2023年, 第42卷, 第15期　
刊出日期：2023-08-15

  

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  船舶水下辐射噪声抑制的声振相关性方法

  李威1,杨德庆1, 2,刘西安1,刘见华3,马网扣4

  振动与冲击. 2023, 42(15): 1-7.

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  船舶水下辐射噪声与船体振动的耦合关系是非常复杂的，识别水下辐射噪声与船体振动相关性较高的部位，确定影响水下辐射噪声的关键因素，对降低噪声具有重要工程意义。基于声振耦合分析原理，提出船舶水下辐射噪声抑制的声振相关性方法，探讨了船舶水下辐射噪声与结构振动特性、船上振源的频谱和船体振动响应等的相关性定量评价指标，厘清各因素对水下辐射噪声的影响规律。舱段及拖轮降噪设计示例表明，相关性定量评价指标的计算量小，根据指标值可以高效确定与水下辐射噪声相关性高的结构及影响参数，实现船舶水下辐射噪声的高效抑制设计；通过调整振源附近湿表面的板厚，舱段和拖轮的声功率总级分别降低了5.66 dB和4.84 dB，但振动减小幅度与噪声降低幅度并不是线性的。
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  基于非线性超声技术的球墨铸铁石墨大小及表层硬度的表征

  唐艳1，毛汉领1,2，林勇传1，毛汉颖3，黄振峰1,2，李欣欣1,2

  振动与冲击. 2023, 42(15): 8-14.

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  球墨铸铁具有优良的力学性能被广泛应用在各工业领域，其内部的石墨形态和分布情况会影响其各项力学性能。相比于石墨球化率，石墨大小的表征研究相对较少，对球墨铸铁的石墨大小及表层硬度进行无损评定具有重要的工程意义。浇注了不同石墨大小和基体组织的球墨铸铁试件，对试件进行了金相观察及硬度试验。基于临界折射纵波（longitudinal critical refraction，LCR波）和瑞利波（Rayleigh波）模型，利用超声波声速及超声非线性系数表征球墨铸铁石墨大小及表层硬度。结果表明：LCR波的超声非线性系数随着表面硬度的增大而增大，随着石墨平均直径的增大而减少，并且相比超声波声速具有更高的灵敏度；LCR波的超声非线性系数的增加与微观组织中的晶界数量和碳化物的增加有关。因此，可以利用LCR波的超声非线性系数表征球墨铸铁的石墨大小和表面硬度，建立微观组织、超声非线性系数及机械性能之间的关系。
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  基于液态金属固液相变的起竖缸研究

  严松，邓月光，苏政宇，姜毅，王登

  振动与冲击. 2023, 42(15): 15-22.

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  导弹在倾斜发射过程中，常规的液压起竖缸因承受巨大载荷而产生轴向位移，加剧发射装置振动，降低导弹的发射精度和安全性。为此，本文提出基于液态金属固液相变的起竖缸。该起竖缸利用液态金属的固液相变原理，金属为液态时，起竖缸可上下自由调节，金属为固态时，起竖缸锁定，可承受较大载荷。对液态金属起竖缸的研究结果表明：相同载荷作用下，液态金属起竖缸中活塞杆的位移、缸筒的应力和变形量小于常规液压起竖缸，且载荷越大，差值越大，液态金属起竖缸的承载特性更优；液态金属起竖缸工作时导弹俯仰角速度减小了9.61 deg/s，弹箱最小距离增加了80 mm，有效提高了导弹的发射精度和安全性；通过喷水降温，起竖缸内液态金属的凝固时间为45 s；用5 kW加热膜加热，液态金属的熔化时间为75 s。该研究成果对提高导弹的发射精度和安全性具有参考意义。
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  奇异谱分解联合互信息的主轴轴承故障特征提取研究

  王振亚1,2，伍星 2,3，刘韬1,2，缪护4

  振动与冲击. 2023, 42(15): 23-30.

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  奇异谱分解算法（Singular spectrum decomposition, SSD）存在信号信噪比较低时降噪能力较差以及敏感分量个数难以确定的问题。针对上述问题，提出了SSD联合互信息理论（Mutual Information, MI）的主轴故障特征提取方法。首先，将轴承振动信号经过SSD分解，得到多个奇异谱分量（Singular spectral component，SSC）；然后分别计算原始信号与SSC之间的互信息，选择最小互信息（Minimum mutual information, MinMI）处的分量为最佳分量。由于背景噪声的影响，选取的最佳分量故障特征频率并不明显。因此，基于振动信号特点与互信息理论提出了差分突变互信息（Differential mutation mutual information, DMMI）的有效分量保留方法，通过对计算相邻SSC之和之间的MI值，保留突变点内的分量作为敏感信号，在此基础上再依据MinMI原则设计带通滤波器，对敏感信号带通滤波并进行包络解调以提取故障特征频率。通过仿真信号与真实主轴轴承数据分析表明：对信号进行DMMI保留敏感分量，结合MinMI准则的自适应滤波处理在主轴轴承故障特征提取方面表现了优异的性能。
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  双尺度分级结构时域动刚度问题的并行拓扑优化

  江旭东1，马佳琪1，滕晓燕2

  振动与冲击. 2023, 42(15): 31-41.

