振动与冲击

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吴登昊1，张婷1，祝之兵2，钱亨3，任芸4，牟介刚1

振动与冲击. 2022, 41(8): 1-6.

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泵的自吸过程包含着复杂的气液两相流动结构，这种不稳定的两相流动结构会诱发振动和噪声，不利于泵的稳定运行。目前，针对泵自吸过程的研究主要集中于泵的自吸机理及气液流态的演变规律，很少涉及自吸过程的振动特性。为了揭示离心泵自吸过程的振动诱导机制，通过搭建离心泵自吸性能试验装置，以双叶片离心泵为研究对象，采用高速摄影技术和振动测试技术开展自吸过程泵内气液流态及振动特性的实验研究。同时，设计五种不同位置的回流孔，研究回流孔位置对自吸性能及振动性能的影响规律。研究结果表明：自吸过程中，叶轮内部气液流动的剧烈变化加剧了叶轮转子系不稳定径向载荷，导致振动强度的增加。自吸过程中，振动激励频率分布在700Hz-1200Hz的中频段，并以宽频振动为主，叶轮内部存在一个明显气泡带。自吸过程结束时，首要激励频率为叶片通过频率，激励频率集中在25Hz-400Hz的低频段。回流孔位置对自吸时间影响显著，但是对振动强度影响较小。

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精细复合多尺度波动散布熵在液压泵故障诊断中的应用

姜万录1,2，赵亚鹏1,2，张淑清3，李满1,2

振动与冲击. 2022, 41(8): 7-16.

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液压泵振动信号具有非线性、非平稳性的特点，熵算法在该类信号分析方面有着独到的优势，但传统的熵算法在液压泵振动信号特征提取中有计算速度慢、熵值不准确、不稳定等不足，为了更有效地提取故障特征信息并提高故障诊断准确性，将精细复合多尺度波动散布熵(refined composite multiscale fluctuation dispersion entropy ，RCMFDE)引入到液压泵的故障特征提取中，提出了一种基于RCMFDE和粒子群优化支持向量机结合的液压泵故障诊断方法。计算不同故障振动信号的RCMFDE，并选取合适尺度下的多个RCMFDE值作为特征向量形成特征样本，输入粒子群优化支持向量机中进行故障分类识别。通过仿真信号和液压泵故障实测信号进行分析，并将所提出的方法与基于多尺度样本熵(multiscale sample entropy ，MSE)、多尺度排列熵(multiscale permutation entropy ，MPE)、多尺度符号动态熵(multiscale symbolic dynamic entropy ，MSDE)、多尺度散布熵(multiscale dispersion entropy ，MDE)、精细复合多尺度散布熵(refined composite multiscale dispersion entropy ，RCMDE)、多尺度波动散布熵(multiscale fluctuation dispersion entropy ，MFDE)的故障特征提取方法进行对比。试验结果表明，该方法能够更加准确地识别多类液压泵故障并能对液压泵性能退化程度进行有效评估。

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基于新型轴向电涡流阻尼器的拉索多模态减振性能研究

肖潇1,2，黄智文1,2，陈政清1,2，华旭刚1,2

振动与冲击. 2022, 41(8): 17-24.

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研究了新型滚珠丝杠式轴向电涡流阻尼器（ball screw type axial eddy current damper ，BS-ECD）对拉索的多模态减振控制效果。首先基于单位振动周期内耗能相等的原则计算了BS-ECD等效线性阻尼系数的表达式，然后利用等效线性化理论推导了安装BS-ECD后拉索附加模态阻尼比的表达式。以此为基础，针对拉索多模态振动控制开展了BS-ECD的参数优化设计，得到了拉索受控模态分别为14阶和18阶时BS-ECD的最优临界速度、峰值阻尼力和拉索附加模态阻尼比，并评价了其减振性能，最后分析了减振效果对阻尼器最优参数和位移幅值变化的敏感性。分析结果表明：存在一组BS-ECD的临界速度和峰值阻尼力，可以使拉索任意两阶模态的附加阻尼比同时达到最大值；当指定阻尼器工作行程时，通过参数优化可以使BS-ECD的多模态减振效果优于线性黏滞阻尼器和非线性液体黏滞阻尼器，且减振效果对最优参数变化不敏感；与其他非线性阻尼器一样，BS-ECD提供的附加模态阻尼比也具有明显的振幅依赖性，当阻尼器的工作行程偏离设计值时，其减振效果会有较明显的降低，后续应仔细研究。

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稳定板对带式输送机边主梁斜拉桥涡振性能影响机理的研究

李春光，颜虎斌，梁爱鸿，韩艳，周旭辉

振动与冲击. 2022, 41(8): 34-44.

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为研究稳定板对桥面安装带式输送机的边主梁斜拉桥涡振(vortex induced vibration ,VIV)性能影响的机理，通过节段模型测压试验获取边主梁表面压力时程，综合对比分析了不同稳定板工况下断面脉动压力系数均值、标准差、功率谱、局部与总体气动力的相关性，揭示了下稳定板对边主梁桥的抑振机理。研究发现：该类型主梁竖弯涡激共振发生的原因是上表面前部分离与再附区域强烈的压力脉动，下表面前部气动力与总体气动力的强相关性以及后部具有明显相关性的强烈的压力脉动。梁底布置一道稳定板能显著降低断面压力脉动，布置两道稳定板断面压力脉动进一步降低，从而可以大幅抑制涡振；梁底布置三道稳定板促进了气流在下游风嘴处的再附，断面压力脉动被大幅削弱，局部气动力与总体气动力相关性被显著破坏，从而有效抑制涡振。

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悬索式跨越架用吸能装置吸能效果试验分析

孟凡豪，夏拥军，马勇，万建成

振动与冲击. 2022, 41(8): 45-54.

