振动与冲击

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张瑞林1,2，杨鸿波3，刘志文1,2，杨健3，陈政清1,2

振动与冲击. 2022, 41(5): 1-8.

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以某主跨为1100m桁架加劲梁悬索桥为工程依托，采用弹性悬挂节段模型风洞试验方法，对桁架梁后颤振特征与机理进行研究。首先，对桁架梁节段模型试验系统的结构动力参数进行测试；然后，在不同风攻角下进行了桁架梁节段模型颤振试验研究；最后，从非线性阻尼角度对桁架梁节段模型极限环振动机理进行探讨。结果表明：在振幅较大时，桁架梁节段模型试验系统存在较为明显的阻尼非线性以及轻微的刚度非线性；在各试验攻角下,桁架梁节段模型后颤振现象均表现为极限环振动，风攻角对颤振临界风速与振幅随风速增长的斜率均有显著影响；桁架梁节段模型极限环振动具有弯扭耦合特性，并且弯扭耦合程度随振幅增大而增强；对于桁架梁节段模型试验，结构阻尼非线性是极限环振动限幅的有利因素，而气动阻尼非线性在不同风攻角下作用效果不同。

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正交各向异性层合板壳耦合结构的能量传递特性

李翱，陈海波，钟强，王幸

振动与冲击. 2022, 41(5): 9-19.

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基于薄壳和层合板理论推导了正交各向异性层合板壳平衡微分方程，应用波动刚度矩阵方法求解正交各向异性层合板壳耦合子系统间的能量传递系数，结合模态密度给出耦合处的耦合损耗因子(CLF)。通过与已有研究对比环向开敞层合柱壳的频散曲线，验证理论推导的正确性；对层合板和柱壳的模态密度进行对比分析，在环频率以后，随着频率的增大两者趋于一致；分别入射弯曲波、剪切波和纵波，计算表明耦合结构的能量传递系数满足保守耦合系统的能量守恒，满足互易性，且能量总透射系数对铺设方式的敏感度较低；最后讨论了耦合角度和激励频率对耦合损耗因子CLF的影响，发现CLF的总和不受耦合角度影响，且随频率增大而逐渐衰减。

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旋叶式压缩机多刚柔耦合建模与叶片动态接触激励分析

李俊潇1，2，何泽银1,3，陶平安3，邓刚3，马丽英1

振动与冲击. 2022, 41(5): 20-26.

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为揭示圆弧-简谐曲线组合型旋叶式压缩机叶片与缸体、转子间的动态接触激励机理，基于刚柔耦合理论，建立压缩机柔性叶片、刚性转子与缸体多刚柔耦合动力学模型，将基元腔压力测试数据以无质量块形式耦合至柔性叶片、背压腔压力施加于叶片背部作为力学边界条件，研究旋叶式压缩机多刚柔耦合动力学特性；而后，基于等距曲线包络原理建立压缩机叶片-缸体型线运动学解析模型，得到叶片位移/速度解析值，与刚柔耦合分析值对比，验证刚柔耦合模型的合理性；进而，研究转速、背压等工况参数和叶片结构参数对动态接触力的影响规律。研究表明，旋叶式压缩机叶片运动位移、速度解析值与仿真值规律吻合较为良好，验证了旋叶式压缩机刚柔耦合建模与约束关系的合理性；为降低摩擦损耗，应对压缩机背压腔压力进行合理的动态控制。叶片动态接触激励力可为后续旋叶式压缩机振动噪声预估与控制提供力学边界数据。

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星载薄膜天线人形杆单侧驱动机构设计与实验研究

王岩1,杨慧1，刘荣强2

振动与冲击. 2022, 41(5): 33-38.

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面向星载大口径薄膜天线在轨展开需求，开展高型面精度、大口径、轻量化和大折展比的空间薄膜天线人形杆折展机构创新设计及其动力学特性研究。首先，提出一种带有径向预紧的人形杆单侧驱动机构，通过一个电机同时驱动滚筒和丝杠运动，当人形杆完全展开时径向预紧机构得到触发，实现人形杆根部的夹紧，从而提高整个薄膜天线展开状态的刚度和型面精度。对该机构缠绕过程的运动学和收拢状态的动力学分别进行仿真，最后，加工出人形杆单侧驱动机构原理样机，对其收拢和展开进行功能性实验，测量在缠绕过程中人形杆的力矩，并对单侧驱动机构收拢状态整体结构进行模态分析。经实验验证缠绕过程中有限元仿真模型力矩的准确性，为空间大型轻质薄膜天线人形杆展开机构的航天工程应用提供理论支撑。

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基于多尺度L-P法的三次非线性包装系统跌落冲击解析解

霍银磊，宋晓东

振动与冲击. 2022, 41(5): 33-38.

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针对有阻尼三次非线性包装系统在发生跌落冲击时的响应问题，基于多尺度Lindstedt-Poincare摄动法(MSLP)讨论了三次非线性系统跌落冲击响应的一阶近似解析表达并与数值结果进行了对比，结果表明：所求有阻尼三次非线性系统跌落冲击一阶近似解析具有较好的精度，特别是对于小阻尼强非线性包装系统的冲击响应分析而无需额外的幅值及频率修正。

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粘弹性基体中变截面挠曲电Timoshenko纳米梁振动特性研究

吴栋,张大鹏,雷勇军

振动与冲击. 2022, 41(5): 39-48.

