振动与冲击

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冯青松1，张瀚文1，郭文杰1，梁玉雄1，陆建飞2

振动与冲击. 2023, 42(16): 1-9.

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采用钢轨动力吸振器是控制轮轨噪声的有效手段，可以对其结构进行优化设计以更有效地实现减振降噪。基于振幅放大机制提出了一种新型钢轨动力吸振器，建立按周期规律布置振幅放大型吸振器的轨道模型，采用能量法得到模型结构的带隙，利用COMSOL有限元软件对计算出的能带结构进行验证，并结合位移导纳和振动加速度级的结果研究和评估了振幅放大型动力吸振器的减振效果。此外，进一步分析了振幅放大的机理以及放大倍数对减振性能的影响。结果表明：从控制弹性波在钢轨结构内传播的角度来看，振幅放大型钢轨动力吸振器较常规型动力吸振器拥有更加优越的减振性能。

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近距离爆炸下ECC涂层加固砌体填充墙抗爆性能研究

杨谨鸿1，李秀地1，张波2，陈昊2，王起帆1，尚敦敏1

振动与冲击. 2023, 42(16): 10-18.

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工程水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composite, ECC）是一种韧性强、抗拉能力突出、吸能效果显著的新型水泥基复合材料，具有良好的动态力学性能和冲击承载能力，在爆炸冲击防护领域具有较高的开发价值。为探究ECC抗爆加固性能，开展了6组砌体填充墙近距离爆炸试验，得到了多种工况下墙体损伤形态。结果表明，ECC涂层大幅提升了墙体的爆炸防护能力，有效抑制了墙体形变及损伤，避免了震塌碎块的产生及飞溅，具有良好的抗爆加固性能。通过对比墙体在不同涂覆方式、炸药量和涂层厚度条件下的损伤差异，分析了ECC涂层加固机理，并发现背爆面单面加固比双面加固更具效益比。在自定义ECC材料模型基础上，建立了分离式砌体墙有限元模型，并验证了材料模型和计算方法的可行性。通过模拟爆炸试验发现，在达到某一阈值前，增大涂层厚度及粘结强度，对提升ECC涂层抗爆加固效果作用明显。

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结构模态多级分层并行计算方法

喻高远1，楼云锋2，李俊杰1，金先龙1

振动与冲击. 2023, 42(16): 19-25.

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基于稀疏存储技术和传统并行模态综合法提出了一种有限元结构模态分析多级分层并行计算方法。该方法在两级分区四次变换策略的基础上不仅实现了大量数据的分布式稀疏存储，提高了数据的内存访问效率；而且实现了系统整体缩减后的广义特征方程规模的有效降低，大幅度减少了广义特征方程的求解时间。此外，它还利用计算任务和异构众核集群硬件体系结构映射实现了计算过程的多级并行，不仅有效改善了不同层级的负载均衡，而且通过通信分离有效提高了通信效率。因此，它能够充分利用异构众核分布式存储并行计算机的体系结构特点提升大规模有限元模态并行计算效率。数值算例表明，相比于传统的并行模态综合法，稀疏存储格式模态多级分层并行方法能够大幅度节省内存空间和提高计算效率。

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地震作用下基于性能的中小跨径梁桥横向支承约束系统设计优化

鲁冠亚1，王克海2，吴刚3，张熙胤1

振动与冲击. 2023, 42(16): 26-36.

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支承约束系统对中小跨径梁桥抗震有显著意义，本文提出一种基于性能的方法优化桥梁的支承约束系统参数。以汶马高速公路中的简支梁桥群组为例，采用铅芯橡胶支座进行桥梁横桥向的抗震性能优化。首先参数化建立桥梁的OpenSees有限元模型，对桥梁支座—挡块组成的支承约束体系的初始设计进行非线性时程分析；由logistic回归得到了以工程需求参数（engineering demand parameter,EDP）为条件的桥梁构件级易损性函数，推导了桥梁的统一系统级性能指标修复成本比（repair cost ratio,RCR），将其作为优化程序的目标函数；利用遗传算法建立了支承约束系统设计参数的优化程序。研究结果表明：在以EDP为条件建立的桥梁构件级易损性函数中，桥墩和支座的损伤概率对不同的支承约束系统设计不敏感，推导的RCR可以涵盖不同的支承约束系统。利用该程序优化了案例桥梁群组的铅芯橡胶支座约束系统设计参数，当支座屈服强度约为（0.16 ± 0.02）倍的桥墩屈服强度，支座屈服后刚度约为（0.0548 ± 0.0081）倍的桥墩弹性刚度，挡块与主梁的间距为0.098 m，挡块刚度取为185×104 kN/m时，桥墩和支座产生的地震响应能够显著降低桥梁的RCR。

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运输包装随机振动的加速度响应谱分析

杨松平1,2,3，王志伟1,2,3

振动与冲击. 2023, 42(16): 37-46.