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为提升悬索式跨越架的抗冲击性能，本文依据悬索式跨越架在事故状态下的承载特点，设计了适用于悬索式跨越架的液压吸能装置，并进行了吸能效果验证试验。首先，在分析事故工况下悬索式跨越架的承载特点的基础上，对比几种不同类型的吸能原理，最终选取液压吸能装置进行设计。然后，通过悬索式跨越架承载索小尺度垂直状态试验测试了吸能装置的吸能效果，最大可达到71.05%。为进一步验证真实工况下吸能装置的吸能效果，开展了大尺度模拟冲击试验技术研究，分别测试了承载索在有无吸能装置下的冲击响应规律。试验表明，在110m跨距，重物载荷0.5t、冲击高度0.5m的条件下，液压吸能装置的吸能效果达到32.10%，可以有效提高悬索式跨越架的抗冲击性能。

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基于六自由度振动试验台的轨道几何不平顺复现方法及应用研究

张嘉，邬平波，刘潮涛，宋烨，李凡松

振动与冲击. 2022, 41(8): 55-71.

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为了在试验台上模拟列车实际运行时的振动环境，实现在室内测试车辆系统整体或零部件的振动响应，考虑将轨道几何不平顺在六自由度振动试验台上复现。结合轨道几何不平顺的特点及振动试验台的自身结构，研究了该试验台的运动控制方法以及在该试验台上复现轨道几何不平顺的方法；通过搭建试验台全尺寸虚拟样机模型，对实测的武广高速铁路不平顺信号进行了成功复现；在此基础上建立了某型整备状态下的列车转向架刚柔耦合动力学模型，以虚拟试验台复现的轨道几何不平顺为激励，模拟线路试验对转向架构架进行工作模态分析，最终得到，在该轨道不平顺激励下，该型转向架以时速250km运行时，会激发出转向架构架固有频率为18Hz、67Hz、85Hz以及97Hz对应的模态。

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高速旋转射弹波浪入水多相流场与弹道特征数值仿真研究

李治涛1,2，赵世平1,2，卢丙举1,2，于勇3

振动与冲击. 2022, 41(8): 72-78.

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基于重叠网格技术与6自由度算法对某一高速旋转射弹波浪中入水过程进行了数值模拟研究，分析了波峰、波节1、波谷、波节2等波面不同位置入水弹体空泡形态、弹道特征及流体动力载荷特性变化规律。研究结果表明：四种工况弹体均经历撞水、空泡形成、超空泡航行与沾湿，其中波节2弹体尾部最先与空泡壁面碰撞产生沾湿，波节1发生尾部沾湿最晚；四种工况弹体质心运动轨迹均产生了不同程度的偏转，仿真结束时侧向位移量、速度变化量由大到小工况依次为波节2、波峰、波谷和波节1；四种工况入水初期弹体在空泡中航行受到的力和力矩系数量级均较小，入水后期弹体表面大面积沾湿不同工况下的力和力矩系数有较大差别；四种工况弹体名义入水角相同均为25°，由于波面的存在弹体实际有效入水角发生了变化，它们由小到大工况依次为波节2、波峰、波谷和波节1，其值依次为10.3094°、25.0032°、25.0098°和39.6620°。

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流冰撞击作用下川藏铁路桥梁振动抑制及行车安全研究

李鹏浩1，翟婉明2，和振兴1，石广田1

振动与冲击. 2022, 41(8): 79-85.

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流冰撞击作用是川藏铁路复杂艰险山区桥梁可能的自然灾害。为了评估动力吸振器(dynamic vibration absorbers ，DVA)对流冰撞击作用下桥梁的振动抑制特性和对桥上列车走行性的影响，基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论和DVA设计方法，建立了考虑流冰撞击荷载影响的列车-轨道-桥梁-DVA动力学模型。研究了DVA对冰击荷载作用下桥梁结构横向振动的抑制效果，并分析了其对桥上列车走行性的影响。结果表明：在桥梁墩顶附加DVA后，能有效抑制冰击荷载作用下桥梁结构的横向振动，且列车过桥时的车体横向振动加速度、横向轮轨力、脱轨系数和轮重减载率等动力学指标均明显减小；当行车速度增大到200km/h时，DVA对列车动力学响应依然有较好的减振效果；保持行车速度不变，增大DVA的质量比，车辆动力学响应的减振率均增大。表明桥上安装DVA对铁路桥梁抵抗流冰撞击和桥上列车的走行性均有利。

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低频消声周期管路设计及其声学性能测试

沈惠杰1，张涛1，汤智胤1，郁殿龙2

振动与冲击. 2022, 41(8): 86-92.

