2023年, 第42卷, 第17期　
刊出日期：2023-09-15

  

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  空间桁架结构特征响应信息对模型修正的影响机理分析

  周林仁,叶文许

  振动与冲击. 2023, 42(17): 1-8.

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  实测的结构响应特征信息是有限元模型修正的基础。由于土木工程结构体型巨大和服役环境复杂，使得结构现场测试难度大、成本高和测试信息有限，因此，合理和高效地利用这些来之不易的有限测量信息，以最小的代价实现对有限元分析模型的有效修正，意义重大。从数学问题求解的角度分析结构模型修正，通过一个空间桁架的数值仿真，研究结构特征信息量大小和类型对模型修正的影响，揭示结构特征信息对模型修正的影响机理和规律。基于设计和建立的实验室空间桁架模型的标准实验和损伤实验，开展了基于实测数据的桁架结构模型修正，验证了结论的准确性和可靠性。对如何充分利用有限的结构特征信息对有限元模型进行高效和可靠的修正，提出了一些有价值的参考建议。
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  隧道洞口落石防护分流式引导系统原位试验与数值分析

  齐欣1，邓芊芊1，赵雷1，袁松2，李贞良1，王希宝2，余志祥1

  振动与冲击. 2023, 42(17): 9-16.

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  针对艰险山区隧道洞口落石防护的迫切需要，提出了一种分流式引导系统。开展了2组不同条件下的原位足尺冲击试验，通过高速影像采集与运动分析平台等进行了试验数据采集，并分析了分流式引导系统的分导性能。基于LS-DYNA，建立了分流式引导系统的非线性动力模型，反演分析了足尺试验，研究了落石分导效果及系统的耗能特征，并开展了落石群冲击下分流式引导系统分流能力的参数分析，研究参数包括横向倾角和纵向倾角。结果表明：系统工作可分为拦截和分流两个阶段，在两个阶段均形成了冲击力峰值，分流阶段冲击力峰值为拦截阶段冲击力峰值的64%；减压环耗能约占系统总耗能的50%；系统跨间横向支撑绳初始处于松弛状态下，试块离开系统时横向偏移距离达到了5.75m，试块动能仅为初始冲击能量的15%，分流耗能效果明显；横向倾角在40°~45°区间，纵向倾角在20°左右时，系统能获得较好的分流效果。
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  基于ALE算法的高速水射流对船体表面冲击特性研究

  熊庭1,2,3，康丁2,3,4，方珍龙1,2,3

  振动与冲击. 2023, 42(17): 17-24.

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  为探究水射流清洗附着物对船体表面的损伤影响，基于ALE算法研究了不同入射角θ和不同流速v冲击船体表面过程中射流的冲击压力特征和应力特征。结果显示随着入射角θ增大，靶件所受冲击压力会出现水锤压力与滞止压力阶段。高压水射流动能在适当入射角θ增加，入射角过大（θ=20°）反而会使其降低。以一定入射角θ冲击靶体时由于剪切效应加强靶体表面与内部应力分布比垂直冲击时更复杂，得出对船体表面材料影响最小的参数组合和最大主应力与射流参数入射角和速度的拟合公式。研究结果对水射流清洗船体表面附着物的应用具有较好的理论意义与实际应用价值。
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  新型弹性侧支撑长轨枕式减振轨道结构力学特性研究

  曹子勇，和振兴，苏程，包能能，王玉魁，贠剑峰

  振动与冲击. 2023, 42(17): 25-34.

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  新型弹性侧支撑长轨枕式减振轨道和既有轨枕式减振轨道的弹性支撑方式不同，重点对新型弹性侧支撑长轨枕式减振轨道力学特性和关键参数展开研究。首先，在轮载作用条件下，对比分析两种减振轨道的应力分布情况，找出道床的应力集中区域及最不利位置，研究载荷施加在新型弹性侧支撑长轨枕式减振轨道不同位置时部件的应力分布特征，并对道床的减振特性加以研究。其次，针对荷载作用于轨枕正上方时的最不利位置，进行道床承轨槽折角处的应力分布分析，以及减振轨道整体道床的配筋设计与检算。最后，采用试验与仿真相结合的方发，研究了侧支撑式弹性垫板的厚度、空间倾斜量和材料硬度对轨枕节点动刚度和垂向最大位移的影响。研究结果表明，新型弹性侧支撑长轨枕式减振轨道道床的最大应力出现在承轨槽两侧下部靠近折角的区域，与既有轨枕式减振轨道的最大应力出现在承轨槽底部中间区域截然不同，且减振效果较显著。道床结构参考既有纵向承轨台整体式道床的配筋方案可以满足受力要求，承轨槽两侧下端折角处不会开裂。侧支撑式弹性垫板的厚度、空间倾斜量和材料硬度是影响新型弹性侧支撑长轨枕式减振轨道节点动刚度的三个关键，其中厚度和材料硬度的变化对节点动刚度的影响较大，增加侧垫厚度，降低材料硬度使节点动刚度降低，载荷-位移滞回曲线的面积增大，消耗的振动能量更多；空间倾斜量的影响较小，与节点刚度之间存在正比例变化关系；在三个关键参数的研究范围内取值可以获得满足规范要求，并具有不同减振等级的节点动刚度。
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  考虑弹性振动的城市轨道车辆频变吸振器减振方法

  文永蓬1,2,3，徐硕2,3，董昊亮2,3

  振动与冲击. 2023, 42(17): 35-42.

