振动与冲击

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张慧梅1，陈世官2，王磊2，袁超2

振动与冲击. 2022, 41(24): 1-10.

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随着冻结法立井建设在西部矿区富水地层的大规模运用，研究冻结壁在爆破、机械破岩等不同强度冲击荷载下的力学特性及损伤效应，对解决冻结壁开裂渗水及失稳透水问题具有重要意义。因此，本文以甘肃省五举煤矿冻结凿井穿越的白垩系富水软岩为研究对象，分析不同冻结温度（25、-5、-10、-15和-20 ℃）红砂岩在正梯度冲击下（即冲击荷载逐渐加强）的动力学特性，同时采用核磁共振技术对冲击过程中红砂岩孔隙数量、面积及孔隙度的变化进行检测，分析冻结红砂岩在正梯度冲击作用下的损伤演化规律。结果表明：相较于低、中速率冲击，在高速率冲击时，冻结红砂岩应变率随冻结温度的下降变化明显，温度效应显著；不同冻结温度红砂岩的峰值应力和弹性模量增幅随冲击荷载的升高而增加；峰值应变在-5 ℃时达到最大值，在-10 ℃～-20 ℃之间随冻结温度的降低其增长趋势逐渐放缓；由T2谱曲线及谱面积可知，在正梯度冲击作用下，温度由25 ℃下降到-10 ℃，小孔隙孔径先减小后增大，数量先增加后降低，中、大孔隙孔径及数量则相反，谱面积先降低后升高，由-15 ℃下降到-20 ℃，小孔隙数量增加孔径减小，中、大孔隙数量和孔径均呈小幅稳定增长，谱面积呈小幅增长；采用孔隙度的变化定义岩石损伤度，发现在正梯度冲击作用下，-10 ℃红砂岩的损伤趋势和损伤度最大，在-5 ℃～-10 ℃区间内出现损伤薄弱区。
关键词：冻结软岩；正梯度冲击；动态损伤；霍布金森压杆试验；NMR试验

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钢筋混凝土柱-钢梁盒式节点抗剪机理及抗剪承载力计算

刘立平1,2，肖闲1,2，郑歆耀3，王志军1，李英民1,2，李瑞锋1,2，邓飞1,2

振动与冲击. 2022, 41(24): 11-18.

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为研究钢筋混凝土柱-钢梁（RCS）盒式节点的抗剪承载力，基于低周反复荷载试验结果，采用理论和有限元方法分析了该类节点的内部钢腹板、外部钢侧板和节点区混凝土的抗剪机理及其对节点抗剪承载力的贡献，推导了该类节点的抗剪承载力计算公式。盒式节点的剪力由内部钢腹板、外部钢侧板和节点区内、外侧混凝土所形成的斜压杆机构共同承担，其中内部钢腹板和内侧混凝土为主要承力组件，对节点抗剪承载力的贡献分别占比为50％、30％左右；基于盒式节点中外部钢侧板承担剪力较小且与内部钢腹板抗剪承载力之比相对稳定的特点，引入放大系数β反映外部钢侧板对节点抗剪承载力的贡献，推导了盒式节点中钢组件的抗剪承载力计算表达式；基于混凝土斜压杆原理和内、外侧混凝土对节点抗剪承载力的贡献，推导了盒式节点中混凝土组件的抗剪承载力计算表达式；最后将处于承载力极限状态的钢组件、内侧混凝土与尚未屈服的外侧混凝土进行叠加建立了RCS盒式节点的抗剪承载力计算公式，计算结果与相应试验结果及有限元分析结果均吻合良好。
关键词：混合结构；RCS节点；有限元分析；受剪性能；抗剪承载力

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低信噪比下多目标调制谱轴频自动检测算法

马凯，陈喆，王易川，程玉胜

振动与冲击. 2022, 41(24): 19-26.

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针对低信噪比条件下，水声目标辐射噪声中多目标调制谱轴频检测较为困难的问题，提出一种联合蚁群算法与谐波库匹配算法的多目标调制谱轴频检测算法。算法利用排序截短法剔除调制谱中的趋势项，并提出一种基于蚁群算法的线谱提取算法，用于提取低信噪比下调制谱中的线谱，该算法根据线谱特征建立一种新的代价函数来替代传统蚁群算法中距离这一寻优标准，可实现低信噪比下线谱的自动提取。最后根据所提线谱建立谐波库，通过与谐波库匹配实现轴频的自动提取。仿真和海试数据验证表明，算法在低信噪比下可以较好的提取线谱，并自动提取多目标的轴频，效果较好。
关键词：低信噪比；线谱提取；轴频检测；多目标；调制谱

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随机激励下非线性能量阱系统减振性能优化研究

胡宏祥1，陈林聪1,2

振动与冲击. 2022, 41(24): 27-32.

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作为一类具有非线性刚度的典型非线性被动控制装置，非线性能量阱（nonlinear energy sinks ,NES）以其质量轻、频率鲁棒性强等优势引起了工程领域的广泛关注。目前，针对耦合NES的结构系统动力学研究主要是确定性载荷情形，仅少数涉及随机激励情形的研究。本文研究了随机激励下耦合NES的单自由度结构随机振动的参数优化问题。首先应用加权残值法，将原系统等效为具有精确平稳解的随机动力学系统，理论解和蒙特卡洛解在误差允许范围内吻合，显示所提的数值方法有效。然后利用原系统的平稳响应概率密度函数（probability density function，PDF）的近似解析表达式来构造目标函数，提出了一种以主结构位移与速度响应量均方最小为目标的NES参数优化设计策略，讨论了非线性能量阱的阻尼系数、非线性刚度系数、质量比等参数对减振性能的影响。结果表明：增加NES的质量比与阻尼系数，可以实现较强的减振性能，非线性刚度值对NES的减振性能的影响规律与质量比取值相关。相关工作可为NES的设计与应用提供参考。
关键词：随机振动；非线性能量阱；参数优化；加权残值法

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轴向力作用下过屈曲Timoshenko梁与Euler-Bernoulli梁的自由振动特性对比

井洁，毛晓晔，丁虎，陈立群

振动与冲击. 2022, 41(24): 33-40.

