2023年, 第42卷, 第10期　
刊出日期：2023-05-28

  

• 全选
  |

论文
• Select
  轴向运动形状记忆合金层合梁的参强联合共振

  郝颖1,2，李哲1,2，胡宇达1,2

  振动与冲击. 2023, 42(10): 1-7.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  本文研究了轴向变速运动形状记忆合金（shape memory alloy,SMA）层合梁在简谐激励下的参强联合共振问题。基于SMA的Falk多项式本构模型，结合Timoshenko梁理论推导了轴向运动SMA层合梁的非线性振动方程。利用伽辽金积分法对其进行时间变量和空间变量的离散，用多尺度法以及坐标变换的方法推导系统参强联合共振的幅频响应方程。通过算例分析，得到不同物理参数变化时的幅频响应曲线图和振幅-参数曲线图，分析了轴向速度、温度及强迫激励对系统参强联合共振特性的影响。结果表明系统呈现典型的非线性振动特征和复杂的动力学行为。
• Select
  基于L1范数振动传递率的梁构件损伤识别研究

  孙毅1,2，马琨1，刘德稳2，盛冬发2

  振动与冲击. 2023, 42(10): 8-14.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  基于传递率函数在频域给定结构各测点输出响应间的函数关系而无需测量结构输入荷载信息的特点，提出了L1范数归一化传递率函数结构损伤识别方法。首先对加速度响应数据频域分析构建传递率函数矩阵，通过主成分分析法实现传递率频域特征的降维，提取与梁结构损伤特征高度相关的特征，以不同状态下的主成分有无发生偏离为依据来判断结构是否发生了损伤；其次，结构如果发生损伤，其损伤前后的传递率函数会发生变化。将传递率函数进行L1范数归一化，构建L1范数归一化传递率函数损伤指标。数值仿真和实验结果表明，此方法可有效识别结构不同的损伤位置及程度，识别精度高，具有一定的噪声鲁棒性。
• Select
  隧道爆破新自由面形成时间的识别与应用

  刘翔宇1，龚敏1，杨仁树1，吴昊骏1，吴晓东1，邱燚可可1，周世均2

  振动与冲击. 2023, 42(10): 15-22.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  隧道爆破中新自由面的形成影响爆炸能量的传播，能显著降低爆破振动强度。由于现场爆破过程的瞬态性及危险性，难以确定新自由面的形成时间，揭示其作用规律。为解决该问题，提出新自由面形成时间的识别方法，借助电子雷管精准起爆特性设计获取两组对比波形，一是通过现场短延时掏槽爆破试验获取受新自由面影响的实测振动波形；二是按照现场延时间隔，基于叠加理论得到不考虑新自由面影响的计算振动波形；通过HHT分别计算两组波形全时程的累积能量，分析两条累积能量曲线，以差异特征点作为新自由面形成时间；现场应用该方法确定的形成时间为43.5 ms。分析新自由面形成后能量折减率的变化过程，发现存在快速增加到最大值、持续稳定、逐渐降低三个阶段。对比分析短延时（<10 ms）和长延时（>10 ms）爆破条件下的计算振速和累积能量，确定16~19 ms为较优的掏槽孔间延时。
• Select
  基于三次样条插值谐波叠加技术的随机路面重构方法研究

  金红杰1,2，钟岳3，臧利国4,5，吕添5

  振动与冲击. 2023, 42(10): 23-30.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  汽车虚拟试验仿真研究的关键点在于：如何在获取准确的试验道路信息的基础上重现三维虚拟路面模型，其中道路谱的重构和分析是建立模型的核心内容。本文首先以砂石路面为研究对象，对其进行了高程数据采集和预处理，获得了路面不平度的频谱分布。其次，在谐波叠加法基础上创新性地引入三次样条插值技术，对中心频率点间的互功率谱密度矩阵采取正定平方(Cholesky)分解，并且采用不同条件下的插值方法获取了重构功率谱密度模型。最后通过对谐波叠加法及三类插值重构谱与原始谱的相关系数r的横向对比发现：第一类边界条件下三次样条插值方法在重构精度与效率方面有着明显的优势。此外本文基于该方法的拓展性利用MATLAB/GUI建立了试验道路谱数据库以及软化操作平台，为车辆虚拟试验仿真提供了可靠支撑。
• Select
  短型长度系数对耗能梁抗震性能的影响试验及有限元研究

  熊礼全1，潘星月1，程龙飞1，门进杰2，陈大刚3，向征宇3

  振动与冲击. 2023, 42(10): 31-42.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  与传统框架结构体系相比，带可更换构件的框架结构体系能够实现震后建筑结构功能快速可恢复，减少地震作用对建筑结构正常生活和生产的影响。为研究可更换耗能梁的抗震性能，共设计并制作4个试验试件，对其进行低周反复加载，研究其破坏特征、滞回性能、骨架曲线。利用ABAQUS建立了可更换耗能梁精细化有限元分析模型，研究短型长度系数对可更换耗能梁抗震性能的影响规律，分析建模方法的可靠性。研究表明：试验中可更换耗能梁发生剪切屈服型与弯剪屈服型两类破坏模式，破坏特征包括腹板-加劲肋焊缝撕裂、翼缘屈曲和端板焊缝撕裂。试件具有良好的承载力与变形能力，能够实现震后可更换；有限元分析与试验结果吻合良好，建模方法可行。随着试件长度系数的增加，耗能梁的承载力、变形、耗能能力等均减弱，试件翼缘抗剪贡献可达梁段抗剪承载力的10%以上。与Popov等学者的建议值1.6相比，耗能梁的长度系数接近1.4时，试件破坏模式由剪切型破坏向弯剪型破坏模式转变；提出了剪切型可更换耗能梁抗剪承载力的计算公式，可供工程设计参考使用。
• Select
  基于粒子法的可变边界柔性气缸弹射研究