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  车体轻量化设计是城市轨道车辆技术发展趋势，然而轻量化后的车体可能会引起车辆的弹性振动加剧，导致运行过程中车辆平稳性和乘坐舒适性下降问题。为了有效抑制城市轨道车辆弹性车体的垂向振动、提高车辆乘坐舒适性，利用变刚度机构的系统频率呈非线性变化的特点，建立包含频变吸振器的城市轨道车辆弹性车体垂向动力学模型，提出利用频变吸振器抑制弹性车体垂向振动的减振方法，分析不同速度、不同位置安装频变吸振器的减振效果，指明频变吸振器的优点。通过对比频变吸振器与传统被动式吸振器的减振效果，对频变吸振器抑制车体振动进行评价。结果表明：频变吸振器在不同速度、不同位置均能有效抑制车辆刚性与弹性振动；频变吸振器的优点在于一定程度上能够拓宽被动式吸振器的减振频带，提升吸振器在复杂工况下的减振能力。论文的工作为利用频变吸振器在城市轨道车辆上的应用提供了参考依据。
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  不同内径圆环砂岩试件温水耦合动态劈裂力学试验研究

  平琦1，2，3，高祺2，3，王晨2，3

  振动与冲击. 2023, 42(17): 43-51.

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  煤矿巷道围岩经常处于地下水和温度共同作用环境中。由于岩石动抗拉强度远小于其动抗压强度，当受到掘进爆破等动载作用时岩体破坏往往取决于动抗拉强度，温水耦合岩石在动荷载扰动下动态抗拉力学性能值得深入研究。对不同内径圆环砂岩试件（外径50mm，内径0~25mm）进行温水耦合作用，开展X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）试验，并利用霍普金森压杆试验装置（SHPB）进行动态劈裂力学特性试验研究。结果表明：温水耦合作用使砂岩试件产生损伤劣化，基本物理参数发生变化，动力学性能呈现出弱化现象；相同加载条件下，圆环砂岩试件内径增大，试件更易发生张拉破坏；劈裂后的半圆环发生了挤压断裂；相同内径时，温水耦合作用砂岩试件碎块更加明显；从能量耗散角度对试件破碎形态进行分析。
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  顶部方形开洞对超高层建筑风荷载影响的大涡模拟研究

  郑德乾1,吴俊昊1,马文勇2,马志敏3,潘钧俊4

  振动与冲击. 2023, 42(17): 52-60.

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  顶部开洞是一种有效的超高层建筑气动优化措施，开洞形式和洞口位置对建筑整体风荷载的影响机理还有待进一步研究。采用基于空间平均的大涡模拟方法，考虑来流与洞口方向一致，研究了顶部无开洞（标准方柱）、敞开式和封闭式方形开洞，对湍流边界层风场内方形截面超高层建筑风荷载的影响。首先，将封闭式方形开洞模型风压系数的大涡模拟与风洞试验结果对比，验证了本文数值模拟方法及参数设置的正确性；然后，对比分析了上述无、有顶部开洞及开洞形式的方柱表面平均和脉动风压分布特征，着重从流场角度分析了洞口形式对风荷载的影响机理。结果表明：顶部开洞影响了流动分离点位置、剪切流扩散角度及流动再附现象，洞口的狭管效应使得该处风速急剧增大，其中封闭式开洞更为显著，洞口内加速的气流扰乱了大尺度的涡流，导致涡的能量更加分散，从而减弱了结构表面风压；在顶部洞口边缘处，因流动分离而出现了较大风压值，其中敞开式洞口的背风面存在较为明显的边缘效应；封闭式开洞对减弱洞口局部风压的效果优于敞开式。
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  基于蝶形准零刚度弹簧的双梁超材料低频带隙研究

  陈晓刚1，赵凯美2，聂京凯3，吴雪峰2，黄晓峰2，何强3

  振动与冲击. 2023, 42(17): 61-69.

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  为降低居民区变压器的低频振动噪声并促使变压器环保达标，提出一种采用周期性配置蝶形准零刚度弹簧的双梁超材料，以期实现变压器本体减振降噪。通过建立蝶形准零刚度弹簧的静力学理论模型，推导了蝶形准零刚度弹簧的回复力-位移、刚度-位移解析表达式，分析了其在平衡位置处的准零刚度特性，并采用有限元仿真验证了蝶形准零刚度弹簧的力学性能；以此为基础，基于欧拉-伯努利梁理论建立了由蝶形准零刚度弹簧周期性耦合硅钢片梁和硬铝合金梁构成的双梁超材料的元胞动力学模型，结合连续边界条件和周期性Bloch定理推导了双梁超材料的弯曲振动色散关系，研究了其低频带隙形成机理，仿真分析了双梁超材料的低频带隙特性。结果表明，通过蝶形准零刚度弹簧周期性弹性耦合硅钢片梁与硬铝合金梁形成的双梁超材料可产生应用于变压器铁芯硅钢片低频振动噪声高效抑制的低频带隙，且该低频带隙由布拉格散射-局域共振混合机制产生，为变压器低频振动噪声控制提供了一种崭新的思路。
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  考虑多次余震作用的地下结构抗震性能研究

  王建宁1，2，3，张广宇4，徐建2，潘鹏1，庄海洋4

  振动与冲击. 2023, 42(17): 70-77.

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  一次强地震过后通常伴有多次余震发生，结构在历次地震中的损伤累计会降低其面临再一次强震作用时的安全储备。针对地下结构抗震设计与性能提升不考虑多次余震影响的现实情况，以1995年日本阪神地震中的大开地铁站为原型，选取含有多次余震的真实主余震记录，对比研究了多次余震作用、地震单独作用以及仅考虑最大峰值加速度（PGA）余震与主震构成主余震序列等3种不同工况下的结构地震响应特征。结果表明：余震作用对地下结构造成的地震损伤通常要比仅考虑单次地震激励时严重，余震强度较小时该现象不明显；在多次余震作用下，结构的峰值位移大于或等于相应单独地震的激励结果，但小于各单独地震的累计值；中柱的残余变形随余震次数的增多呈现出一定增大趋势，这将不利于结构的震后修复工作。
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  一种基于流固耦合问题的低频散射声场预报方法

  唐永壮，周其斗,谢志勇，刘文玺，赵鹏

  振动与冲击. 2023, 42(17): 78-85.