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首次研究了过屈曲轴向力下Timoshenko梁的自由特性，并且与Euler-Bernoulli梁对比。首先建立了受轴向压力作用的Timoshenko梁横向振动偏微分-积分控制方程，导出两端简支边界条件下临界屈曲轴向力和屈曲位形。与Euler-Bernoulli梁进行对比，判断了两种梁模型屈曲位形的稳定性，讨论了轴向力作用下参数对静态屈曲分岔的影响。运用Galerkin截断法对比了两种梁在过屈曲轴向力下的固有频率，着重讨论了参数对固有频率的影响及模型适用性。研究发现，与屈曲前相反，由于屈曲发生更早，Timoshenko梁屈曲后的基频在相同轴向力下总是大于Euler-Bernoulli梁；Timoshenko梁一部分振动能量存储在截面转动变形中，软化了弯曲刚度，这种软化作用在高阶频率上体现更明显，因此两种模型高阶频率差异要大于基频。对于两种梁模型，在屈曲发生后，除一阶频率随轴力增加而增加，高阶频率都不受轴力的影响，而屈曲前各阶频率都随轴向力增加而减小。对于长细比较大的梁，两种模型固有频率差异会越小，进一步说明了将Euler-Bernoulli梁用于细长梁研究、而将Timoshenko梁用于短粗梁研究的必要性。
关键词：Timoshenko梁；屈曲；轴向力；固有频率；截断

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基于Laplace小波卷积和BiGRU的少量样本故障诊断方法

罗浩1，何超1，陈彪1，路颜萍1，张欣2，张利1

振动与冲击. 2022, 41(24): 41-50.

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针对滚动轴承通常在复杂条件下工作易发生故障以及训练样本较少等问题。提出一种具有全局平均池化(Global average pooling, GAP)并融合双路Laplace小波卷积和双向门控循环单元(Daul Laplace Wavelet Convolution Bidirectional Gated Recurrent Unit, DLWCB)的故障诊断方法。首先Laplace小波卷积将原始信号从时域转换为频域，接着利用双路卷积和BiGRU挖掘少量样本的多尺度和时空特征；然后设计GAP降低模型的参数量并全面融合各GRU细胞提取的时空特征。其中从优化算法和目标函数入手，引入标签平滑、AdamP等提升DLWCB应对少量样本的能力，最后实现复杂工况下故障诊断。在两种轴承数据集、有限噪声样本下，50秒内便可完成训练，达到98%以上准确率，所提方法具有良好泛化性、鲁棒性和诊断效率。
关键词：拉普拉斯小波卷积核; 双向门控循环单元; 标签平滑；故障诊断；少量样本

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基于部分观测识别非线性高层剪切框架结构参数与未知地震作用

戚铖恺1，吴嘉敏1，黄金山1，杨宁2,3

振动与冲击. 2022, 41(24): 51-59.

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地震作用下高层建筑结构状态识别具有重大意义。高层剪切框架结构因其自由度多,使得结构状态和性能参数识别的难度增加，尤其是在未知地震作用下。针对强震作用下高层剪切框架结构出现非线性的工况，基于未知地震作用下结构的绝对加速度响应的部分观测量，在课题组最新提出的广义未知激励下扩展卡尔曼滤波（GEKF-UI）方法的基础上，提出了一种子结构与GEKF-UI相结合的方法，同时识别非线性剪切框架结构参数与系统状态以及未知地震激励，通过将剪切框架子结构边界力作为附加未知激励，且无需观测边界处的响应，进行各子结构的独立并行识别，避免了误差累积。最后采用数值算例对方法进行了验证，结果表明所提方法可有效识别未知地震激励下的非线性高层建筑状态与参数，并同时识别未观测的地震激励。
关键词：高层建筑；参数识别；荷载识别；非线性系统识别；卡尔曼滤波；子结构方法

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基于多头自注意力机制和卷积神经网络的结构损伤识别研究

张健飞，黄朝东，王子凡

振动与冲击. 2022, 41(24): 60-71.

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为了提高卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)的结构损伤识别性能，提出了一种以结构振动加速度信号为输入的基于多头自注意力的CNN模型。模型首先利用一维CNN学习加速度信号中的局部特征，然后利用多头自注意力机制关注输入数据中不同位置和不同表征子空间中的重要信息，学习信号中的全局特征，最后利用学习到的特征进行结构损伤模式识别。悬臂梁数值试验和振动台试验的结果显示出：相比于CNN模型、CNN-长短期记忆网络(Long Short-Term Memory, LSTM)联合模型和CNN-双向LSTM(Bidirectional LSTM, BiLSTM)联合模型，基于多头自注意力的CNN模型复杂度低、易于训练，且具有更高的损伤识别精度和更强的抗噪性以及对于损伤特征相近的损伤模式具有更好的辨识能力。
关键词：深度学习；多头自注意力；卷积神经网络；结构损伤识别

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坦克炮控系统RBF神经网络自适应鲁棒控制方法研究

王一珉，杨国来，王丽群

振动与冲击. 2022, 41(24): 72-78.

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随着新一代坦克的发展，对其射击精度、炮口动能均提出了更高的要求，已有的坦克炮系统建模方法和控制策略已不能满足要求。为此，考虑车炮系统中非线性多因素，搭建了坦克行进间车炮系统多体动力学模型，并设计了基于RBF（radial basis function）神经网络补偿未建模扰动估计项的自适应鲁棒坦克炮控系统控制器。以行进间坦克的炮口扰动因素为优化目标，根据控制指令设计自适应律，实现未知系统参数的实时更新。仿真结果表明，新控制方法与传统的相比，具有更好跟踪效果和更强的鲁棒性。
关键词：车炮系统多体动力学；非线性；稳定系统；ARC；神经网络；机电一体化

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预制装配式RC框架结构抗震性能研究

黄炜1，胡高兴2

振动与冲击. 2022, 41(24): 79-87.