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  提出双尺度分级结构时域动刚度问题的并行拓扑优化方法，实现结构宏观拓扑构型和材料微观分布协同优化。利用三场密度方法实施宏观与微观结构的设计，基于能量的均匀化方法(Energy-based Homogenization Method，EBHM)在微观结构上计算等效的宏观力学特性。针对比例阻尼系统，将HHT-α方法作为时间积分算法，求解多尺度结构的动力学有限元模型。融合先离散-后微分方法与伴随方法，在时间与空间离散的拓扑优化模型上实施敏度分析，避免了将时间作为连续变量而导致的灵敏度计算的一致性误差问题。以多尺度结构的动柔度最小化为目标，宏观与微观结构体积为约束，分别求解了正弦半波和余弦半波冲击载荷作用下多尺度结构的并行拓扑优化问题。最后，通过2种典型算例的数值结果验证了所提算法的有效性。
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  刚体碰撞的分析力学方法

  黄维璇1,2，苏祺1，李四平1

  振动与冲击. 2023, 42(15): 42-47.

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  从分析力学思想和动力学基本原理出发，对刚体为主的质点系碰撞问题解法进行系统归纳和拓展延伸。从动量定理的积分形式引入惯性冲量，类比d’Alembert原理得到求解碰撞问题的动静法，进一步结合虚功原理推导了碰撞问题的d’Alembert- Lagrange方程，简化了多约束、多刚体的机构碰撞问题的分析过程。将Lagrange方程在任意碰撞时程内积分，建立了在碰撞任意瞬时系统速度与碰撞冲量间的关系，并经微分运算推导出相对动能表达的Lagrange状态方程，形式简洁新颖。最后的实例验证和演绎了前述结论及其具体应用方式。
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  一种新型振动弛张筛的多自由度动力学响应计算与实验验证

  刘初升1，武继达2，李赛1，何德艺1，娄云利3

  振动与冲击. 2023, 42(15): 48-54.

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  振动弛张筛可有效解决潮湿细粒煤炭的干法筛分问题，是煤炭清洁高效分选的重要工艺装备。本文提出了一种具有弹性摆杆结构的新型振动弛张筛。为了研究该结构的力学性能，利用修正混合阻尼模型来描述弹性振动结构的动态恢复力。考虑到弹性摆杆结构的频变和幅变特性，通过中心复合试验设计，构建反映弹性振动结构的特征参数与振幅、频率关系的响应面近似模型，通过方差分析发现弹性振动结构刚度非线性受制于振幅平方与频率，阻尼特性受振幅与频率共同影响。提出了弹性摆杆振动弛张筛的4自由度幅频变动力学模型和计算框架，并通过数值计算获得了不同参数下的稳态响应。最后，对新型振动弛张筛样机进行多频点振动测试，主方向平均误差为2.12%和7.26%，验证了理论计算的正确性，为振动弛张筛的设计提供了新的思路。
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  考虑楼层刚度的新型消能伸臂结构动力特性研究

  陈林1，谭平2,3，徐亚飞1，赵啸峰1，周福霖1,2,3

  振动与冲击. 2023, 42(15): 55-64.

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  新型消能伸臂结构将伸臂与外框架柱节点断开并垂直连接黏滞阻尼器后利用两者之间的相对变形能获得较大能量耗散，已应用于越来越多的超高层建筑中。基于考虑普通楼层刚度提出新型消能伸臂结构简化等效模型并与ETABS计算结果进行对比，在此基础上分析楼层刚度、楼层数量及楼层梁跨度比等对整体结构主振型阻尼比、频率、最优阻尼系数等影响规律。结果表明：简化等效模型与ETABS计算结果吻合较好，附加阻尼比最大误差为13%；考虑楼层刚度后消能伸臂结构主振型附加阻尼比减小、频率增大；随着楼层梁刚度减小，附加阻尼比增大，最优阻尼比伸臂位置上移，最优阻尼系数增大；利用能量法提出的等效公式能反映楼层刚度对消能伸臂结构的动力特性影响并能简化分析过程，为新型消能伸臂结构的进一步工程应用提供了理论依据。
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  基于一阶模态控制的惯质吸振器抗风设计

  乔浩帅，黄鹏

  振动与冲击. 2023, 42(15): 65-72.

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  设置动力吸振器是结构风振控制的常用方法之一。采用Sherman-Morrison逆运算推导了多自由度结构在新型惯质吸振器控制下的显式频响函数，给出了由于吸振器安装导致的模态耦合效应的物理描述。以利用调谐惯容阻尼器（Tuned Inerter Damper, TID）进行结构抗风设计为例，基于不动点法提出了以一阶模态控制为目标的半解析半数值参数设计方法。基于某高层建筑实例，分析了模态耦合对惯质吸振器参数设计及减振效果评估的影响,验证了所提方法相较于未考虑模态耦合效应的方法在参数设计上的优越性。结果表明，随着惯容量增大和拓扑层数增加，惯质吸振器的减振效果越好，但模态耦合效应也越明显，需要在参数设计和性能评估中予以考虑。
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  基于时频掩蔽和振动特征的齿轮箱振源分离方法

  张博1，王罗2，邹祖冰2，滕伟1，邓友汉2

  振动与冲击. 2023, 42(15): 73-82.