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  提出了一种流固耦合作用下的低频散射声场预报方法。从边界积分方程出发，推导弹性散射中流固耦合方程，通过引入附加质量、附加阻尼、附加压力概念实现解耦。将弹性散射表述为纯刚性散射项与二次辐射项的叠加，建立了刚性散射与弹性散射的联系。与辐射问题不同，散射中流体对结构的作用不仅表现为附加质量和附加阻尼，还存在一个与结构响应无关的压力项，且该压力项是二次辐射项的激励源。采用Fortran编写了边界元算法程序，用DMAP语言实现与NASTRAN的对接，形成了完整的散射声场预报方法，通过与理论结果对比，验证了预报方法的正确性。圆柱壳散射的计算结果表明：低频散射时弹性不可忽略；圆柱壳厚度对弹性散射强度和指向性有明显影响；肋骨对柱壳散射的影响与振动形式有关，环肋骨对以弯曲模态为主的弹性散射影响很小。
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  Taylor撞击塑性变形的尺寸效应研究

  沈子楷1,2，戴湘晖2，王可慧2，钱秉文2，范如玉1,2，高鹏飞2，柯明1,2，周刚2

  振动与冲击. 2023, 42(17): 86-95.

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  Taylor撞击是结构冲击问题的一种典型情况，能够将应变率对尺寸效应的影响进行解耦。建立了考虑尺寸效应的Taylor杆变形理论解析模型，开展了系统的不同缩比尺寸下的Taylor撞击实验，结合直接测量、三维扫描和扫描电子显微镜微观分析，对Taylor撞击过程中的尺寸效应进行了量化表征。结果表明：在宏观和微观上Taylor撞击塑性变形均存在尺寸效应，200m/s撞击速度下，1/2缩比、3/10缩比尺寸的Taylor杆无量纲长度变化量与原型实验的偏差分别为-3.75%、-7.25%，获得的Taylor杆变形公式能够很好地描述Taylor撞击实验的尺寸效应。应变率效应是导致Taylor撞击塑性变形尺寸效应的主要原因，在相同实验条件下，Taylor杆尺寸越小，应变率越高，无量纲塑性变形越小。
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  半穿式应急钢桁梁上弦杆面外屈曲临界力研究

  赵曼1，陈士通2,3,4，孙志星2,3,4，许宏伟1，黄晓明5

  振动与冲击. 2023, 42(17): 96-104.

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  根据半穿式应急钢桁梁的结构特点和屈曲特征，将其上弦杆简化为侧向弹性支撑下的连续梁，考虑轴力分布、支撑条件及挠曲线形式建立四种平面模型，采用能量法推导其面外屈曲临界力解析解，并建立不同跨径半穿式应急钢桁梁整体模型，通过理论结果与仿真结果的对比分析，探讨各平面模型的优缺点及其适用性，旨在提出便于工程应用的屈曲临界力计算方法。研究结果表明：四种平面模型的稳定方程和屈曲临界力解析解形式各不相同；基于给出的临界刚度计算公式，结合实际支撑刚度和临界刚度的关系，可初步确定屈曲半波数；半穿式应急钢桁梁稳定性与跨径密切相关，线弹性稳定系数随跨径增大逐渐减小，且屈曲模态半波数有所增加，但失稳时上弦杆最大轴力基本保持不变；相比整体模型和文献算法，模型Ⅰ、Ⅱ结果过于保守不宜直接采用，模型Ⅲ、Ⅳ计算误差较小，由于模型Ⅳ计算过程繁复，而模型Ⅲ简单实用，综合考虑准确度和实用性，建议采用模型Ⅲ作为屈曲临界力计算的首选方法。
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  一种多轴向耦合随机激励下缺口试件振动疲劳寿命预测方法

  骆政波1，范鑫1，刘峰1，陈怀海2，郑荣慧2

  振动与冲击. 2023, 42(17): 105-113.

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  提出了一种多轴向耦合随机激励下缺口结构振动疲劳寿命预测的频域分析方法。首先，实施了缺口试件的双轴向随机振动疲劳试验，研究了两个振动轴向上载荷谱之间的相干性和相位差对缺口试件疲劳损伤的影响规律；然后，通过随机振动分析计算得到试件缺口根部各节点的应力功率谱密度矩阵，并假设缺口试件裂纹萌生点为历经von Mises应力最大均方根值的节点；紧接着，缺口试件疲劳临界点可由疲劳裂纹初始点和修正临界距离理论确定；最后，在疲劳临界点处通过Carpinteri-Spagnoli频域准则计算缺口试件的振动疲劳寿命，并与试验结果进行了对比。结果表明：该多轴缺口疲劳预测方法具有较高的预测精度，绝大部分预测结果都在3倍误差带内。
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  高速柔性转子-非定心SFD系统响应特征分析与试验验证

  卢愈，唐振寰，成晓鸣，邓婷

  振动与冲击. 2023, 42(17): 114-119.