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为控制船舶空调通风管路系统的低频噪声传播，设计了多个Helmholtz消声器周期安装、具有低频消声特性的空调通风管路。该管路上等间距开有多个螺纹孔座，Helmholtz消声器可以选择不同的安装间距通过颈管的外螺纹与螺纹孔座配合安装于空调通风管路上，形成不同晶格常数的周期管路。对周期管路的声传播特性进行数值计算，从理论预测了所设计周期管路中可抑制声传播带隙的存在，同时给出了带隙的精确耦合条件。进一步，测试了周期管路的减噪量(noise reduction ，NR)和插入损失(insertion loss ，IL)。计算结果和实测结果表明，设计的声学周期管路确实存在局域共振带隙和布拉格带隙，带隙频率范围内可有效抑制管内声波传播。此外，这两种带隙位置可由安装间距进行调节，在一定条件下，两种带隙相邻带边可相互接合，形成耦合带隙。耦合带隙显著改善耦合前布拉格带隙的声衰减性能，与局域共振带隙耦合形成具有低频、宽带、强衰减的声衰减带，能有效衰减管内低频空气噪声传播，达到船舶空调通风管路系统低频噪声降噪的目的。

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内嵌局域共振型散射体结构的低频吸声性能研究

罗英勤，楼京俊，张焱冰

振动与冲击. 2022, 41(8): 86-92.

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建立了内嵌周期性局域共振型散射体的水下吸声结构模型，验证了轴对称结构分析有限元方法的正确性。讨论了截面形状、芯体材料以及包覆层厚度等参数对吸声性能的影响规律，结合吸声峰处的位移云图及能量耗散密度云图分析了参数的影响机理。仿真试验结果表明吸声峰由散射体共振引起，且第一、二吸声峰均与芯体和包覆层的共振密切相关。采用遗传优化算法对变截面柱型局域共振散射体吸声结构在研究频段内的吸声性能进行了优化。优化结果表明变截面散射体在吸声峰处发生共振的同时能激发更多基体位移，促进纵波模式向横波模式转化，有助于能量耗散并提高吸声系数，为低频宽带吸声结构设计提供了新的思路。

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一种惯质粘滞阻尼器的性能及其对拉索减振效果的试验研究

刘菁1，梁栋1,2

振动与冲击. 2022, 41(8): 93-101.

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制作了一台利用齿轮、齿条、惯质元件和粘滞阻尼元件组合的拉索阻尼器样机，并开展了详细的拉索减振试验研究。建立了考虑拉索垂度、内阻尼特性、阻尼器齿轮惯质、转动轴惯质与轴承的阻尼特性等因素影响的拉索-阻尼器振动体系，并利用改进的Galerkin方法进行数值分析。详细讨论了该新型阻尼器的自身性能参数、耗能性能及其针对拉索的减振性能。试验结果与数值计算对比分析表明：惯质粘滞阻尼器具有明显的负刚度，由此产生的位移放大效应对拉索减振效果有显著的正面影响。改进的Galerkin方法能够用于惯质粘滞阻尼器-拉索减振系统的分析中，且该算法不依赖于计算初值的选择；数据计算结果与试验结果吻合较好，验证了本文计算方法的准确性；该惯质粘滞阻尼器对拉索振动具有良好的减振效果。

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单轴滚动台车轮多边形磨耗激振试验及动态仿真

刘鹏飞1，杨绍普1，刘永强2，顾晓辉1，刘泽潮1，刘红军2

振动与冲击. 2022, 41(8): 102-109.

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应用高速列车单轴滚振试验台，通过打磨轨道轮模拟短波不平顺，开展了车轮多边形磨耗的激振试验，建立了试验台动力学分析模型，研究了300km/h速度范围内高阶车轮多边形、单一谐波激扰对轮对系统振动特性的影响。测试结果与时-频域计算结果进行了对比。发现通过在轨道轮上打磨多边形，能够激发轮轨系统数千赫兹的高频振动，在轴箱振动中，多边形磨耗的单边长度诱发的基频及其倍频占据了主导，轮对和轴箱的垂向自振也贡献了较大振动能量。计算结果能较好反映车轮多边形激发的2500Hz以下的基频及倍频振动，其时域的幅值特性和频域的主频分布规律与测试结果也比较吻合。在轨道轮上设置单一谐波，可激发轮轨系统数百至上千赫兹的中高频振动，运行速度增加后，谐波激扰区信号明显加强。运行速度增至200km/h和300km/h时，仿真模型分别能够较好反映1000Hz和250Hz以下的轮对振动，而对更高频率振动则较难捕捉。研究结果表明，单轴滚振试验台能够用于开展短波不平顺的高频激振试验，就本试验台而言，相应的动力学模型在中高频振动仿真分析中具有一定的适用性。

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一种舰船低频冲击环境的新型测试原理与方法

计晨1，郭君2，冯麟涵1，郝宁2

振动与冲击. 2022, 41(8): 110-115.

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舰船冲击环境是舰船设备抗冲击评估的基础输入数据，其最可靠的来源是实船抗冲击试验，其中低频冲击环境的测试工程上常采用低频振子、簧片仪等专用仪器，这些传感器存在过于笨重、仪器安装相对困难的问题，直接采用加速度计测试结果由于“零飘”导致误差大，其结果不可靠。为此，本文通过对低频冲击环境形成机理的分析，指出大型舰船低频冲击环境主要来源于舰船低频总振动，并提出一种基于实船抗冲击试验舰船总振动应变的间接测试方法。通过千吨级舰船实船的试验数据证明了该方法的有效性，加速度计实测数据与低频振子测得的数据相比，平均偏差为42.9%，新方法与低频振子测得的数据相比，平均偏差为12.6%。该技术与传统方法相比具有传感器安装简便、测点数目需求低和有效覆盖船长范围大的优势，对实船抗冲击试验的低频冲击环境测试具有重要的参考价值。

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考虑侧壁影响的偏心单刚体地震响应分析

贾传果1,2，潘家富2，李建广2，马丽2

振动与冲击. 2022, 41(8): 116-123.