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  针对齿轮箱振动信号中存在多源混合问题，提出基于时频掩蔽和振动特征的齿轮箱振源分离算法。算法的主要步骤为：首先通过短时傅里叶变换将时域信号转换为时频谱进行分析，通过最佳比率掩蔽获取齿轮啮合频率特征，其次采用寻峰算法获取混合信号中所有频率成分，结合故障频域特征进一步分离故障成分，通过理想比率掩蔽获取齿轮的调制特征，最后运用短时傅里叶逆变换恢复源信号。通过风电传动试验台信号和实际风电现场振动信号对算法进行验证，结果表明，在已知齿轮转速情况下，所提出的算法可以有效分离源信号并提取故障成分。
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  自适应变分模式提取的轴承故障诊断方法

  王鑫，江星星，宋秋昱，杜贵府，朱忠奎

  振动与冲击. 2023, 42(15): 83-91.

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  变分模式提取(variational mode extraction, VME)能够从复杂信号中提取特定的模式分量，但其在轴承故障诊断中的应用潜力受到初始中心频率和平衡参数的影响。因此，为了克服VME在轴承故障诊断应用中超参数的设置问题，深入探究VME模型中心频率迭代更新过程，发现中心频率收敛趋势现象并通过理论证明其存在性，由此提出中心频率定位策略，可自适应地确定目标中心频率。为了最大化匹配故障信息，构造基于故障特征幅值比的平衡参数优化策略，能够优化目标分量的带宽。以上中心频率定位策略和平衡参数优化策略，构成自适应变分模式提取的故障诊断方法，该方法能够在无需预设初始中心频率及平衡参数的情况下自适应提取故障相关分量。仿真和两个实验案例分析结果验证所提方法在轴承故障诊断领域相比于连续变分模式分解、经验模式分解和快速谱峭度方法更具有效性和优越性。
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  时域工况传递路径分析方法

  吕来1，唐中华1,张志飞1,贺岩松1，翟克宁2

  振动与冲击. 2023, 42(15): 92-100.

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  针对非稳态工况振动噪声的传递路径分析需求，将频域工况传递路径分析方法推广到时域，利用指示点和目标点的时域工况数据实现路径分解，提出了时域工况传递路径分析方法。利用时域传递率函数建立了目标点与指示点时域工况数据的卷积关系，并将其离散化后以矩阵方程的形式表示，然后采用Tikhonov正则化求解，即可利用不同工况下目标点和指示点的时域响应数据计算出时域传递率函数，能进行振动噪声的分解和预测。通过九自由度集中质量块模型仿真与简易车身骨架模型实验进行检验，结果表明所提出的方法具有较好的精度，可以准确地进行时域传递路径分析，并能准确预测目标点在非稳态工况下的响应。
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  基于磁流变阻尼器的往复压缩机管系减振技术研究

  冯钰琦,赵杰,姚冉,王朋,于孟瑶

  振动与冲击. 2023, 42(15): 101-107.

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  为了减小工程中的振动带来的安全隐患与经济损失，磁流变阻尼器作为一种新型减振器件近年来被各行业广泛应用。文章基于往复压缩机管路振动实验平台，应用无线多点振动测量系统，对研制的半主动式磁流变阻尼器在管路中的减振效果进行分析，通过改变磁流变阻尼器电流大小分析该磁流变阻尼器减振情况与电流大小之间的关系。实验结果表明该磁流变阻尼器在管路中起到了较好的减振效果，各测点的振动位移大幅下降，在电流为1.8A时减振效果最好，振动位移降幅达80.70%，分析表明随着电流的增加振动位移大多呈现逐渐减小的趋势。研制的半主动式磁流变阻尼器与传统阻尼器相比具有阻尼可变可调的优点，可较好适应往复压缩机组的长周期变工况安全运行。
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  刚性滑板-复位橡胶免承压支座隔震结构振动台试验

  李武杰1,2，赖正聪1,2，封云龙1,2，白羽1,2，周立超1，张田庆3

  振动与冲击. 2023, 42(15): 108-117.

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  研发了一种新型自复位滑移摩擦隔震支座，该支座竖向支承和水平复位元件相互独立分离，摩擦耗能和自复位功能分别由刚性滑块和弹性橡胶完成。阐述了该支座基本构造及工作原理，提出并检验了该型支座的理论恢复力模型。设计并制作了三层装配式钢框架足尺模型，选用两条天然波及一条人工波，对基础隔震及非隔震结构进行7度（0.15g）多遇、设防及罕遇地震的地震模拟振动台试验。结果表明：新型支座的各组成部分本构关系独立明确、传力路径清晰，便于组装更换；采用该支座的隔震结构在各水准地震作用下的地震反应明显小于非隔震结构，隔震效果随试验地震动峰值加速度的增大而趋于显著；隔震层滞回曲线饱满，可有效吸收耗散地震能量，各支座始终保持较好的竖向稳定性，未出现倾覆提离现象，震后结构隔震层复位良好。
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  基于改进快速峭度图的轴承故障诊断方法研究

  闫云雪，许传诺，程学珍，李继明

  振动与冲击. 2023, 42(15): 118-128.