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以粘弹性基体中的Timoshenko纳米梁为研究对象，综合考虑非局部效应、截面非均匀性、压电效应和挠曲电效应的影响，建立了变截面挠曲电纳米梁的自由振动控制方程，基于摄动理论给出了典型边界条件下结构自由振动控制方程的传递函数求解方法，较系统研究了非局部参数、截面非均匀性、挠曲电系数以及基体粘弹性对结构振动特性的影响规律。结果表明，增大截面锥度能减小结构固有频率对非局部效应的敏感程度，并带来结构临界阻尼系数的减小；增大非局部参数能削弱结构固有频率对截面锥度的敏感程度；增大切向挠曲电系数f3131可削弱结构对横向挠曲电系数f3113的敏感程度，而增大横向挠曲电系数f3113却增加结构对切向挠曲电系数f3131的敏感程度。相关研究成果可为挠曲电纳米梁在俘能器中的推广应用提供理论基础。

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钢筋混凝土矩形柱地震破坏模式的概率分析

马颖1，2，程学斌1，吕瑞晗3，许新勇1，张建伟1

振动与冲击. 2022, 41(5): 49-54.

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鉴于破坏模式对既有钢筋混凝土柱抗震性能评价和震后恢复决策的重要性，从美国太平洋地震研究中心钢筋混凝土柱抗震性能试验数据库（PEER-Structural Performance Database）中收集214根钢筋混凝土矩形截面柱的拟静力试验数据，分析了弯曲、弯剪或剪切三种破坏模式的破坏特征及主要影响因素。根据钢筋混凝土柱塑性铰区截面剪力需求与抗剪承载力的关系，计算了发生三种不同破坏模式时剪力需求与抗剪强度的比值，并分别给出了相应的概率分布函数。结果表明，基于剪力需求和抗剪强度比值的概率分析能够合理地反映钢筋混凝土柱的地震破坏模式。

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衬套型橡胶悬置结构形状的优化方法

郭一鸣1，吴钟恺1，上官文斌2

振动与冲击. 2022, 41(5): 55-59.

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为满足汽车动力总成悬置系统匹配过程中悬置的刚度要求，本文对悬置中非橡胶填充结构进行优化设计，以长槽的半径r，圆槽的半径R，两槽间的夹角α，长槽的角度β为结构参数，采取正交实验与ABAQUS有限元软件结合的方法，对橡胶悬置刚度进行仿真实验。根据实验结果建立二阶响应面模型，通过谢菲尔德遗传算法进行优化，从而获取非橡胶填充结构参数以满足悬置刚度要求。优化结果与试验验证误差较小，满足设计要求。该方法在橡胶悬置设计阶段具有参考意义。

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基于深度支持证据统计的轴承运行可靠性评估

肖文荣1，2，陈法法1，陈保家1

振动与冲击. 2022, 41(5): 60-66.

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某台具体设备的运行可靠性评估是“个性”问题。本文基于设备运行数据大而丰富的特点，从证据论的观点出发，结合深度卷积自编码器，提出了一种深度支持证据统计方法，以实现无失效样本信息或缺乏分布函数等相关先验知识时的轴承运行可靠性评估。在传统的证据或特征获取过程中需要大量的人工干预或先验知识，利用深度卷积稀疏自编码器以实现证据的自动获取，借助支持向量数据描述的思想，通过统计比较标定与过程证据间的动态变化过程，最终完成某台具体设备的运行可靠性评估。随后通过航空轴承实验对提出的方法进行了验证，结果表明运用该方法得到的可靠度，能较好的反映轴承运行可靠性的“个性”。

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应用梯度连接层的层合电工钢梁螺栓结合部简化模型研究

关天赐，王小鹏，奚延辉

振动与冲击. 2022, 41(5): 67-74.

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表征电工钢片间螺栓结合部连接参数是进行铁心结构动力学分析的关键，针对现有变压器铁心动力学模型参数识别误差大的问题，提出了考虑螺栓结合面压强分布不均匀的梯度连接层模型。通过理论计算获得了螺栓结合部的压强分布，推导了梯度连接层弹性参数与螺栓结合部接触压强的关系式。在获得层合电工钢梁试件等效材料参数的基础上，对由螺栓连接的两根相同层合电工钢梁，建立了梯度连接层模型模拟层合电工钢梁之间的螺栓结合部。经模态对比修正了梯度连接层的弹性参数，修正后螺栓连接层合电工钢梁实验模态与计算模态的前8阶振型一致，对应固有频率的误差在1%以内，证明了梯度连接层模型的准确性。在变压器铁心中应用修正后的梯度连接层模型，能够提高建模精度。

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快关蝶阀密封副瞬态热及碰撞冲击研究

李树勋1,2，杨玲霞1,2，雒相垚1,2，尹会全1,2

振动与冲击. 2022, 41(5): 75-82.

