲击. 2022, 41(23): 102-108.

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基于基础激励的多向性和实际环境中的低频率环境，研究了在固定基础端受到水平和垂直双向激励的附加端部质量块悬臂梁压电俘能系统的非线性稳态响应问题。通过Hamilton原理对一个附加端部质量块悬臂梁双晶片压电俘能系统模型的非线性偏微分方程进行理论推导和计算分析。假设此悬臂梁为轴向不可伸长的Euler-Bernoulli梁，此模型主要包含几何非线性和阻尼非线性。利用Galerkin法将非线性偏微分方程降阶得到双向激励作用下附加端部质量块悬臂式压电俘能系统的机电耦合运动微分方程。采用多尺度法研究压电俘能系统在其主要的一阶共振情况下的响应，获得了俘能系统的垂直位移、输出电压和输出功率的解析表达式。得到其主要一阶垂直位移幅值，输出电压幅值和输出功率幅值。分析了不同激励情况下，激励相位等对压电俘能系统俘能性能的影响。
关键词：双向激励；非线性；压电俘能；多尺度法；相位

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SH波斜入射下河谷场地非一致地震动特性及影响因素分析

赵磊超1，宋志强1,王飞1，刘云贺1，张存慧2

振动与冲击. 2022, 41(23): 109-118.

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基于间接边界积分方程法（IBIEM），分析了SH波入射下梯形河谷表面地震动特性和分布规律，研究了地震波斜入射角度、斜坡坡度、底宽以及场地剪切波速对场地地震动特性及非一致分布规律的影响机制，深入分析了不同剪切波速下河谷散射效应对地基截断边界地震动场的影响规律。结果表明，随着左侧斜入射角的增大，左侧斜坡放大效应逐渐增强，两岸地震动非一致分布特性越趋明显。左侧斜入射地震波，随着斜坡变缓，地形散射效应引起的放大区域逐渐向右扩展，两岸坡顶及坡脚地震动非一致性增强；随着底宽的增大，地形散射效应引起的放大区域逐渐由右扩展，坡脚相对位移对底宽变化敏感，两岸坡脚地震动非一致性增强；波速较小情况下，河谷散射效应显著，左侧坡顶位移峰值最大为右侧坡顶的1.45倍，两岸地震动非一致性明显。在截断边界输入地震动时，应充分考虑河谷地形散射效应，将自由场和散射场组成的总场作为输入，以获得合理准确的地震动输入。
关键词：IBIEM；河谷地形；SH波；非一致特性；散射效应；

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改进星形蜂窝结构面内动力学响应及能量吸收特性研究

胡锦顺1,2，林永水1,2，陈威1,2，李晓彬3，吴卫国4

振动与冲击. 2022, 41(23): 119-128.

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为提高蜂窝结构的吸能稳定性，基于星形蜂窝结构(SSH：star-shape honeycomb)，采用箭头代替其水平壁，并引入与四个凹角接触的方形薄壁，构建了一种改进星形蜂窝结构(ISSH：improved star-shape honeycomb)。基于冲击波理论，确定了改进星形蜂窝的低、中、高压溃速度的范围。基于有限元仿真分析了不同冲击速度下的变形模式和吸能特性。结果表明，在不同的冲击载荷下，ISSH具有更高的比能量吸收。基于典型单元的变形特征，构建了理论分析模型，基于能量守恒与动量守恒得到了其在低速和高速加载下的平台应力，理论计算与数值模拟结果呈现出较好的一致性。结果表明：与SSH相比，箭头形和方形薄壁结构的引入提高了ISSH变形的稳定性，ISSH具有更强的吸能能力。研究结果有助于抗冲击防护结构设计。

关键词：星形蜂窝；平台应力；变形模式；比吸能；应力-应变曲线

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小行星探测器附着碎石层的稳定性分析方法

王辉1，董洋1，丁建中1，刘学翱1，王春洁1，2

振动与冲击. 2022, 41(23): 129-139.