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  航空发动机转子系统通常在支承处设置挤压油膜阻尼器（Squeeze film damper, SFD）来实现系统减振设计，与定心SFD相比，非定心SFD结构简单紧凑，减振效果良好，但是具有更强的非线性特征，动力特性更为复杂。本文以某航空发动机动力涡轮转子为研究对象，建立了多支点高速柔性转子-非定心SFD系统非线性动力学模型，考虑了非定心SFD静偏心的影响，采用数值方法求解转子系统响应，结合系统不平衡响应特征、分岔图、庞家莱截面、频谱等，开展了系统非线性动力学特性研究，并通过了转子试验验证。研究结果表明，非定心SFD油膜间隙较大时，转子系统存在较强的非线性运动，频率成分丰富，减小油膜间隙能够使系统在跨临界后为单周期运动，降低系统的非线性不平衡响应；但过小的油膜间隙将导致转子系统峰值响应和对应的转速显著增大，转子可工作转速范围变小，合理的油膜间隙可以兼顾非线性振动响应和峰值转速较小，实现转子系统在大转速范围内长时间运行。
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  一种考虑局部颈缩及损伤演化的改进失效准则在铝合金板冲击有限元分析中的应用

  陈楚天1,2，刘斌1，张晓丹3，吴卫国1

  振动与冲击. 2023, 42(17): 120-127.

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  为快速准确分析铝合金结构在不同冲击载荷作用下的损伤断裂行为，提出了一种由局部颈缩准则和损伤演化模型相结合的、参数易于校准且适用于粗网格的改进失效准则。采用Fortran语言将自定义失效准则嵌入到LS-DYNA程序中完成二次开发，实现了改进的失效准则在数值仿真中的应用。通过对比分析九组试验与仿真结果，验证了改进的失效准则的适用性和准确性。研究结果表明：改进的材料失效准则具有较低的网格依赖性，能够很好地预测铝合金板的塑性破坏程度，可为铝合金结构冲击强度分析提供技术支撑。
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  高压磨料水射流切割破碎岩石的单轴力学特征研究

  黄飞1,2,3，赵志旗2，李树清2，刘勇3，徐志任2，龙港2

  振动与冲击. 2023, 42(17): 128-134.

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  高压磨料水射流切割破碎后岩石的力学参数变化对于岩石的进一步破碎具有重要的影响。选取了砂岩、灰岩与花岗岩在水射流切割平台上开展了磨料射流冲击切割试验，对切割后的岩石进行CT扫描并重构岩石在不同冲击切割条件下的三维破碎形态，最后通过单轴压缩试验对比分析了岩石试件在磨料射流冲击切割前后的力学响应特征。研究结果表明：①在相同的射流参数条件下，岩石在磨料射流的移动切割下大多出现较为规整的缝槽形态，而定点冲击则出现孔洞破碎形态，前者比后者在岩石内部造成的损伤破碎程度更大；②磨料射流的冲击切割作用导致岩石试件在单轴压缩过程中出现折断型破碎形态的概率增加，且这种增加趋势随着切割长度的增加而愈加显著，但切割作用几乎不改变岩石试件的应力应变趋势；③岩石试件的单轴抗压强度与泊松比随切割长度与射流压力的增加呈现近似线性降低的趋势。本文研究结果可为高压磨料水射流煤层割缝卸压的工程应用提供一定的理论指导。
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  某型号卫星控制力矩陀螺隔振装置设计和试验技术研究

  孙晓晨，郭彤，李晓莉，姚小松，杨若宸

  振动与冲击. 2023, 42(17): 135-143.

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  针对某型号卫星控制力矩陀螺（CMG）在轨工作产生的微振动对星载光学遥感载荷成像产生扰动的问题，文章对CMG扰振特性及卫星基频分析，建立了CMG隔振系统模型，基于CMG扰振特征频率完成了系统错频及隔振装置参数化优化设计，并通过地面单机级及整星级微振动试验对有限元建模结果进行验证。试验结果表明，在主要扰振方向上，主要扰振频点处最佳可实现97%隔振效果，系统的固有频率在仿真与敲击实验对比中误差低于3Hz，对其他型号卫星的微振动隔振装置优化设计具有参考价值。
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  五模块铰接有轨电车调簧算法研究

  刘伟渭,陈靖雨,高明杰,王勇,江哲,刘命

  振动与冲击. 2023, 42(17): 144-152.

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  通过加垫调簧对轮轴重调整以满足偏差要求是列车出厂验收作业中费时费力环节，现在对于调簧位置、加垫量的确定基本靠作业人员经验，尚没有一个高效、准确的算法作为理论支撑。本文以结构特殊、受力复杂的五模块有轨电车为对象，在考虑车间铰接、一系刚簧和二系空簧刚度作用条件下，首先建立车辆等效模型和力学模型；然后给出调簧算法流程和车辆调簧模型；再把称重试验台实测各轮重值作为调簧模型的输入，利用模拟退火算法、遗传算法对模型进行寻优求解并给出了对应的两种调簧方案；最后对列车进行加垫调簧作业和试验称重测试。结果表明：算法指标 从5.52%分别降至1.99%和1.82%，最大轮重偏差率从4.13%分别降至1.93%和1.6%，最大动轴偏差率从3.52%降为1.99%和1.82%，最大拖轴偏差率从1.38%降为0.17%和0.98%。总体来看，利用所求得的调簧方案，均可一次性对列车轮轴重偏差进行调平并满足规范要求，省去了车体和转向架来回拆卸吊装，作业效率和调平精度显著提高，另外利用该方法只需建立相应的联合刚度矩阵，即可简易的推广应用于其余各轨道车辆车型，这为轨道车辆的加垫调簧提供了理论支撑。
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  基于参考信号重建的双层隔振系统主动控制实验研究

  章锐1，韩志远2，王朝政2，张磊1，沈星1

  振动与冲击. 2023, 42(17): 153-159.