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为准确评估动态升温过程中结构是否安全，基于经典赫兹接触理论、旋转动力学以及碰撞冲击理论，采用数值仿真方法对快关蝶阀分别进行瞬态热-结构耦合分析与瞬态动力学分析研究，对比研究了不同升温速率、不同关闭时间及不同密封面宽度对快关蝶阀结构强度及阀座密封性能的影响规律。研究表明：快关蝶阀的最终热应力和阀座密封面接触压力均随着升温速率的增大而增大，当阀门内壁升温速率小于0.225℃/s时，阀门的结构强度及密封可满足要求；分析快关蝶阀瞬间冲击速度以及快关过程总位移量，并与理论推导得出的数值对比，误差均在5%以内，快关冲击对蝶阀蝶板的影响程度大于阀座，进一步研究得出了冲击速度、撞击面积关键参数对阀门冲击的影响规律。

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结构-声强耦合腔振声响应预报研究

廖金龙，朱海潮，侯九霄

振动与冲击. 2022, 41(5): 83-89.

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针对结构-声强耦合腔在边界激励下的响应预报问题，提出了一种基于能量原理的耦合系统响应计算方法。该方法从能量原理出发得到结构-声耦合腔拉格朗日函数形式的动力学方程，根据Rayleigh-Ritz法选择Legendre多项式级数分别将结构位移函数和声场声压函数展开，代入动力学方程并求解得到耦合腔的结构振动和声场声压响应。由于Legendre多项式满足L2内积正交性，简化了方程中高重积分项，计算效率大大提升。以充水矩形腔为例，通过与文献、有限元结果对比验证了本文方法的正确性。并分析了结构边界条件，背腔深度对系统响应的影响，结果表明：结构边界由强约束过渡到弱约束和背腔深度的减小都会导致响应峰值频率向低频偏移，同时背腔深度的减小还会导致由结构传递至声场的能量增加。

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基于2.5维有限元的有限长波导结构模态密度计算

张淑敏1，圣小珍2，杨世均3

振动与冲击. 2022, 41(5): 90-98.

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模态密度是衡量振动系统贮存能量大小的物理量，同时也是统计能量分析子系统的主要参数之一，其精度能够直接影响系统响应预测的精度；群速度为结构波能量的传播速度，是表征结构波动特性的重要参数。本文针对工程中常见的波导结构，基于2.5维有限元方法计算结构的频散曲线，利用波形置信度概念对频散曲线对应的特征波进行分类，同时给出波导结构特征波群速度的表达式。从波动角度出发，推导了有限长波导结构总的模态密度和不同特征波模态密度的计算公式。以单板和高速列车用铝型材为例，对其波动特性和模态密度进行分析和计算。研究结果表明，随着频率增加，本文方法计算得到的模态密度和其他方法吻合较好。在结构的截止频率处，群速度为零，模态密度无穷大，但在有限频带内的平均模态密度为有限值；结构的某些截止频率附近，群速度和模态密度可能会存在负值，意味着结构波的传播方向和能量的传播方向相反。通过对特征波的识别，可实现不同特征波下的模态密度计算。相关结果可为统计能量分析中相似模态群子系统的划分提供参考依据。

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弹性胶泥缓冲器关键参数对快捷列车纵向冲动的影响

赵旭宝1，魏伟2，董靓瑜1，李静1

振动与冲击. 2022, 41(5): 99-104.

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本文根据弹性胶泥缓冲器的结构原理，构建了基于速度型的弹性胶泥缓冲器模型，利用空气制动和纵向动力学联合仿真系统，分析了弹性胶泥缓冲器关键参数对快捷列车纵向冲动的影响。仿真结果表明：缓冲器的初压力和弹性胶泥的流动指数对列车的纵向冲动影响较大，而与机构相关的综合等效刚度对列车的纵向冲动影响较小。随着缓冲器初压力的不断增大，车钩力和加速度最大值均逐渐增大；初压力由20 kN 增大到100 kN时，列车车钩力最大值增长了14.4%；加速度最大值增长了32.9%；胶泥流动指数在0.1~0.5范围内变化时，车钩力和加速度最大值变化较小；胶泥指数在0.5~0.9范围内变化时，车钩力和加速度最大值均随胶泥流动指数的增加呈指数级增长。胶泥流动指数在0.5~0.9范围内变化时，车钩力最大值增大了51.7%；加速度最大值增幅为59.5%。这为新型弹性胶泥缓冲器结构参数的设计提供了理论指导。

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基于VMD-KLD的桥梁挠度监测数据温度效应分离方法

李双江1，辛景舟1,2，付雷1,3，唐启智1，赵月明4，周建庭1

振动与冲击. 2022, 41(5): 105-113.