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小行星探测器在星体表面的稳固附着是探测任务的关键所在。本文以某型小行星探测器为研究对象，将离散元方法和多体动力学仿真方法相结合，建立了同时考虑缓冲机构作用和碎石层碰撞作用的耦合仿真模型，用来分析小行星探测器在碎石层的附着稳定性。而后，给出了探测器附着稳定性的综合评价参数，并在此基础上，针对典型附着工况，采用耦合仿真模型分析了探测器的附着稳定性。在特定的竖直速度下，通过全因子试验设计方法选取样本点，基于耦合仿真模型的计算结果，利用三阶多项式建立性能评价参数关于不同碎石层坡度、探测器水平速度和偏航角的代理模型，并利用代理模型确定了探测器的附着稳定性边界，分析了不同工况参数下的稳定性边界变化趋势。最后，根据稳定性边界分析结果，确定了三组恶劣附着工况，并在此基础上分析了竖直速度对附着稳定性的影响。本文提出的研究方法对于我国未来小行星附着探测任务的顺利开展具有一定的指导意义。
关键词：小行星探测；多体动力学；离散元；耦合仿真；稳定性分析

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生土砌块墙体地震失效机理试验研究

刘寅1，袁康1,2，叶坤祥1，张奋杰1

振动与冲击. 2022, 41(23): 140-150.

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为研究生土砌块墙体的地震失效机理，对基于典型尺寸的实体墙、带门洞墙，以及带窗洞墙等3类墙体1:2.5缩尺模型试件进行了低周往复水平加载试验，获取了墙体从开裂到倒塌的失效全过程损伤演变规律以及滞回曲线、骨架曲线、延性系数等抗震性能指标，建立了抗剪承载力计算公式，并在相关文献统计数据的基础上探讨了生土砌块墙体的抗震性能评估指标量化取值。研究表明：典型尺寸的生土砌块墙体在地震作用下发生剪切破坏，最终以墙体“X”型主裂缝交汇处砌体被压碎，两侧三角型区域砌体脱落标志着墙体倒塌失效；生土砌块墙体承载能力、变形能力、耗能能力及延性系数均随开洞率增大而降低；采用基于剪摩理论的生土砌块墙体抗剪承载力计算公式可获得与试验误差较小的结果；依据我国现行《建筑抗震设计规范》中抗震性能设计目标划分，给出了无约束生土砌块墙体基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏、墙体倒塌5个性能水准的层间位移角上限建议值，分别为1/2000、1/350、1/180、1/100。
关键词：生土砌块墙体；低周往复水平加载试验；失效机理；抗剪承载力；抗震性能评估

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电磁惯性质量阻尼器对斜拉索的减振性能分析

谢静，袁波，郑勇

振动与冲击. 2022, 41(23): 151-159.

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为了验证电磁惯性质量阻尼器（EIMD）对斜拉索自由振动的减振效果，基于D’Alembert原理建立EIMD与斜拉索共同作用的非线性自由振动方程。在误差允许范围内忽略抗弯刚度，拉索自身纵向惯性力和阻尼力，以及外部动态荷载的情况下，研究平面内横向振动、平面外振动的拉索动位移。通过标准伽辽金(Galerkin)法简化振动方程，搭建Simulink动力仿真模型对拉索振动方程进行数值模拟计算，得出斜拉索跨中平面内外位移-时间曲线。通过对比拉索自由振动位移可以得出：安装EIMD后，斜拉索平面内振动位移相较于原索振动降低73.3%，平面外振动位移相较于原索振动降低72.5%。建立并求解斜拉索-EIMD线性自由振动方程，分析拉索垂度对阻尼器控制效果的影响程度。
关键词：电磁惯性质量阻尼器；拉索自由振动；减振；电能

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单边碰撞分数阶Rayleigh振子的随机P-分岔

孙万奇1,王军1,2,申永军1,2，张建超2

振动与冲击. 2022, 41(23): 160-167.