  杨宝生，姜毅，杨哩娜

  振动与冲击. 2023, 42(10): 43-50.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为解决现有弹射器红外目标明显、能量不稳定、结构复杂等问题，进一步提升弹射效率、弹射稳定性，本研究在现有压缩空气弹射器的基础上提出一种可自主增长气缸边界的柔性气缸弹射器，实现高压气体在柔性气缸约束下的长距离做功。在显式动力学基础上，建立多工况下的大尺度柔性气缸弹射负载有限元模型，实现基于粒子法模型的大尺度柔性结构弹射负载的流固耦合数值仿真。研究结果表明在充气量一定时，柔性气缸弹射器比压缩空气弹射器弹射速度增加11.7%，火箭最大过载减小71.6%。进一步研究表明，同种织物漏气的主要影响因素为柔性气缸内外压差，针对不同材料漏气，选取三种材料，其中棉纶66C为柔性气缸织物的弹射系统的弹射指标最佳。对比不同环境压力，外界大气压越低，弹射动能越高，70kPa环境压力下，比标准大气环境压力下，动能增加15.8%。
• Select
  折流板对改进型平面弹性管束换热器传热特性的影响

  张经纬1，季家东1，潘玉玲1，陈清华1，李飞扬2

  振动与冲击. 2023, 42(10): 51-57.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  基于传统平面弹性管束(PETB)换热器，通过进行结构改进，提出了一种改进型PETB换热器。研究了折流板结构参数(高度和弧度)对改进型PETB换热器传热特性的影响。结果表明：随着折流板高度增加，内部传热元件的振动强度减小，传热元件的振动强化传热性能和换热器的综合传热性能均提高。当比例因子由0.70增加到0.80时，监测点的振动幅值降低7%以上；振动条件下传热元件的平均努赛尔数提高5.50%，换热器的综合传热性能评价指标PEC提高1.42%。折流板弧度的变化影响传热元件的振动强度和传热性能，当折流板弧度为10°时，监测点的振动最剧烈，传热元件的振动强化传性能和换热器的综合传热性能均最高。与弧度为0°和20°相较，监测点的振幅最大分别提高6.27%和6.63%；振动条件下传热元件的平均努赛尔数分别提高2.91%和2.78%，换热器的综合传热性能评价指标PEC分别提高0.83%和3.23%。
• Select
  混合激励压电振动能量收集器的机电响应分析

  高铭阳，刘文光，陈红霞，冯逸亭，鹿青山

  振动与冲击. 2023, 42(10): 58-66.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为提高压电振动能量收集器在多种能量环境下的工作效率，旨在研究一种基础激励和风流体混合激励下压电振动能量收集器的机电响应性能。根据Euler-Bernoulli弹性梁振动理论建立了混合激励下压电悬臂梁的分布参数模型，通过建立机电耦合降阶模型得到了系统的第一阶模态机电控制方程，利用机电解耦方法推导了系统响应的解析解，讨论了负载电阻、风速对系统固有频率及机电阻尼的影响，分析了负载电阻、加速度及风速对系统发电性能的影响，验证了理论模型的正确性。结果表明：与基础激励相比，混合激励不但增大系统的能量收集功率，而且可在更宽的频带区间内收集能量。
• Select
  基于集成包络谱的滚动轴承早期故障检测指标

  杨新敏，郭瑜，田田，朱云贵

  振动与冲击. 2023, 42(10): 67-73.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对常规统计指标对滚动轴承早期故障不敏感的问题，本文基于集成包络谱(Integrated Envelope Spectrum, IES)提出一种滚动轴承早期故障检测指标——集成包络谱谱峰因子(Integrated Envelope Spectrum Peak Factor, IESPF)，应用于轴承早期故障检测。首先对信号进行快速谱相干(Fast spectral Coherence, Fast-SCoh)计算；然后根据循环频率与谱频率的映射关系确定包含故障信息丰富的频带，并对该频带积分获得IES；最后计算IES的最大值与其均方根值的比值，从而获得本文所提指标IESPF，应用于轴承外圈故障检测。通过分析滚动轴承外圈模拟故障实验数据和疲劳实验数据表明，本文所提指标对轴承外圈早期故障较敏感，适用于早期故障检测。
• Select
  基于改进的MEEMD的隧道掘进爆破振动信号去噪优化分析

  周红敏1，赵事成1，赵文清2，王双2，郝广伟2，张宪堂1

  振动与冲击. 2023, 42(10): 74-81.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  爆破振动信号受现场条件限制，多为复杂含噪信号，对降噪方法的性能提出更高要求。为了获得真实振动特征，建立了一种基于改进的总体平均经验模态算法（modified ensemble empirical mode decomposition, MEEMD）的联合去噪方法。首先，将原始信号进行MEEMD分解得到本征模态分量（intrinsic mode function,IMF），结合相关系数和样本熵（sample entropy,SE）-Hurst指数进行IMF分类。然后，针对含噪IMF分量中的残留噪声，使用最小均方自适应滤波（least mean square,LMS）进行降噪，达到信号去噪的目的。算法对比结果表明：仿真试验中MEEMD-LMS相较互补集合经验模态分解（complementary ensemble empirical mode decomposition,CEEMD）、快速总体平均经验模式分解（fast ensemble empirical mode decomposition,FEEMD）等方法表现出更优的降噪性能，隧道掘进爆破的实例分析中MEEMD-LMS相较MEEMD对高频噪声的降噪效果更好，低频段频谱更清晰，具备良好的适用性。
• Select
  单桩基础海上风机横向自振频率求解及参数敏感性分析