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传统经验模态分解（Empirical Mode Decomposition，EMD）方法在处理桥梁挠度信号时存在模态混叠、分解误差累积等问题，致使分解结果尚不理想。为此，本文提出了一种结合变分模态分解(Variational Mode Decomposition，VMD)和K-L散度（Kullback-Leibler divergence，KLD）的桥梁挠度监测数据温度效应分离方法。首先，利用VMD分解桥梁挠度信号，获得若干个本征模态函数（Intrinsic Mode Function，IMF）；其次，借助核密度估计求得各IMF分量的概率密度函数分布，进而得到各分量KLD值，剔除虚假IMF分量，选定最佳分量；然后，运用Pearson相关系数对最佳分量进行效果评价；最后，通过数值仿真算例与实桥监测数据，验证了本文所提方法的有效性。结果表明：1）本文所提方法融合了VMD自适应、抗噪能力强和KLD快速选取最优信号的优势，克服了传统EMD模态混叠等缺陷，减少了虚假分量的干扰，将二者结合使得分解及筛选特征信号分量高效可靠，温度效应分离效果良好；2）仿真信号经VMD-KLD分析得到日、年温差效应及长期挠度相关系数分别为0.9946、0.9837和0.9704，实测信号得到的日、年温差效应相关系数分别为0.9081、0.9364；3）同EMD-KLD相比，VMD-KLD分离出的各挠度成分相关系数更接近于1，仿真信号分析中日、年温差效应及长期挠度分别提升了4.43%、10.84%和8.81%，实测信号分析中日、年温差效应分别提升了12.35%、5.57%。本文所提方法可为桥梁挠度监测数据温度效应在线分离提供一种新的思路。

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分段非对称随机共振系统微弱信号检测

贺利芳，朱伟，张天骐

振动与冲击. 2022, 41(5): 114-122.

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作为一种重要的信号处理方法,随机共振(SR)能够利用噪声能量增强微弱信号,有效降低噪声信号对特征提取的影响。针对分段对称系统模型随机共振幅值增益不够明显及噪声利用率较低等不足,提出一种分段非线性系统模型。该系统参数独立,易于调节,可通过调节参数诱导最佳随机共振。在双稳态模型下,推导了克莱默斯（Kramers）逃逸率和输出信噪比,同时在模型公式仿真和数值仿真两方面与分段对称系统进行对比分析,用于说明该方法的有效性。结果表明该方法能够有效地提取特征频率,具有良好的放大性能和抗噪声能力。最后将系统应用于不同型号的轴承故障检测,并用自适应智能算法最优化系统参数。结果显示,非对称系统的输出幅值分别为对称系统的8倍，3倍和6倍。数据表明,非对称系统能更有效地实现微弱特征检测与早期故障诊断。该研究进一步对系统在实际工程应用提供了理论指导与依据。

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地铁波磨对轮轨动力特性影响及其安全阈值分析

张鹏飞，姚典，冯青松，雷晓燕，刘庆杰

振动与冲击. 2022, 41(5): 123-130.

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现场测试某地铁线路普通道床地段钢轨波磨和钢轨振动加速度，建立了地铁车辆-轨道耦合动力学模型，分析了不同特征钢轨波磨对轮轨系统动力特性的影响，提出了指导钢轨打磨控制波磨的波深安全阈值。结果表明：钢轨波磨主要发生在小半径曲线地段圆曲线内轨，主波长200~250mm，最大波深约0.8mm，直线地段出现短波波磨，主波长40mm，最大波深约0.1mm；波磨主要波长与轨道结构振动主频对应；钢轨波磨激励导致轨道结构振动较大，轮轨系统动力响应剧烈，尤其是70mm以下的短波波磨；轮轨垂向力呈周期性波动，波动周期与波磨波长相同，周期内1/4波长处轮轨冲击振动达到峰值；钢轨波磨对轮轨系统动力响应的影响随着波长减小、波深增大而加剧；现有规程中指导钢轨打磨的波磨安全限值适用于长波波磨，对于波长30、40、50、60mm的短波波磨，运营速度80km/h情况下，建议波深安全阈值为0.08、0.11、0.12、0.21mm，波深超出安全阈值后应及时打磨。

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不同声子晶体模型的轨道结构振动带隙对比分析

梁玉雄1，冯青松1，陆建飞2，杨舟1，雷晓燕1

振动与冲击. 2022, 41(5): 131-140.

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为从弹性波角度准确分析轨道结构的振动特性，采用传递矩阵法建立单层欧拉梁、单层铁木辛柯梁，双层欧拉梁、双层铁木辛柯梁四种轨道结构声子晶体理论分析模型，分析结果表明，不考虑阻尼影响时，单层欧拉梁模型与单层铁木辛柯梁模型在0-250Hz内带隙位置无明显差异，在1000Hz以上时二者的带隙位置则显著不同；双层欧拉梁模型和双层铁木辛柯梁模型0-250Hz内带隙位置有较大不同，而在250Hz以上频段内的“带隙”位置基本相同，且与单层梁模型带隙位置有显著不同。考虑阻尼影响时，各模型均存在通带变为不完全带隙，以及禁带的频带宽度会有微小展宽的现象，禁带的中心位置受阻尼的影响可忽略不计。在低频（0-250Hz）内的现场测试结果与理论分析结果基本吻合，因此建议采用声子晶体理论分析钢轨振动噪声控制时，250Hz以上的中高频振动分析采用铁木辛柯梁模型更为准确，分析250Hz以下低频振动时，无砟轨道可用单层欧拉梁模型或铁木辛柯梁模型，有砟轨道应采用双层铁木辛柯梁模型。

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一种基于特征聚类和评价的轴承寿命预测新方法

李海浪,邹益胜,曾大懿,刘永志,赵市教,宋小欣

振动与冲击. 2022, 41(5): 141-150.

