振动与冲击

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付兴，徐志凯，李宏男，李钢

振动与冲击. 2023, 42(18): 1-10.

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我国东南沿海地区经常发生台风致输电线路倒塌事故，大部分研究将倒塌原因归结于强风作用，而台风登陆常伴随持续的降雨过程，应同时考虑风和降雨的影响。本研究考虑台风结构不同区域的气象学特点，基于山竹、海高斯、查帕卡三组台风实测数据，根据数据采集时刻气象站所处台风区域（台风眼、螺旋雨带、外围大风区）将所有数据划分成三组。通过相关性分析揭示了风速和降雨强度的耦联关系，进而建立了不同台风区域的精细化风速-降雨强度联合概率分布模型。最后通过某输电线路开展了算例分析，计算了其在不同台风区域内的失效概率。结果表明，提出的精细化风雨联合概率模型能准确地描述风雨联合作用，对工程结构设计和性能评估具有重要参考价值。

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基于缩尺实验的船舶大分段吊装动力学研究与验证

桂洪斌，杨佳朋，张岩，郭彬

振动与冲击. 2023, 42(18): 11-18.

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船舶大型化的趋势催生了起重机进行大型化船舶分段吊装的需求。对于大型吊装过程，很少通过实验形式验证仿真的合理性与准确性。本文利用ADAMS软件构建了船舶大分段吊装的动力学模型，根据相似理论设计了吊装缩尺实验平台，通过对比不同工况下模型的运动参数验证仿真方法的准确性，并对绳长、吊装质量、绳刚度以及阻尼对吊装过程动态响应的影响进行了分析。文中，首先对比相同工况下的数值仿真结果与模型试验结果，验证数值仿真方法的准确性；其次，建立4种仿真模型，通过分析吊重摆角、加速度、摆角周期以及摆角角速度的动态响应结果，验证本文设计缩尺实验平台的合理性。最后，对数值仿真与模型试验数据进行对比分析。结果表明：伴随吊重绳长的增加，吊重摆角的角速度呈现逐渐降低的趋势，而摆角、摆角角速度、吊重加速度以及吊重速度的周期呈现逐渐增加的趋势；吊重的质量、绳刚度与阻尼对吊装过程中吊重摆角的动态响应影响较小。本文的研究结果可为大型起重吊装过程的动态响应研究提供理论及实验参考。

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基于RANS/LES混合方法的箱梁气动导纳函数研究

张伟峰1，张志田2

振动与冲击. 2023, 42(18): 19-29.

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为了研究RANS/LES混合方法在桥梁非定常气动力的应用以及大积分尺度湍流中桥梁断面的气动导纳函数，首先选取三种典型的RANS/LES混合方法，即SBES（stress-blended eddy simulation）方法、SAS（scale-adaptive simulation）方法、WMLES（wall-modeled LES）方法，分别对三种方法的特点和适用性进行简要的概述，然后在均匀流中将其用于箱梁断面和分离式双箱梁断面气动力的计算，最后在提出的改进湍流合成方法基础上，实现了与实际桥位处积分尺度类似的大积分尺度湍流模拟，在此流场中识别了箱梁断面的气动导纳函数。数值计算结果表明，SBES方法适用于弱流动不稳定和强流动不稳定流场气动力的模拟，SAS方法仅适用于显著流动分离的断面，而WMLES方法对两种断面整体表现都较差。对于流线型箱梁断面，大积分尺度湍流场中识别的升力气动导纳在低频处大于Sears函数和小尺度湍流场中的结果，并显著大于节段模型风洞试验结果。在高频处大积分尺度湍流场的结果与小尺度湍流场以及风洞试验结果吻合较好。研究结果表明，将传统小尺度格栅湍流场风洞试验识别的气动导纳用于桥梁抖振分析时，会导致低频处的抖振力显著偏小。

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高温超导磁悬浮列车振动特性分析及其参数可行域研究

张明亮1,2，杨新梦1，刘丽茹1，李明远1

振动与冲击. 2023, 42(18): 30-38.