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针对预制装配式RC(reinforced concrete)梁柱节点连接及震损后修复的问题，提出了一种可修复的梁柱节点连接形式。为验证其有效性和可行性，设计了一个装配式节点足尺试件并进行拟静力加载测试，并与现浇节点试件试验结果进行对比分析。结果表明：该装配式节点在承载力、延性、变形和耗能能力均显著优于现浇节点，且破坏主要集中在多缝耗能装置上，预制梁、柱构件基本处在弹性阶段，可以实现节点损伤可控以及震后快速修复的目的。在此基础上，建立装配式梁柱节点及结构的简化数值模型，通过非线性动力时程分析研究了此类装配式RC框架结构的抗震性能。研究结果表明，该装配式结构在各级水平地震作用下均表现较好，满足抗震规范设计要求，其整体抗震性能基本接近现浇结构。
关键词：装配式RC框架结构；可修复连接节点；抗震性能；耗能能力；多缝耗能装置

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筋材布置方式对加筋土挡墙地震稳定性的影响

朱玉明1,2，张飞1,2，贾世林1,2，戴光宇1,2

振动与冲击. 2022, 41(24): 88-96.

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大量震后调查发现土工合成材料加筋土挡墙具有良好的抗震性能，被广泛应用于地震高烈度区的支挡结构工程中。现有基于土压力理论的抗震设计方法主要采用增加筋材长度的方式保证挡墙地震安全性，本文将考虑不同筋材布置方式开展水平地震作用下加筋土挡墙稳定性分析，通过计算极限状态加筋土挡墙稳定所需加筋力评价其稳定性，为其抗震设计提供新思路。结果分析表明：合理的筋材布置方式可以有效提高挡墙地震稳定性，局部筋材加长应选在挡墙中间区域，可以减小最大加筋力约30%；短筋布置长度宜在1.5m~2.0m，最大加筋力减少约25%，同时显著减少面板连接力，地震条件可降低一半；变间距布置方式减少最大加筋力约30%，但是大间距区域面板连接力会变大。强震条件下，局部加长和变间距布置效果最好，此时挡墙最危险破坏面接近复合破坏模式，建议加筋土挡墙抗震设计需要选择最合适的筋材布置方式。
关键词：土工合成材料；加筋土挡墙；地震；稳定性分析；抗震设计

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基于粒子阻尼器的船舶推进轴系减振研究

田佳彬1，黄自杰2，王娟1，肖望强2

振动与冲击. 2022, 41(24): 97-103.

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推进器激励力经轴系传递至船体的振动是影响船舶艉部声学性能的一个重要方面，为了实现衰减该传递路径振动量级的目的，于螺旋桨与推力轴承间轴段布置粒子阻尼减振器，通过仿真获得配置不同方案阻尼器的推进轴系的耗能结果，分析阻尼器配置对船舶推进轴系系统动特性的影响。基于轴系机理试验台架进行试验，以推力轴承基座振动加速度响应量级作为评价指标，充分评判了粒子阻尼减振器在推进轴系减振的适用性与实际效果。试验结果表明在适当的位置安装粒子阻尼器可以获得显著的减振效果，同时验证了仿真结果的准确性。
关键词：船舶；粒子阻尼器；轴系传动；动特性

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变摩擦自复位支撑钢框架的抗震性能影响因素研究

王永玮，周臻，赵坤松

振动与冲击. 2022, 41(24): 104-110.

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为提升支撑钢框架在大震下的抗震性能，本文提出了一种随加载位移改变摩擦力及刚度的变摩擦自复位支撑(Variable friction damper-self-centering brace, VFD-SCB)。在对VFD-SCB变摩擦工作机理和力学性能分析的基础上，利用OpenSees软件对其滞回模型进行二次开发，并将计算结果与试验结果进行对比，验证了模型的有效性。通过建立VFD-SCB框架和传统抗弯钢框架(moment-resisting frame,MRF)，研究了支撑关键参数对VFD-SCB框架抗震性能的影响规律。参数分析结果表明：相比传统抗弯钢框架，VFD-SCB框架有效减小了结构最大位移角及残余位移角，使结构沿层高变形更加均匀；VFD-SCB第一刚度、第三刚度、碟簧预紧力的增大及二次启动位移的减小，结构的层间位移角均减小；设计中需全面考虑支撑和框架参数以提升结构的抗震性能。
关键词：自复位; 变摩擦; 支撑框架; 抗震性能; 参数研究

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弹簧振子链系统的振动局域化现象研究

赵鹏，纪刚，周其斗，谭路，唐永壮

振动与冲击. 2022, 41(24): 111-116.

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非周期系统具有振动局域化效应，结构阻尼也会使系统的振动发生衰减，为研究两种衰减模式的异同，需分析各自衰减因子的产生机理。以弹簧振子链系统为研究对象，从波传递理论角度出发，结合Furstenberg定理，分别给出对地刚度无序和阻尼作用下系统局域化系数的数学表达式。分别建立两种条件下的有限元模型进行频率响应分析，将各振子单元的振动幅值衰减情况与公式推导结果进行对比，验证理论分析的正确性。研究表明，结构无序会产生与阻尼类似的振动衰减效应，但二者的物理机制不同，无序从结构上改变了系统的振动传递性能，而阻尼使能量发生均匀耗散。研究结果有助于理解结构非周期性的局域化效应，可为改善系统的振动传递性能提供参考。

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复杂工况下分数阶永磁同步风力发电机混沌运动的H鲁棒控制

杨莉1,2，黄天民2，丁菊霞2，魏伟3

振动与冲击. 2022, 41(24): 117-124.