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在预测轴承寿命时，使提取的特征和剩余寿命保持高相关性，并使不同的特征之间保持低相关性，是有利于提升轴承寿命预测精度的。为解决单一的特征评价方法对后者考虑不足的问题，提出了一种基于相关性改进Kmeans聚类算法(Correlation-based improved Kmeans cluster algorithm， Corr-Kmeans)和初始聚类中心确定方法，并与特征评价相结合，最终提出一种基于特征聚类和评价的轴承寿命预测新方法。首先利用卷积自编码对频域信息提取初始特征，用Corr-Kmeans对初始特征按相关性进行聚类，使得聚类后的特征类内相关性高，而类间相关性低；其次，使用相关性、单调性和鲁棒性3个指标来综合评价每一类中的特征，按照筛选阈值将得分较高的特征从每一类中分别选出，组成用于训练与预测的特征子集；最后采用LSTM(Long Short-Term Memory, LSTM)网络对轴承剩余寿命进行预测。在一个轴承加速寿命实验的公开数据集上使用留一法进行验证，利用对比实验证明了所提方法在预测轴承剩余寿命上的有效性。

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双重耗能机制框架剪力墙结构地震响应分析

罗维刚1,2，刘纪斌3，宋江朋1，祁盼1

振动与冲击. 2022, 41(5): 151-157.

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当前摇摆墙体系研究广泛，但由于放松了墙底约束，抗侧刚度减小，使得结构整体变形过大。在框架剪力墙双重结构体系中，利用剪力墙和框架在地震作用下不同的变形模式，在两者之间连接屈曲约束支撑（BRB）可有效降低框架结构的水平加速度响应；而本文则进一步在剪力墙底设置参数可控的金属阻尼器（MD），防止剪力墙底部破坏的同时，整体结构在BRB与MD共同作用下，整体结构地震响应也得到有效改善。本文以某六层混凝土框架剪力墙为例，利用ABAQUS有限元软件并结合UMAT二次开发接口的PQ-Fiber用户子程序，建立了框架剪力墙非线性有限元模型，变化BRB和MD初始刚度和屈服强度，进行弹塑性动力时程分析。结果表明：在BRB和墙底MD的双重耗能作用下，当BRB和MD屈服强度取值一个合适的属性范围，双重耗能框架剪力墙结构的地震响应得到了明显改善。

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含放大机构的三要素型动力吸振器的H∞优化

周子博1,申永军1,2,杨绍普1,2

振动与冲击. 2022, 41(5): 158-165.

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提出了一种含放大机构的三要素型动力吸振器模型，研究了基于H∞优化准则的系统参数最优解析解。首先，将三要素型黏弹性模型与放大机构引入动力吸振器中，通过拉氏变换得到了系统的解析解。随后，以系统的解析解为研究对象发现该系统存在独立于阻尼比的三个固定点，利用固定点理论将三个固定点调到同一高度得到了动力吸振器的最优调谐比和最优刚度比设计公式。最后依据H∞优化准则通过最小化幅频曲线的峰值得到了系统最优阻尼比设计公式，并通过数值仿真验证了解析解的正确性。与三种经典动力吸振器在简谐激励下进行了对比，证明了本文模型有更好的吸振效果。

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半球谐振子固有刚性轴方位角测量方法与仿真研究

朱蓓蓓1，楚建宁2，秦琳1，王宜新2，陈肖2，汪学方2，许剑锋2

振动与冲击. 2022, 41(5): 166-172.

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半球谐振子固有刚性轴方位角测量是谐振子制造及调平等工艺过程的重要基础。本文首先对半球谐振子固有刚性轴方位角的测定方法进行了理论分析，其次开展了基于位置激励的半球谐振子谐响应仿真研究，模拟了固有刚性轴位置的测定过程，最后通过设计试验，采用非接触式声波激励，激光多普勒测振仪采集唇缘不同位置的振动信号，完成了半球谐振子固有刚性轴方位角的测定。该方法的角度分辨率优于1°，结果表明：其固有频率主轴方位角的辨识误差约为4.4%，具有良好的可行性，该方法装置简单、便于操作，对半球谐振子初期研制过程中固有刚性轴方位角的精确定位具有重要的参考意义。

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钢支撑加固RC框架抗连续倒塌试验与数值模拟研究

翁运昊1,李治2,邓小芳1,钱凯1,2

振动与冲击. 2022, 41(5): 173-181.

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为研究钢支撑对RC框架抗连续倒塌性能的加固效应，在实验室制作了2榀RC平面子框架试件，并对其中1榀框架通过钢支撑进行加固，采用pushdown加载方式研究钢支撑对RC框架破坏模式和抗倒塌承载能力的影响。试验结果表明：钢支撑可以提高峰值荷载超过122 %，其承载能力随拉杆的断裂而突然下降；由于压杆在加载初期就发生严重的平面外屈曲破坏，故仅对试件的初始刚度有影响，对峰值荷载作用很小。为进一步量化拉杆与压杆的加固贡献，通过商用有限元软件LS-DYNA进行精细有限元分析。有限元结果进一步验证了试验结果：采用角钢加固RC框架，压杆在加载初期容易发生平面外屈曲，对结构抗力影响不大，抗力提升主要由拉杆提供；通过拓展分析发现：采用防屈曲支撑加固可以显著提升压杆对结构抗力贡献，如压杆使用方钢管混凝土截面比L形截面峰值荷载提升超过42.8%。

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非线性动力方程的一种改进精细积分单步方法

刘冬兵1，王永2，李博文3，奕仲飞4，张磊4，黎慧2

振动与冲击. 2022, 41(5): 182-188.