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正切型运输包装系统的加速度随机振动响应谱理论尚未进行系统研究，然而产品加速度响应是评价产品包装有效性的关键指标，而且很大一部分包装材料在一定变形范围内符合正切型的力-位移关系。将考虑关键部件的运输包装随机振动模型化为两自由度正切型包装系统，建立了系统的加速度响应谱求解方法，讨论了所提方法的适用范围，并采用数值模拟验证了所提方法的有效性。在此基础上，进一步探究了加速度响应谱对于外激强度和系统参数的敏感性，分析了正切型系统的硬弹簧非线性效应。随着激励水平提高，由于正切型刚度“硬弹簧”非线性作用，从而使产品主体的一阶响应峰值点频率及关键件一二阶响应峰值点频率向右偏移逐渐增大；存在一个最佳的系统非线性特征参数β^*，使得关键件的一阶响应峰值或响应总体能量最小；系统的阻尼比、频率比、关键部件与产品的质量比对响应起着十分明显“多阶调频调节带宽”作用。所提方法不仅能够有效的预测产品主体和关键件的响应，也为包装优化设计提供理论依据。

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纵向肋条对斜拉索气动力和涡激振动特性影响的试验研究

常幸1，孙一飞1，邵林媛1，刘庆宽1,2,3

振动与冲击. 2023, 42(16): 47-55.

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斜拉索的风雨振和涡激振动是广受关注的风致振动问题，为了抑制风雨振，在斜拉索表面设置纵向肋条，是常用的气动措施之一。纵向肋条的参数对涡激振动性能的影响，以及对斜拉索气动力的影响，是值得研究的问题。通过风洞试验，在斜拉索表面布置了宽度和高度均为5mm的长方体肋条，研究了2根肋条在不同位置下，斜拉索的气动力及涡激振动的变化规律。结果表明：对于气动力，当布置的肋条位置≥25°时，雷诺数对斜拉索的风压分布基本没有影响；当布置的肋条夹角≤30°时，有肋条斜拉索的平均阻力系数均小于无肋条斜拉索；当布置的肋条位置≥35°时，斜拉索的平均阻力系数和平均升力系数不随雷诺数发生变化，而当肋条位置=60°时，斜拉索的平均阻力系数达到最大值，约为1.7。对于涡激振动，在肋条位置=55°的工况下，斜拉索的涡激振动被完全抑制，可以运用在实际工程以抑制斜拉索及相关细长柱体结构的涡激振动；但当位置为60°时，斜拉索的涡激振动振幅虽然比无肋条状态有所减小，但涡振的风速锁定区间会被放大，在实际工程中应充分考虑这一现象。

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受火后6060-T6铝合金材料性能研究及本构模型标定

林莉1,2，张耀月1，肖新科3

振动与冲击. 2023, 42(16): 56-65.

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为评估铝合金结构受火后动态力学性能，应使用合理的受火后铝合金材料本构模型，采用万能试验机和分离式霍普金森压杆设备（SHPB）对结构用6060-T6铝合金开展系列受火后力学性能试验。首先，研究其力学性能指标随5个温度梯段的变化规律，发现材料在受火温度为450℃时弹性模量、屈服强度与抗拉强度最小，其次，选用经450℃受火冷却后6060-T6铝合金作为研究对象，当温度升高时，受火后铝合金表现出温度软化现象，然后，标定了能合理描述受火后铝合金塑性变形行为的Modified Johnson-Cook(MJC)本构模型，最后，采用一级轻气炮靶板冲击试验，得到受火后6060-T6铝合金弹道极限与失效模式，使用ABAQUS数值仿真软件建立相应靶板冲击模型，通过试验与仿真结果对比，验证了MJC本构模型参数的有效性。

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滚珠丝杠式燃气舵结构仿真与运动控制

刘静怡1，郑健1，魏岩淞2

振动与冲击. 2023, 42(16): 66-71.

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针对燃气舵在启动瞬间会产生很大的冲击力，采用ADAMS和ANSYS对传动机构进行了动力学分析和有限元分析的联合仿真，得到了变负载下相邻零件的冲击力，并分析了危险零件的瞬态动力响应。分析结果表明，在一定范围内，冲击力随响应时间的增加响应速度变慢，最大值和最小值分别基本保持一致。建立了燃气舵系统的数学模型，在MATLAB Simulink中进行了系统的PID控制仿真分析，并基于仿真结果进行了单片舵系统的运动控制实验。实验结果表明，该控制平台能达到良好的控制效果。

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大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥地震易损性分析

王志远，赵人达，吴鑫睿，赵成功

振动与冲击. 2023, 42(16): 72-81.

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为了探究完善钢管混凝土劲性骨架拱桥的地震损伤评估方法，以一座上承式高速铁路劲性骨架拱桥为工程实例，开展同种桥型的地震易损性研究。首先基于OpenSEES平台建立拱桥的非线性数值模型；然后通过非线性动力时程分析及增量动力分析(IDA)对主拱肋子构件、交界墩及拱上立柱的地震损伤进行评估；最后引入两种Copula函数建立串联体系下主拱肋构件系统的易损性曲线，并将其与子构件及基于第一可靠度原理的系统易损性进行对比。结果表明：三向地震动作用下，主拱肋外包混凝土的损伤概率与损伤程度均明显大于钢管混凝土，且后者的易损位置将随着PGA的增大而发生从跨中向拱脚的改变；主拱肋系统的易损性更偏向于外包混凝土，L/4拱肋截面的损伤概率最大；交界墩与拱上立柱的保护层混凝土的易损性水平显著高于纵向钢筋和核心混凝土，位于L/4拱肋位置的立柱损伤概率最大。抗震设计时应重点考虑对易损部位采取加强的设防措施。

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基于注意力机制改进残差神经网络的轴承故障诊断方法

韩争杰1，牛荣军1，马子魁2，崔永存1，邓四二1

振动与冲击. 2023, 42(16): 82-91.