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基于非光滑变换和随机平均法分析了随机激励下含有分数阶微分的Rayleigh振子碰撞振动系统的随机P-分岔问题。首先，基于Caputo定义计算了分数阶导数，将分数阶微分等效为相应的阻尼力与恢复力，并用非光滑变换将原系统等效为一个新的不含速度跳的系统；其次，基于随机平均法建立了随机伊藤方程，得到了随机响应的Markovian近似,进而计算出系统的概率密度函数及其稳态解；最后，引入突变理论推导出随机P-分岔的临界参数条件表达式，并分析了分数阶系数、分数阶阶次、恢复系数等主要参数对分数阶Rayleigh振子碰撞系统发生分岔的影响。
关键词：单边碰撞；分数阶；随机平均法；非光滑变换；随机P-分岔

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流致涡激振动压电发电风能采集技术模拟研究

杜小振，P.A.Mbango-Ngoma，常恒，张咪，王宇

振动与冲击. 2022, 41(23): 168-174.

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为了实现风能驱动压电能量采集器振动发电，给野外生态环境检测传感器长期供能。研究流致涡激振动将层流风能转换为高频振动，提高压电发电效率。基于ANSYS流场分析的CFD数值仿真分析软件建立涡激振动尾流区域流场压电俘能发电模型。设置多个流场激振特性监测点，分析流经钝体产生的涡街脱落尾流区空气压强，模拟波动气压驱动压电振动发电输出特性。采用三种钝体结构分析不同风速作用下钝体尾流区域漩涡脱落特性，研究钝体尾流区压力变化情况，优化系统气流动态特性，获取最佳能量采集区域。将涡激振动引起的波动空气流场与聚偏氟乙烯（PVDF）压电薄膜结构结合，分析流致涡激压电薄膜振动变形特性与和输出电能。结果表明：尾流区域各点振动强度存在较大差别；风速增加，涡激振动频率增显著加；三角形钝体尾流区涡激振动强度较高，压电发电输出能量提高。
关键词：风能；涡激振动；压电能采集；PVDF；自供能

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基于深度强化学习的拉索智能减振算法

陈孝聪1，张恩启1，程斌1，王浩2

振动与冲击. 2022, 41(23): 175-181.

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为了降低振动控制算法对拉索-MR阻尼器系统动力学模型精度的依赖性，提出一种基于深度强化学习理论的无模型减振算法。该方法利用控制模块与环境之间的交互实现对拉索振动的自适应半主动控制，依据拉索特定点响应状态在线调节阻尼器施加电压，降低反馈控制要求。为验证智能控制算法的有效性，采用Galerkin法建立拉索-MR阻尼器环境模型，并以实桥拉索减振设计为例对比分析了粘滞阻尼器多模态控制、Bang-Bang控制、深度强化学习控制对拉索的风振控制效果。结果表明：在随机风荷载作用下，深度强化学习控制算法不仅能够实现对拉索的无模型振动控制，且控制效果优于粘滞阻尼器多模态控制和MR阻尼器的Bang-Bang控制。
关键词：拉索；振动控制；深度强化学习；MR阻尼器；风致振动

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多阶适时控制连接装置设计参数分析

陈士通1,2，张茂江1,2，许鑫祥1,2，李然1,3

振动与冲击. 2022, 41(23): 190-200.

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为明确MTC装置力学性能及设计参数影响的一般规律，针对力学性能开展拟静力试验研究，并采用有限元模型进行验证分析，在此基础上基于正交试验设计开展MTC装置初始刚度参数影响显著性分析，并探究MTC装置初始刚度在显著性参数影响下的变化规律。结果表明，考虑装配间隙调整后有限元与试验所得连接刚度较为一致，所建有限元模型可反映MTC装置连接刚度实际变化情况；MTC装置初始刚度参数影响显著性顺序为耗能挡板高度、厚度、短底边长度、长底边长度、挡板间距；耗能挡板高度、厚度及短底边长度为影响MTC装置初始刚度的显著性参数，利用MTC装置进行连续梁桥抗震设计时可适当改变三者取值对装置初始刚度进行调整，以实现理想减震效果。
关键词：MTC装置；力学性能；初始刚度；设计参数；正交试验；参数分析

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风载和地震波联合作用下风电机组钢混组合式塔架响应控制研究

张栋梁1,2,汤群益1,2,李天昊1,2,付坤1,2,彭子腾1,2,袁中帅1,2

振动与冲击. 2022, 41(23): 201-210.