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地震时建筑内高大器物，如柜体、冰箱等，刚体的晃动、倾倒会导致一定的人员伤亡和经济损失。建筑中多数器物放置在靠近墙体的部位。而已有关于刚体地震响应分析的文献未考虑碰壁的影响。地震过程中，碰壁会改变刚体运动模式，增加刚体的倒塌概率，故考虑碰壁的影响对于模拟刚体的地震响应显得尤为重要。为此，本文首先利用Lagrange定理建立刚体运动方程；并采用Rosenbrock积分方法建立了刚体摇摆运动响应分析方法；进而提出了“子步-两步法”，以精确地模拟碰地和碰壁两种运动状态变换；最后通过与振动台试验结果对比分析，验证了刚体摇摆运动响应分析方法的可靠性。

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HDC加固震损无腹筋混凝土梁受弯性能试验研究

寇佳亮1,2，蔡鹏阳1，王栋1，周恒3

振动与冲击. 2022, 41(8): 124-133.

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利用高延性混凝土（HDC）良好的粘结性能和裂缝控制能力，对19根达到极限承载力的无腹筋混凝土梁进行加固处理，并对其进行四点弯曲性能试验，研究了HDC加固震损混凝土梁受弯的裂缝开展情况、破坏形态、承载力、挠度及应力变化的影响，分析了不同HDC厚度、配筋率对HDC加固震损混凝土梁的受弯性能影响。试验结果表明：利用HDC加固震损混凝土梁的承载能力得到了明显的提高，峰值荷载最高提升89%；破坏后的裂缝较原梁多且发展完全；提高加固层厚度的加固效果要明显优于提高配箍率；开裂荷载及破坏时的极限挠度分别最大提高了250%和189%，延性得到明显改善；最大裂缝没有发生在界面处，新旧混凝土之间粘结非常好，协同工作性能良好。

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基于刚性模型与气弹模型风洞试验对比的塔式定日镜风振响应研究

刘镇华1，牛华伟1，李红星2，何邵华2

振动与冲击. 2022, 41(8): 134-140.

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塔式定日镜是塔式太阳能光热发电站中重要的聚光设备，设计时控制荷载为风荷载。通过ANSYS有限元软件建立塔式定日镜结构的有限元模型，经过模态分析可知结构频率分布比较密集，风攻角的改变对定日镜结构的低阶模态影响不大。基于刚性模型测压风洞试验，对塔式定日镜进行风振响应有限元分析，并进行气弹模型测振试验，两者的误差在10%以内。根据有限元分析和气弹模型测振试验的结果可知，影响结构风振的模态主要是前3阶，主檩条端部位置的位移响应最大。结构设计时风振系数建议取为1.57。

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外圈滚道剥离故障对滚动轴承动力学响应的影响分析

丁东升1,2，刘永强1,2，杨绍普1,2

振动与冲击. 2022, 41(8): 141-148.

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为了探究高速列车轴箱轴承在外圈滚道产生剥离故障后内部元件的动力学响应规律，采用三维建模软件Solidworks和多体动力学分析软件ADAMS建立了轴承动力学模型。模型考虑了材料属性、约束、载荷和接触关系等因素，模拟了外圈滚道多个位置处的剥离故障。采用高速列车轴承综合实验台对轴箱轴承进行动力学实验，并与仿真结果对比，验证了模型的有效性。通过分析不同故障位置的轴承动力学仿真结果，研究了滚子、保持架的动态响应变化规律。研究发现：滚子质心的径向运动轨迹呈现“正弦”状，不随外圈滚道损伤位置的不同而变化；外圈滚道损伤位于3点钟和9点钟位置时，保持架质心的径向运动轨迹无规律可循；外圈滚道损伤位于6点钟位置时，保持架质心的径向运动轨迹呈现近似“正弦”状，滚子和保持架质心的波动量最小，滚子和内圈、外圈滚道间的接触力最大；外圈滚道损伤位于12点钟位置时，保持架质心的径向运动轨迹呈现近似“正弦”状，滚子和保持架质心的波动量最大，滚子和内圈、外圈滚道间的接触力最小；研究结果对认识轴承发生外圈故障时内部元件间的运动规律、轴承运行维护和振动数据的采集提供了一定的借鉴意义。

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不同长径比柱形装药水下爆炸冲击波演化规律

马腾，王金相，刘亮涛，黄瑞源，唐奎，林尚剑，顾阳晨

振动与冲击. 2022, 41(8): 149-157.

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为分析药柱形状对水下爆炸冲击波演化的影响，针对圆柱形装药中心起爆问题，在理论上建立了炸药与水交界面上初始冲击波压力及其传播方向的二维计算方法，借助于AUTODYN有限元计算程序开展了长径比1:2-10:1的圆柱形TNT在无限水域爆炸的数值模拟，并开展了长径比为1:1和2.6:1的圆柱形TNT的水下爆炸试验。对比理论、仿真和试验结果，验证了理论模型的合理性和数值模拟的有效性，分析了柱形装药水下爆炸冲击波的传播规律，重点分析了药柱长径比对不同爆距处冲击波压力分布及传播方向的影响。结果表明：圆柱形装药水下爆炸后，冲击波波阵面逐渐从柱形趋向椭球型再趋向球型，当冲击波传播至10倍无量纲爆距时高压区的转移结束；当长径比大于1:1时，炸药轴向(端面)的冲击波压力衰减速率大于径向(圆柱面)的衰减速率，冲击波峰值压力随着方向角的增大而单调增长；在1:1-5:1的长径比和20倍无量纲爆距范围内，增大药柱长径比可定向增强炸药径向的冲击波压力，药柱的形状对冲击波压力分布影响随着爆距增大而减小。

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基于双向流固耦合的构架避雷针风振响应分析与减振优化设计

赵桂峰，曹鹏毅，石雨昊，张猛，刘冉

振动与冲击. 2022, 41(8): 158-170.