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为了抑制永磁同步风力发电机在复杂运行工况下的混沌振荡行为，研究了具有状态时滞和负载扰动下的分数阶混沌模型渐近稳定性控制方法。建立了受扰时滞分数阶永磁同步风力发电机T-S模糊混沌模型，采用模糊PDC控制技术，设计出具有模糊状态记忆的H鲁棒控制器，依据Lyapunov直接函数法，通过Cauchy 矩阵不等式，以LMI形式得到受扰时滞分数阶永磁同步风力发电机满足H性能指标的渐近稳定性条件。通过Oustaloup滤波器无限逼近分数阶微积分算子，搭建Simulink仿真模型。仿真结果表明，所提出的控制方法能有效地抑制状态时滞和负载扰动下永磁同步发电机的混沌运动现象，具有良好的控制性和较强的鲁棒性。
关键词：分数阶风力发电机；T-S模糊模型；混沌控制；复杂工况

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基于干扰观测器的含有柔性关节的柔性机械臂抑振策略

尚东阳1，李小彭1，尹猛2，李凡杰1，周赛男1

振动与冲击. 2022, 41(24): 125-133.

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含有柔性关节的柔性机械臂同时受到关节柔性、连杆柔性和轴承摩擦的影响，会导致输出角速度发生波动。角速度的波动会加剧机械臂的振动，影响末端执行器的控制精度。本文通过含有干扰观测器的PI控制策略控制角速度波动的方式减弱机械臂的振动。首先使用连续体的振动理论和拉格朗日方法建立考虑轴承摩擦并且含有柔性关节的柔性机械臂的动力学方程。接下来，根据鲁棒稳定性定理设计了干扰观测器中的低通滤波器。然后通过超限补偿控制律的设计满足柔性机械臂控制系统闭环的稳定性。最后开展了含有柔性关节的柔性机械臂的数值仿真分析和控制实验。仿真和实验结果显示：本文所设计的干扰观测器可以有效的降低轴承摩擦力矩的影响，使角速度跟踪误差的标准差降低17.488%。由此，本文所提出的控制策略能够有效的抑制柔性机械臂工作过程中的角速度波动，进而减弱振动。

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大高宽比浮放馆藏文物运动状态影响因素研究

杨维国1，葛家琪2，张家铭1，王萌1，刘佩1，邹晓光1

振动与冲击. 2022, 41(24): 134-141.

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为了更有效地探究浮放馆藏文物运动状态的影响因素，采用振动台试验和数值试验探究了单向水平激励下浮放文物运动状态的基本规律。选取了质心高宽比为3.7的陶瓷花瓶分别在单向的简谐波和地震波下进行了振动台试验。并根据实际尺寸建立了精细化的有限元模型并与试验结果进行对比，并利用验证后的有限元模型，对激励加速度、接触面的摩擦系数以及展台面的倾斜度进行了参数化分析，结果表明：试件的高宽比、形状，接触面的粗糙度和倾斜度以及激励的频率、幅值特性均是浮放系统运动状态的影响因素，其中运动状态对摩擦系数十分敏感。圆形底面的花瓶在单向激励下容易出现扭转现象，为保证浮放文物的安全，应尽量保持展台面水平。

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基于矩的传递函数模型的“不兼容”非高斯风压过程模拟研究

吴凤波1，姜言2，彭留留3，吴波1，罗颖4

振动与冲击. 2022, 41(24): 142-149.

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非高斯风压的准确模拟对于建筑结构抗风设计非常重要。由于简便性，基于矩的Hermite多项式模型(HPM)和Johnson转换模型(JTM)常用于非高斯风压模拟。在实际模拟中，由两种模型表示的概率分布与非高斯风压目标功率谱可能出现“不兼容”。现阶段对于HPM和JTM出现不兼容的难易程度差异尚不明确，两种模型出现不兼容情况时模拟“不兼容”非高斯风压的效果亦不清楚。基于此，本文系统全面地研究了HPM和JTM出现不兼容的难易程度和模拟“不兼容”非高斯风压的效果。首先，本文介绍了基于HPM和JTM模拟“不兼容”非高斯风压的方法；其次，从理论上对比了两个模型出现不兼容情况的异同；最后，基于数值案例系统对比和评估了两种模型模拟“不兼容”非高斯风压的效果。结果表明：随着偏度增加，基于HPM和JTM的非高斯模拟更易出现不兼容；JTM对“不兼容”非高斯风压的模拟效果稍好于HPM。

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车辆撞击下预制节段拼装桥墩的损伤分析与评估

张于晔1，李清华1，樊伟2，袁万城3

振动与冲击. 2022, 41(24): 150-158.

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为合理评估车辆撞击下预制节段拼装桥墩的损伤状态，研究适用于预制拼装桥墩的受撞损伤评估方法。建立车辆撞击桥墩三维有限元模型并进行桥墩损伤分析，通过与试验结果对比验证桥墩与车辆模型的准确性。分析不同参数下预制节段拼装桥墩受撞的位移响应和损伤破坏特征，并研究残余位移与截面损伤的变化规律。提出考虑残余位移和截面损伤的预制节段拼装桥墩受撞损伤评估指标，对桥墩进行损伤等级划分并确定各损伤等级指标界限值。研究结果表明：试验范围内桥墩位移响应对车辆初始撞击能量和轴压比变化最为敏感；车撞下预制节段拼装桥墩损伤集中于直接受撞击节段；桥墩受撞处残余位移和截面损伤率越大,其受撞后损伤越严重；考虑残余位移和截面损伤的桥墩损伤评估方法可准确评估车辆撞击下预制节段拼装桥墩的损伤状态。

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钢筋混凝土粘结滑移效应计算方法与应用

阮升1,2，郑山锁1,2，张艺欣3，董立国1,2，王卓涵4

振动与冲击. 2022, 41(24): 159-166.