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  针对传统快速峭度图在轴承故障诊断中，通过计算滤波信号的包络峭度确定频带范围容易受到随机脉冲干扰的问题，本文提出一种基于改进快速峭度图的轴承故障诊断方法。首先运用自相关算法、改进谱幅值调制(improved spectral amplitude modulation ，ISAM)算法对包络信号进行处理，获取修正信号并以其频谱峭度衡量冲击响应的强度；然后以修正信号谱峭度代替传统快速峭度图中的包络峭度，得到可降低各频带随机干扰的改进峭度图；最后通过对3组信噪比不同的仿真信号、两组轴承实验信号的平方包络谱故障诊断情况进行对比分析，验证该方法的有效性和稳定性。通过与原始快速峭度图、功率谱峭度图、ISAM法三种方法对比，验证该方法的优越性。对比结果表明，本文所提方法可有效降低随机脉冲的影响，实现轴承故障特征频率的准确提取。
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  基于多传感器融合声纹特征图谱的变压器铁芯松动故障诊断方法

  李楠1，马宏忠1，段大卫1，朱昊1，何萍2

  振动与冲击. 2023, 42(15): 129-137.

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  变压器铁芯轻微松动故障给变压器安全稳定运行留下巨大隐患，目前尚缺乏切实可靠的诊断方法。本文提出一种基于多传感器融合声纹特征图谱的变压器铁芯松动故障诊断方法。首先，利用4个传感器采集声纹时序序列，通过小波变换生成声纹特征图谱，利用熵权法确定不同传感器信号的权重分配，将4个声纹特征图谱加权融合，从而形成多传感器融合声纹特征图谱。其次，将融合声纹特征图谱输入优化后的ShuffleNetV2模型，通过分组卷积和通道混洗得到铁芯松动程度。最后，通过现场实验验证了方法的有效性。结果表明，所提方法对25%、50%、75%及100%的松动程度均能实现可靠诊断，平均准确率高达99.6%。与采用傅里叶频谱(fast Fourier transform,FFT)、格拉米角场(Gramian angular field,GAF)、马尔可夫变换场(Markov transform field,MTF)以及混沌特征(RP)等传统声纹特征图谱的诊断相比，所提方法识别准确率提高了12.2%；与采用单传感器声纹特征图谱的诊断相比，所提方法识别准确度提高了5.8%；与采用AlexNet、MobilleNetV2、GoogleNet以及ResNet等卷积神经网络模型的诊断相比，所提方法识别准确率提高了2.7%。
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  基于线性定常系统等效的分数阶阻尼结构动力响应数值求解

  郭琴1,2，陈太聪1,2

  振动与冲击. 2023, 42(15): 138-143.

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  分数阶导数是阻尼器本构模型的常用表达，相关结构动力响应的解析解答难以获得，高效时域数值求解具有重要实践意义。本文针对应用广泛的Riemann-Liouville型分数阶阻尼结构，引入基于多步预估-校正机制的Adams-Moulton算法计算分数阶导数，继而在各离散时刻构造等效线性定常动力系统，最终结合Newmark-β数值积分方案建立各时刻求解显式公式，实现高精度动力响应的直接快速求解。以单自由度振子受简谐荷载和单位脉冲为例，对比考察解析解、两种直接数值解法和本文方法，验证本文方法的高精度和稳定性。最后以多层阻尼减震结构受地震作用为例，对比考察迭代数值算法、工程近似算法和本文方法，进一步验证本文方法在计算精度和计算效率上的综合优势，揭示工程应用潜力。
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  衬套弹簧式二级减振主动悬架及其半车非线性LQG控制器设计

  陈士安1，赵翔1，王骏骋2，薛梦笛1

  振动与冲击. 2023, 42(15): 144-155.

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  针对作动器较大等效惯性质量放大需求控制力，阻碍旋转电机式主动悬架性能改善问题，提出了一种衬套弹簧式主动悬架二级减振结构方案。根据多工况实测力学特性，提出包含“反S型”刚度及“准饱和”阻尼特性的衬套弹簧力学模型，并据此建立了衬套弹簧式二级减振主动悬架半车非线性动力学模型；在增加衬套弹簧虚拟阻尼项保证系统稳定的基础上，对刚度的高次非线性项、“准饱和”阻尼非线性项进行前馈反馈线性化，设计出非线性LQG（linear-quadratic-Gaussian）控制器；为获得最优的悬架工作效果，对衬套弹簧虚拟阻尼进行了优化。结果表明：除能获得与传统理想主动悬架非常接近的悬架综合性能外，衬套弹簧式二级减振主动悬架还具有较好的变行驶工况鲁棒性。
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  钨合金破片侵彻2024铝靶的数值模拟研究

  夏靖雯1，2，陈智刚2，顾敏辉1，2，孟凡高3，赵太勇2，王维占2

  振动与冲击. 2023, 42(15): 156-162.

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  研究93W钨合金破片对铝合金靶板的弹道极限（V_50）影响规律，对战斗部毁伤元威力设计具有重要意义。本文通过弹道冲击试验获取了钨合金立方体破片、球形破片在〖90〗^°着角的情况下，对4mm2024铝靶的侵彻弹道极限（V_50）。基于数值模拟与试验结果的一致性，分析了钨合金破片形状、质量对V_50的影响规律。结果表明，两种形状破片的侵彻V_50均随着破片质量的增加而减小；在〖90〗^°着角时，立方体破片的侵彻V_50较低于球形破片，且两者V_50差值随着破片质量的增大而增大。其中，立方体破片由于着靶姿态的变化导致V_50存在着波动区间，随着破片质量增加，V_50的波动区间相对增加，且立方体破片侵彻V_50小于球形破片V_50的概率也随之增加。
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  结合SVR响应面与粒子群优化的有限元模型修正

  何子豪1,2，吴邵庆 1,2,3

  振动与冲击. 2023, 42(15): 163-172.