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针对滚动轴承在不同工况环境中故障诊断训练时间长、准确率低和泛化性能弱的问题，提出了基于注意力机制改进残差神经网络的轴承故障诊断方法。为了提高ResNet模型的准确率和泛化性，提出了基于注意力机制的SE-ResNet模型和CBAM-ResNet模型，并在凯斯西储大学(CWRU）数据集上进行了试验，在同工况有训练集的情况下ResNet模型测试的准确率为97.28%，在不同工况下模型直接迁移的准确率为94.14%～96.86%，CBAM-ResNet模型在不同工况下模型直接迁移的准确率为97.14%～98.86%，SE-ResNet模型在不同工况下模型直接迁移的准确率为97.86%～99.71%，两种改进模型的准确率都明显优于原ResNet模型，表明提出的优化模型提高了ResNet模型的准确率和泛化性。

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组稀疏低秩矩阵估计的变转速滚动轴承故障特征提取

王冉1，张军武1，余亮2

振动与冲击. 2023, 42(16): 92-100.

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早期轴承故障特征的有效提取对于避免严重机械事故具有重要的意义。表征轴承故障的脉冲信号往往淹没在强背景噪声干扰中，并且轴承常常在变转速工况下运行，这使得故障特征的提取较为困难。针对这一问题，本文提出一种用于变转速工况下滚动轴承故障特征提取的组稀疏低秩矩阵估计算法。首先，根据变转速工况下轴承故障脉冲信号的角度时间循环平稳特性，利用阶频谱相关(order-frequency spectral correlation, OFSC)将测量信号转换至阶频域中。其次，揭示了轴承故障脉冲在阶频域中的组稀疏性和低秩性，并据此构建一种凸优化问题来增强这两种特性，引入非凸罚函数来提高故障特征的稀疏性。再次，在交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers, ADMM)和优化最小化(majorization–minimization, MM)框架下求解该凸优化问题，推导出组稀疏低秩(group sparse low-rank, GSLR)矩阵估计算法。最后，通过构建增强包络阶次谱(enhanced envelope order spectrum, EEOS)对求解得到的目标分量进行故障特征检测。仿真和实验信号的分析验证了该方法在故障特征提取中的有效性。

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框架薄壁类结构压电分流阻尼多模态减振实验研究

刘亚宁，周嘉明，董龙雷，刘建，赵建平

振动与冲击. 2023, 42(16): 101-109.

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本文以四边固支铝合金板（框架薄壁类结构）为研究对象开展了基于压电分流阻尼电路的多模态减振实验研究。首先，开展了扫频激励下单压电片单模态减振实验，电路最优参数实验结果与理论计算结果相互吻合，同时发现电路最优参数可在一个区间内取值，而不需要与理论计算值保持绝对一致，表明压电分流阻尼电路具有良好的工程实用性。然后，基于阻塞电路开展了扫频激励下多模态减振实验，通过多个压电片实现了20～2000Hz内振动能量下降20.2%的减振效果，同时在一些主要模态频率处峰值控制效果可达63%，实验充分验证了多压电片多模态减振的可行性。最后，在噪声载荷激励下开展了多模态电路减振实验，20～2000Hz内铝合金板三个位置处加速度响应的RMS值分别降低了19.1%、18.2%、15.3%，648Hz处峰值分别下降了34.1%、33.3%、31.0%，实验结果表明多模态电路在实际工程载荷条件下仍然具有一定的减振能力。

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局部有限寿命疲劳约束条件下的结构拓扑优化方法

江旭东1，武子旺1，滕晓艳2

振动与冲击. 2023, 42(16): 110-119.

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拓扑优化方法为工程结构抗疲劳性能的改善提供了有效的设计策略，为了减少大规模局部疲劳约束引起的计算代价，往往采用P范数方法将其凝聚成全局约束，但是，满足这类弱约束的最优解与原问题的最优解存在间隙。为了精确满足局部疲劳约束和降低约束数量，采用增广拉格朗日方法将原问题处理为无约束问题，提出局部有限寿命疲劳约束条件下的结构拓扑优化方法。考虑变幅值的比例载荷作用，采用Palmgren-Miner线性损伤假设和Sines疲劳准则评价材料点的疲劳强度，以局部疲劳性能为约束条件，建立结构的轻量化设计模型，采用全局收敛移动渐近线算法求解局部疲劳约束下的结构拓扑优化问题。另外，将非结构化多边形网格技术融入到拓扑优化模型，实现复杂几何边界结构的抗疲劳轻量化设计。数值算例结果表明，与P范数方法的优化结果相比，局部疲劳约束条件下的优化结构具有更优的抗疲劳性能和更少的材料用量，因而考虑局部疲劳约束有益于材料的充分利用和结构抗疲劳性能的改善。

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变间隙磁流变胶泥缓冲器理论研究与试验验证

刘驰1，付本元1，居本祥1，段俞洲1，王宏1，张贤明2

振动与冲击. 2023, 42(16): 120-128.