  余云燕，孔嘉乐

  振动与冲击. 2023, 42(10): 82-91.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  梁理论的合理选择对风机横向自振频率的求解意义重大。以往提出的海上风机自振频率计算方法都基于某一种梁理论，且缺乏各参数的敏感性分析。为了对比不同梁理论对风机自振频率求解的影响，采用回传射线矩阵法，分别基于Bernoulli-Euler梁、经典Timoshenko梁和修正Timoshenko梁理论，提出海上风机横向自振频率计算方法，通过实测数据验证了该方法的准确性，并综合对比各参数的敏感性。研究结果表明：Bernoulli-Euler梁理论未考虑剪切变形与转动惯量，自振频率计算结果略大于Timoshenko梁理论；剪切变形引起的转动惯量可以忽略不计，修正Timoshenko梁理论与经典Timoshenko梁理论计算结果一致，但物理意义更加清晰；基频对塔筒结构参数的敏感性最高，其次是连接段与桩基；基频对塔筒高度的敏感性最高，对海床高度与叶轮机舱组件质量的敏感性较高，壁厚变化对基频的影响不显著。
• Select
  高温与冲击耦合作用下双钢管混凝土柱动态响应数值模拟研究

  孔祥清1，张惠玲1，张文萍1，付莹1,2，章文姣1

  振动与冲击. 2023, 42(10): 92-102.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为研究双钢管混凝土（concrete-filled double-tube，CFDT）柱在高温下的抗冲击性能，利用ABAQUS 有限元软件建立CFDT柱在高温与冲击耦合作用下的有限元模型，考虑材料的温度软化、应变率强化效应以及轴力的影响，并通过已有CFDT柱的火灾试验和常温下侧向冲击试验进行了分段验证。在此基础上，从冲击力、跨中位移、荷载分布情况与损伤演化等方面分析了不同温度下CFDT柱的抗冲击动态响应，并考虑了不同截面形式、轴压比、冲击速度和混凝土强度对CFDT柱抗冲击性能的影响。研究结果表明：高温与冲击耦合作用下，CFDT柱主要呈现弯曲破坏，随着温度升高，CFDT柱抗冲击性能和抗弯承载力逐渐降低。CFDT柱的耐火极限是普通钢管混凝土柱的2.1倍。轴力对CFDT柱抗冲击性能产生不利影响，当轴压比从 0 增加到 0.6，高温800℃时构件冲击力平台值下降了32.4%；混凝土强度对高温下CFDT柱抗冲击性能有显著影响，高温800℃时混凝土强度由 40MPa 增加到 60MPa，构件冲击力平台值提高了22.8%。
• Select
  多尺度形态滤波在行星轮轴承故障诊断的应用

  刘志强1，龚廷恺2，陈萍3，石开1

  振动与冲击. 2023, 42(10): 103-111.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  齿轮箱中滚动轴承的故障信号微弱且易受干扰，导致轴承故障特征提取困难。为了提取信号中的微弱故障特征，提出了一种自适应的多尺度广义形态滤波(adaptive multiscale generalized morphological filter, AMGMF)，特有的形态变换在抑制干扰的同时还增强了特征提取能力。首先，针对差值形态算子的滤波缺陷，提出了广义的优化差分算子(generalized enhanced different filter, GEDIF)，并通过幅频特性和脉冲提取特性揭示其滤波特点。其次，由局部信号特征确定扁平结构元素的长度，改进的长度选择方法确保了形态滤波的自适应性和准确性。最后，以特征幅值比(feature amplitude ratio, FAR)分配各尺度的权重，加权重构得到了AMGMF的处理结果。通过仿真信号和行星轮轴承故障信号分析，结果表明AMGMF方法能有效地从复杂信号中分离出故障特征。与单尺度形态滤波、多尺度形态滤波和EEMD对比，AMGMF方法具有一定的优越性。
• Select
  飞机撞击安全壳中航油爆炸耦联分析模型及影响研究

  李建波1,2，牛燕如1,2，梅润雨1,2，孙运轮3

  振动与冲击. 2023, 42(10): 112-120.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  飞机撞击安全壳事件中，撞击载荷和航油爆炸载荷是需要耦合考虑的两种载荷。当前主要关注于单一的飞机撞击载荷作用，缺乏撞击-爆炸载荷耦合作用的分析和影响比较。为研究耦合作用下安全壳结构的动力响应差异，并提出可行的数值模型，本文基于飞机和安全壳细致的动力数值模型进行了全过程的耦合分析。首先以蒸气云爆炸的The Netherlands Organization（TNO）多能法模型来定量表示航油爆炸载荷；并基于钢筋混凝土板抗爆、抗弹体撞击的数值模型试验，验证了Riedel-Hiermaier-Thoma（RHT）本构模型在不同载荷形式下的通用性；最后采用精细化建模的A340-300大型商用飞机和某四代核反应堆安全壳模型，对比分析了单一载荷作用和撞击-爆炸耦合载荷作用下安全壳的位移时程和损伤分布规律。研究结果表明，对安全壳进行飞机撞击评价时进行撞击-爆炸耦合载荷作用的分析是十分必要的。基于文中模型，耦合载荷作用下的安全壳峰值位移响应，比考虑单一载荷作用的位移增加了约27 %。除此之外，安全壳的局部损伤破坏也有较大幅度的变化，与单一撞击载荷作用相比，耦合作用下损伤面积在机身撞击区域增加约142 %，在引擎撞击区域增加约72.8 %，且引擎撞击局部区域的损伤程度大幅增加。
• Select
  宽幅Π型主梁涡振机理及优化措施研究