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  针对双层隔振系统振动控制过程中参考信号不稳定的问题，设计了一种基于反馈理论的参考信号重建FXNLMS算法，在多种工况下进行振动主动控制实验。搭建双层隔振主动控制实验平台，采用最小均方算法建立误差通道的FIR滤波器数据通道模型；分析经典FXLMS控制算法，通过获取输出与误差信号对参考信号进行重建，采用归一化方法实时调整步长因子。单频和多频情况下进行仿真分析，结果表明重建信号与实际信号具有很高的重合度，控制系统具有良好的控制效果。实验结果表明，参考信号重建算法比FXLMS算法具有更好的稳定性和抗干扰能力，且不同条件下激励频率处振动衰减量可达15~30 dB。
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  液压阻尼型橡胶隔振器动态特性建模方法

  刘雪莱1,2，韩愈琪2，江健1，郑雅威1，殷智宏1，上官文斌1

  振动与冲击. 2023, 42(17): 160-165.

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  本文从液压阻尼型橡胶隔振器的集总参数模型出发，推导并分析了其统一的复刚度线性模型。基于推导的线性模型，本文同时考虑了液压阻尼型橡胶隔振器惯性通道阻尼的非线性以及上液室刚度的非线性，建立一种新的非线性模型。该模型能反映液压阻尼型橡胶隔振器动态特性的幅值、频率相关性。最后，在简谐激励和随机激励下，利用本文建立的非线性模型分析液压阻尼式橡胶隔振器的动态响应，并和试验结果进行了对比分析。
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  新型CFCB点阵夹芯结构面外压缩载荷下能量吸收特性研究

  赵众豪1，池瑜莉1，2，冯峻良3，文大伟1，朱国华1

  振动与冲击. 2023, 42(17): 166-174.

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  点阵夹芯结构因其优异的力学性能、出色的能量吸收能力、独特的功能性，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。然而，传统点阵夹芯结构在面外压缩载荷下存在应力分布不均匀、节点应力集中等缺点。为了解决上述问题，本研究基于体心立方结构（BCC）提出了一种新型的余弦函数单元基（Cosine function cell-base，CFCB）点阵结构。为了研究CFCB点阵夹芯结构面外压缩载荷下能量吸收特性，制备了CFCB点阵夹芯结构，开展了准静态压溃试验，并与BCC点阵夹芯结构的试验结果进行对比。结果表明，CFCB点阵夹芯结构面外压缩载荷下的承载与能量吸收能力明显优于BCC点阵夹芯结构。随后,基于有限元模型，系统揭示了芯子单胞直径、幅值、周期长度、厚度方向上的单胞层数等胞元参数对CFCB点阵夹芯结构面外压缩载荷下吸能特性的影响。相关研究成果有望为新型CFCB点阵夹芯结构设计提供参考。
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  基于整车多学科性能提升的轮胎优化设计

  高丰岭1，2，3，王登峰1，吴志新2，燕唐3，梁荣亮3

  振动与冲击. 2023, 42(17): 175-181.

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  为了提升整车路噪、平顺性以及疲劳耐久综合性能，本文构造了序列近似多目标优化方法，结合虚拟试验场技术对轮胎参数进行了优化设计。采用径向基函数代理模型建立了CDTire轮胎模型关键物理参数与整车多学科性能VPG仿真输出响应的显式数学关系，基于多目标粒子群优化算法与自适应补点方法持续更新代理模型迭代求解逐步逼近真实Pareto前沿。通过设计变量分类建立2步法优化模型,求解匹配轮胎模型参数后，车辆关键测点的全频段噪声均方根、最大振动加速度均值及疲劳损伤均值分别降低了1.6%，10.4%及3.8%，优化效果显著。
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  多频激励作用下悬索时滞减振控制研究

  夏慧1，彭剑1,2，李禄欣1，孙洪鑫1,2，禹见达1,2，邵宏利1

  振动与冲击. 2023, 42(17): 182-187.

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  悬索作为一类典型的柔性结构，因其本身质量轻，柔性大，阻尼小等特点，在多频激励的作用下容易产生大幅振动，易造成结构疲劳破坏，从而导致工程灾害的发生。因此，悬索的振动控制是工程实际应用中亟须解决的问题。该研究采用时滞速度反馈控制策略对多频激励下的悬索进行减振控制。基于Hamilton变分原理，建立多频激励下受控悬索的非线性振动控制模型。利用Galerkin法得到离散后的时滞微分方程，通过多尺度法求解受控悬索发生超谐波与亚谐波联合共振时的幅频响应方程，并判断稳态解的稳定性，分析了受控悬索的非线性动力学行为，以及控制系统参数对共振响应的影响。研究结果表明：多频激励时悬索系统同时出现超谐共振和亚谐共振响应的特性，随着时滞值的增大不同分枝之间距离减小，随着控制增益减小分枝的稳定和不稳定解的相位趋于接近。通过调节控制增益和时滞值的大小可以改变共振范围、响应幅值及其相位，达到最优控制效果。
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  装备振动功率谱密度统计归纳误差研究

  申加康1，徐俊1，张建军1，李贺1，万军2

  振动与冲击. 2023, 42(17): 188-193.