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传统磁流变(magnetorheological ,MR)缓冲器通常采用等间隙阻尼流道，对于冲击环境下仅靠励磁控制方法实现柔顺耗能极具挑战。针对此问题，本文提出一种缸筒截面具有锥度特征的磁流变胶泥缓冲器，其阻尼间隙随活塞位移增大而逐渐减小，同时伴随磁感应强度增大，进而提升阻尼力，以期通过结构设计方法补偿冲击环境下缓冲力的衰减。通过建立双坐标系分析了动态磁场与位移、电流之间的关系；采用微分思想将变间隙阻尼通道分为若干微元，基于Herschel-Bulkley (HB) 本构模型得到微元阻尼通道的截面流速分布；考虑局部损耗，构建了HB-Minor Losses (HBM) 动力学模型，定量分析了各局部损耗因素的影响；进一步分析了位移变化对截面流速、局部损耗压降、总压降的影响。搭建了锤重为93.2kg的冲击试验平台，并开展了不同冲击速度和电流下缓冲器动力学性能测试。结果显示缓冲器具备良好的可控性，其动态范围高达2.0，最大缓冲力达55kN。将试验结果与理论模型进行比较，发现HBM模型能够准确预测变间隙磁流变胶泥缓冲器动力学性能。

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快速谱相关引导ACMD的滚动轴承复合故障特征分离方法

唐贵基1,2，成彪1，徐振丽1，王晓龙1,2

振动与冲击. 2023, 42(16): 129-137.

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以不同故障类型产生的冲击信号周期不同为出发点，提出了一种快速谱相关引导自适应线性调频模态分解的滚动轴承复合故障特征分离方法。首先使用快速谱相关搜寻复合故障信号中潜藏的循环频率成分，然后根据快速谱相关图绘制循环频率沿频率轴的能量分布曲线，提出单一循环频率能量主导准则挑选包含单一故障信息最多而另一故障信息最少的频带范围，从中选取合适的中心频率指引自适应线性调频模态分解对指定频带进行分解，最后对分解信号进行包络分析，根据故障频率判定故障类型。通过分析仿真信号以及外圈6点钟故障和12点钟故障与内圈复合故障实验信号表明，该方法可以实现复合故障特征的分离。

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基于POT法确定风压系数极值的自动阈值选取与参数估计

陈元坤1,2，毛丹3，李寿科3，刘敏3，陈晓强1，陈俊1，孙洪鑫3

振动与冲击. 2023, 42(16): 138-146.

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风压系数极值是确定建筑围护结构设计风荷载的重要变量。实现阈值自动选取和合适的模型参数估计方法是保证超阈值模型极值计算结果精确性的先决条件，也是当前超越阈值模型研究的热点和难点。以CAARC高层建筑刚性模型测压风洞试验数据为基础开展超越阈值模型极值计算方法研究，通过对独立峰值数量和相关性研究独立峰值提取方法的性能；采用蒙特卡罗法研究4种不同的广义Pareto分布参数估计方法的性能，给出最佳参数估计方法选择建议；提出基于形状参数或极值估计结果稳定性的变点-局部比较阈值自动选取新方法。研究结果表明，基于变点理论-形状参数\极值稳定性阈值自动选取方法具有较小的样本依赖性，以及有较好的样本非高斯适用性，由此构建的改进超越阈值模型计算风压系数极值与标准极值的偏差小于5%，且完全实现阈值客观、自动选取，研究结论完善了小样本风压系数极值估计方法，对确定建筑围护结构设计风荷载具有重要意义，且可推广到其它极值估计领域。

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螺旋式钢阻尼器耗能性能研究

朱妍妍1，高日1，陈良江2，李承根3

振动与冲击. 2023, 42(16): 147-154.

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针对地震作用多向性和随机性的特点，提出了一种具有水平双向耗能功能的螺旋式钢阻尼器。该阻尼器由圆钢弯制成螺旋形状，水平安装在墩顶与梁底之间。基于刚臂法和力法方程，推导了该种阻尼器的承载力计算公式，并采用拟静力循环加载试验研究了阻尼器的滞回性能和低周疲劳寿命。将有限元计算结果分别与理论和试验结果进行了对比。最后研究了螺旋距离、圆钢半径和螺旋半径三个主要形状参数对阻尼器耗能能力的影响。结果表明：螺旋阻尼器的滞回曲线稳定且饱满，具有良好的耗能能力和双向力学行为。

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局部瞬时激励下架空导线微风振动波的传播演化

陈晓娟1，李振超1，王璋奇2

振动与冲击. 2023, 42(16): 155-160.

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微风振动是架空导线疲劳断股、断线的重要原因。为分析局部锁定后导线的微风振动过程，将架空导线简化为张力主导的无限长连续弦模型，考虑局部锁定的随机性和瞬时性，将导线在任意时刻任意位置形成的局部锁定简化为瞬时脉冲激励，采用积分变换法获得了系统在时间和空间上的双格林函数解，分析了脉冲波在弦模型中的传播过程和固定约束边界的反射规律。进而采用局部脉冲激励法对导线内行波的传播演化特性进行试验研究，采用高清摄像机对振动波进行捕捉，基于自编程序进行视频图像处理及分析。结果表明：自编程序能够提取标记测点的瞬时位移，脉冲波在传播过程中波速恒定、波面轮廓能够保持较好的形态不变形。局部瞬时激励形成的脉冲波沿导线向两侧档端传播，在经过档端约束后形成反射波沿导线传播，两侧形成的反射波相遇后相互叠加引起导线持续振动。试验现象与理论分析一致。

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融合经验模态分解与模糊熵的薄板结构损伤识别

王佳成1,2，宋慧军1,3，吴龙云2,3，鲁光涛1,3，王涛2,3

振动与冲击. 2023, 42(16): 161-165.