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以钢筋混凝土（Reinforced Concrete, RC）结构中锚固区域的粘结滑移效应为研究对象，基于一致粘结滑移本构模型，根据微元法建立锚固区域控制方程，通过积分计算并考虑实际工程中的边界条件，解得钢筋应力—滑移关系解析模型，与既有拉拔试验数据对比，验证了该解析模型的可靠性。进而，基于OpenSEES有限元平台，将模型与零长度纤维截面单元嵌套，结合纤维梁柱单元，建立考虑钢筋粘结滑移效应的数值建模方法。通过与既有RC构件的拟静力试验及应用传统宏观本构的数值模型进行对比，从构件层面进一步对本文解析模型的可靠性进行验证。结果表明，本文提出的钢筋应力—滑移模型能较好的反映长锚固钢筋受拉时的滑移行为；应用本文钢筋应力—滑移模型的零长度纤维模型能较为准确地计算RC柱的滞回曲线，相较于应用传统宏观本构的数值模型，提高了RC柱刚度与强度及其退化规律的预测精度，且对于不同设计参数的RC构件，能够更加准确的表征不同加载状态下的钢筋滑移行为。
关键词：钢筋混凝土；粘结滑移；应力—滑移；零长度单元；OpenSEES

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复合压电水平悬臂梁振动俘能特性试验及机电耦合模型研究

薛晓敏，马强力，王佳佳

振动与冲击. 2022, 41(24): 167-175.

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压电悬臂梁具有较好的振动俘能特性，然而其复杂力电特性及模型相关研究的不充分性导致实际应用受到制约。鉴于此，本文开展复合压电水平悬臂梁振动俘能特性试验及模型研究。首先，基于电路和结构基础设计搭建压电悬臂梁振动能量转换电能的试验系统。试验结果显示，压电悬臂梁俘能系统能量转换能力受外部激励频率、内部电路负载以及结构设计配重等条件的影响，其机电转换特性复杂，电压/电流-应变关系曲线呈近似椭圆形，功率-应变关系曲线呈近似蝴蝶形，还观测到由于结构自身及其配重的重力效应导致特性曲线形状呈现偏置现象。然后，提出力电耦合数学模型用于复合压电水平悬臂梁系统俘能的力电特性描述，通过与试验数据比较，验证该模型不但可以精确预测振动回收的电能（功率），还可有效模拟电压/电流-应变和功率-应变的复杂力电特性，且对试验特性曲线存在的偏置现象也能较好的模拟。本文的试验和模型研究成果将对压电悬臂俘能系统在工程领域的进一步的工程应用提供必要基础理论。

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基于PEDCC性能退化指标及MCRNN的滚动轴承寿命状态识别方法

肖家丰1，董绍江1,2，汤宝平3，潘雪娇1，胡小林4，赵兴新5

振动与冲击. 2022, 41(24): 176-183.

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针对滚动轴承退化性能难以评估、寿命状态难以识别的问题，提出一种基于相空间欧式距离相关性(Phase euclidean distance cross-correlation, PEDCC)指标和多通道卷积长短时记忆网络(Multichannel convolutional neural long short term memory network, MCRNN)的状态识别新方法。首先将正常轴承样本信号进行相空间重构，计算样本内重构后相邻数据之间的欧式距离，并将样本内的所有欧氏距离构成距离向量；然后利用互相关函数计算其余样本距离向量与正常样本距离向量之间的相关性，并将其作为轴承退化指标；最后利用所建立的PEDCC退化指标对轴承状态进行划分，将其输入到MCRNN网络中进行退化状态识别。其中MCRNN网络在不同通道中分别采取了不同卷积核，不同激活函数，以便于提取轴承振动信号的多尺度特征。通过轴承全寿命数据集对所提退化指标及网络模型的实用性进行验证，实验证明所提出的方法能更精确的实现轴承的退化状态识别。

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插钢板法加固空心板梁桥铰缝试验研究

何余良1，丁小鹏1，郭士杰1，曹宗勇2，杨赢1，项贻强3

振动与冲击. 2022, 41(24): 184-191.

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针对典型空心板梁桥的浅铰缝病害，本文提出一种新型全深铰缝加固方法-插钢板法，该方法采用了具有较高的抗拉粘结强度、抗剪强度以及较好的流动性的关键填缝粘结材料（CGSR-A/B型灌钢胶），将插入铰缝处的钢板与梁体粘结成整体。然后通过对加固前后典型桥梁开展静力和动力试验研究，验证其加固效果。结果表明：在正载和偏载下加固后梁板最大挠度差约分别降低了50%和58%，加固后跨中应变变化与挠度变化曲线分布也更为均匀；加固后结构基频约提高了49%，基频校验系数η为1.01。由试验挠度和应变得到的荷载横向分布显示加固后梁板间横向受力更加均匀，这表明结构整体性增强。由试验可知插钢板法增强了空心板梁间横向联系，避免了单板受力，提高了结构刚度，可为此类桥梁加固提供参考。

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基于卷积神经网络的领域适配模型的多工况迁移的轴承故障诊断

钱思宇，秦东晨，陈江义，袁峰

振动与冲击. 2022, 41(24): 192-200.