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  提出了一种模型修正方法，可以在不依赖模型灵敏度的前提下，利用较少的计算量实现对结构有限元模型的参数修正。该方法首先构建代理模型替代结构有限元模型，通过计算少量样本点，训练支持向量回归机预测参数所对应的响应；其次，以结构固有频率的残差为目标函数，利用粒子群优化算法实现全局寻优求解，得到修正后的有限元模型参数；进一步，以带孔平板为试验研究对象，基于实测数据验证了所提方法的有效性，并讨论不同参数、样本点数等对模型修正精度的影响；最后，用某卫星结构模型修正算例证明了本文方法相对基于灵敏度分析的方法在计算耗时上的优势。本研究旨在为具有复杂参数-响应特征的结构模型修正提供技术支持。
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  负泊松比材料填充矿用救生舱热力耦合冲击性能研究

  杨昆，沙云杰，王涵，陈昊

  振动与冲击. 2023, 42(15): 173-181.

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  矿用救生舱是煤矿瓦斯、煤尘爆炸事故时，保护煤矿工人的重要应急避险装备。需要救生舱舱体能抵抗冲击波、石块的冲击，且具有优异的隔热性能。通常设计矿用救生舱时，都是增加构件厚度或对救生舱结构进行优化，研究性能已经开发优化到了瓶颈。而本文采用负泊松比材料填充进矿用救生舱夹层内，利用其轻质化、隔热、隔振和抗冲击性能优良的特点，提升整体救生舱的抗冲击能力和隔热能力。通过爆炸瞬态热分析、热力耦合冲击性能分析、碰撞冲击响应分析等来验证负泊松比填充矿用救生舱其优越的安全性能。
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  新型多共振腔声子晶体声屏障的带隙机理及其隔声性能研究

  李彬生1,2，戴卓辰1,2，张程1,2，姚凌云1,2

  振动与冲击. 2023, 42(15): 182-189.

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  为控制道路噪声水平，设计了一种新型多共振腔的声子晶体声屏障。该设计先采用理论和仿真计算分析多腔声子晶体的能带结构，研究不同共振腔数量和晶胞形状对声子晶体禁带特性的影响情况，发现随着共振腔个数的增加，带隙的数量和宽度也在增加；针对同种多腔散射体模型还对不同晶格排列方式进行能带特性分析，阐明不同排列方式对带隙范围的影响。为进一步验证带隙的准确性，利用有限元法和边界元法分别仿真计算六共振腔声子晶体声屏障的传递损失，得到的传递损失曲线与其带隙特性能较好的匹配上。最后利用室外实验分别验证其在三角晶格和正方形晶格排列下的隔声效果。实验证明了该新型多共振腔声子晶体声屏障在带隙范围内具有良好的降噪性能。
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  列车动载作用下隧道底部隆起预应力锚索整治失效机制分析

  相懋龙1，阳军生1，李林毅1，傅金阳1,2，王立川1,3，李雨哲1

  振动与冲击. 2023, 42(15): 190-198.

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  以我国西南某铁路YD隧道典型底部隆起案例为依托，通过分析长达8年的现场监测数据，明确了预应力锚索处置后仍存在的隧底围岩变形难以约束、底部隆起病害持续发展的工程问题，进一步结合数值模拟手段，探究了列车振动荷载作用下缓倾层状岩体运营铁路隧道底部隆起预应力锚索整治的失效机制。研究结果表明：列车动载作用是导致YD隧道底部预应力锚索整治失效的关键因素；在列车动载作用下，预应力锚索出现了整体滑移现象，导致较大程度的预应力损失，难以有效约束隧底隆起发展，最终使锚索整治失效，可见在该病害整治中不宜采用预应力锚索进行加固；同时随列车速度增加，会进一步加剧预应力锚索整治失效现象，在同类病害整治后的逐级提速过程中应引起高度重视，铁路隧道底部隆起病害不宜采用预应力锚索整治方案。
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  内置障碍网络颗粒阻尼器的耗能机理研究

  胡寅1，昝浩1，郭有松2，梅港伟1，夏兆旺1，彭子龙1

  振动与冲击. 2023, 42(15): 199-209.

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  传统颗粒阻尼器在振动强度较高的情况下存在能量损耗效率低的缺陷，通过实验发现在颗粒阻尼器中内置三维网络结构（障碍网络）可以改善上述难题。为了探究内置障碍网络对颗粒运动状态及能量损耗的影响机理，采用离散元方法建立内置障碍网络的颗粒阻尼器数值模型并开展实验验证，研究振动参数和填充比对有无障碍网络颗粒阻尼器的耗能影响，探讨颗粒阻尼器内部颗粒碰撞及能量损耗空间分布特性。结果表明，在30~160Hz、2.5~25g振动条件及50%~90%填充比条件下，障碍网络能够改变颗粒群体运动行为以及增强其能量耗散性能；使原本对能量耗散几乎没有贡献的颗粒产生剧烈运动，参与到能量耗散过程；障碍网络使底部空间颗粒群体在一个振动周期内产生倍频的碰撞特性，极大增加能量损耗。
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  隧道施工期扰动对运营期隧道-土体系统动力响应的影响分析

  苏光北1,2，狄宏规1,2，周顺华1,2，郭慧吉2,3，张小会1,2

  振动与冲击. 2023, 42(15): 210-218.