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高温超导磁悬浮列车在运行时由于轨道不平顺和风阻等因素的影响，导致悬浮间隙发生改变，列车的悬浮力特性使其具有恢复到原平衡位置的能力，在恢复过程中引起了列车的振动，需要研究列车的自由振动行为。通过实验平台测试得到不同悬浮间隙下高温超导体和永磁轨道之间的悬浮力，构造悬浮力的经验公式，基于经验公式建立列车自由振动下的动力学模型。利用无量纲化方法对动力学模型进行处理得到弱非线性系统，利用多尺度法对弱非线性系统进行解析求解，将近似解析解与数值解进行对比验证其正确性。基于近似解析解得到自由振动时列车的位移和最大加速度表达式，研究系统参数比阻尼和比刚度对最大加速度的影响规律，研究表明最大加速度随着比阻尼和比刚度的增大而增大。基于磁悬浮列车安全性和舒适性标准，提出一种判断系统参数可行域的解析方法，研究表明可行域呈现近似的三角形区域，并处于三角形的内部。这些研究结果为该类型磁悬浮列车磁轨关系的参数设计提供依据。

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基于HFFB试验高耸结构风荷载谱高度修正系数及风振分析

楼文娟，胡鹏瑞，张跃龙

振动与冲击. 2023, 42(18): 39-45.

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分段估计法作为一种重要的非线性振型结构高频天平（high-frequency force balance,HFFB）试验模态力计算方法，可以对结构脉动风荷载的空间分布进行估计。本文抛弃了分段估计法中无量纲风荷载谱沿高度不变的假定，提出了一种可以考虑荷载谱沿高度变化的方法。以Kaimal脉动风谱为例提出并推导了无量纲风荷载谱沿高度变化的修正系数，并以某真型输电塔架为算例，结合高频天平（HFFB）试验，分析了修正系数对结构响应计算的影响。研究结果表明，修正前后位移响应的背景分量计算值差异很小，但共振分量差别明显，偏差幅度达25%。对柔度较大的高耸结构，其共振分量在总响应中占比较高，需考虑荷载谱沿高度的变化；对于沿高度减小或增大的风速谱而言，现有荷载谱沿高度不变的分段估计法将高估或低估结构的位移响应。本文方法具有更高精度和更广的适用性。

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含弹性约束碰撞振动系统的不连续分岔

金花，张锦涛，吕小红，王昕

振动与冲击. 2023, 42(18): 46-53.

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考虑单自由度弹性碰撞振动系统，构建不同模式周期运动的Poincaré映射，推导周期运动分岔分析的延拓打靶法。应用数值方法辨识系统在(, b)-参数平面的稳定周期运动模式及其参数域。基于延拓打靶法和Floquet理论分析周期运动的稳定性与分岔，揭示两参数平面内迟滞域和亚谐包含域的形成机理以及亚临界周期倍化分岔引起迟滞现象的原因。弹性碰撞振动系统的擦边分岔是连续的。在p/1与( p + 1)/1运动的转迁过程中，p/1运动的鞍结型擦边分岔产生迟滞域，p/1运动的周期倍化分岔或周期倍化型擦边分岔产生亚谐包含域。在亚临界周期倍化分岔的极小邻域内，鞍结分岔或鞍结型擦边分岔使系统响应产生迟滞现象。

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基于Johnson接触模型的内啮合直齿轮系统多状态啮合动力学建模与分析

马晓婧1，石建飞1，张天临2，党兴武1，张力1

振动与冲击. 2023, 42(18): 54-62.

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准确解释齿侧间隙诱发的轮齿脱啮或齿背啮合可为齿轮结构优化设计提供理论指导。基于Johnson接触力模型，构建计及时变齿侧间隙和啮合过程中能量耗散的渐开线内啮合直齿轮传动系统动态啮合力计算模型；根据内啮合直齿轮啮合原理和轮齿受力情况，对其啮合过程进行动作分解，建立时变齿侧间隙下具有5种啮合状态的渐开线内啮合直齿轮系统非线性动力学模型；构造5种不同的Poincaré映射，明晰5状态啮合行为特征；通过相图与动态啮合力时间历程图揭示系统多状态啮合行为的产生机理。结果表明，随着啮合频率逐渐增大，系统出现单双齿齿面啮合，动态啮合力在方向上的突变导致轮齿脱离与单双齿齿背啮合，引起轮齿间的冲击振动行为，啮合频率较大时，系统即使表现出稳定的啮合状态，但仍然发生单双齿脱啮。以往的内啮合齿轮系统动力学模型无法揭示其多状态啮合特性，本文针对多状态啮合行为对内啮合齿轮传动周期内非线性振动特性进行分析。