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针对故障滚动轴承在单一工况数据下训练的深度学习模型无法在复杂工况下无法实现有效的故障诊断，提出一种基于卷积神经网络的领域适配模型（Convolutional Neural Network—Domain Adaptation， CNN-DA）。卷积网络用于对故障振动信号进行高层特征提取，网络首尾加入通道注意力机制（Channel Attention Mechanism，CAM），以动态分配特征通道的权重，减小无效信息的干扰。结合领域自适应方法，将特征提取层获取到的高层故障特征进行源、目标域（Source、Target）领域适配，领域适配模块整合了全域适配（Whole Domain Adaptation）和类别域适配（Category Domain Adaptation），以使两个领域中相同故障标签的特征的数据分布逐渐趋于重合，最后将深度学习模型应用于多种不同工况迁移的场合进行训练，得到训练结果和测试结果。通过不同来源数据集的实验，在多种工况迁移下测试模型，结果表明提出的模型能够应对复杂工况变化下的滚动轴承故障检测。

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轮毂电机驱动电动汽车主动悬架T-S变论域模糊控制研究

李韶华1，张培强1,2，杨建森3

振动与冲击. 2022, 41(24): 201-209.

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为解决轮毂电机驱动电动汽车垂向振动加剧的问题，针对主动悬架设计了一种基于T-S模糊思想的变论域模糊控制策略，改进了伸缩因子的设计方法，以提升控制精度及多工况下的自适应能力。基于四分之一车辆模型在随机路面和对接路面上进行动力学分析，将所提出的T-S变论域模糊控制策略与单一的T-S模糊控制、Mamdani变论域模糊控制进行对比，并通过硬件在环实验验证了所提控制策略的效果。结果表明，所提出的主动悬架T-S变论域模糊控制策略可有效提升车辆的平顺性，相对于单一模糊控制和Mamdani变论域模糊控制具有较好的多工况适应性。

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基于时差定位法的管道多点泄漏定位研究

韩文翔，章兰珠

振动与冲击. 2022, 41(24): 210-217.

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管道运输是五大运输方式之一，由于环境影响和人为破坏等因素会造成管道的泄漏现象。管道发生泄漏会对人民财产安全和环境造成严重危害。目前国内的管道泄漏定位研究多以单点泄漏为主，而真实的管道运行工况中往往会发生多点泄漏的现象。本文提出一种基于时差定位法的管道多点泄漏定位方法。以两点泄漏为例，在管道上下游两端分别放置两个传感器，为降低管道运行过程中的噪声干扰，利用互谱结合变分模态分解算法将采集信号分离成多个模态并提出一种基于信息熵和滤波后信号相关系数等多指标结合的模态选取方法。将去噪后的信号通过FastICA算法分离出独立的信号源，再基于相关系数匹配出对应泄漏源产生的声发射信号，最后通过时差定位得出泄漏源位置。在此研究基础上基于实验室管道和设备开展多点泄漏定位实验并取得了可靠的实验结果，为工业实际的多点泄漏定位提供了理论思路和解决方案。

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变弯度机翼前缘结构抗鸟撞仿真与试验验证

郭军，李旭阳，刘小川，王计真，张宇

振动与冲击. 2022, 41(24): 218-225.

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与常规机翼不同，变弯度机翼抗鸟撞装置在设计时需要考虑变弯度机翼的机构运动路线，在保证不影响机翼机构正常功能的前提下进行设计，因此也大大增加了抗鸟撞装置设计的难点。本文通过实验与仿真相结合的方法，对不同构型楔形结构的抗鸟撞性能进行了研究，得到了最合理、有效的抗鸟撞结构。根据鸟撞仿真分析结果，结合机翼机构运动路线，确定了抗鸟撞装置的设计思路，同时设计并制造了三角加弧形结构抗鸟撞装置，并对其进行了试验验证与仿真分析。结果表明，三角加弧形结构能有效预防变弯度机翼在受到鸟撞后发生破坏，为变弯度机翼抗鸟撞结构的设计提供了参考。

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高铁地震信号衰减特征分析及震源函数验证

贾宝新1,2，周志扬1，苑文雅1

振动与冲击. 2022, 41(24): 226-223.

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高铁震源作用下地震波的特征分析和应用探究是高铁地震学的研究重点。对高铁地震信号衰减特征的分析有助于地下结构的探测和反演，能够反映实际特高铁地震信号突出特征的高铁震源函数，为扩展相关应用领域提供了基础。通过将行驶中的高铁列车简化为移动的多组点源模型，综合考虑地震波衰减的影响因素，合成了高铁震源函数。通过现场监测试验，分别分析了振动速度、瞬时能量谱和边际谱的衰减特征，对比分析了实际高铁地震信号与合成高铁地震信号的衰减特征，结果表明：振动速度和瞬时能量的衰减趋势一致，与震源距离越近，振动速度和瞬时能量的衰减程度越大；距离震源35m和55m处产生了局部振动增大现象；利用合成高铁震源函数反映高铁地震信号能量衰减征是可行的。

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金属橡胶-硅橡胶复合阻尼结构的减振性能

任志英1，尧杰程1，黄伟2，张彬1，路纯红3，钟舜聪1

振动与冲击. 2022, 41(24): 234-240.

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这项工作设计了适用于狭小空间环境下的减振器结构，基于正弦扫频试验对金属橡胶-硅橡胶（Metal rubber / silicone rubber，简称：MR-SR）复合阻尼结构的减振性能进行深入探究。通过对比不同阻尼结构的材料性能，发现纯金属橡胶阻尼结构具备良好的耗能特性，而MS-SR复合阻尼结构由于金属橡胶层与硅橡胶层之间的摩擦阻尼，而具有较低的共振频率。除此之外，分别对MR-SR复合阻尼结构展开了芯层密度，激振力，以及预紧量的单因素对照试验，结果发现增加芯层金属橡胶制品的密度或预紧量都会使MR-SR复合阻尼结构抵御变形能力增加，导致共振频率和共振放大因子上升，损耗因子下降，并从微观层面对该现象进行了解释。由实验中的刚度软化阻尼增强现象和正反向扫频的弯曲跳跃现象可得，MR-SR复合阻尼结构含有变刚度变阻尼特性和高次非线性刚度特性。本研究为设计具有优异阻尼性能的材料及结构提供了有效的指导。

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基于时频图与改进图卷积神经网络的异步电机故障诊断方法

陈起磊1，蒋亦悦1，唐瑶2，张晓飞2，王朝红1

振动与冲击. 2022, 41(24): 241-248.