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以某500kV高压变电站典型圆钢管构架避雷针结构为例，建立避雷针风振响应分析的模型，采用双向流固耦合方法模拟分析了避雷针的顺风向及横风向风振响应，并采用外附螺旋导板的方法对其横风向风振响应进行了减振优化设计。结果表明：圆钢管构架避雷针因具有细、柔的上部结构特点，其顺风向和横风向的风振响应较为突出，尤其是横风向风振响应在某些条件下甚至占据主导地位。就本文分析的构架避雷针而言，在来流风速为12.64m/s~25.30m/s时结构会产生横风向涡激振动“锁定”现象，而且其最大共振响应（对应风速为18.97m/s）甚至超过设计基本风速（23.83m/s）作用下结构的顺风向风振响应值。实际设计时，可考虑在构架避雷针顶部外附螺距为8D、覆盖率30%的螺旋导板，以有效控制其横风向涡激振动。

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基于时序关联分析的旋转机械故障诊断

谭帅1，马遥1，侍洪波1，常玉清2，郭磊1

振动与冲击. 2022, 41(8): 171-178.

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随着大型旋转机械设备的广泛应用，高速旋转机械的故障诊断得到越来越多的关注。旋转机械的周期旋转特性导致信号间存在很强的时序关联关系，当故障发生时，故障特性会在旋转周期间逐渐传递。文章分析滚动轴承不同类型故障、不同损伤程度振动信号时序相关特性的差异度，提出了周期记忆神经网络(Periodization long short-term memory,P-LSTM)故障诊断方法。该方法首先提取旋转机械周期内数据特征，并利用记忆因子对特性在周期间的传递规律进行选择性遗忘，学习其周期间的时序相关特征，从而实现滚动轴承的故障诊断。最后利用滚动轴承多类故障数据对所提出方法进行性能分析和试验，验证了P-LSTM方法学习旋转机械周期间的时序相关特性的有效性，以及进行故障诊断的准确度。

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基于平方包络谱负熵准则的轴承早期复合故障特征提取方法

陈鹏1，赵小强1,2,3

振动与冲击. 2022, 41(8): 179-187.

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针对轴承早期复合故障诊断中故障特征难以提取的问题，提出基于平方包络谱负熵准则的优化群分解(optimized swarm decomposition，OSWD)方法。该方法首先构建基于平方包络谱负熵的优化准则，通过改进蝗虫优化算法(improved grasshopper optimization algorithm ，IGOA)对群分解(swarm decomposition, SWD)算法中的阈值参数进行自适应寻优；然后通过最优参数群分解实现复合故障振动信号的自适应分解，再对分解后的分量进行包络谱分析提取复合故障特征频率，实现轴承早期复合故障诊断；最后，通过仿真分析和实际工程案例验证表明，该方法相比变分模态分解和群分解方法，在有效提取早期复合故障特征方面效果更优。

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基于解析模态分解的极小宽深比液体晃动非线性参数辨识及试验方法

李海东1，李龙1，侯凯宇2，史晓鸣1，夏鹏1，高阳1

振动与冲击. 2022, 41(8): 188-192.

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针对当前无人驾驶飞行器工程研制中储箱燃油晃动频率过低与刚体频率接近且随燃油消耗而时变，影响驾驶仪固定参数陷幅滤波器设计的问题，设计并加工了极小宽深比的密集“井”型隔板，利用振动台+水平滑台组合进行了横向阶跃激励的晃动试验，并以激光多普勒测振仪获取了储箱燃油液面晃动的自由振动衰减响应，采用解析模态分解(analytical mode decomposition，AMD)与基于希尔伯特变换的自由振动分析方法对液体晃动频率及阻尼进行辨识。试验及辨识结果表明：相比于常规稀疏隔板，安装密集“井”型隔板储箱的燃油晃动基频大幅提高，且不会随着燃油液面深度变化而明显变化，晃动模态阻尼大幅增大，晃动幅度快速衰减。

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基于改进多重同步挤压广义S变换的结构瞬时频率识别研究

袁平平1, 2, 3，程雪莉4，王航航3，沈中祥3，任伟新5，张健4

振动与冲击. 2022, 41(8): 193-198.

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为了改进结构瞬时频率的识别效果，本文提出一种新形式的改进广义S变换（Improved Generalized S Transform, IGST），并通过能量集中度（Concentration Measure, CM）推导了IGST窗函数的参数选择方法，最后结合同步挤压算法提出了改进多重同步挤压广义S变换（Improved Multi-synchrosqueezing Generalized S-transform, IMSSGST）。该算法的核心思想是将IGST的时频分布按一定的范围向时频脊线处进行多次同步挤压变换。数值模拟方面，采用两层剪切框架时变结构验证了该方法的准确性。实验方面，对七层钢筋混凝土（Reinforced Concrete, RC）剪力墙结构进行了瞬时频率识别，验证了该方法在实际工程中的实用性。数值模拟和实验结果表明该方法能有效改善时频分析的能量聚集性，提高瞬时频率的识别精度。

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基于多传感器两级特征融合的滚动轴承故障诊断方法

刘仓，童靳于，包家汉，郑近德，潘海洋

振动与冲击. 2022, 41(8): 199-207.