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为了探究钢混组合式塔架结构（混塔）在风载荷和地震波联合作用下的结构响应，建立了钢混组合式塔架的有限元模型，采用Davenport 脉动风速谱，基于AR线性滤波法对脉动风速进行时程模拟；并基于结构所处的场地条件，对混塔进行相应的地震波时程分析。在此基础上，采用基础隔震结构、单个调谐质量阻尼器（STMD）和分布式多重调谐质量阻尼器（D-MTMDs）结构、以及隔震结构和D-MTMDs结构组合而成的混合控制结构等一系列控制方法对混塔的响应进行了控制，并采用了七种评价指标对各控制方法的优劣进行了相应的评估。计算结果表明，混合控制结构可以结合隔震结构和D-MTMDs结构的控制优点，不仅展现对风载响应的良好控制，也显示出对风载和地震波联合载荷响应优异的控制效果。
关键词：混合控制；钢混塔架结构；分布式多重调谐质量阻尼器；风载荷；隔震模型；地震响应

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滚石冲击EPE-砂土复合垫层明洞动力响应研究

王东坡1，易雪斌1，周良坤2，闫帅星1，刘彦辉3

振动与冲击. 2022, 41(23): 211-221.

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明洞顶部铺设缓冲垫层是提升明洞结构抗滚石冲击性能的重要措施之一，传统垫层主要以砂土材料为主，存在自重大、缓冲效果差等缺点。为此，引入具有轻质、高回弹性能的发泡聚乙烯（EPE）材料，并与砂土组成EPE-砂土复合明洞垫层结构，采用物理模型试验及数值模拟手段，开展滚石冲击EPE-砂土复合垫层明洞动力响应研究及优化设计。研究表明：当垫层总厚度一定时，与传统砂土垫层、纯EPE垫层相比，EPE-砂土复合垫层在减缓滚石冲击力和降低下覆顶板应力及位移上均表现出更好的耗能缓冲效果；进一步，将EPE-砂土复合垫层应用于汶马高速桑坪隧道明洞工程中，通过多组工况数值模拟计算表明：当垫层总厚度设计为1.5 m时，在最大滚石设计冲击能级（1621 kJ）条件下，EPE-砂土复合垫层采用厚度比值为4：1（砂土材料1.2 m，EPE材料0.3 m）时具有最佳防护效果。研究成果可为明洞工程EPE-砂土复合垫层设计提供理论依据及技术支持。
关键词：滚石；EPE-砂土复合垫层；动力响应；优化设计

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独立式石箍窑洞加固模型振动台试验研究

薛建阳1，凌怀泉1，周汉亮1，张风亮2，赵湘璧1

振动与冲击. 2022, 41(23): 222-229.

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应用配筋砂浆带等加固技术对一缩尺比例为1/4的独立式石箍窑洞震损模型进行加固，并对其进行模拟地震振动台试验，以研究独立式石箍窑洞加固模型的动力响应与抗震性能。通过白噪声扫频得到该模型各阶段的自振频率和阻尼比等动力特性，并研究了模型结构的破坏特征、动力响应及其滞回耗能。试验研究结果表明：随着输入地震动峰值加速度的增加，模型结构的自振频率和刚度下降，阻尼比增大，加速度放大系数呈下降趋势；在水平X向（面阔方向）地震作用下，窑脸侧拱顶的加速度响应大于背墙侧拱顶，中孔拱顶的加速度响应大于边孔拱顶的，中拱拱脚的相对位移值始终大于边拱拱脚，甚至大于边拱拱顶；在峰值加速度为1.00 g的地震激励后，结构顶部、拱顶和拱脚的X向最大侧移角分别达到了1/29、1/229和1/201。模型虽局部破坏明显，但仍未出现整体倒塌趋势，表明本文提出的方法对独立式石箍窑洞的加固效果显著。
关键词：独立式石箍窑洞；震损模型；加固；振动台试验；地震响应

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近场地震作用下近海单桩风机动力响应分析

徐亚洲，段静

振动与冲击. 2022, 41(23): 230-240.