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轮轨滑动对高速铁路扣件弹条振动特性的影响

康熙1,2，陈光雄2，何俊华2，宋启峰2，禄盛1

振动与冲击. 2023, 42(18): 63-70.

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针对高速铁路纵坡区段ω型扣件弹条的失效现象，采用复特征值法研究了轮轨滑动工况下车轮-钢轨-扣件系统有限元模型的稳定性。通过对比系统摩擦自激振动模态和扣件弹条结构模态，分析了弹条共振现象的发生。通过重新编译钢轨有限元模型节点坐标，模拟了高速铁路钢轨波磨的真实廓形，分析了钢轨波磨激励的强迫振动对弹条共振的影响。研究结果表明，高速列车在纵坡区段牵引或制动时，轮轨间纵向蠕滑力易趋于饱和，可引起约603 Hz不稳定振动的发生。该振动不仅可以激发扣件弹条第3阶模态，还可导致钢轨波磨。当列车以300 km/h速度运行时，波磨激励的强迫振动也可导致弹条共振。轨下垫板静刚度、扣件预紧力对轮轨滑动引起的603 Hz不稳定振动发生趋势的影响较小。

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基于AMCNN-BiGRU的滚动轴承故障诊断方法研究

徐鹏1，皋军2，邵星2

振动与冲击. 2023, 42(18): 71-80.

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为克服传统滚动轴承故障诊断方法需要人工提取特征的缺点，提出一种基于注意力模块的卷积神经网络-双向门控循环单元（AMCNN-BiGRU）的滚动轴承故障诊断方法。该方法利用下采样后的原始振动信号作为输入，通过具有两种不同核大小的并行卷积块从采样后的数据中提取特征，并使用注意力模块对提取的特征进行加权融合处理，最后将具有不同权重的特征输入到双向门控循环单元进行故障分类，从而实现端到端的诊断。为了理解所提出模型的诊断过程，对所学习的特征进行可视化，分析发现模型可以有效映射不同类型的故障。经实验表明，本模型使用下采样后的原始数据有效缩短了网络的训练时间，同时还可以保持100%的诊断准确率。

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P波入射分界面叠加区质点运动形成机制与峰值规律

何卫平1,2,3，李小军2，杜修力2，姚惠芹1,3

振动与冲击. 2023, 42(18): 81-87.

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本文针对平面P波入射分界面条件下质点运动的形成机制和空间变化规律开展研究，以期为地震动的时域解释提供理论基础和规律性认知。依据地震波传播特征给出分界面附近的空间域划分和叠加区边界，然后通过波函数叠加给出分界面两侧空间质点运动的解析表达，进而阐明不同空间域内质点运动的成分序列和峰值分布规律。研究结果显示，分界面近区为叠加区，远区为分离区。质点运动的成分序列随空间域产生变化，在叠加区内包含无波、单波、双波和三波贡献时段，在分离区内包含无波和单波贡献时段。分界面附近质点运动峰值分布包含峰型分布和谷型分布两类，前者由同号地震波分量叠加引起，后者由异号地震波分量叠加引起，在算例中分界面附近质点运动峰值的最大差异为2.589。

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基于Transformer的多标签工业故障诊断方法研究

火久元1,2,3，李超杰1，于春潇1

振动与冲击. 2023, 42(18): 88-99.