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  地铁盾构隧道施工会造成地基土体扰动，由此产生的土体刚度退化会影响地基土体的振动响应。为考虑近场施工扰动对后期隧道系统动力响应的影响，本文提出了一种静力有限元和2.5维动力有限元联合的求解方法。首先，基于饱和土的波动方程，推导了以土骨架位移 u 和孔隙水压力 p表示的 u-p 格式的饱和土2.5维有限元表达式，结合拉伸函数构建完美匹配层边界，建立 u-p 格式下饱和地基下的2.5维有限元-完美匹配层动力模型。其次，采用静力有限元模拟隧道施工，确定由于盾构隧道施工扰动引起的地基土体剪切刚度退化值。最后，将退化的土体剪切刚度代入2.5维动力模型，实现施工扰动对系统动力响应的影响分析。基于该方法，探讨不同地基土体和隧道形状时盾构隧道开挖施工对地表振动响应的影响。结果表明：隧道施工会增大地表土体的竖向振动位移，距离隧道越近，隧道施工引起的地表竖向位移增量越大，最大值出现在隧道中心线处。圆形和矩形隧道下的振动响应小于椭圆形隧道。
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  切向流作用下直通穿孔管阻性消声器传递损失预测

  贺志荣，季振林

  振动与冲击. 2023, 42(15): 219-224.

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  使用考虑涡粘系数的频域线性纳维斯托克斯方程(linearized Navier-Stokes equations，LNSEs)计算切向流作用下直通穿孔管阻性消声器的传递损失，计算步骤为：(1)运用CFD（computational fluid dynamics）方法求解计算域内的时间平均流动变量，然后将变量映射至声学网格，(2)将声传播介质分为空气和吸声材料，后者等效为具有复声速和复密度的流体，使用频域LNSEs计算声场，最后利用平面波分解法计算消声器的传递损失。计算结果与实验测量结果吻合良好，从而证明了计算方法的正确性。通过数值计算分析了切向流马赫数对不同流阻率和穿孔结构阻性消声器传递损失的影响规律。随着切向流马赫数的增加，消声器在低频域的传递损失有所降低，中高频消声性能变化无明显规律可循;切向流对低穿孔率消声器传递损失的影响大于高穿孔率。
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  宽频带薄膜型声学超材料附加质量分布规律分析

  丁北1,2，王炜1,2

  振动与冲击. 2023, 42(15): 225-231.

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  薄膜型声学超材料因其良好的低频域减振降噪性能而备受关注，其中涉及到的附加质量分布问题也具有重要的研究价值，直接关系到薄膜结构的整体隔声性能。考虑到现有针对质量分布规律的研究仍有待深化，本文以一类薄膜型声学超材料为对象，通过分析多种附加质量分布形式（集中、分散）对应的结构隔声特性，验证了等质量下分散结构相对于集中分布具备更好的隔声性能，进一步明确了质量块质量、数量及其布置环数对于隔声性能的影响规律，形成了可在低频域实现宽频降噪的质量分布方案，即：质量块均匀分布在圆膜上而不产生聚集。仿真及实验分析均表明，该方案能够在保持超材料深亚波长尺寸的同时，强化低频域宽频减振降噪性能，有利于实现结构轻量化设计，并为目标驱动的薄膜型声学超材料功能优化提供了参考依据。
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  基于小波时频分析和Inception-BiGRU模型的盾构滚刀偏磨故障诊断

  樊翔翔1,2，项载毓1,2，孙瑞雪1,2，张敏1，莫继良1,2

  振动与冲击. 2023, 42(15): 232-240.

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  盾构机（tunnel boring machine，TBM）滚刀在重载、冲击和地质复杂的环境中服役，极易发生偏磨等失效故障，因此，掌握滚刀的磨损状态、实现基于数据驱动的滚刀偏磨故障诊断并指导滚刀的运维尤为重要。本文提出了一种基于小波时频分析和Inception-BiGRU模型的诊断模型以提高滚刀偏磨故障诊断效率。以滚刀为研究对象，在多功能缩比滚刀试验台上进行直线破岩试验，采集滚刀破岩时产生的振动加速度信号。采用连续小波变换获取反映振动信号时频域特征的小波时频图，进而以Inception模块的不同大小卷积核自适应地提取时频图中的多尺度空间信息，并通过添加双向门控循环单元（bidirectional gated recurrent units，BiGRU）使模型可更为准确地学习到时频图中丰富的时序依赖性关系，模型的超参数由贝叶斯优化算法确定。四种不同偏磨程度滚刀的诊断实验表明所提模型能够有效提取时频图中滚刀的偏磨特征并完成滚刀偏磨状态识别，实现端到端的盾构滚刀偏磨故障诊断。模型平均诊断准确率可达到98.5%，其诊断准确度和稳定性均优于其他常用算法，证明了所提方法的可行性。
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  车轮踏面粗糙度对基于惯性基准法的钢轨波磨检测结果影响分析

  吴泽宇1,2，李明航1，王文斌1，吴宗臻1，张胜龙1

  振动与冲击. 2023, 42(15): 241-249.