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基于FAST v7开发地震分析和土-结相互作用（Soil Structure Interaction，SSI）模块，形成气动-水动-地震-伺服-土结耦合仿真平台FAST-S，并采用Seismic和ABAQUS验证地震分析模块的计算精度和可靠性。通过扩展的FAST-S平台，建立考虑SSI效应的5MW近海单桩风机模型，分析风、波浪和地震之间的耦合效应以及研究近场地震动速度脉冲对停机和运行状态下风机支撑结构动力响应的影响。结果表明：地震加剧了塔顶振动，风浪荷载对减轻地震诱发的塔顶振动有一定作用；气动载荷、水动载荷和地震载荷之间存在非线性耦合关系，计算时应充分考虑风-浪-地震耦合效应；近场地震速度脉冲会增大停机和运行状态下风机的塔顶位移、塔顶加速度和泥线处弯矩，结构设计时应注意脉冲型地震动对结构产生的不利影响，特别是停机状态下风机的结构安全。
关键词：近海风机；地震分析模块；土-结相互作用；近场地震动；结构动力响应

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基于Peano分形的亚波长尺度声学超材料

吴光华,柯艺波,张林,陶猛

振动与冲击. 2022, 41(23): 241-248.

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基于Peano分形曲线设计了亚波长尺度的二维分形结构，该结构在特定频率范围内具有负质量密度和负体积模量，利用S参数法和传递矩阵的方法计算出等效质量密度和等效体积模量。基于有限元方法研究了分形结构在特定频率范围内声波的调控特性如近零密度传输、声隐身、声隧穿和波前整形等，分析了这些声特性与分形结构透射系数峰值频率的对应关系。基于3D打印技术制作了分形结构样品，实测的透射系数与计算分析结果有很好的一致性，说明了分析方法的有效性。结果表明，设计出的超材料有着特殊的声学参数，在[0, 1600]Hz内有多条带隙，可以用于低频下的滤波和声调控。
关键词：分形结构；声调控；带隙特性；近零密度传输；声隐身

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基于脚步诱发结构振动的人员特征身份识别研究

侯兴民，李冉，张玉洁

振动与冲击. 2022, 41(23): 249-256.

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身份识别是安防领域一项重要工作，目前生物特征识别方法主要利用静态生理特征，利用脚步振动信号进行身份识别研究相对较少，本文提出利用行走过程中脚步诱发结构振动信号的差异性来识别人员。基于能量阈值法检测脚步事件与非脚步事件，对不同测试人员单一脚步事件在时域、频域方面共16个脚步特征参数进行了对比分析，研究发现可以将不同特征组合下参数差异性作为身份识别的依据。为了验证方法的有效性，采用支持向量机（SVM）作为分类工具，测试人数为10人数据样本500个情况下，选用16个脚步特征参数平均识别率为79.21%；采用皮尔逊相关系数法筛选出彼此不相关的10个脚步特征参数平均识别率为91%，相比于采用16个脚步特征参数平均识别率提高了11.79%；对比了在不同SVM核函数下分类工具对选取的10个脚步特征参数平均识别率的影响，结果采用线性核函数下平均识别率最高达到96%。结果表明，有效的脚步特征参数组合适用于小样本下的身份识别。
关键词：身份识别；脚步振动信号；事件检测；特征提取；支持向量机(SVM)

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基于空间坐标与振动特征融合的机床切削状态分类方法

王晶1,2，程晓斌1,2，高艳1，王勋1，杨军1,2

振动与冲击. 2022, 41(23): 257-264.