  宋玉冰，遆子龙，李永乐

  振动与冲击. 2023, 42(10): 121-127.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  本研究以某宽幅跨江大桥Π型主梁为例，通过风洞试验和数值模拟系统地研究了该桥面的涡振性能及控制措施。首先对该桥面节段模型进行风洞试验测试，试验结果表明该桥面原始设计方案气动外形较差，在常遇风速下会发生较大幅值的涡激振动，振动幅值超过规范所限定的最大幅值。随后开展了5种典型的气动措施研究，并通过风洞试验对其涡振控制性能进行测试。后使用数值模拟对该断面的涡振与抑振机理进行了研究。对比分析五种措施的试验结果，得出以下4点主要结论：(1)风嘴越向下偏心，抑振效果越好。(2)大尺寸风嘴涡振控制性能优于小尺寸风嘴。(3)风嘴边缘设有水平板有利于气流的提前分离，可提升抑振性能。(4)倒“L”形裙板的扭转涡振控制效果优于风嘴。基于以上试验结论，选取原始断面与控制效果较好的措施进行CFD数值模拟，旨在探究Π型梁涡振的诱发机理，及控制机理。由模拟结果分析得到Π型梁涡振的主要诱因是由于气流在桥面上游角点处分离形成剪切层，随后在箱内形成与桥面尺寸相当的大尺度漩涡所引起的。涡振的控制机理在于通过安装气动措施，整流分离后的气流，削弱剪切层能量，进而提升Π型梁的涡振性能。本研究对Π型梁涡振性能优化具有一定的指导意义，并提出了几种有效的抑振措施，为类似桥面的工程设计提供了依据。
• Select
  基于输气管道泄漏声发射信号特征的小波基构造研究

  高琳1,2，曹建国1,3

  振动与冲击. 2023, 42(10): 128-135.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  小波分析是目前管道泄漏检测中应用极为广泛的降噪方法，但使用的均为通用小波基函数，不能有效匹配具体的管道泄漏声发射信号，从而降低了降噪效果。针对该问题，本文首先通过数学解析模型计算得到管道泄漏声发射仿真信号，再以此信号为基础，构造出了适合管道泄漏特征的小波基函数。利用构造的小波基对实验泄漏信号进行降噪并做互相关计算，结果表明当小波消失矩为3或4、滤波器支撑长度为8时的泄漏定位误差最小，仅为3.62%。将此构造小波基与通用小波基系列分别对实验泄漏信号进行降噪并做互相关计算，结果表明采用构造小波基时的泄漏定位误差是最小的。这说明该小波基符合管道泄漏声发射信号的基本特征，从而可以更有效地抑制噪声，降低管道泄漏定位的误差。
• Select
  车辆-轨道空间非线性耦合系统交叉迭代算法及应用

  雷晓燕，王海

  振动与冲击. 2023, 42(10): 136-143.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  基于有限元法建立了车辆-轨道空间非线性耦合系统动力学模型，提出了将迹线法融入交叉迭代法求解车辆-轨道空间非线性耦合系统动力学的方法。车辆-轨道空间非线性耦合模型包含车辆子系统和轨道子系统，其中车辆子系统为31自由度的整车模型，轨道子系统采用空间梁单元、黏弹性弹簧阻尼元件和三维块体单元模拟，两子系统通过轮轨相互作用实现耦合。轮轨接触几何关系采用“迹线法”与“最小距离法”计算，运用Newmark数值积分交叉求解车辆子系统动力学方程和轨道子系统动力学方程。为验证算法的可行性，进行了算例对比计算。作为应用实例，分析了CRH2高速动车通过CRTSⅡ无砟轨道时引起车辆和轨道结构的动力响应，并选择列车速度和轨道不平顺对车辆-轨道耦合系统动力响应的影响进行了参数分析。计算结果表明：将迹线法融入交叉迭代法求解车辆-轨道空间非线性耦合系统动力问题的算法具有计算精度高、收敛速度快和程序编制容易的特点。
• Select
  改进SVD算法的转子系统轴心轨迹快速提纯研究

  苏紫娜1，马军1,2，王晓东1,2，熊新1,2

  振动与冲击. 2023, 42(10): 144-154.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为实现转子系统轴心轨迹的快速提纯，提出一种改进的奇异值分解（Improved Singular Value Decomposition，ISVD）算法。首先，构建一种奇异值差异比（Singular Value Difference Ratio，SVDR）的评判指标来确定矩阵行数，对Hankel矩阵的结构进行优化；其次，利用奇异值与频率的数量关系筛选有效分量，对有效分量进行重构得到特征信号；然后，将降噪提纯后的特征信号合成轴心轨迹，实现轴心轨迹的提纯；最后，利用仿真和实测信号对所提方法进行分析。实验结果表明，与最大维数法相比，在SVDR确定的矩阵结构下，奇异值分解的降噪性能保持不变，但分解的时间缩短了90.18%，提高了计算效率。
• Select
  压电执行器改进Bouc-Wen模型及其定位补偿控制研究