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微分求积法和单步块方法都是单步多级数值方法，但是直接应用于求解非线性动力方程时的计算量比较巨大，为此文中提出了一种基于单步块方法的改进精细积分单步方法。结合精细积分法，该方法采用s级的单步块方法的第s个方程对Duhamel积分项进行数值积分。具体采用四阶Runge-Kutta法获得待求变量的预估值，并采用新四点积分公式计算Duhamel积分项。相对于现有的单步方法，本文提出的改进算法在数值精度和稳定性上更优。通过非线性动力方程的典型算例验证了本文算法的优势。

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基于图像动态识别技术的地震动参数快速判别方法

刘济舟1，孟上九1,2,3，袁晓铭1，王淼2，孙义强1

振动与冲击. 2022, 41(5): 189-196.

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随着5G时代的到来，地震过程能通过密集分布的摄像头实时记录并快速传输处理，以动态图像的形式更直观地呈现出来。如能从中快速准确的提取地震动参数等数据，将会是地震资料的宝库，弥补地震台站布置密度的不足。通过振动台模拟地震过程，结合图像识别和结构动力学分析方法，提出一种基于图像动态识别技术的地震动参数快速判别方法。通过不同摄像头高度、波形和振动频率下的计算和实测加速度曲线对比分析，多数加速度峰值误差在40%以内，证明该方法具有应用推广价值，能为将来地震动分析工作提供另一层面的解决途径。

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隧道衬砌结构减震层效能评定方法的振动台试验研究

闻毓民1,4，信春雷2,3，申玉生1,4，黄泽明2,3，高波1

振动与冲击. 2022, 41(5): 197-207.

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通过大型振动台模型试验研究了减震层效能评定方法的准确性和减震层作用下衬砌结构与最不利的IV级和V级围岩在激振过程中的相互作用。研究结果表明：减震层效能评定方法可以较为准确地评估减震层在地震动力作用下对衬砌结构的作用效果，但随着激振加速度峰值的提高，试验值会与评估值产生偏差，因此对减震层效能评定方法引入地震动力损伤系数以提高其精确度；围岩级别相较于减震层的厚度对衬砌结构的地震响应更具有决定性作用；在中低烈度地震区，减震层对衬砌结构的保护效果较为明显，但减震层存在最优厚度，超过该厚度，衬砌结构遭遇地震时的震动更加强烈，在高烈度地震区，减震层的效果差异在不同围岩中逐渐不再明显；减震层的存在改变了衬砌结构的自振特性，让衬砌与围岩之间在地震动力作用下有一定的刚性位移裕度，减少了相对位移的幅值。

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基于EEMD的改进小波阈值算法在超声水表中的应用

蒋沅1,2，上官彪1，曾竞凯1

振动与冲击. 2022, 41(5): 208-213.

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针对超声水表在实际工作环境中容易受到噪声干扰从而导致计量精度下降的问题，提出了基于集合经验模态分解（EEMD）的改进小波阈值降噪算法。为了提高降噪效果，对小波阈值降噪算法进行了改进，构造了非线性阈值函数取代传统阈值函数，同时给出了一种分解尺度选择的方法。利用EEMD将流速信号分解为一系列的本征模态函数，通过改进小波阈值降噪算法对本征模态函数进行降噪处理，去除其中的噪声分量，为了验证该算法的适用性，将其与小波阈值降噪算法和时空滤波分析方法进行了比较。实验结果表明，以超声水表流速信号为降噪对象时，基于EEMD的改进小波阈值降噪算法具有较好的降噪效果。

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基于修正D-P准则的迫击炮座钣-土壤模型在强冲击载荷下的动态响应

王锋锋，杨国来，葛建立

振动与冲击. 2022, 41(5): 214-220.

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目前在Abaqus中计算迫击炮座钣模型时选择的土壤计算模型是软件中自带的D-P(Drucker-Prager)模型，与实际情况存在一定差距。为提高某迫击炮座钣-土壤耦合模型的计算精度，本文建立座钣-土壤耦合有限元仿真模型，将一种修正的D-P准则应用于迫击炮座钣-土壤耦合计算中的土壤屈服准则，该准则引入了一种角隅模型，考虑了拉剪屈服曲线的修正。并且，为验证应用效果，设计并开展强冲击载荷下迫击炮座钣-土壤动态特性试验，获得座钣及土壤中测点的动态响应值。数值计算和试验测试结果表明，修正D-P屈服准则可以较好地描述试验现象，从而可提高迫击炮座钣-土壤耦合模型的计算精度，为座钣的设计提供参考。

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梳齿倾斜角对多自由度微陀螺动态性能的影响

张昆鹏1，2,3，郝淑英1，2,3，宋宇昊1，2,3，张琪昌4，5，冯晶晶1，2,3

振动与冲击. 2022, 41(5): 221-227.