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t分布的随机邻域嵌入（t-distributed stochastic neighbor embedding, t-SNE）常被用作机床切削状态分类中的特征选择方法，以学习切削参数之间的潜在关系。为了提高切削状态分类的精度，融合振动信号特征与切削激励点的空间坐标，提出了空间坐标嵌入的t分布的随机邻域嵌入方法（spatial coordinate embedded t-SNE, Ct-SNE）。该方法采用振动信号构建高维特征空间，将空间坐标作为物理信息嵌入至特征空间，以优选出类内相似度高、类间差异性大的特征。实验采集了三轴立式铣床加工的数据，对比了传统t-SNE方法与Ct-SNE方法的可视化结果和切削状态分类的准确性。结果表明，与传统方法相比，切削激励点的空间坐标的引入可以提高振动特征的可区分度，显著提升切削状态分类的准确率。
关键词：状态监测；t分布的随机邻域嵌入；特征选择；振动监测；空间坐标

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压电陶瓷支承对梁的横向振动与支反力抑制作用

何晋丞1,2，陈国平1,2，谭星1,2，陈卫婷1,2，何欢1,2

振动与冲击. 2022, 41(23): 265-274.

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当多跨结构受到横向载荷产生振动时，支承与基座衔接处往往产生较大的支反力。针对该问题，以双支承的梁系统为例，基于压电换能原理，采用柱状压电陶瓷支承作为减振元件，并对其减振效果进行了理论分析。利用Hamilton原理推导了压电机电耦合边界条件下该系统的振动微分方程。结合有限元法和偏微分方程数值计算方法，对不同种类压电材料的机电耦合系统进行了模态分析和动力学响应计算。计算结果表明压电陶瓷支承可以有效抑制多跨结构中支承传递到基座的振动和支反力。
关键词：压电陶瓷；有限元分析；动力响应；模态分析

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轴压比与剪跨比对部分包覆钢-混凝土组合剪力墙抗震性能影响研究

杨宇焜1,赫约西1,2,蒋路1,徐国军1,黄亚男3

振动与冲击. 2022, 41(23): 265-274.

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与传统钢筋混凝土剪力墙相比，部分包覆钢-混凝土组合剪力墙（PEC剪力墙）具有自重小、延性好和施工方便等特点。本文通过低周反复加载试验，探究6个PEC剪力墙试件在不同轴压比和剪跨比下的抗震性能，试验结果表明：PEC剪力墙试件均表现为典型的压弯破坏，滞回曲线较为饱满，耗能性能良好。试件极限层间位移角达1/56，超过罕遇地震下规范限值要求，具有良好的变形能力。随着轴压比的增大，试件的刚度和耗能能力呈先增大后减小的趋势，延性降低明显；随着剪跨比的减小，试件的承载力和刚度有较大幅度提高，但其耗能能力降低、刚度退化速度加快。
关键词：部分包覆钢-混凝土组合剪力墙；轴压比；剪跨比；拟静力试验；抗震性能

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敲击声学法在钢板孔洞缺陷检测中的应用

聂此槿1，范书立1，霍林生1，孔庆钊2

振动与冲击. 2022, 41(23): 275-282.

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针对目前钢板孔洞缺陷检测方法存在效率低和成本高等不足，研究了敲击声学无损检测方法检测钢板孔洞缺陷的可行性。利用COMSOL Multiphysics仿真软件建立八种含孔洞缺陷钢板的声固耦合模型，进行孔洞缺陷检测仿真，得到无孔和有孔钢板声信号。通过分析声信号时域波形图衰减快慢、功率谱峰值是否单一以及峰值频率大小变化等可以定性识别钢板大孔洞缺陷。对四种工况钢板进行敲击试验，通过仿真与试验声信号功率谱图对比，验证了模拟敲击声场的可行性。将得到的仿真和试验时域信号变换到频域和时频域中，在三种域内共提取45个特征指标进行研究。结果表明，小波包域的能量比累积变异值、能量比偏差和能量比方差三个指标对钢板孔洞缺陷敏感，可以定性地识别钢板孔洞缺陷大小。
关键词：钢板；孔洞缺陷；敲击声学法；小波包

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基于小波能量谱的盾构隧道损伤间接识别

罗辉1，周剑锋1,2

振动与冲击. 2022, 41(23): 283-292.