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针对单个传感器获取信息有限导致诊断精度不足的问题，提出一种基于多传感器两级特征融合的故障诊断方法，并将其应用于不同工况下的滚动轴承故障诊断中。首先，在第一阶段特征融合中，通过变分模态分解计算每个传感器振动信号的本征模态函数(Intrinsic Mode Function，IMF)，消除噪声等冗余信息；再根据IMF提取时域、频域和多尺度熵特征，在一维特征层面融合成一个多域特征集。其次，在第二阶段特征融合中，首先构建基于Swish激活函数和log(cosh)损失函数改进的深度自编码网络，在此基础上进一步融合多域特征集并进行故障分类。将所提模型应用于不同工况下的滚动轴承故障诊断数据集，试验结果表明，与现有方法相比，所提方法具有更高的分类准确率和鲁棒性。

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低速冲击下纤维混凝土梁的动力学特征与断裂耗能研究

马钢1，高松涛1，王卓然2，马志宏2

振动与冲击. 2022, 41(8): 208-216.

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随着各类型短切纤维的生产成本的降低，纤维混凝土得到大规模发展且应用领域不断扩展，为保证纤维混凝土在复杂环境的服役安全，本文分别对素混凝土（plain concrete，PC）梁与纤维长度为6-8 mm且体积掺量均为0.30%的碳纤维（carbon fiber ,CF）、玻璃纤维（glass fiber ,GF）和玄武岩纤维（basalt fiber ,BF）混凝土梁进行低速冲击试验，研究了普通混凝土梁和纤维混凝土梁的抗弯失效机理及断裂耗能。通过高速摄像机记录各试件梁的断裂破坏过程，提取并分析对比了跨中竖向位移时程曲线、加速度时程曲线及拉压应变时程曲线。详细分析了锤头冲击力和惯性力，并得到等效变形力－位移曲线，计算出各纤维混凝土梁断裂耗能。结果表明，各试件梁的破坏形态均为典型的弯曲破坏，均形成一条竖向主裂缝。GFRC梁断裂消耗的能量最多，相比于PC梁提高了88%。CFRC梁和BFRC梁消耗的能量分别相对于PC梁提高了43%和18%。本文中对不同类型纤维混凝土受弯构件在低速冲击工况下的力学性能与能量消耗方面的定量化研究结果可为纤维混凝土的工程推广应用提供参考。

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八波束相控阵换能器的研制

周博文，童晖，张彬，许伟杰

振动与冲击. 2022, 41(8): 217-222.

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声学多普勒计程仪( )是一种能为水面或水下载体提供定位和导航信息的重要设备。传统的通常采用配置方式，向海底发射沿载体前后左右方向的四个波束，并利用多普勒频移来计算载体的速度。而对于传统相控阵，阵元布阵间距通常为二分之一波长，同一方向两波束间夹角为。本文在传统相控阵的基础上，提出一种八波束的相控阵，在两个互相垂直的方向上，各形成四个波束，即双配置方式。根据仿真对比分析，确定阵元布阵间距为0.35倍波长，同一方向上四个波束所对应的角度分别是和，这样，在两个互相垂直的方向上，四个与水平面方向夹角较小的波束，可以提供更大的水平分量，更有利于进行多普勒频移的计算；四个与水平面方向夹角较大的波束，有着更大的垂直分量，使得接收的回波信号有较大的信号强度，两种波束优势互补。同时，制作了一个八波束换能器，并进行了水池测试，指向性波束夹角分别为和，与仿真结果较好吻合，对应发送电压响应分别为和。

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准静态压缩载荷作用下U型折叠式夹层板芯层变形机理研究

李遥，刘昆，沈超明，王加夏

振动与冲击. 2022, 41(8): 223-230.

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折叠式夹层板具备优越的力学性能，可满足船舶设计的诸多要求，已开始应用于高端船舶的设计制造中。本文以U型折叠式夹层板为研究对象，从试验、仿真以及解析三方面，研究了面内准静态压缩载荷作用下U型折叠式夹层板的解析预报方法。通过设计开展准静态压缩试验以及相应的数值计算，分析得出了U型夹层板在准静态压缩载荷作用下结构变形的特征并对夹层板的变形过程进行归纳分类；在此基础上，提出了折叠式夹层板结构在准静态压缩载荷下的变形模式，建立了折叠式夹层板塑性变形的几何数学模型，并推导出夹层板结构变形抗力的解析计算公式，最后以试验和仿真结果为依据验证解析计算方法和公式的正确性。结果表明：解析结果与试验和仿真结果吻合较好。本文的解析方法对折叠式夹层板压皱性能设计及评估具有指导意义。

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仿脊柱隔振器振动特性分析

李小彭1,2，王政浩2，王碧涵2

振动与冲击. 2022, 41(8): 231-237.

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受人体脊柱负重减振作用的生物学启发，设计了一种多层节状连接仿生隔振器，分析了不同设计参数对隔振器静态刚度和承载能力的影响，由拉格朗日动力学公式建立了隔振系统动力学方程，利用谐波平衡法对动力学方程进行求解，分析了不同设计参数对隔振器位移传递率的影响，通过四阶龙格库塔法求出数值解并与谐波平衡法的解析解进行对比，验证了论文结论的正确性。研究结果表明：隔振器静态刚度具有明显非线性特性，通过设计参数的调节可以使隔振器在工作范围内获得正刚度、零刚度或负刚度；满足正刚度条件时降低刚度比、增加初始角度可以提高隔振器承载能力；改变隔振器设计参数如增加层数，减小初始角度，降低刚度比可以显著降低隔振器位移传递率。研究结果对仿脊柱隔振器的工程应用具有指导意义。

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附着式局域共振声子晶体薄板的带隙解析解

杨文，陈凯伦，郭旭，陈泽宇，刘长利

振动与冲击. 2022, 41(8): 238-243.