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本文针对薄板结构中损伤兰姆波信号提取及表征困难两大问题，提出了一种融合经验模态分解(Empirical Mode De-composition，EMD)与模糊熵(Fuzzy Entropy，FEn)的薄板结构损伤识别新方法。该方法首先基于经验模态分解从复杂的兰姆波信号中提取并分离与结构损伤相关的信号，再利用提取出的损伤信号的归一化模糊熵作为损伤指数对结构损伤大小进行定量表征，从而实现薄板结构的损伤识别。设计的三组CFRP(carbon fiber reinforced polymer)板划痕损伤识别实验验证了该方法的可行性，实验结果表明：归一化后的模糊熵与CFRP板划痕损伤大小呈现较好的线性增加的关系，利用该线性关系可以对CFRP板划痕大小进行识别；与基于奇异谱-模糊熵的结构损伤识别方法相比，本文提出的方法识别效果更佳。

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正交梯形蜂窝铝抗冲击力学性能及核装备防护应用仿真模拟

邢攸冬，王立虎，卢世庆，杨思一

振动与冲击. 2023, 42(16): 166-174.

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为保证运输途中核乏燃料运输容器的安全，会在运输容器两端安装减震器，减震器内部填充减震材料，以防止运输容器内部穿刺破坏。本文首先制备了一种正交梯形蜂窝铝材料，并对制备的三种不同结构材料进行不同速度加载获得相关结果，结合试验获得的材料本构模型使用有限元方法进行仿真模拟，对比两者误差。为探明尺寸对材料性能的影响作用，用仿真手段对比两种不同尺寸正交梯形蜂窝铝的力学性能，发现两者之间的吸能存在一定函数关系。为了进一步缩小仿真所用时间，提出用等效模型模拟冲击过程。最后，用仿真手段模拟运输容器减震器的穿刺过程，评估正交梯形蜂窝铝作为减震填充材料的可行性。

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斜盘式轴向柱塞泵壳体动态特性分析

宋华庆1，王涛2，汪浒江2，唐守生2，董兴建1

振动与冲击. 2023, 42(16): 175-180.

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基于斜盘式轴向柱塞泵的几何参数、运动学参数和液压参数建立泵转子的动态平衡方程。求解动态平衡方程，并从泵转子和壳体之间的三大载荷传递路径入手，逐一确定滑靴、轴承和配流盘等运动部件对壳体的动态载荷。用运动部件对壳体的动态载荷等效它们之间的相互作用，从而实现壳体结构与运动部件的单向解耦。建立柱塞泵壳体有限元模型，采用实验模态分析验证模型的正确性。在壳体结构上施加不同工况下的动态载荷，计算壳体结构的动态响应，并用实验数据验证，进一步地，基于振动烈度评估壳体结构的振动大小。斜盘式轴向柱塞泵壳体动态特性分析为面向减振降噪的壳体结构优化设计奠定基础。

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基于近似模型辅助智能算法的变截面点阵结构优化设计方法

向艳1,2，蒋国璋1,2,3，张严1,2,3，徐曼曼1,2,3

振动与冲击. 2023, 42(16): 181-188.

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桁架类点阵结构具有质量轻、比强度/比刚度高、减振吸能性好，且拓扑构型简单、增材成型可靠性高等优点，被广泛应用于航天器各关键承载部件设计。传统桁架类点阵设计大多囿于等截面设计约束，严重制约了优化设计的寻优潜能，难以满足航天器结构超轻质、高强度的性能要求。为突破传统点阵的等截面形状约束，构建基于显式拓扑描述函数的变截面几何描述模型，实现变截面点阵几何形状的自由描述；采用能量均匀化方法精确计算变截面点阵单胞宏观等效弹性张量，并建立变截面点阵几何描述参数关于其宏观等效弹性张量的近似响应模型；以变截面点阵的几何描述参数为设计变量，材料用量为约束条件，最大体积模量或最大剪切模量为目标函数，建立变截面点阵几何描述参数的优化数学模型，并采用基于近似模型辅助的粒子群优化算法实现上述优化模型的高效求解。数值算例表明，相较于等截面点阵，在相同材料用量下，优化后的变截面点阵的体积模量和剪切模量性能更优。所提方法进一步拓展了桁架类点阵的设计空间，有效提升其力学性能，在航天器结构轻量化设计方面具有应用推广前景。

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基于多自由度控制的主被动隔振器研究

郑诗若1,2，任明可1,2，谢溪凌1,2，张志谊1,2

振动与冲击. 2023, 42(16): 189-195.

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船用大型动力装置运行时所产生的线谱振动是水下辐射噪声产生的重要原因之一，通常在振源设备与船体安装基座之间采取隔振措施，抑制宽频带振动的传播。文章针对隔振系统振动传递路径复杂而难以有效控制的问题，在功率流传递特性分析的基础上提出一种新型主被动隔振器，在被动隔振的基础上通过主动控制进一步衰减线谱振动通过隔振器的传递。该隔振器具有多自由度振动传递控制的特点，可避免通常存在的振动传递路径切断不彻底的弊端。文章对隔振器的静态特性、动态特性以及主被动隔振效果进行了分析和测试，仿真及实验结果均表明，通过结合加权误差反馈自适应控制算法和多自由度同步控制，主被动隔振可显著抑制弹性基础在300Hz内的线谱振动。

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点缺陷折叠结构声学超材料的声局域化特性

徐驰1,2，陈应航1,2，郭辉3，金文超3，刘涛4，靳奉华3，刘春景1,2

振动与冲击. 2023, 42(16): 196-201.