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为揭示由于刻蚀加工误差导致的梳齿倾斜角度对多自由度微陀螺动态性能的影响机理, 以一类四自由度静电驱动微机械陀螺为研究对象，分析了线性及静电力非线性工况下梳齿倾斜角度对微陀螺动力学特性的影响。研究结果表明，微陀螺在线性系统内工作时，梳齿倾斜角会导致微陀螺系统出现共振频率偏移，并造成灵敏度大幅下降，但对带宽基本没有影响。当在静电力非线性系统内工作时，梳齿倾斜角对系统响应有刚度硬化作用，可在一定程度上抵消静电力非线性的影响；硬化作用先随梳齿倾斜角的增加而增加，到达峰值后随刻蚀误差的增加而减小，即存在最佳梳齿倾斜角度以抵消静电力非线性的影响。上述研究成果为控制或利用刻蚀误差的影响提供了理论依据。

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组合L型变截面梁的自由振动特性分析

牛国华1,2，王刚锋1,2，王剑1,2

振动与冲击. 2022, 41(5): 228-234.

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组合梁结构常作为大型复杂结构的子机构被广泛应用于机械、土木等设备中。针对组合梁的振动特性问题，提出了一种基于组合L型变截面梁结构振动特性的计算方法。基于欧拉-伯努利梁理论，推导了悬臂L型变截面梁固有频率和振型的计算过程并给出算例。针对计算结果进行了收敛性分析，通过与有限元法对比验证了本文方法的有效性。该方法可以为机械或建筑中的框架结构，尤其是有截面变化情况下的动力学计算提供理论基础。

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梯形螺旋线对斜拉索上水线的影响及其减振效果研究

王剑1，戚永圣2，逯鹏3，吴金团2，关健1，乔浩玥4

振动与冲击. 2022, 41(5): 235-242.

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在滑移理论的基础上，通过COMSOL软件建立带有双螺旋线的斜拉索圆柱绕流模型，得到斜拉索的风压力系数和风摩擦系数。忽略斜拉索在横风向上的振动，通过改变风向得到在不同截面下带有双螺旋线的斜拉索受到的气动力，进而求得斜拉索的振动时程曲线及其频谱分析结果。结果显示，双螺旋线的存在抑制了水线在斜拉索表面的振荡，使得斜拉索在横风向受到的拉索气动力变化范围逐渐缩小，气动力的振荡频率远大于斜拉索的自振频率，降低了水线与斜拉索产生共振的可能性，从而抑制了斜拉索的风雨激振现象。

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基于改进T-B谱方法的高层建筑风致疲劳损伤分析

黄国庆1，范宇航1，姜言2

振动与冲击. 2022, 41(5): 243-250.

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疲劳损伤评估方法（包括时域法和频域法）是结构耐久性设计的重要内容，提高其评估精度和效率具有重要的工程意义。相比时域法而言，频域法计算简便且高效，但精度较低。本研究利用频域Tovo-Benasciutti谱方法（T-B谱方法），并结合高层建筑风致疲劳分析，提出了基于T-B谱方法关键参数包络值的改进方法。首先，以高层建筑顺风向、横风向以及耦合风振疲劳损伤为研究对象，并以时域雨流法为基准，评价了原有两种T-B谱方法的计算精度；其次，基于该方法关键参数的分析结果，利用数值模拟，确定了该参数的包络值；最后，基于该包络值提出了改进的T-B谱方法，同时验证了其有效性。研究结果表明：随着反映材料疲劳特性曲线（S-N曲线）的斜率参数m增加，时域雨流法和原有频域T-B谱方法的误差逐渐增大；相比原有T-B谱方法，改进的方法具有较高的预测精度，以横风向疲劳损伤（m=3）为例，其平均误差降低程度分别为77.49%和55.38%。

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四立柱可靠性试验载荷谱标准化方法研究

赵礼辉1,2,3,杨鹏1,翁硕1,2,3，冯金芝1,2,3，郑松林1,2,3

振动与冲击. 2022, 41(5): 251-260.

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基于四立柱的台架试验是整车开发过程中可靠性评价的重要方式，当前以试验场整车载荷采集-路谱迭代的试验方式需要对每一个车型均进行实车载荷测量，存在试验周期长且产品可靠性不足时改进成本高等问题。本文以同一试验场可靠性规范下不同车型载荷相似性基础，开展整车四立柱台架试验载荷谱的标准化研究。分析四种车型整车四立柱台架试验载荷特征，确定各路况下不同车型同一车轮在时域、频域及损伤域的相似性，左右轮载荷时域相关及频域相干、前后轮载荷间时延特征；以同一车轮的功率谱密度分布拟合，选取覆盖一定百分位水平的功率谱作为目标重构单侧车轮时域载荷信号；综合相关和相干特征构造对侧车轮时域载荷历程；基于前后车轮时延特征，构造后轮载荷历程，最终形成整车四立柱台架试验标准化载荷谱。通过对比标准化载荷谱和实测道路谱的时域、频域、雨流、损伤，分析标准化载荷谱的合理性，以某SUV实际台架试验进行实际验证。结果表明，本文构造的标准化载荷谱有效复现试验场载荷下的失效情况，可为整车可靠性的快速验证提供有效手段。

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充液管路轴向多吸振器波动特性研究

吴江海，孙玉东，尹志勇，苏明珠

振动与冲击. 2022, 41(5): 261-266.