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由于传统故障诊断技术依赖于人工提取特征，造成方法的泛化能力及其应用受限。针对该问题，本文提出一种基于时频图与改进图卷积神经网络的异步电机故障诊断方法。首先，通过小波分析方法将电机振动信号转换为时频图，构建不同工况的图像样本；再基于超像素分割法处理图像生成超像素块，将其作为节点，并根据其纹理、颜色、距离特征生成图结构数据；然后将图结构数据输入改进网络，算法可以自适应地提取故障特征、得到诊断结果。其中，网络通过结构学习方法进行改进，该方法通过对节点相似度计算打分，以重构图连接结构，从而克服传统图卷积神经网络在池化操作后存在的图结构的完整性缺失问题，实现卷积层和池化层的层层堆叠，实现图级分类。试验结果表明所提出方法可以实现对转子断条故障、轴承故障、单相短路故障的有效诊断，与文中提及的传统方法相比，具有较高的故障识别准确率。

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分布与端部激励下悬索瞬时相频特性对比

孙测世1，李聪1，邓正科2，谭超1

振动与冲击. 2022, 41(24): 249-255.

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一般认为当激励频率不变时悬索响应相位为恒定值，而实际上非线性效应使相位随时间呈周期变化，且其特性与激励密切相关。为研究在分布和端部两种典型激励下悬索瞬时相频特性的异同，首先，利用伽辽金法将两种激励单独作用下的运动控制方程离散为常微分方程，采用多尺度法进行摄动求解。其次，通过数值算例，分别算得两种激励下不同Irvine参数λ2（以及对应垂跨比）和激励频率Ω时悬索的响应。最后，利用Hilbert变换分别得到响应和激励的瞬时相位，进而研究两者相位差及其幅值在λ2-Ω平面内的变化规律。研究表明：无论那种激励下，系统高阶近似解中的漂移项和二倍频项将使响应相位随时间呈周期变化。两种激励下悬索频响方程的右侧项存在差异，使响应幅值a不同，进而可以通过高阶解中的漂移项和二倍频项影响相频特性。分布和端部激励下响应-激励的瞬时相位差幅值pmax均会在λ2≈3.0且Ω≈1.12为中心的局部范围内突然增大并呈反对称分布。但是，前者突变范围为狭长带域，而后者为点域，且前者量值明显大于后者。

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基于加权遗传算法的旋转机械不平衡振动溯源定位方法研究

康敬欣1，石瑞玉1,2，潘鑫1,2

振动与冲击. 2022, 41(24): 256-261.

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针对高端旋转机械多平面多转速下的不平衡振动定位问题，提出一种基于加权遗传算法的转子不平衡溯源定位方法，并开发了一套不平衡溯源计算软件。该方法在遗传算法的基础上进行改进，增加了针对各测点各转速下振动的赋权过程，并分别在某双跨转子有限元模型以及某模拟发电机实验台上，通过将该方法与最小二乘法和遗传算法进行对比，进一步验证该改进方法的不平衡量溯源效果。仿真结果表明，该技术针对高权重测点处的溯源精度高于其余两种算法。在模拟发电机转子实验台上，应用该技术开展多平面多转速不平衡溯源定位实验。实验结果表明，基于加权遗传算法的溯源结果进行平衡后，高权重测点振幅降幅超过80%，降幅较其余两种算法有明显提升。综合仿真与实验结果，该方法较最小二乘法与遗传算法更有针对性及目的性。

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具有非线性能量阱的弹性边界约束轴向载荷梁结构动力学行为研究

赵雨皓1，杜敬涛1，张树奇2，刘杨1，陈依林1

振动与冲击. 2022, 41(24): 262-269.

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近年来，非线性能量阱作为一种高效的被动控制手段受到国内外学者广泛关注。本文采用Galerkin截断法(GTM)预报弹性边界约束轴向载荷梁结构动力学响应，研究非线性能量阱对梁结构振动行为影响规律。在Galerkin截断法中，选取具有线性边界条件轴向载荷Euler- Bernoulli梁模态函数作为权函数和试函数，之后利用Galerkin条件建立梁结构振动系统的残差方程，结合四阶龙格-库塔算法对上述残差方程进行求解。采用谐波平衡法对Galerkin截断法所得结果进行验证并研究了Galerkin截断法截断数对结果稳定性的影响。在此基础上，研究外部激励位置、非线性能量阱参数对该梁结构系统动力学响应、减振性能的影响规律。结果表明，外部激励位置与非线性能量阱参数对梁结构动力学响应影响显著。适当的非线性刚度、阻尼参数能够有效抑制梁结构端点处的振动响应幅值。

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广义Tikhonov正则化工况传递路径分析

唐中华1，昝鸣1，张志飞1，徐中明1，晋杰2

振动与冲击. 2022, 41(24): 270-277.

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工况传递路径分析是定位振动噪声问题的有效方法，广泛应用于各类工程领域中。但工况传递路径分析在估计传递率函数矩阵时，是一个病态的反问题，常用标准Tikhonov正则化法来改善病态性。标准Tikhonov正则化法以单位矩阵为正则化矩阵，经奇异值分解，得到的奇异向量振荡较严重，构成的正则化解准确度较低，因此路径贡献量的计算精度较低。针对此不足，以一阶偏导矩阵作为正则化矩阵，结合广义奇异值分解，得到振荡幅度更小的广义奇异向量。以广义奇异向量为基向量，并采用L曲线法选取正则化参数，得到广义Tikhonov正则化解，从而实现工况传递路径分析。最后通过工况传递路径分析仿真与实验验证了广义Tikhonov正则化工况传递路径分析方法的有效性，结果表明，与标准Tikhonov正则化相比，各路径贡献量的准确度更高，有效地提高了工况传递路径分析的精度。

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P波与SV波斜入射下岩体隧道洞口段地震响应分析

张懂懂1，刘洋2，熊峰1，梅竹2，李爽3

振动与冲击. 2022, 41(24): 278-286.