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  通过在地铁电客车上搭载检测设备，并基于惯性基准法实现轨道波磨快速检测已成为一种重要的技术手段。将车轮踏面粗糙度,多边形车轮以及钢轨表面粗糙度作为输入激励，建立车辆-轨道耦合多体动力学数值模型，分析车轮磨耗对基于惯性基准法的轨道波磨检测结果的影响。研究结果表明：随着钢轨波磨的加剧，当其特征波长对应的粗糙度级超过车轮踏面粗糙度级接近20dB时，车轮踏面粗糙度的存在对钢轨波磨特征波长幅值的检测精度影响很小；车轮踏面粗糙度与钢轨波磨特征波长接近且车轮踏面粗糙度幅值与钢轨波磨特征幅值之比大于0.5时，钢轨波磨检测结果的特征幅值显著增大。此时应及时进行车轮镟修对以保证检测结果的精确性。
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  开孔多管组合式吸能结构轴向压缩力学性能研究

  谢素超1,2,3，杨广辉1,2,3，周辉4

  振动与冲击. 2023, 42(15): 250-259.

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  吸能装置发生碰撞时撞击力曲线波动较大，存在撞击力不能被平缓耗散的问题。通过准静态压缩试验及有限元仿真模型，从开孔层数、每层开孔数和开孔尺寸对轴向载荷作用下的开孔方管的力学特性进行研究，发现改变开孔中心距可以使得方管轴向压缩的载荷-位移曲线相位发生分离。在此基础上进行了开孔多管组合研究，结果表明将无开孔方管和不同开孔中心距的开孔方管进行组合，可以有效缓解载荷波动，减小峰值载荷。最终得到了吸能特性良好、载荷-位移曲线平缓的开孔多管组合吸能结构，与传统的无孔组合式吸能结构相比，该结构的压缩力效率CFE增加到48.36%，初始峰值载荷PCF和载荷波动ULC分别降低了10.28%和33.33%。
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  海上漂浮式风机变桨距控制策略研究

  程志江1,袁嘉旺1，陈星志2,刘登权2,王智强2

  振动与冲击. 2023, 42(15): 260-267.

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  海上漂浮式风机服役环境复杂，为了在风浪载荷的联合作用下减少漂浮式风机的发电功率以及风轮转速的波动。在FAST基础控制的基础上提出了将分数阶比例－积分－微分(proportional-integral-derivative，PID)变桨控制，来抑制风、浪载荷的影响。以美国可再生能源实验室的5MW的OC4海上漂浮式风机为研究对象，首先建立了基于分数阶PID变桨距控制的漂浮式风机的动力学模型，结合遗传算法对控制的参数进行寻优，来提高系统的控制效果。使用了FAST与Simulink联合仿真，研究其对发电功率和风轮转速以及平台六自由度运动的影响，并且对变桨以后平台六自由度的运动进行了建模与分析研究。结果表明：与FAST基础PID控制器相比，基于遗传算法寻优的分数阶PID控制器具有更高的控制精度，有效降低输出功率和风轮转速的波动，而且会对六自由度的运动产生影响。
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  分段取阈值正交匹配追踪反卷积声源识别算法

  赵卫鹏，毛锦，刘凯，杜进辅

  振动与冲击. 2023, 42(15): 268-276.

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  被广泛应用声源识别领域。但在实际的工程运用中，无法满足提前确定声源数目的条件，可能造成识别结果不准确。因此本文提出了一种分段取阈值的OMP-DAMAS算法，在声源稀疏度未知的情况下，通过对内积和最小二乘解取阈值将伪声源和旁瓣对应的列序号从原子支撑集中删除，直接精确的识别出真实声源的位置。仿真和实验结果表明了所提算法与传统的延时求和算法相比，可以明显的减小主瓣宽度，提高空间分辨率，同样能达到OMP-DAMAS算法的重构效果，对噪声具有较好的鲁棒性，且具有极高的识别稳定性。
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  张紧器结构非线性对深海顶张式立管系统参激稳定性的影响分析

  丁明1，孟帅1，丁英2

  振动与冲击. 2023, 42(15): 277-284.

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  顶张式立管在作业时，浮式平台垂荡运动导致立管轴向张力随时间变化，可能引发立管在水平方向发生参激失稳。随着海洋开发进入深海区，海洋环境愈加恶劣，立管因长径比大幅增加而柔性增强。为确保系统作业安全，必须寻找新的（以前被忽略或简化）关键影响因素以实现对立管动态响应准确预测和系统稳定性科学预判。在参激稳定性预报中，直接作用式张紧器最常采用的是线性弹簧模型和工程简化模型。考虑液压缸装置的气体压强和容积、摩擦力、液压损失等因素，建立了直接作用式张紧器非线性模型。采用张紧器线性弹簧模型、工程简化模型和非线性模型，基于富洛开理论预报1000米顶张式立管系统的参激稳定性。研究表明，张紧器结构非线性影响立管张紧力和固有频率计算，进而可能导致系统参激稳定误判。采用三种张紧器模型预报参激不稳定区的差别主要发生在低频区，利用非线性模型预报的参激不稳定区最大。随着蓄能器高压气体初始体积的增加和低压氮气瓶初始压强的提高，张紧器结构非线性效应会进一步加强。研究成果可用于修正现用的参激分析软件以更适用于深海区。
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  基于屈服机制控制的中心支撑钢框架结构优化方法研究

  李彬1，王湛1，范延静1，潘建荣1，王鹏1,2，周振峰1

  振动与冲击. 2023, 42(15): 285-297.