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声子晶体作为一种具有超材料特性的复合减振材料，其带隙范围的计算一直是研究的重点，目前主要的计算方法都是数值方法，得到的带隙范围依赖于系统参数的选取，而带隙的设计只能采取参数试凑或优化的方法。针对以上问题，根据局域共振型声子晶体薄板的动力学方程，得到系统振动位移的解析解。在此基础上，得到了阻抗表达式，并根据阻抗的概念阐述了带隙的形成机理，讨论了系统阻尼对带隙的影响，得到了无阻尼条件下带隙的解析解，所得结果与有限元及平面波展开法的计算结果一致。利用带隙解析解，可以非常方便地设计局域共振声子晶体薄板的带隙，为声子晶体的研究和应用提供了全新的方法。

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膨胀管-凹槽板爆炸分离装置降冲击研究

孙璟1，陈劭睿1，翁飞2，胡振兴1，陈荣3

振动与冲击. 2022, 41(8): 244-249.

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膨胀管-凹槽板爆炸分离装置以其无污染高承载特点将应用于有效载荷连接和释放结构。其作为火工直驱的线式分离装置分离时常伴随着较大冲击，如何降低装置在解锁过程中冲击源的爆轰作用以及控制冲击的传递，是该类装置能否广泛应用的重要前提。本文运用LS-DYNA对膨胀管-凹槽板分离装置的分离过程和面内冲击波传递规律进行了仿真分析，同时，基于2种仿真方案分析的预测结果，开展了其中一种降冲方案的试验验证。结果表明，仿真分析可以有效指导试验的开展，并指出减少扁平管和连接框的碰撞面积可有效改善整个膨胀管分离过程的冲击环境。

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含煤粉层的刨头-滑架体三维粗糙接触碰撞特性研究

张瑜1,2，王倩1，陈洪月3，毛君3

振动与冲击. 2022, 41(8): 250-259.

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三维间隙导致刨头-滑架体产生复杂的接触碰撞现象，煤粉层加剧了系统的动态特性。基于刨头与滑架体之间的几何结构特点，提出了将三维多面体碰撞检测降维到二维多边形碰撞检测的方法，综合考虑表面粗糙度、煤粉层的影响，引入粗糙界面接触力模型以及含煤粉层接触力模型，并通过实验测得恢复系数，构建了刨头与滑架体间三维接触碰撞动力学模型，采用数值分析方法获得刨头-滑架体接触碰撞动态特性。研究结果表明：刨头-滑架体的接触碰撞存在点、线、单面、多面等多种形式；随着恢复系数的降低，刨头的摆角振动、位移振动幅值随之降低，在间隙边界处的接触碰撞振动幅值随之减小，各点的碰撞力均值减小，碰撞次数也随之降低。最后通过实验验证了本文碰撞动力学模型的有效性。

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爆破荷载作用下隧道围岩裂隙范围计算方法研究

李芳涛1，胡志平1,2，陈南南1，张永辉1，安学旭1

振动与冲击. 2022, 41(8): 260-269.

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爆破荷载下隧道围岩产生的裂隙为岩溶发育和地下水运动创造了良好的条件。为了研究爆破荷载作用下隧道围岩的损伤裂隙范围，在考虑中主应力和环向拉应力的影响下，分别基于统一强度准则和摩尔库伦强度准则得到了两种粉碎区的计算方法，并且计算了破裂Ⅰ区和破裂Ⅱ区的范围。最后开展了现场实验和探测，按本文计算方法计算了现场隧道粉碎区和裂隙区范围，计算结果与现场实验结果进行了对比和验证，得到了以下结论：（1）本文基于统一强度理论的粉碎区范围计算方法考虑了塑性损伤，适用于隧道粉碎区范围的计算，理论计算结果与现场粉碎区实测结果较为吻合，该方法可用于超欠挖控制严格的隧道爆破参数设计；（2）本文基于摩尔库伦强度准则的粉碎区范围计算方法不考虑塑性损伤，相比已有的基于摩尔库伦强度准则的计算方法考虑了环向拉应力，计算单元体更符合实际受力情况，本文粉碎区的两种计算方法主要区别在于是否包含塑性损伤的范围，两种计算方法在实际运用时，应根据不同的工程要求来选择；（3）现场实验结果表明，基于统一强度理论的破裂区范围的计算方法，其计算结果与现场实测结果较为接近，该方法可以用来计算和评估远场振动效应作用下隧道围岩的裂隙范围。

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高速磁浮列车-桥梁耦合振动实时混合试验的数值仿真研究

王贞1，侯金佑1，吴斌1，杨格1，王涛2，许国山3，丁勇3

振动与冲击. 2022, 41(8): 270-276.

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高速磁浮列车是新型高速交通工具，具有良好应用前景，逐渐成为研究热点。列车过桥墩时，由于桥梁此处竖向刚度远大于其他位置，列车与桥梁之间存在冲击相互作用，对磁浮控制非常不利，甚至影响运行安全性。为了研究该耦合振动，本文提出了高速磁浮列车-桥梁耦合振动实时混合试验。本文首先阐述了方法原理与流程，然后建立试验系统数值仿真模型，开展了数值仿真分析。研究表明，混合试验模拟结果精度较好，高速磁浮列车的车桥耦合实时混合试验具有可行性；不过，准确复现冲击相互作用对加载系统的动力性能要求较高，仍然存在较大困难。研究结果可为车桥耦合实时混合试验的实施提供一定参考。

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运输包装加速随机振动试验研究综述

王立军1，宋海燕1，王志伟2

振动与冲击. 2022, 41(8): 277-286.