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以折叠结构为基本单元组成点缺陷声学超材料。采用数值模拟和实验分析的方法探索结构低频声局域化机理，分析结构参数对声局域化模态的影响规律。结果表明，该结构在800 Hz以下可产生多个声局域化模态。在频率为222 Hz、362 Hz、385 Hz、408 Hz和511 Hz入射平面波作用下，结构可在中心腔体或周边腔体中实现声压局部放大，这种现象是由于结构内各子腔体的声学虹吸效应或它们之间的耦合共振所致。通过增加中心腔体尺寸、隔板数量、隔板长度，可降低结构声局域化响应频率。实验结果进一步证明了结构在低频范围内具有放大多个频段声波的能力。研究成果可为实现低频宽带声能聚集提供借鉴。

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基于循环谱相关的编码器信号滚动轴承故障检测

田田，郭瑜，杨新敏，邹翔，陈鑫

振动与冲击. 2023, 42(16): 202-208.

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针对振动传感器安装受限的场合，结合编码器信号的优势，以编码器瞬时角速度(Instantaneous angular speed, IAS)为信号，提出一种基于编码器IAS信号诊断特征（Diagnostic Feature, DF）指标的循环谱相关(Cyclic Spectral Correlation, CSC)优化解调频带选取算法。首先利用向前差分法估计编码器信号获得轴承的IAS信号，并利用CSC得到IAS信号的双变量谱；然后按照初始子频带带宽为循环频率积分区间得到子频带改进包络谱(Improved Envelope Spectrum, IES)，并计算子频带IES的DF数值获得DF曲线；再通过评判DF数值合并子频带得到优化解调频带；最后利用包络分析提取滚动轴承故障特征阶次。通过仿真和轴承实测数据验证了本文所提方法的有效性。

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动力包多子结构双层隔振系统隔振优化方法

余康凡1，张建润1，刘晓波2,3，李超3

振动与冲击. 2023, 42(16): 209-217.

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为了提升内燃动力包隔振性能，针对优化设计过程中优化参数较多及优化效率较低的问题，对其隔振优化方法进行研究。首先通过综合各子结构质量、刚度矩阵建立多子结构动力包双层隔振系统24自由度动力学模型。对系统进行传统的全局坐标系下自由度耦合分析并据此提出能够去除子结构平动、转动自由度固有耦合效应的多坐标系解耦概念。其次运用Sobol’全局灵敏度分析方法确定对动力包隔振性能影响较大的参数，并将其作为优化变量。然后综合考虑解耦率与隔振效率对动力包进行多目标优化。最后根据建立的动力包刚柔耦合有限元模型对系统隔振性能进行评估。结果表明：优化后系统解耦率及各工况下隔振效率均达到较高水平，验证了方法的有效性。

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基于ACMD与改进MOMEDA的滚动轴承故障诊断

石佳，黄宇峰，王锋

振动与冲击. 2023, 42(16): 218-226.

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针对强背景噪声下滚动轴承故障特征难以提取的问题，提出基于自适应非线性调频分量分解（adaptive chirp mode decomposition ,ACMD）与改进多点优化最小熵解卷积（improved multipoint optimal minimum entropy deconvolution adjusted ,IMOMEDA）的故障诊断方法。①为提高信号信噪比，采用基于基尼系数（GI）指标的ACMD，进行信号重构预处理；②为提高参数设定的准确性，提出改进的MOMEDA方法——利用天鹰优化（AO）算法，以多点峭度(MK)最大为目标，寻优确定滤波器周期参数；③对信号进行包络谱分析，通过对比包络谱的主导频率成分与理论故障特征频率，判断故障类型。仿真及实测数据分析结果表明，该方法能有效提取强背景噪声下的滚动轴承故障信号的特征信息，具备一定的优越性与实用性。

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物探节点布收车越障稳定性分析与底盘结构优化研究

黄志强，孙浩翔，雷雨薇，王凯

振动与冲击. 2023, 42(16): 227-235.

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石油勘探时，地震节点具有布设范围广、布设地形复杂等特点，作业工况复杂恶劣多变，对物探节点布收车稳定、安全、高效性带来了巨大挑战。为此以物探节点布收车履带底盘作为研究对象，建立了整车动力学与振动模型，分析了越障前两阶段的力学关系，开展了底盘动力学和瞬态响应特性分析，最后基于响应面法对影响稳定性的关键因素进行了影响规律分析，并对底盘结构进行了优化，结果表明：优化后的物探节点布收车在越障时平顺性增加了7.97％，冲击减少了 57.43％，履带机架右前梁连接处、立柱-中横梁连接处、主梁-后横梁连接处的最大应力分别减少了8.02％、9.37％、6.22％，满足了底盘强度要求，提高了车辆稳定性与安全。

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低温/饱水耦合作用下红砂岩静动态II型断裂特性试验研究

谢凯迪，邱艳宇，邢灏喆

振动与冲击. 2023, 42(16): 236-242.

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利用伺服压力机、分离式霍普金森压杆对干燥室温、饱水室温、-40 ℃干燥冻结和-40 ℃饱水冻结四种工况下的红砂岩试件分别进行了静、动态短芯压剪试验；通过分析对比静、动态以及动态范围内不同加载率下的断裂韧度、断裂能等参数变化规律，研究了低温和水饱和效应对红砂岩的II型断裂力学特性的影响并探讨了二者的作用机制。结果表明：①水对砂岩II型断裂韧度与断裂能产生弱化效应，水饱和红砂岩静态II型断裂韧度为干燥下的77%；②冻结作用使得红砂岩静、动态断裂韧度分别提升36%和18%以上，静态荷载下干燥冻结砂岩II型断裂韧度最高，动态荷载下饱水冻结砂岩具有最大的II型断裂韧度；③冻结与干燥室温红砂岩断裂韧度率敏感性近似相同，而饱水室温红砂岩具有最高的II型断裂韧度率敏感性和动态增强因子。

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新型柔性底板联结隔震储罐减震研究

李想1,2，张书进1,3，孙建刚2,4，王尊策1，徐蕾2，崔利富2，吕远5，李卓锦2

振动与冲击. 2023, 42(16): 243-250.