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  承受随机振动环境的装备，一般采用功率谱密度作为振动环境条件。对于各频点幅值满足正态分布的实测功率谱密度，常采用正态单边容差上限方法进行统计归纳形成试验谱。为确定上限估计误差与样本量的关系，结合正态单边容差上限的定义，推导了正态单边容差上限估计的均方根误差和百分比误差的公式，并结合数值仿真校验了此函数关系的正确性，同时结合工程实际对公式合理简化，得到上限估计误差的最大值与样本量的函数关系式，并给出了控制上限估计误差所需的最大样本个数。最后，对比了不同样本量下自助容差上限和正态单边容差上限误差，结果表明：至少需要20个样本才能使得P95/50上限估计误差不超过10%；至少需要54个样本才能使得P99/90上限估计误差不超过10%；自助容差上限方法在小样本统计归纳时有一定优势。
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  改进小波阈值函数和ACEWT方法的滚动轴承故障声发射信号特征提取

  于洋1，李赟1，杨平1，杨学广2，梁哲铭3

  振动与冲击. 2023, 42(17): 194-202.

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  针对滚动轴承早期故障声发射信号受复杂传递路径和噪声的干扰，声发射信号信噪比较低，导致轴承故障特征难以提取的问题，提出了改进小波阈值函数-ACEWT的轴承故障特征提取方法。由于声发射信号呈冲击性与快速衰减的特点，构建一种衰减正弦型与指数型的小波阈值函数对低信噪比的声发射信号进行降噪。研究自相关运算与经验小波变换结合的方法(autocorrelation and empirical wavelet transform，ACEWT)，用于滚动轴承故障声发射信号特征提取，解决了在低信噪比下经验小波变换对轴承故障特征提取的不足；引入经验小波能量比-熵指标，选取最优经验小波系数。通过与经验小波变换、改进小波阈值函数-EWT和MCKD-EWT方法进行对比研究，并实验验证。仿真和实验结果表明：所提方法明显优于经验小波变换、改进小波阈值函数-EWT和MCKD-EWT方法，可准确提取轴承故障声发射信号的频率特征。
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  基于参数化滤波的旋转设备特征频率提取

  位莎1，杨阳2，杜明刚2，何清波1，彭志科1,3

  振动与冲击. 2023, 42(17): 203-209.

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  本文针对强背景噪声下的特征提取问题，提出一种基于参数化滤波的旋转设备特征频率提取方法。首先，对目标特征频率进行瞬时频率的初步提取；其次，利用傅里叶基函数对初始瞬时频率进行拟合，得到所需特征频率的瞬时频率；最后，根据提取出的瞬时频率和瞬时幅值重构出提取后的频谱图，从而达到对噪声进行抑制并准确提取所需特征频率的目的。使用仿真信号验证了该方法的有效性，对齿轮传动系统中行星齿轮箱振动数据、轴承外圈故障振动数据及轴承外圈早期故障进行试验分析。结果表明，该方法能有效提高信号的信噪比，准确提取特征频率，增强故障特征。
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  极端波浪作用下跨海箱形桥梁上部结构流固耦合特性研究

  黄博1，唐尧1，杨志莹2，祝兵2，屈建强3

  振动与冲击. 2023, 42(17): 210-219.

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  跨海桥梁面临着海洋环境中极端波浪的巨大威胁，波浪-结构的耦合作用特性是跨海箱形桥梁上部结构的极端波浪设计中需考虑的关键问题。文章采用OpenFOAM程序基于有限体积法离散不可压缩流体的Naiver-Stokes方程，并结合SST k-ω湍流模型模拟极端波浪的生成、传播及冲击作用，以弹簧-质量-阻尼系统模拟箱梁上部结构运动体系，并基于动网格方法构建极端波浪与箱梁上部结构相互作用的多相流耦合模型。通过与模型水槽试验结果和已有文献的仿真结果的对比验证该耦合模型的有效性，随后利用该耦合模型探究了波浪参数、结构特性及约束刚度等参数对箱形桥梁上部结构波浪荷载、动力特性及支座力的影响规律。结果表明：结构与流体的耦合效应导致箱形桥梁上部结构所受波浪荷载的波动增大和极值减小，其中水平波浪力最大降低28 %，竖向波浪力最大降低22.5 %，考虑流固耦合能更为合理地反映极端波浪作用下跨海箱形桥梁上部结构的实际波浪荷载；随着结构自振周期的增大，箱形桥梁上部结构所受的水平弹簧约束刚度下降，进而导致箱形桥梁上部结构的水平位移增大；在跨海桥梁上部结构的支座设计中不仅需要考虑上部结构所受波浪荷载，还应考虑结构运动及流固耦合效应对支座力的影响。
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  混合润滑结合面法向接触刚度模型研究

  兰国生，冀成龙，李祥，李声祺，李勇，杨琦

  振动与冲击. 2023, 42(17): 220-227.

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  在实际工作中，机械结合面一般加入润滑介质来减少磨损，因此将结合面微凸体等效为圆锥微凸体，并基于分形理论和改进的W-M函数建立混合润滑状态下结合面法向接触刚度三维分形模型。对模型进行模拟仿真，仿真结果表明：结合面无量纲法向接触总刚度随着分形维数的增大呈现出先增大后减小的趋势，且在分形维数为2.6附近时取得最大值；随着分形粗糙度参数的增大而减小；随着润滑介质的声阻抗增大而增大；混合润滑状态下结合面无量纲法向接触总刚度大于无润滑介质结合面无量纲法向接触刚度；最后与其他模型和实验数据进行对比，本文模型与实验数据更契合，验证了模型的正确性。混合润滑粗糙表面法向接触刚度模型的提出，为结合面的刚度预测和机械设备的性能优化以及结构改进提供良好的依据。
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  近断层地震动作用下易液化深厚覆盖层场地上高土石坝动力响应

  李闯，宋志强，刘升欢

  振动与冲击. 2023, 42(17): 228-237.