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工业故障数据的多维性、类不均衡性和并发性为工业故障诊断带来了三大挑战：一是从多维传感器数据中提取故障特征过度依赖于专家知识；二是不同类型故障样本之间的极端类不均衡性严重限制了分类器的性能；三是多个类型的故障可能同时发生增加了故障诊断问题的复杂性。为了应对这些挑战，提出了一种基于多重自注意力机制改进的Transformer多标签故障诊断模型。结合自适应合成采样（adaptive synthetic sampling，ADASYN）和Borderline-SMOTE1组合过采样方法，充分利用Transformer编码器-解码器结构以及注意力机制的优势，可以从多维传感器数据中自动提取特征并充分挖掘出多维传感器数据与多个故障标签之间的复杂映射关系。经PHM2015 Plant数据集验证表明，该方法在极端类不均衡的工业故障数据中仍可以较好地诊断出工厂生产过程中同时发生的多个故障。

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一种用于场地-建筑群体系地震响应分析的二维耦合法

韩冰1，梁建文2，杨晶丽2

振动与冲击. 2023, 42(18): 100-111.

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本文发展了一种用于计算场地-建筑群体系地震响应的二维耦合法，其中采用间接边界元法（IBEM）模拟远场土体，采用有限元法（FEM）模拟近场土体，用解析算法的刚性基础-等效均质块体模型模拟建筑群。该耦合法的优势是建筑群无需离散单元，计算量小，结构参数简单直观，且无需人工边界即可满足场地无穷远处辐射条件。通过与已有文献结果对比，验证了本文耦合法计算准确，精度较高。通过数值计算分析了场地-建筑群效应对结构动力响应的影响，研究表明：场地-建筑群效应可能明显放大结构地震响应幅值，这与整个场地-建筑群的特性及地震波特性有关；当建筑群中结构参数相同且结构刚度较大时，场地-建筑群效应可能对结构地震响应幅值的影响较大，尤其是处于建筑群中心位置的结构，本文算例中放大率达36.17%；当建筑群将相同参数结构分区布置（如多层区、高层区）时，场地-建筑群效应可能对各区中心位置结构的地震响应幅值的影响较大。

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基于分布式深度神经网络的刮板输送机启停工况故障诊断方法

丁华1,2，吕彦宝1,2,3，崔红伟1,2，刘俊2,4，牛锐祥1,2，孟祥龙1,2，施瑞1,2

振动与冲击. 2023, 42(18): 112-122.

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针对目前基于集中式云计算的深度学习模型在刮板输送机启停工况故障诊断中，因通讯量过大而难以满足实时性需求的问题，提出了一种基于分布式深度神经网络（DDNN）的刮板输送机启停工况故障诊断方法。采用深度神经网络对数据融合、数图转化后的刮板输送机监测数据进行特征自提取;在深度神经网络模型上添加引进卷积特征袋（CBoF）的分支结构,利用分支点将深度神经网络分为可以部署在边缘端的浅层部分和云端的深层部分;通过云边协同的推理方式，实现刮板输送机启停工况故障诊断。选用某矿刮板输送机真实运行数据进行了验证，结果表明：与经典的集中式云计算深度学习模型相比，该方法在保持99.5%最高精度的同时，通讯成本降低85.3%。

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均匀流作用下悬索桥单侧并置双主缆振动特性分析

张太科1,2，陈上有3，刘高3，杨佐磊3

振动与冲击. 2023, 42(18): 123-129.

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建立了均匀流作用下考虑主缆三维效应、主缆间气动干扰效应和双向流固耦合效应的四主缆悬索桥单侧并置双主缆振动分析方法。针对主跨2180m单跨吊四主缆悬索桥方案，开展了均匀流作用下成桥状态中跨主缆横向振动、边跨主缆的横向和竖向振动分析，结果表明：对于中跨主缆，主缆平均位移随风速增大而增大，主缆在平均位移附近做简谐振动，振动的频率与风速相关，双主缆间中心间距随来流风速增加而逐渐减小，但双主缆间不会接触；对于边跨主缆，特定风攻角下，背风侧主缆存在尾流驰振现象。

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含不同张开角度裂纹结构的动态断裂实验研究

梁欣桐1，肖成龙2，范嘉宾3，郭啸4，陈文1，丁晨曦1

振动与冲击. 2023, 42(18): 130-137.