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本文提出一种新型柔性底板联结隔震储罐结构体系，根据力的平衡原则推导了滚动隔震装置和复合滚动隔震装置恢复力模型，并分析了不同滚动隔震参数的力学性能，提出了新型柔性底板联结隔震储罐的简化力学模型和运动方程，并进行了减震效应研究。结果表明：当滚球半径确定后，随着凹半球半径的增大，其刚度系数逐渐降低，隔震周期逐渐增大，而且刚度系数和周期变化率逐渐降低，建议当设计隔震周期较小时应采用变刚度计算模型；采用滚动隔震装置和复合滚动隔震装置的新型柔性底板联结结构隔震储罐能够有效的降低储罐的地震响应，尤其对基底剪力及倾覆弯矩的控制，但对储液晃动波高控制有限；采用复合滚动隔震装置能大幅降低隔震层的位移，同时也能提高新型柔性底板联结隔震储罐的减震率。

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基于MSET重构模型整体优化的轴承性能退化评估方法

张龙，刘杨远，吴荣真，王良，承志恒，颜秋宏

振动与冲击. 2023, 42(16): 251-261.

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针对传统单域特征指标无法充分表征轴承性能退化的状态信息，而基于多域高维特征向量的重构评估模型存在信息冗余且易受到不一致优化目标的影响而导致模型次优性能的问题，提出一种基于多元状态估计(Multivariate State Estimation Technique, MSET)重构模型整体优化的轴承性能退化评估方法。首先，提取轴承振动信号的多个时域和频域特征、自回归模型系数和三层小波包Renyi熵组成高维多域特征向量，同时将健康状态的高维特征向量构建MSET重构模型的历史记忆矩阵；然后利用遗传算法(Genetic Algorithm, GA)对轴承高维特征向量和MSET模型中的历史记忆矩阵进行同步联合优化，从而实现特征优选和重构评估模型的整体自适应优化，进一步提高降维后特征向量与重构模型的匹配性；最后利用余弦相似度作为故障程度指标构建轴承性能退化评估曲线。西安交大-昇阳科技(XJTU-SY)联合实验室滚动轴承疲劳试验全寿命数据分析结果表明，本文所提方法具有一定的有效性和可靠性。

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二阶主共振下旋转叶片振动抑制器稳定性研究

宋洋，张博，陈旭东，丁虎，陈立群

振动与冲击. 2023, 42(16): 262-268.

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旋转叶片作为燃气轮机的核心部件，在高温高压的环境中工作，通常由于振动过量而失效。主动控制有着附加质量小、控制频带宽等优点，适合旋转叶片的工作环境和结构。因此，近年来针对旋转叶片主动控制的研究逐渐受到国内外学者的重视。本文研究内共振条件下具有时间延迟的旋转叶片的振动控制器稳定性。压电纤维复合材料是一种新型的压电智能材料，在航天、航空等领域有着广泛的应用。利用压电纤维复合材料传感器和作动器，研究旋转叶片1：2内共振时二阶主共振条件下的主动控制，建立了受控系统的运动微分方程，采用多尺度法推导出受控叶片的演化方程，推导出稳态时前两阶模态稳态响应的解析解。研究了参数变化对响应的影响规律和对系统的稳定性的影响。随后对原系统进行数值积分对解析解进行了验证。结果为旋转叶片动力学行为的研究提供了理论基础。

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基于核密度估计法的大跨度非对称悬索桥碰撞概率分析

师新虎1，丁自豪2，贾宏宇2，郑史雄2，李树鼎1

振动与冲击. 2023, 42(16): 269-277.

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为了对随机地震作用下大跨度非对称悬索桥的梁端碰撞概率进行评估，基于OpenSEES建立了一座典型实例桥的三维非线性有限元模型，综合考虑了地震动与模型参数的双重随机特性，采用拉丁超立方抽样(LHS)与核密度估计(KDE)方法建立了桥梁碰撞概率模型，并验证了该方法的有效性，最后分析了桥梁结构随机参数、伸缩缝宽度及非线性阻尼器对悬索桥梁端碰撞概率的影响。分析结果表明：若忽略桥梁结构参数的不确定性可能会高估桥梁的碰撞概率，其最大误差可达122%；大震作用下非线性阻尼器可以显著减小桥梁的碰撞概率，且阻尼器的减震效果随着伸缩缝宽度增大而越加明显；当PGA小于0.7g时，通过设置阻尼器不仅可以减小悬索桥的碰撞力峰值，而且可以减少梁端碰撞次数，当PGA大于0.7g时，阻尼器对碰撞次数影响较小，但能明显降低其碰撞力。

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天然气输气站工艺管线流致振动分析及控制研究

岑康1,2，温韵巧1,2，魏星3，李浩然3，韩宗芷3，李佳忆4

振动与冲击. 2023, 42(16): 278-283.