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地铁盾构隧道结构的健康服役对城市轨道交通运输的正常运转至关重要。以超长线状盾构隧道为研究对象，结合间接测量法和小波分析方法，提出了一种基于小波能量谱的盾构隧道损伤间接识别方法。建立了移动车辆和盾构隧道耦合振动的有限元模型，对车辆匀速通过盾构隧道的垂向振动加速度响应进行连续小波变换，得到信号能量谱在时间域内分布，构建基于小波能量谱的盾构隧道损伤识别指标。数值算例表明该方法可以准确识别盾构隧道单损伤和多损伤工况，并分析了车速、测量噪声、粗糙度等因素对损伤识别结果的影响。最后通过实验室试验验证了本文所提盾构隧道损伤间接识别方法的有效性。
关键词：盾构隧道；间接测量法；小波能量谱；损伤识别；车辆响应

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嵌入双层阻尼薄膜共固化复合材料带筋结构的自由振动

王绍清1，郑长升2,梁森3

振动与冲击. 2022, 41(23): 293-299.

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为探究嵌入双层阻尼薄膜共固化复合材料带筋结构的振动特性，根据一阶剪切变形理论建立了该结构的动力学解析模型，将复模量理论和复合材料力学理论相结合，推导了其复数形式的控制方程，采用纳维法得到了满足位移边界条件的理论解，将理论解同有限元结果进行对比，验证了该模型的有效性。进一步利用已验证理论模型分析了结构的几何和材料参数对其动力学特性的影响。结果表明：结构固有频率随着筋条高度和宽度的增大而增大；随着筋条高度和宽度的增加，结构损耗因子随之减小；当两阻尼层剪切模量之比较大时，结构的固有频率和损耗因子对其剪切模量之比的变化不再敏感。
关键词：粘弹性材料；共固化；固有频率；损耗因子；带筋结构

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平稳随机载荷的灵敏度分析识别方法

夏鹏1,2，杨特1，王乐1,杨智春1

振动与冲击. 2022, 41(23): 300-306.

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提出了一种基于灵敏度分析的平稳随机动载荷分段时域识别分析技术。将平稳随机动载荷样本分为若干小段，把每一小段内的平稳随机动载荷表示为正弦级数叠加的形式，通过灵敏度迭代分析来确定相应正弦级数的幅值，从而确定该时间段内结构所受的平稳随机动载荷。最后将各个时间段组合，即得到平稳随机动载荷样本的识别结果。实验结果表明，灵敏度分析识别方法能够很好地识别出作用在结构上的随机动载荷，并具有良好的抗噪性。
关键词：结构动力学；灵敏度分析；载荷识别；随机动载荷

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适应负载变化的准零刚度扭转隔振器设计与分析

张春松1，李学勇1，2，3，张硕1，徐定民1

振动与冲击. 2022, 41(23): 307-314.

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针对现有准零刚度扭转隔振器仅适用于恒定负载的问题，设计了一种通过调节正刚度来适应负载变化，同步调节负刚度使隔振器始终工作在准零刚度状态的新型准零刚度扭转隔振器。该隔振器由提供负刚度的扭转磁弹簧和提供正刚度的弹簧片组成，其中扭转磁弹簧由径向磁化的内、外环磁铁组成，通过调节内、外环的轴向相对位置改变负刚度，利用等效磁荷法得到了磁弹簧的扭矩计算模型，分析了弹簧片参数对正、负刚度匹配后刚度特性的影响。建立了系统的动力学模型，采用谐波平衡法求解了隔振器的动态响应，分析了激励幅值和阻尼比对隔振器隔振性能的影响，结果表明，扭转隔振器在不同载荷状态下均具有良好的低频隔振效果。设计制造了隔振器样机，并进行了不同静载荷状态下的静力学实验，实验得到的扭矩-角位移曲线与理论计算结果吻合良好，实验结果表明，该隔振器可以通过调节磁弹簧的轴向相对位置和弹簧片的有效作用长度，实现正、负刚度的同步调节。
关键词：扭转隔振；准零刚度；可变负载；非线性分析

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基于特征映射平面的塔机塔身钢结构损伤快速识别方法

杨蕊1,宋世军1,宋连玉2,安增辉1,臧泓源1,张会敏3

振动与冲击. 2022, 41(23): 315-321.