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当通过人工边界转换方法模拟静动力耦合效应时，既有耦合边界模拟方法存在使模型位移场变化较大的问题，影响地震波斜入射下隧道结构地震响应分析结果的准确性。本文提出了一种基于多次静力分析的人工边界转换改进方法，使有限元模型动力分析的初始状态与静力分析的应力状态、位移场均一致，实现了静动力联合分析。采用黏弹性边界结合等效荷载的外源波动输入方法，基于ABAQUS软件建立斜入射P波与SV波下的数值地震分析模型，通过算例验证模型与所提方法的可靠性。进行一系列非线性时程分析，对比分析了P波与SV波分别斜入射对隧道衬砌结构地震响应的影响规律。结果表明：该方法可以保证隧道静动力边界转换前后位移的一致性；随着入射角度的增加，P波作用下，结构水平加速度先增大后减小，竖向加速度呈递减趋势，而SV波作用下，水平和竖向加速度均呈增大趋势；当入射角大于20°时，相较于P波斜入射，SV波斜入射下隧道拱肩、拱脚处的应力水平更高；隧道结构在斜入射SV波下的损伤程度高于斜入射P波。

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利用不同振动加工对FFF薄板动力学特性的影响

姜世杰1,2，孙明宇1，战阳3，李常有1

振动与冲击. 2022, 41(24): 287-292.

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熔丝成型（Fused filament fabrication, FFF）是当今使用最为广泛的增材制造技术之一，能够直接生产出几乎任意复杂形状的零部件。利用振动进行FFF加工，并研究了不同振动（不同频率或幅值）对FFF薄板动力学特性的影响规律。首先，将普通FFF设备改装成振动式FFF设备；然后制备了利用不同振动加工的薄板样件，并完成锤击法模态实验，确定了样件的固有特性和振动响应；最后，对比分析实验结果，阐明了利用不同振动加工对FFF薄板动力学特性的影响规律。实验结果表明，利用的振动的频率或幅值增大时，样件的固有频率和振动响应会随之降低，而模态振型保持不变。

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自动张紧器的磨损计算方法的研究

万里翔1，喻杰1，孙毅2，上官文斌2

振动与冲击. 2022, 41(24): 293-297.

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基于Archard磨损模型和有限元分析（FEA）方法，本文提出了分析和预测张紧器阻尼件磨损的计算方法。本文在ABAQUS软件中建立了建立张紧器的磨损仿真模型，调用了UMESHMOTION用户子程序来计算张紧器阻尼件的磨损深度，并给出了磨损系数的确定方法。在磨损的仿真过程中使用了ALE（arbitary Lagrangian eulaerian）自适应网格来优化阻尼件的网格质量。最后进行了张紧器磨损耐久试验，验证了计算方法正确性。

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岩块间软弱介质对块系岩体摆型波传播影响实验研究

王凯兴1，2，薛佳琪1，潘一山1，窦林名2，贾宝新1

振动与冲击. 2022, 41(24): 298-304.

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块系岩体由岩块及岩块间软弱介质组成，块系岩体中存在一种非线性摆型波动力传播现象。摆型波在块系岩体中低频低速大摆幅传播，其中岩块间软弱介质是影响摆型波动力传播特性的重要因素。本文基于块系岩体摆型波动力传播实验模型，分析在一定冲击能量作用下岩块间软弱介质弹模及厚度对块系岩体摆型波动力传播的影响。从波动传播速度、块体加速度、动能、位移的时域和频域响应等方面进行分析。结果表明：岩块间软弱介质弹模较大时摆型波传播速度较快，块体加速度及动能幅值较大，但位移幅值有所降低，加速度信号响应时宽明显变小，同时在摆型波传播过程中块体加速度、动能和位移的最大值衰减率均明显提高，而随着夹层弹模的增大两测点加速度频域响应带宽、中心频率及最值频率都随之增大，块体振动频率升高；岩块间软弱介质越厚摆型波传播速度越慢，同时块体动能及位移幅值增大，加速度信号时宽呈增大趋势，动能及位移的衰减更明显，加速度衰减率有小幅增加，加速度频域响应带宽及中心频率均随之减小，块体振动频率有所下降。综合软弱介质弹模和厚度两个因素岩块间弱介质弹模下降或厚度增大时摆型波低频低速传播特性将表现得更为突出，本文的研究将对块系岩体动力响应特征分析及岩体工程波动监测提供参考。

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基于H2范数的弹性基础上接地负刚度动力吸振最优参数研究

刘冬1，苏智伟1,2，郑智伟1，杨咏3，张啸涵1，李杨1，黄修长1,3

振动与冲击. 2022, 41(24): 305-312.

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针对实际工程中弹性基础上接地负刚度动力吸振器的最优参数设计，建立了以无阻尼单自由度系统代表弹性基础的动力学模型，采用H2范数优化准则获得了以外激励到基础的力传递率最小时关于质量比和负刚度比的最优参数解析表达式，开展了简谐激励和随机激励下的效果验证以及不同基础参数下的参数影响分析。结果表明，以控制外激励到基础的力传递率为目标时，最优参数仅取决于吸振质量比和基础与主系统的刚度比，而与基础的质量比无关；当基础与主系统耦合强时，接地负刚度动力吸振依然能实现有效控制，但此时Voigt动力吸振已基本失效。

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2022年, 第41卷, 第24期　
刊出日期：2022-12-28

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