  周民瑞1，周振华1,2，刘鑫1,2，曹太山1,2，李战慧1,2

  振动与冲击. 2023, 42(10): 155-164.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对多数迟滞模型无法描述压电陶瓷执行器(piezoelectric actuator ,PEA)的非对称、率相关迟滞非线性，提出一种改进Bouc-Wen(improved Bouc–Wen ,IBW)模型并基于提出的IBW模型对其补偿控制进行实验研究。首先，基于传统Bouc-Wen  (classical Bouc–Wen,CBW)迟滞模型引入两项非对称项并引入二阶IIR滤波器以精确描述压电陶瓷执行器的迟滞非线性，进一步分析了模型参数值与频率变化规律并修正率相关参数。然后，搭建基于NI CompactRIO测控系统压电陶瓷执行器精密定位实验平台，对提出的IBW模型进行了实验验证并基于IBW模型对其补偿控制进行了实验研究。实验结果表明：IBW模型性能显著优于传统Bouc-Wen(CBW)模型和增强型Bouc-Wen(enhanced Bouc–Wen ,EBW)模型，对于激励频率10-100Hz多频正弦信号，IBW模型均方根误差相较于CBW模型和EBW模型分别下降了82.07%和62.10%，实验中压电陶瓷执行器实测最大输出位移6.15μm，基于IBW模型所提出复合补偿控制均方根误差为0.039μm，仅为最大输出位移的0.64%，最大跟踪误差仅为0.153μm。若忽略测量噪声，定位误差接近于零，说明所提出的IBW模型及其补偿控制算法有助于实现压电陶瓷执行器的高速、宽频超精密定位及主动振动控制。
• Select
  干气密封摩擦界面弹塑性接触刚度模型

  翟霄，杨小成，陈金林，丁雪兴

  振动与冲击. 2023, 42(10): 165-171.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对干气密封摩擦界面复杂多变的弹塑性变形阶段，基于微凸体在变形全过程满足连续性、光滑性和单调性的特点，通过余弦函数来探究了接触面变形量与接触特性之间的关系，建立了具有光滑连续特性的微凸体弹塑性接触模型，然后基于统计学理论，建立了摩擦界面整体接触模型，最后将所建立的模型与GW模型、CEB模型、ZMC模型、KE模型和LIN模型五种经典模型进行对比分析，并通过理论分析与数值求解得到干气密封摩擦界面的力学特性及影响因素。结果表明：本文模型实现了微凸体在变形全阶段的连续性、光滑性和单调性；接触载荷、接触面积和接触刚度与无量纲接触变形量成正相关；与无量纲表面平均接触距离成负相关，且无量纲表面平均接触距离越小，其粗糙表面发生塑性变形的比重就越大；为使干气密封动环和静环更加可靠平稳地运行，应保证动环和静环的接触面尽量光滑平整，使其无量纲表面平均接触距离控制在2.5以下。
• Select
  矩形凹结构转子磁流变阻尼器的设计与优化

  卢少波1,2，赵路毅1

  振动与冲击. 2023, 42(10): 172-179.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对传统盘式磁流变阻尼器(magneto-rheological damper,MRD)力矩密度偏低的问题，提出在转子端面构造凹结构以增加有效工作间隙长度，保持结构尺寸紧凑的同时，提高输出力矩密度。分别建立了传统盘式、矩形凹结构和弧形凹结构力矩模型，通过关键尺寸设计和定量对比分析表明，在同等条件下矩形凹结构对提升力矩密度效果更佳。为充分利用矩形凹结构的力矩增益效应，定量的分析了矩形槽位置、槽宽和槽深等关键参数对力矩密度和力矩波动的影响规律，得到了关键参数合理的优化区间。在满足目标设计力矩、线圈功率及确定的参数取值范围前提下，以体积最小为目标函数，对包括矩形凹结构的磁流变阻尼器结构参数进行了优化设计。结果表明，优化后装置力矩密度增幅达23.39%，为矩形凹结构转子阻尼器的实际设计提供了指导。
• Select
  低信噪比下针对平板结构冲击的快速定位算法

  彭涛1,2，崔立林1,2，黄秀峰1,2，徐荣武1,2，余文晶1,2，程果1,2

  振动与冲击. 2023, 42(10): 180-187.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为实现低信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)条件下平板结构受到冲击后的快速准确定位，本文首先结合集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition, EEMD)和希尔伯特变换，从冲击信号中提取弯曲波模态分量。利用Hilbert包络线第一峰值作为弯曲波到达时间，将不同传感器到达时间差作为特征构建数据库。其次利用平板结构中传感器信号能量分布准则判断初始的定位区域。最后计算划分网格的特征残差，实现冲击位置的快速定位。经过平板敲击实验验证：在信噪比为5dB和 0dB情况下，本文算法与基于广义互相关（generalized cross correlation，GCC）和信号阈值的定位算法的定位误差分别为0.08m、0.17m、0.18m和0.13m、0.26m、0.28m，说明本文算法具有更好的抗噪性能和更高的定位精度。
• Select
  机械振动WSNs子带多阶层自适应量化数据压缩方法

  汤恒行，汤宝平，赵春华，叶泉兵

  振动与冲击. 2023, 42(10): 188-193.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对资源受限的机械振动无线传感器网络传输大量振动数据时导致的内存空间消耗大及传输效率低等问题，本文提出一种子带多阶层自适应量化数据压缩方法。首先，传感器节点对原始数据进行分块离散余弦变换(Discrete cosine transform, DCT)以确保子带能量集中；然后采用子带多阶层自适应量化方法对分块变换数据进行量化以减少数据失真，提高重构数据精度；最后，为进一步提升数据的压缩性能和效率，对量化数据进行2-Bit过滤游程算术编码处理。将提出的方法与其他数据压缩方法进行对比以验证本文方法的性能，实验结果表明，该方法可以在资源受限的机械振动无线传感器网络节点中获得良好的压缩效果，对提高大量振动数据传输效率有重要意义。
• Select
  车用动力电池箱夹芯防护结构抗冲击性能仿真