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为有效地提高塔机运行状态在线监测效率，提出一种塔机塔身损伤状态快速判别方法。构建塔身不同损伤位置组合状态下的塔机结构，并采集恒定载荷工况各损伤状态下的塔机回转一周时的塔身顶端空间位置数据集；将空间位置数据进行3个弦函数和拟合，提取拟合得到的正弦函数的幅值、频率、相位等特征向量集；将各损伤状态在x轴和y轴方向上拟合的特征向量集作为三角形顶点构建特征平面集，并以完好状态下的特征平面作为参考平面，计算其他平面与参考平面在两坐标轴方向的夹角；采用夹角值作为损伤状态评判依据，并将各状态对应的夹角值映射到平面内，对损伤结果进行可视化处理。采用该方法对塔机实体模型和物理模型状态数据进行分析，验证了该算法在塔机塔身损伤状态识别上的快速、有效性。
关键词：塔机塔身；损伤状态判别；角度；特征映射平面

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段塞流对弯管瞬态冲击的三维CFD数值模拟研究

康竞澜1，刘昉1，侯庆志1，何军龄2，林磊3

振动与冲击. 2022, 41(23): 322-329.

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在核电站和火电站管路系统中，来自上游的高压蒸汽可使管道中的凝结水团（段塞）加速运动，并在弯管、三通、阀门等非连续部位产生剧烈的冲击力，从而对管道造成严重破坏，影响电站的安全运行。针对管道中段塞运动的高维动力学特性，文章运用CFD对单个段塞在含弯头空管中的运动与冲击过程进行了三维数值模拟研究，并将数值模拟结果与文献中的物理实验结果进行了比较。结果表明：CFD模拟的冲击压力时程曲线及压力峰值都与实验结果具有良好的一致性。同时，基于理论分析，提出并详细论述了冲击过程中压力随时间变化的三种趋势，并通过数值模拟验证了其正确性；通过分析段塞长度的时程变化，得到了段塞的质量脱落率曲线；基于数值模拟得到的段塞瞬时冲击速度，验证了简化的冲击压力理论计算方法，发现理论计算值与实验以及数值模拟结果基本吻合。这证明了CFD数值模拟的准确性以及冲击压力简化计算方法的合理性，二者在实际工程应用中具有指导意义。
关键词：段塞流；弯管冲击；三维CFD数值模拟；气液两相流；VOF

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计及间隙和转矩滞回变化的双质量飞轮冲击特性及动态响应分析

曾礼平1,2，黄杰1,2，宋立权3，徐宇鲲1,2

振动与冲击. 2022, 41(23): 330-338.

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考虑周向短弹簧双质量飞轮（Dual Mass Flywheel, DMF）中的弹簧座与次级飞轮存在的间隙，基于Winkler弹性基础模型推导了弹簧座与次级飞轮接触刚度，并构建了转矩滞回变化数学模型。为分析汽车启动和正常行驶时DMF冲击特性和动态响应，建立了搭载DMF的汽车传动系统非线性动力学分析模型。分析结果表明：由于存在间隙，在发动机启动阶段，弹簧座与次级飞轮之间存在冲击，其接触产生的转矩和减振弹簧传递的转矩有很大波动；提高摩擦转矩有利于缓解间隙引起的冲击；经过DMF减振后，行驶过程中的次级飞轮振幅比初级飞轮明显减小，DMF传递的转矩局部存在跳跃变化并且有一定的滞后性。

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刊出日期：2022-12-15

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