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  我国水能资源丰富的西部地区，河床覆盖层深厚、靠近发震断裂带等问题难以避免，软弱土层受震液化是土石坝地震安全评价主要内容之一。本文针对建在含有易液化夹层的深厚覆盖层上的高沥青混凝土心墙土石坝，提出了可同时考虑动孔压和永久变形累积发展过程的改进孔压-变形耦合有效应力分析方法（IES法），开展了近断层脉冲和非脉冲地震动作用下，软弱土层液化特性及对其上沥青混凝土心墙土石坝响应影响研究，揭示了近断层地震动的脉冲特性对土层液化的触发影响机制，论证了忽略孔压的总应力法相对于考虑孔压的有效应力法在计算液化和坝体加速度响应的误差，分析了地震动的脉冲特性、孔压对坝体竖向永久变形累积发展过程的影响。结果表明：总应力法所得液化区和有效应力法相比虽然位置相同，但分布面积却远大于有效应力法；脉冲特性使得软弱土层多数特征点的孔压在短时间急剧上升，触发液化迅速； 动孔压使得坝顶和坝底加速度相对于不考虑孔压情况有20%~30%的减小；脉冲型地震动作用下，动孔压使得坝顶沉降量最大增大35%，竖向沉降发展过程在脉冲期有明显的激增，对坝体抗震安全稳定性构成了严重的威胁。
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  带高防抛网边主梁斜拉桥气动性能试验研究

  李前名1，李春光2，马行川1，龙俊贤1，陈银伟1

  振动与冲击. 2023, 42(17): 238-244.

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  为研究带高防抛网边主梁斜拉桥的气动稳定性能，以某跨铁路站场边主梁斜拉桥为工程背景，通过节段模型及气弹模型风洞试验综合研究了带高防抛网边主梁斜拉桥的气动稳定性能，并确定了其合理的气动优化措施。利用1:50比例节段模型风洞试验，测试了各个攻角下主梁的风振响应；在低紊流度流场条件下，通过改变防抛网透风率，对主梁的涡振性能进行优化。设计并制作1:100比例气弹模型，在不同地表风场类型中进行了风洞试验测试，研究了不同攻角及偏角下全桥气弹模型的涡振性能。风洞试验结果表明：均匀流场中，设置60%透风率的防抛网的节段模型与气弹模型，在最不利3°攻角下，仍发生超过规范限值的竖向涡振。节段模型试验中，在5%紊流风场条件下，主梁断面设置60%透风率的防抛网可以有效抑制涡振，且考虑三维效应的全桥气弹模型与节段模型试验结果相同，无涡振现象发生。
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  一种应用于射流破岩的孔隙形状近似法

  马小晶，周新超，肖新朋，程璨

  振动与冲击. 2023, 42(17): 245-252.

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  为了精准模拟油气资源开采领域中射流破碎孔隙岩体的动态过程，构建准确且有效的孔隙岩体是十分关键的。基于光滑粒子流体动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH）方法，提出了一种孔隙形状近似法（Pore Shape Approximation, PSA）。通过模拟孔隙岩体的单轴压缩试验，验证了PSA方法所构建的孔隙岩体模型与实验结果具有较好的相似性，通过引入描述水射流和岩体力学特性的本构方程，建立了射流冲击孔隙岩体的数值模型，并与数字岩心技术进行了对比，该模型具有较好的计算效率和稳定性。随后，分析了孔隙形状、尺寸和不同形状孔隙占比对岩体破损的影响。研究表明，不同形状的孔隙均存在一个使岩体破损效果最佳的尺寸；含薄片体、正三棱柱或正三角锥的孔隙岩体更容易破损，这三种孔隙的占比越高，岩体破损效果越明显。
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  铆钉布置对搭接接头强度的影响及优化设计

  韩昊兵1，徐文涛1，卿华2，任柯融2,3

  振动与冲击. 2023, 42(17): 253-264.

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  针对铆钉布置对铆接搭接接头强度的影响问题，首先通过有限元方法研究了铆接搭接接头的失效模式及失效机理，其次以峰值荷载为指标研究了铆钉数量、铆钉行数、铆钉布置、铆钉行距对搭接强度的影响，以线荷载集度为指标，研究了铆钉间距与铆钉边距对搭接强度的影响，并建立力学模型研究多排铆钉的受力情况，最后基于响应面法对铆钉布置进行优化。结果表明：当采用多行铆钉布置时，外侧铆钉数较多的一行由于应力集中程度高会首先发生断裂，铆钉布置应采用中间多两边少的布置方式;当铆钉总强度大于板材剩余强度时，铆钉数量和铆钉行数对搭接强度的影响有限，其主要影响搭接构件的破坏形式。响应面优化结果表明：当边距=3.4d、铆距=5.3d、行距=3.4d时搭接强度最高。研究成果对飞机铆接结构的强度提高具有重要意义。
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  地效翼的颤振特性研究

  赵奥博1,2，郑冠男1,2，黄程德1，杨国伟1,2，陈玮琪3

  振动与冲击. 2023, 42(17): 265-274.

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  地面效应是指当机翼贴近地面飞行时，由于受到地面的干扰作用而引起升力增加和阻力降低的现象。本文研究地面效应对颤振的影响规律。建立基于计算流体力学/计算结构力学耦合的颤振计算方法，采用标模AGARD 445.6机翼对颤振计算方法进行验证。在此基础上，以贴近地面的三维机翼为研究对象开展颤振分析，研究指出地面效应增强了非定常气动力的幅值，而且离地越近这种效果就越明显，从而导致颤振速度随着离地高度的降低而减小。然后重点讨论了攻角对地效翼颤振的影响，与不考虑地效的经典线性颤振理论不同，本文指出地效翼的颤振速度与攻角有关，在地效区域内，增加机翼的攻角会使发生颤振时的静变形变大，导致机翼抬起和离地高度增加，地效减弱，使得颤振速度随攻角的增大而提高。
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  冲击载荷下实心与空心颗粒材料缓冲性能的对比实验研究

  王浩宇1，赵婷婷1，2，冯云田1，3，梁绍敏1，王志华1

  振动与冲击. 2023, 42(17): 275-283.