  亓昌1,2，崔丽萍1,2，王吉旭1，裴连政1,2，于晨1,2，杨姝1,2

  振动与冲击. 2023, 42(10): 194-202.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对车用动力电池箱底部冲击防护需求，提出三种具有不同芯层构型的夹芯板结构，并对其防护性能进行了数值仿真和量化分析对比。首先，建立了动力电池箱系统典型冲击工况有限元模型，仿真获得了采用均质底板的电池箱系统动态冲击响应并揭示了结构的变形吸能机理；其次，设计了以空心圆管、BRAS结构和叠层仿生鳞片为芯层的电池箱底部夹芯防护结构；进而，以电池轴向压缩量和最大轴向压缩比、防护效果参数和结构总吸能为评价指标，仿真分析了三种夹芯板的抗冲击防护性能，并与均质防护板进行了对比。最终结果表明，BRAS夹芯板具有最佳的抗冲击性能，可用于动力电池箱系统底部防护。
• Select
  一种改进的TVD电机轴承故障特征提取方法

  王凡1，马军1,2，王晓东1,2，朱江艳1

  振动与冲击. 2023, 42(10): 203-214.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对全变分去噪（Total Variation Denoising，TVD）方法在恢复信号特征的过程中使用L1范数会导致信号振幅降低和正则化参数λ难以选取的问题，提出了一种基于非凸全变分去噪（No Convex Total Variation Denoising，NCTVD）和天牛须寻优算法（Beetle Antennae Search，BAS）的电机轴承故障特征提取方法。首先，引入反正切非凸惩罚函数定义二阶TVD中的正则化项，增强信号的冲击特征并诱导稀疏性；其次，利用BAS算法对NCTVD中的正则化参数λ和凸性参数a进行寻优并选取最佳参数组合来增强所构造模型的降噪性能，并给予参数约束来保证模型严格凸的性质；然后，通过最小优化算法求解新的NCTVD模型，实现振动信号的降噪和特征增强；最后，结合Teager能量算子（Teager-Kaiser Energy Operator，TKEO）方法对降噪后的信号进行频谱分析，实现对电机轴承故障特征提取的应用验证。公开数据和实测数据的实验结果表明，该方法不仅有效的抑制噪声干扰和表征故障信息，还改善了传统TVD模型在提取故障特征过程中产生的脉冲能量衰减和稀疏效果欠佳的问题。
• Select
  基于拓扑优化与诱导结构的抗撞结构优化设计

  卢积健， 雷正保

  振动与冲击. 2023, 42(10): 215-220.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  鉴于耐撞性拓扑方法在实际使用中只能获得抗撞结构的初级拓扑构型，导致抗撞结构的碰撞安全性仍有进一步提升空间的问题，本文以耐撞性拓扑优化为基础，获得了抗撞结构的初级拓扑构型，在初级拓扑构型的适当位置设置诱导结构，得到最终吸能单元构型，再利用稳健性设计方法获取最终构型的最优尺寸参数，较好地弥补了基于最大吸能原则的耐撞性拓扑方法的不足。算例表明，本文提出的优化设计方法灵活有效，基于该方法得到的抗撞结构可以更好地满足设计要求。
• Select
  翼型尾流干涉下的柱体结构涡振特性研究

  陈东阳1,2,3，杨加栋4，张晓灵4，徐瑞5，李春和5，林伟明3

  振动与冲击. 2023, 42(10): 221-229.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  翼型尾流干涉下柱体结构涡激振动(vortex induced vibration ,VIV)特性的准确预测是翼型-柱体耦合结构振动控制研究的关键。为了研究翼型位置参数对柱体结构涡激振动特性的影响，本文基于计算流体力学(computational fluid dynamics ,CFD)、结构动力学以及嵌套网格技术建立翼型-双自由度柱体耦合结构的流固耦合动力学仿真模型。通过与国外文献试验数据对比，验证了本文建立的数值模型的准确性。计算结果表明，在较小的约化速度下翼型尾流干涉的柱体横向振幅和频率比微小于单柱体，约化速度较大时会大于单柱体。不同的翼型与柱体之间的距离会使柱体横向振幅和频率比发生变化，在距离为3D时取得最大横向振幅。不同攻角的翼型也对柱体的影响不同，柱体的横向振幅和频率比在攻角为100°时取得最小值。
• Select
  基于隔振器荷载特征的浮置板轨道定频隔振器设计研究

  杜香刚1,2，朱光楠3，刘韦1,4，曹庆杰3，陈予恕3

  振动与冲击. 2023, 42(10): 230-239.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  本文旨在保证车辆在浮置板减振轨道的铺设区域具有尽可能强的行驶平稳性，基于非线性隔振理论设计了具有任意准静态载荷位置附近具有固有频率恒定特征的非线性浮置板轨道隔振器刚度曲线以及与其适配的最优化非线性阻尼曲线。首先通过对浮置板轨道用隔振器载荷特征识别，确定浮置板隔振系统的隔振需求；其次基于变质量隔振系统动态特征，设计在任意准静态载荷位置附近具有相同固有频率的定频非线性隔振系统（以下简称定频系统）刚度曲线；然后基于定频系统刚度曲线特征以及阻尼系数对非线性系统隔振性能的影响机理，对针对定频系统进行最优化非线性阻尼设计；最后基于车辆-浮置板轨道-隧道系统一体化仿真分析模型，针对最优化的定频系统进行仿真验证分析。结论表明：相比采用既有线性钢弹簧隔振器的浮置板减振轨道系统（以下简称线性系统），采用定频非线性隔振器的浮置板减振轨道系统可有效控制轨道板动态位移，轨道板动态位移可降低约8%；非线性系统可显著降低轨道板的振动加速度响应，振动加速度有效值可降低约46.24%；非线性系统在全频段都具有较好的衰减效果，Z振级插入损失约6.26dB。
• Select
  基于位移平均曲率差的桥梁结构损伤识别方法研究