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针对某天然气输气站调压器后工艺管线出现的强烈振动现象，现场测试了实际运行工况下关键部位的振动参数。结合振动源激励频率、管线固有频率以及各测点的测试数据与频谱特性，对管线振动原因进行了分析，提出了减振优化方案，并对整改后管线的减振效果进行了评价。研究结果表明：管线振动位移最大峰峰值为0.76 mm，振动速度最大峰峰值为44.84 mm/s，均已超过最大许用值；管线响应频率与振动源激励频率、管线固有频率均为12.5 Hz，振动源激励频率与管线固有频率重合激发共振是该站管线强烈振动的根本原因，振动激励源主要来自调压阀出口天然气的压力脉动；新增调压阀T2管路并利用其对原调压阀T1管路进行分流，振动源激励频率由12.5 Hz降低至8.5 Hz，完全避开了共振区，减振效率达到62.4%~77.2%，有效地解决了管线强烈振动问题。

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平行多幅连续钢箱梁桥抗风性能研究

郭文超1，夏伟2，黄智文1，罗祎3，华旭刚1，温青4

振动与冲击. 2023, 42(16): 284-291.

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为研究平行多幅连续钢箱梁桥的抗风性能，以引江济淮工程G312 合六叶公路桥（主跨180m，并列四幅钢箱梁）为背景，对单幅和并列多幅桥的节段模型和全桥气弹模型进行风洞试验，分析单幅桥的气动性能，以及多幅桥之间的气动干扰效应对大桥成桥状态涡振和驰振性能的影响，并结合CFD仿真分析探究了桥幅数量对并列多幅桥气动性能的影响机理。结果表明：并列多幅桥的气动稳定性受单幅桥气动性能、风攻角和桥幅数量等众多因素的影响。对于相同的风攻角，随着桥幅数量的变化，多幅桥的气动性能可在涡振、驰振和抖振等不同状态转变；+3°风攻角下，并列双幅桥会发生大幅竖向涡振，其风速锁定区间和最大涡振振幅都明显大于单幅桥；并列三幅桥会发生驰振响应，驰振临界风速大于单幅桥；按小间距平行错孔布置的四幅桥具有相对较稳定的气动性能，在试验风速范围内没有发生大幅涡振和驰振发散现象。

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基于浸入与不变原理的水轮机调节系统簇发振荡控制

李冬航，王聪，张宏立，马萍

振动与冲击. 2023, 42(16): 292-299.

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针对水轮机调节系统簇发振荡的抑制问题，提出一种基于浸入与不变(immersion and invariance ,I&I)原理的自适应反步滑模控制策略。首先，建立两时间尺度下的水轮机调节系统动力学模型，并分析系统的簇发振荡行为；其次，结合反步理论和基于趋近律的滑模原理设计控制器，同时，对水轮机调节系统在运行过程受到的外部扰动，引入I&I理论对扰动估计误差建立流形，通过自适应律的选取保持其吸引与不变，并采用Lyapunov稳定性理论对所提控制方法进行收敛性证明；最后，对上述控制策略进行仿真验证，结果表明，该方法能有效抑制系统的簇发振荡现象，且具有较好的扰动跟踪精度。

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基于系数搜索的振动补偿在平台重力测量中的应用研究

牟宗磊1，李振飞1，胡若2,3，要佳敏2,3，冯金扬2,3

振动与冲击. 2023, 42(16): 300-305.

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平台式绝对重力仪在测量过程中受振动干扰的影响较大，主要采用振动补偿的方法处理振动干扰，提高测量精度。基于自主研制的激光干涉式绝对重力仪搭建了一套模拟车载平台绝对重力测量系统，利用基于系数搜索的振动补偿方法来减小振动干扰对重力测量的影响，在三种不同地面环境进行试验并对振动情况进行了评估。试验结果表明，经过振动补偿，室内地面环境重力值标准差减小83%，室外方砖地面环境重力值标准差减小41%，室外柏油地面环境重力值标准差减小60%，三种工况下重力值测量准确度均优于2 mGal。基于系数搜索的振动补偿方法可为平台式绝对重力仪的重力测量提供参考。

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沥青路面高密实振捣压实传递特性研究

贾洁1，曾小龙1，刘洪海1，杨海涛2，万一品1

振动与冲击. 2023, 42(16): 306-318.

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为了提高沥青路面的摊铺密实度，需要研究摊铺机振捣机构对混合料的压实传递特性。针对振捣装置与材料组成的动力学压实系统，考虑摊铺下承层材料特性建立了振捣机构-沥青混合料相互作用动力学模型，提出压实传递力和压实传递率的理论计算方法。将振捣压实过程中的压实传递力作为振捣机构压实能力参数、压实传递率作为振捣压实效率参数，研究振捣频率、沥青混合料特性和下承层刚度对振捣压实传递特性的影响规律，得到了沥青路面高密实摊铺的振捣工作参数范围。基于振捣压实传递特性参数，探讨振捣压实传递力和压实传递系数与密实度之间关系，并进行仿真分析和试验研究。研究结果表明：振捣频率为最大振捣频率的10%（4Hz左右），密实度出现第一个峰值点87%，之后密实度逐渐减小，在振捣频率百分比为45%（15Hz左右）时，到达密实度低谷段84%后又逐渐增大，振捣频率百分比为65%（22Hz左右）达到密实度第二个峰值点88%，密实度和振捣压实传递力理论计算结果之间存在对应关系。在小于振捣频率22Hz的范围内，振捣压实传递力可以作为摊铺密实度变化的特征参数。研究结果可为摊铺机实现对铺层混合料的高效压实提供依据。

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2023年, 第42卷, 第16期　
刊出日期：2023-08-28

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