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  通过对结构中不同构件承载力关系进行不等式迭代分析，建立了中心支撑钢框架结构屈服机制控制方法，结合改进的遗传算法，以结构总重为目标函数，提出了基于屈服机制控制的结构优化分析方法。通过现有试验、48个有限元模型及多个中心支撑钢框架结构实例，分别针对结构屈服机制控制方法及本文优化方法的计算效率、准确性进行验证分析。结果表明：屈服机制控制方法能保证结构构件按照预设置顺序屈服，而在实际应用过程中，不宜选取灵敏度较高的范围边缘参数，但应在参数范围内选取外径较大的支撑截面参数避免受压支撑过早屈服；利用参数范围进行优化分析，可有效减小优化搜索初始解域，提高优化分析的计算效率。
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  2.5维有限元分析高铁荷载下准饱和横观各向同性地基振动特性

  高广运1,2，耿建龙1,2，张其唯3，张璐璐1,2，司志鹏4

  振动与冲击. 2023, 42(15): 298-308.

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  为分析高铁荷载下准饱和横观各向同性地基振动特性，本文推导了准饱和横观各向同性地基2.5维有限元控制方程，建立了列车-轨道-准饱和横观各向同性地基2.5维有限元模型，对比研究了不同车速下饱和与准饱和横观各向同性地基的振动特性，分析了准饱和横观各向同性地基土体参数对振动特性的影响。研究结果表明：准饱和横观各向同性地基表面产生的向上和向下位移均大于饱和地基。不同车速下准饱和地基振动位移均大于饱和地基，但超静孔压远小于饱和地基；车速越高，饱和与准饱和地基表面振动位移越大而衰减越慢，超静孔压越大且衰减越快，轨道中心处准饱和与饱和地基位移相差越大。准饱和地基竖向振动位移和超静孔压随水平弹性模量和垂直弹性模量的增加而减小，随水平泊松比增加而增大，随垂直泊松比增加而减小，随垂直剪切模量增加而减小。垂直弹性模量较水平弹性模量对地面竖向振动位移影响更大。与水平泊松比相比，垂直泊松比对准饱和横观各向同性地基竖向振动位移峰值和超静孔压影响更大。
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  基于电磁控制的屈曲约束支撑拟静力试验研究

  李晓东,任杰,闫鹏亮,马顺利,吴健

  振动与冲击. 2023, 42(15): 309-318.

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  屈曲约束支撑是一种耗能减隔震构件，近年来已被广泛应用在工程实例中。但是将屈曲约束支撑和控制相结合的研究较少。基于此本文研制出一种新型屈曲约束支撑，即基于电磁控制的屈曲约束支撑（Electromagnetic buckling restrained brace，EBRB）。本文对6组EBRB进行拟静力试验进行滞回曲线、骨架曲线、延性性能、刚度退化、耗能能力等性能指标分析，并推导出振动控制所需电磁力的计算公式。试验结果表明：通过对电磁力的推导的理论值和试验中产生的电磁力的实际值的比对发现两者的差值在8%左右，当EBRB填充材料为LC30芯材为Q235钢时其耗能能力是填充材料为C30芯材为DT4的1.08倍，延性性能是填充材料为C30芯材为DT4的1.2倍，并在电磁力的控制下构件的的抗震性能是不加电磁力的控制的1.3-1.5倍，提高了传统的屈曲约束支撑的抗震性能，在工程实例中具有较好的应用前景。
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  基于机器学习的在轨航天器泄漏源实时定位方法研究

  边旭1,2，田璧菀1，靳世久2

  振动与冲击. 2023, 42(15): 319-324.

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  本文针对航天器在轨泄漏问题，提出了一种基于机器学习的泄漏源实时定位方法。该方法通过合理特征化泄漏在器壁中激发的弹性波信号，结合有限元仿真技术获得有效的训练数据，设计并实现了一种多层感知机网络模型，从而准确完成泄漏源与传感器间的距离信息估计，同时结合计算弹性波数据时空相关性得到的相对角度信息，可以快速稳定的获得泄漏源的空间位置。本方法仅采用一个布放在器壁上的压电阵列式传感器采集泄漏激发的弹性波数据，结构相对简单。实验结果表明，基于本文设计的多层感知机模型，在1m2实验板范围内该方法对泄漏源与阵列式传感器距离估计准确率为100%，最大定位误差为1.2cm。
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  考虑非一致不平整激励的机场跑道平整度评价方法研究

  齐麟，怀永成，潘慧，杨帅

  振动与冲击. 2023, 42(15): 325-330.

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  机场跑道平整度对飞机滑跑的动力响应有较大影响，考虑非一致不平整激励的机场跑道平整度评价方法，使跑道平整度评价结果更符合飞机实际动力响应，避免飞机在平整度评价良好的跑道起降时产生强烈的动力响应，降低不安全事故的发生概率，对机场的安全高效运行有深刻意义。本文通过三维谐波叠加法建立非一致不平整激励跑道模型，以A320飞机为原型建立Adams飞机地面运动模型，并与实测数据对比验证模型准确性，分析道面非一致不平整激励对飞机滑行时动力响应的影响，算例表明，考虑非一致激励后飞机竖向加速度增加12.39%~24.16%，使人体舒适度下降1~2个等级。综合考虑飞机的竖向振动和侧倾转动，提出了驾驶舱综合振动总值作为平整度评价指标，算例表明，"a" _"v" 比相同情况下的驾驶舱竖向加速度加权均方根增大可达41.46%，且较于国际平整度指数（international roughness index，IRI）评价方法更符合实际情况，故驾驶舱综合振动总值能更准确地评价机场跑道平整度。