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加速随机振动试验是目前物流过程中运输包装损伤和安全性评价的重要技术手段，通过提高振动等级压缩测试时间，省时高效，减少运输包装系统优化设计周期，包括四部分：实际物流车辆振动信号的采集与分析、实验室信号模拟与再现、运输包装振动疲劳损伤与寿命评估、加速随机振动试验理论与方法。从以上四方面进行综述，总结了实际车辆振动信号统计特征和影响因素、信号模拟方法及特点，阐述了振动疲劳理论与运输包装损伤研究进展，分析了目前加速随机振动试验研究现状和不足，讨论了目前该研究领域尚未解决的问题，指出了进一步的研究方向。

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轴向变厚度星形管吸能特征及多目标优化研究

邓小林1，黄家乐2，3

振动与冲击. 2022, 41(8): 287-296.

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提出了一种新型的轴向变厚度星形管，采用Abaqus/Explicit对该结构有限元建模，并验证了模型的精度。系统研究了该结构在轴向冲击下的变形模式、力-位移和能量吸收等耐撞性能并分析了其关键耐撞性指标，开展了不同角数星形管在保持相同质量下的耐撞性能研究，采用多目标优化方法开展了星形管的优化研究。结果表明，所提出的轴向变厚度星形管相比常规的等壁厚星形管在降低初始峰值载荷和提升结构冲击载荷效率方面具有很大优势，多目标优化得到的最优设计相比原始设计的耐撞性能得到了有效改善，比能量吸收最大提升了6.02%，初始峰值载荷最高减少了39.56%。该研究能为轴向变厚度吸能结构设计提供参考。

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波形钢腹板组合工字梁的振动特性

张紫辰1，王根会1，樊江2

振动与冲击. 2022, 41(8): 297-303.

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为分析波形钢腹板组合工字梁的弯曲振动频率及其动力反应特性，综合考虑剪切变形、转动惯量、剪滞翘曲应力自平衡和腹板褶皱效应等多重因素的影响，对组合工字梁上下翼板设立2个不同的纵向翘曲动位移差函数，基于能量变分法和Hamilton原理建立该类结构的弹性控制微分方程和自然边界条件，获得相应广义位移的闭合解，结合数值算例计算了不同边界条件下组合工字梁的固有频率，详细分析了剪力滞效应和翘曲应力自平衡对组合工字梁振动特性的影响。研究结果表明：该闭合解计算结果与ANSYS有限元值吻合良好，且计算精度明显提高；剪力滞效应降低了组合工字梁的竖向刚度，其影响随频率阶数的升高而增大，随跨宽比的增大而减小；与简支组合梁相比，两端固支组合梁的频率值受剪力滞效应的影响更大；翘曲应力自平衡对组合工字梁自振频率的贡献值小于5%，对翼板动应力幅值的影响可达10%以上；在进行该类结构动力特性分析时平截面假定不再适用。

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分数阶Brusselator振子的簇发振动与分岔

王艳丽1，李向红1,2,3，王敏2，申永军1,3

振动与冲击. 2022, 41(8): 304-310.

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由于催化剂的存在，Brusselator振子是典型的多尺度耦合系统，即常常存在激发态和沉寂态耦合的簇发振动行为。本文考虑分数阶Brusselator系统的催化过程受到外部周期扰动下的情形，这使得系统的非线性行为更加复杂。根据分数阶系统稳定性理论进行了双参数分岔分析，讨论了Hopf分岔的充分条件。发现系统存在一条奇线，利用中心流形定理和数值模拟验证了该奇线的稳定性。探讨了分数阶阶次对簇发振动的影响，通过分数阶阶次与慢变参数的双参数分岔图，发现分数阶阶次与激发态时间长短密切相关，即降低分数阶阶次，可以缩短激发态时间，从而增加沉寂态的时间。研究还发现扰动幅值的变化直接影响快子系统的吸引子类型，激励幅值较大时，快子系统涉及到两种吸引子，沉寂态和激发态并存；激励幅值较小时快子系统涉及一种吸引子，沉寂态基本消失。

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弹性梁中端惯容型非线性能量汇振动抑制研究

高志通，方勃，张振

振动与冲击. 2022, 41(8): 311-322.

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欧拉-伯努利梁作为许多航空航天结构的简化模型，对其振动抑制研究具有重要的工程意义。本文提出利用惯容型非线性能量汇抑制弹性梁的横向振动。应用广义哈密顿原理，建立弹性梁的动力学控制方程。通过伽辽金截断方法离散系统的偏微分控制方程。应用谐波平衡方法得到系统非线性振动的稳态响应，并对其进行数值验证。研究结果表明，惯容型非线性能量汇可以有效抑制弹性梁的横向振动。此外，讨论了惯容型非线性能量汇的阻尼、惯性质量和立方非线性刚度的变化对其减振效果的影响。最后，讨论了在不同激励和梁不同弯曲刚度下参数的最优取值范围。结果表明，优化后的惯容型非线性能量汇的减振效果可高达99%。

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2022年, 第41卷, 第8期　
刊出日期：2022-04-28

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