  巫生平1，2，蒋国平1

  振动与冲击. 2023, 42(10): 240-250.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对结构损伤识别受外界随机荷载干扰较大的问题，本文提出了归一化位移均值波形的平均曲率差法。该方法将多样本组的位移响应均值作为损伤特征函数，初步消除噪声的影响；再将位移均值曲线的曲率归一化处理，并求解曲率差值，大大降低随机荷载的影响；最后以相邻测点的平均曲率差为损伤识别指标判断损伤单元。以简支梁桥和自锚式悬索桥为算例，从理论和数值模型两方面对提出方法进行验证。结果表明，本文提出的方法既能对任一移动荷载作用下的结构进行损伤识别，也适用于随机荷载作用下的结构损伤识别。文中还分析了不同程度噪声对识别效果的影响，从分析结果可以看出，本文提出方法具有较好的抗噪性能。
• Select
  自适应模态总数变分模态分解方法及其性能评估

  王锦鸿1，李鸿光1，张文笛1，陈亚农2

  振动与冲击. 2023, 42(10): 251-262.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  VMD方法目前广泛应用于转子系统故障诊断以及二维图像分解等领域，但传统VMD算法需要预先给出模态总数，且VMD对信号能量较弱的非中心频段存在重构效果差，含噪声下提取能力差，容易遗漏故障特征等问题；基于上述问题对VMD修改了信号的约束准则，并引入信号未处理以及残差信号的多元约束目标，使得模态总数可通过收敛得到；对模拟内圈轴承信号和实验信号的时频域重构分析以及分解模态信号的分析，对比三种算法的在非中心频段的重构效果以及特征提取能力的优劣。
• Select
  上覆荷载对浅埋地下结构抗震性能的影响

  张静堃1,2，于仲洋3，张鸿儒1,2，张泽1,2

  振动与冲击. 2023, 42(10): 263-272.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  保障地下结构具备足够的抗震性能对于降低结构损伤和提升灾后恢复效率均具有重要意义。为此，利用静-动力耦合的非线性数值分析方法，对不同上覆荷载作用下典型地铁车站的塑性铰发展特性及承重构件截面的弯曲延性需求进行了分析。研究表明：地震作用下弯曲塑性铰首先出现在中柱端部，高轴压比极大削弱了中柱的抗震性能并导致结构整体水平变形能力劣化；结构上覆荷载条件对中柱截面曲率延性系数的影响显著，但对侧墙的影响较为有限；车站承重构件截面延性系数与层间位移角的关系可采用二次多项式函数描述，给出的相应拟合关系式可为抗震设计中构件截面延性比需求的评估提供相关参考。
• Select
  基于分数阶滤波的全息阶比解调谱及齿轮早期故障诊断

  梅检民1，2，常春2，沈虹2，赵慧敏2，王双朋2

  振动与冲击. 2023, 42(10): 273-277.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为提高变速器齿轮早期故障诊断的准确性和可靠性，提出了一种基于分数阶(fractional Fourier transform ,FRFT)滤波的全息阶比解调谱方法。对变速器变转速过程的水平与垂直测点振动包络信号进行分数阶滤波，分离出调制频率分量，再对分离后信号进行全息阶比谱分析，得到调制分量的全息阶比解调谱，并对齿轮早期点蚀故障进行故障诊断。试验结果表明：基于分数阶滤波的全息阶比解调谱，兼具分数阶滤波分离频率变化分量的特点与全息阶比谱融合多维特征的优势，既能有效分离变转速过程的调制分量，隔离其他分量和噪声干扰，又能有效融合两个方向的关键特征信息，有效诊断出单测点单特征方法难以识别的齿轮早期故障。
• Select
  煤矿井下锚固群组动力响应特性分析

  谢苗1，张鸿宇1，任泽1,2，杨志勇1,3，周永利1,4，刘治翔1，李玉岐1

  振动与冲击. 2023, 42(10): 278-288.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对煤矿井下锚固钻孔作业精度低、振动量大等问题，以掘进机配套式锚固群组为研究对象，构建锚固群组动力学数学模型，得到锚固群组各部件时域与频域响应特征；利用动力学软件对锚固群组进行刚柔耦合动力学求解和特性分析，研究伸缩架在缩回/伸出状态下，锚固群组关键部件的振动特性及力学特性分析。结果表明：小刚度大变形钻杆与支腿式底座振动半径相对较大，振动效果明显；钻机组件与固定伸缩架在振动过程中整体稳定性良好；由于伸缩架在伸出状态下为短机身大跨度结构，各部件的振动运动参数及力学参数要普遍大于缩回状态；通过锚固群组样机钻孔试验，获得系统实际振动模态数值，利用相关振动检测系统测量，验证关键部件钻进振动特征理论分析可靠性，可将获得的参数信息可用于指导关键部件结构强度设计及钻杆自动定位技术理论基础。
• Select
  复变量平均法与其它近似方法的异同