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  空心颗粒材料与实心颗粒材料相比，可以在节约材料消耗的同时达到轻质化目的，是具有良好发展前景的缓冲材料。本文在测量单个空心及实心颗粒物理特性的基础上，通过物理实验从冲击力第一峰值和缓冲耗时两个方面探讨了冲击能量、颗粒床厚度和颗粒粒径等因素对空心及实心颗粒材料缓冲性能的影响。实验结果表明：单个空心颗粒的等效弹性模量及回弹系数均小于实心颗粒。当冲击能量较小时，空心颗粒材料对峰值冲击缓冲效率优于实心颗粒材料，当冲击能量较大时，空心颗粒缓冲性能的优势主要体现在对峰值冲击力的减弱。空心颗粒材料的临界厚度小于实心颗粒材料，但在颗粒床厚度较小时的缓冲效率比实心颗粒差。颗粒粒径对空心及实心颗粒材料缓冲性能的影响呈现相反的趋势，振动耗能是影响空心颗粒缓冲性能的主要因素。空心颗粒的内外径满足一定比例关系时会达到最优的缓冲性能，因此颗粒粒径超过平衡粒径后，空心颗粒材料相较于实心材料不再具有缓冲性能的优势。
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  外包型钢加固箍筋锈蚀混凝土柱恢复力模型研究

  李强1，2，董嘉辉1，常迪文1，金宇琨1

  振动与冲击. 2023, 42(17): 284-293.

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  为研究外包型钢加固后箍筋锈蚀混凝土柱的恢复力模型，首先对9根不同箍筋锈蚀率、体积配箍率的各混凝土柱进行通电锈蚀，锈蚀完成后加固，进而进行低周往复荷载试验。其次对各试验试件的骨架曲线及滞回曲线进行分析。在完好试件恢复力模型特征参数计算的基础上，对数据进行拟合回归，最后给出了外包型钢加固后箍筋锈蚀混凝土柱的退化三线型恢复力模型，并提出了不同因素作用下特征参数的计算公式。结果表明：箍筋锈蚀柱经外包型钢加固后各抗震性能指标有显著提升，破坏特征点明显滞后于完好试件，且以剪切破坏为主。通过对比分析，所得模型与试验结果吻合较好，能很好地反映外包型钢加固柱的滞回特性，为此类柱恢复力模型的计算提供参考。
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  基于多域多尺度深度特征自适应融合的焊缝缺陷检测研究

  张睿1,2，高美蓉1,2，傅留虎1,2，张鹏云1，白晓露1，赵娜1,2

  振动与冲击. 2023, 42(17): 294-305.

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  针对焊缝缺陷检测信号信息丰富度低、深度网络架构人工依赖性强等问题，开展基于多域多尺度深度特征自适应融合的焊缝缺陷检测研究。首先构建时域数据集并衍生至实数域与复数域中，丰富检测信号的特征表达；其次设计多域信息融合模型，充分融合特征域信息；最后提出面向卷积神经网络多维超参数自寻优的模型优化策略，提高模型的效率和性能。试验表明，所提方法对五类焊缝缺陷识别准确率为96.54%，能够在提升识别准确率同时保持较少的参数量和计算消耗，具有较强的实用性和泛化性。
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  大跨度钢管混凝土系杆拱桥吊杆索力分析

  王宪玉1,2，王兴武2，梁孝3，周敏4，杜永峰1

  振动与冲击. 2023, 42(17): 306-313.

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  针对大跨度钢管混凝土系杆拱桥吊杆索力问题，在基于能量法推导不同约束条件索力公式的基础上，结合工程实例，从吊杆设计阶段索力的优化、成桥阶段索力的实测、运营阶段索力抗弯刚度的影响三个方面进行系统分析并给予相应优化建议。研究结果表明：应用能量法推导的索力公式是可行的；设计阶段优化后吊杆索力更为均匀、系梁位移更加合理；应用频率法测试吊杆索力时，测试点位宜放在吊杆L/6~L/4处，尽可能远离吊杆两端并避免放在阵型的模态节点处，以减少端部低频信号对基频的影响及出现“漏频”现象；吊杆计算抗弯刚度与运营阶段实际抗弯刚度存在差异，导致索力测量值与结构实际索力存在较大差异，针对这一问题提出成桥阶段应测量吊杆实际抗弯刚度的方法，可有效减小索力测量误差，为桥梁运营阶段索力的准确测试提供计算依据。
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  基于力电响应的压电悬臂梁疲劳寿命预测

  冯逸亭，刘文光，吴兴意

  振动与冲击. 2023, 42(17): 314-322.

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  针对压电振动能量收集器的疲劳问题，旨在研究基于力电响应的压电悬臂梁振动疲劳寿命预测方法。结合压电悬臂梁振动疲劳实验测得的实验结果，以剩余刚度理论和“两段式”疲劳寿命分析模型为基础提出一种基于谐振频率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法；进一步分析振动疲劳过程中谐振频率变化与负载功率变化的关系模型，提出一种基于负载功率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法。结果表明：基于谐振频率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法的平均误差在10~20%之间，其误差范围控制在1.5倍误差线以内；而基于负载功率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法的平均误差集中于25%左右，误差范围均控制在2倍误差线以内且属于偏安全的预测效果。