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为抑制充液管路中轴向振动波传播，利用吸振器安装点处位移与轴向力连续条件，采用传递矩阵法建立充液管路带多个吸振器动力学耦合模型，与有限元计算结果对比，验证了本文计算方法的正确性。计算分析了轴向波在吸振器前后的透射与反射系数，并进一步计算了吸振器周期排列时管路轴向振动带隙。研究结果表明：轴向波在吸振器共振频率全部反射，反射系数带宽随吸振器刚度与阻尼增大而变化；吸振器周期分布时，管路系统轴向振动同时存在局域共振型带隙与Bragg带隙，轴向波在局域共振型带隙内得到了有效的抑制。研究结果可为管路轴向减振、吸振器设计提供参考。

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基于传声器阵列的低速空腔噪声控制实验研究

马瑞轩1,2，李征初1，宋玉宝1，王勋年1,2

振动与冲击. 2022, 41(5): 267-272.

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基于相位传声器阵列在声学风洞中测量了低速空腔流动中主要噪声源的分布特性，提出了一种新的评估气动声源强度的计算方法。通过在空腔前后缘加装锯齿板和阻挡板的方式探索了空腔噪声抑制策略，并且比较了不同措施的降噪效果。结果表明：低速空腔流动噪声主要来自于剪切层与空腔后壁的相互作用；锯齿板以沿来流方向安装在前缘对空腔噪声控制效果最好，且锯齿越密集，噪声抑制效果越明显；阻挡板对空腔噪声控制效果不理想。

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一类对称约束碰振系统的余维二擦边分岔的存在条件

徐洁琼，陈慧莹，伍帅，袁泉

振动与冲击. 2022, 41(5): 273-279.

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类似光滑系统的余维二分岔的分类方法，余维二擦边分岔被划分为三种类型，分别是擦边点退化、退化环擦边（非双曲）以及两个擦边事件同时发生。本文分析了一个二自由度对称约束的碰撞振动系统，得到了该系统第二类余维二擦边分岔的存在条件。首先，考虑双侧擦边周期运动，理论推导出双侧擦边周期运动的存在性条件。利用不连续映射方法，得出1/1/n碰撞周期运动发生鞍结分岔和倍周期分岔的解析表达式。然后，结合双擦边周期运动的存在性条件和1/1/n碰撞周期运动的分岔条件，推导出发生余维二擦边分岔时满足的解析表达式，并以周期1运动为例，给出了余维二擦边分岔点的分布。

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基于变分模态分解的侵彻过载信号盲分离

张晨阳，张亚，李世中

振动与冲击. 2022, 41(5): 280-286.

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侵彻过载信号包含复杂的信号分量，传统的信号处理方法无法有效提取弹体的侵彻过载特征。提出一种将变分模态分解与盲源分离相结合的侵彻过载信号特征分离方法，首先由变分模态分解将源信号分解成一系列本征模态函数；然后将本征模态函数与源信号组成多维观测信号，对其自相关矩阵进行奇异值分解估计源信号数目，并计算各本征模态函数与源信号的相关系数，根据源信号数目和相关系数，选择相应的本征模态函数与源信号重构多通道观测信号；最后采用特征矩阵联合近似对角化法对多通道观测信号进行盲源分离。与传统信号处理方法相比，该方法能够有效分离出侵彻过载信号，积分结果较好地反映了弹体的实际侵彻深度，为引信系统的结构设计提供依据。

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风屏障对简支箱梁桥上风场分布影响的试验研究

邱晓为1，李小珍1，谭懿玲1，李星星1，肖军1,2,3

振动与冲击. 2022, 41(5): 287-295.

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为探究横风作用下风屏障对简支箱梁桥上轨道上方风场特征分布的影响机理，以高速铁路典型跨度32m预应力混凝土简支箱梁为背景，通过几何缩尺比为1:30的节段模型风洞试验，采用三维脉动风速仪测试了铁路桥面轨道中心上方的风场信息，并考虑了来流风环境、轨道位置、透风率等试验因素。研究结果表明：基于最小二乘法理论对试验数据进行过原点的线性拟合分析可以更好地反映测点风速与来流风速之间关系；与裸梁桥面风场的湍流强度相比，均匀来流风速对风屏障屏蔽作用下的桥面风场湍流强度影响较大，其风速比非一致性指标与其湍流强度的变异性相关；均匀风场中桥面轨道中心部分位置的风速增加可达32.8%，而湍流风场会弱化裸梁桥面等效风场的放大效应；风屏障可以有效地降低桥面风场的平均风速，透风率30%的风屏障屏蔽作用下其迎、背风侧等效风速分别为裸梁状态下的21.6%和19.4%。

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2022年, 第41卷, 第5期　
刊出日期：2022-03-15

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