  隋鹏1，申永军1,2，王晓娜3

  振动与冲击. 2023, 42(10): 289-296.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  复变量平均法因其通用性和实用性受到学界的大量关注，但在求解系统响应时会产生一定误差。本文旨在通过比较不同近似方法间的区别揭示各方法的精度差异和适用条件。应用复变量平均法、多尺度法和谐波平衡法获得单自由度自治和非自治系统的近似解析解，并以Duffing振子为算例进行数值验证。随后针对二自由度非线性能量阱系统，推导出系统稳态响应的半解析解，以振幅和均方根值为评价指标描述系统的响应情况。结果表明：对于单自由度系统，复变量平均法和多尺度法得到的衰减振动瞬态解相同，不同于谐波平衡法；三种方法获得的受迫振动稳态解相同。三者对于弱非线性自治系统和非自治系统响应的近似准确率较高。复变量平均法和谐波平衡法均能良好地描述二自由度耦合系统的稳态周期运动且精度较高。出现拟周期运动时，以均方根值为指标，复变量平均法的解析效果更好；以振幅为指标，谐波平衡法的近似程度更高。
• Select
  一体化内嵌墙板与梁柔性连接钢框架结构抗震性能研究

  陈强1，徐宗美1，王少杰1，张旭1，李庆刚2，张中文3

  振动与冲击. 2023, 42(10): 297-306.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  一体化内嵌墙板用于钢框架结构可进一步提高装配率，为了提高一体化内嵌墙板的安装效率并减少其对主体结构抗震性能的影响，提出了一种“上挂下坐”式柔性连接方法。为了验证该柔性连接的可靠性并探明采用该方法连接的一体化内嵌墙板对钢框架结构抗震性能的影响，通过低周反复荷载试验和有限元分析研究了多种工况下单榀及空间钢框架结构的受力性能。结果表明：“上挂下坐”式柔性连接可靠，“上挂”区未见明显损伤；墙板与框架柱之间填充轻质泡沫材料，利于耗能且能降低框架结构损伤；采用“上挂下坐”式柔性连接的一体化内嵌墙板对钢框架结构抗震性能的影响分为三个阶段，其中小震下不参与主体结构抗侧，当层间位移角大于1/174时，其对刚度的贡献逐渐显现且存在随机波动性；大震下一体化内嵌墙板可等效为“只受压不受拉”的斜压杆单支撑模型，考虑内嵌墙板作用后基底剪力、塑性铰数量、层间位移角均显著增大或增多，其刚度的随机性对层间位移角和塑性铰存在影响、对基底剪力基本无影响。研究成果可为采用柔性连接的一体化内嵌墙板用于钢框架结构提供参考依据。
• Select
  基于注意力改进卷积网络的隧道风机预埋基础损伤识别

  韩坤林1,2，汤宝平1，刘大洋2，邹小春2

  振动与冲击. 2023, 42(10): 307-313.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对隧道风机预埋基础损伤信息微弱、特征难以提取等问题，提出一种基于度量-频段注意力卷积神经网络的隧道风机预埋基础损伤识别方法。首先，通过预埋基础冲激试验的激励信号和响应信号，计算预埋基础的频率响应函数并作为损伤识别模型的输入；然后，使用多层卷积将输入的频率响应函数映射到特征空间提取损伤特征信息；再次，采用频段注意力机制对不同频段上的特征进行自适应加权融合，并采用度量损失进一步增强提取特征的可辨识性；最后，将提取的特征输入全连接层以实现预埋基础损伤识别。实测数据验证结果表明，所提方法对比现有的神经网络模型具有更高识别率，能够对隧道风机预埋基础健康状态进行有效地评估。
• Select
  直线压缩机盘簧理论与试验研究

  陈洪月1，刘先阳1，吕掌权1，2，邹先峰1

  振动与冲击. 2023, 42(10): 314-322.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  谐振系统是实现直线压缩机往复运行的关键部件，而用于斯特林制冷机的板弹簧，轴向刚度低、成本高，并且在大振幅运行时易发生疲劳断裂，不适用于大制冷量的民用制冷领域。针对以上问题，设计了一款圆柱臂螺旋盘簧（以下简称盘簧），并基于能量守恒法和莫尔积分法分别建立了盘簧的轴向和径向刚度理论模型，并通过试验验证了理论模型的误差小于6.88%；对装配有盘簧的动磁式直线压缩机进行测试，结果表明，在压缩机动态运行中，所设计盘簧能够保持轴向刚度的恒定，并能一定程度上对活塞起到径向支撑作用，使得活塞与气缸之间的阻尼比为0.1047。最后，对具有相同外径的板弹簧和盘簧进行了相比，得到盘簧的固有频率是板弹簧的1.56倍，最大等效应力可降低41.2%。在达到相同疲劳寿命时，盘簧允许的最大振幅是板弹簧的1.53倍，验证了盘簧在直线压缩机上的应用是可行的。
• Select
  面齿轮副齿面磨损动态响应及其典型特征分析

  彭先龙，岳航，周健

  振动与冲击. 2023, 42(10): 323-330.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为了揭示齿面磨损对面齿轮传动的影响，提出了一种结合黏着磨损公式的面齿轮副齿面接触分析方法。通过齿面接触分析得到面齿轮副接触椭圆离散点上的相对位移及接触应力，再根据黏着磨损公式可以定量得到齿轮的磨损深度；编写了含磨损的面齿轮副齿面坐标，并在ABAQUS中计算了不同磨损下系统的啮合刚度；将齿面磨损等效为齿面偏差，讨论了不同磨损对静态传递误差的影响；对比了面齿轮副在正常和磨损时的动态响应，分析了转矩对磨损的影响。结果表明：齿面磨损主要影响啮合刚度和静态传递误差的幅值，并且会导致加速度与啮合力幅值的快速增长；转矩的增大会引起磨损加重；相比于无量纲统计指标，加速度均方根对于磨损故障更敏感。