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不同结构的动态断裂行为受多个因素影响，其中裂纹缺陷对其影响最为显著。张开型裂纹是工程结构中十分常见的缺陷，而且张开角度往往并不固定。为研究结构的运动裂纹与不同预制角度裂纹相互作用的规律，以张开角度为单一变量，采用动态焦散线实验系统，在冲击荷载下对含不同张开角度裂纹的有机玻璃试件进行三点弯实验。研究发现：（1）裂纹扩展经过不同张开角度的预制裂纹时，都会先扩展至预制裂纹夹角尖端，再从预制裂纹其中一端重新蓄能起裂，然后偏向落锤点方向扩展，最终贯穿整个试件；（2）开口向上的预制裂纹会增加运动裂纹的扩展时长，而且预制裂纹的开口角度越大，对裂纹扩展产生的迟滞效应越大，裂纹贯穿试件的总时长越大；（3）与预制裂纹相互作用阶段，动态裂纹都会先减速后增速至峰值，预制裂纹角度越大，裂纹扩展速度峰值越小，且当预制裂纹角度为180°时的峰值与无预制裂缝试件的峰值非常接近；（4）运动裂纹再次从预制裂纹尖端处起裂时裂纹尖端应力强度因子迅速大幅增加后又迅速减小直至试件完全断裂。

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多轴特种车辆传动系统机械摩擦阻力损失与传动效率研究综述

高蕾1，刘志浩1，高钦和1，王冬1，黄通1，章一博2

振动与冲击. 2023, 42(18): 138-154.

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在多轴特种车辆重载化和机动化的发展过程中，动力传动性能是其快速机动作战能力的保证，也是战时生存能力的一种体现。传动系统的内部阻力损失会使动力传输效率下降从而直接影响动力性能，其中机械摩擦阻力损失是传动系统主要损失。文章围绕传动系统机械摩擦阻力损失特性与传动效率研究方法，首先分析了多轴特种车辆传动系统的结构特殊性，表明了传动效率对传动系统性能的重要性；其次通过分析齿轮啮合功率损失、轴承摩擦功率损失、油封功率损失和传动轴功率损失四种主要类型机械摩擦阻力损失的形成机理、主要影响因素，表明了传动效率与部件结构参数、运行条件之间的关系，为传动系统性能表征提供了分析依据；然后从理论数值研究、仿真研究和试验论证研究三个方面综述传动系统效率的研究核心与难点，为实现对车辆传动部件的优化设计与状态监测、传动系统的优化匹配与性能评估提供指导思路；最后阐述了对当前传动效率特性研究深度的展望，认为多因素的耦合分析、不确定性分析，功率损失的动态特性分析，以及基于车辆行驶工况的综合传动效率分析更具有工程应用价值。

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基于变论域模糊控制的时变结构震动控制方法研究

梅品彬，李芳芳，吕杨

振动与冲击. 2023, 42(18): 155-163.

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针对传统工程震动控制领域控制对象均为确定结构，未考虑实际结构在地震的过程中及地震前可能会发生的刚度退化、质量降低问题，本文以时变三层框架结构作为被控对象，在传统模糊控制算法的基础上引入变论域法，建立了基于变论域模糊控制的时变结构震动控制方法。通过在传统主模糊控制器增设伸缩因子模糊控制器，将被控对象的误差及误差变化率作为输入，伸缩因子作为输出，根据被控对象的误差及误差变化率自适应调整主模糊控制器的模糊论域。Simulink仿真结果表明：所提出的控制方法能实现模糊控制论域自适应调整，针对时变结构位移、速度、加速度的控制效果均优于传统模糊控制和ON-OFF控制算法，具有一定工程应用前景。

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振动台试验双向层状剪切型连续体模型箱设计及测试

代建波1，胡成涛2

振动与冲击. 2023, 42(18): 164-171.

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为研究非一致地震激励下土箱边界对埋地油气管道振动台试验的影响，本文在国内外研制振动台用模型箱的基础上，设计了适用于本试验用的双向层状剪切型连续体模型箱，本模型箱是由层叠式框架箱体、滚动滑移机构、限位滑移机构以及伸缩机构等组成的三维结构体系。运用有限元分析软件ABAQUS对设计的模型箱进行振型分析，并利用振动台试验结果与数值模拟结果对照，探究在一致、非一致地震激励下模型箱的适用性及稳定性。分析结果表明，设计模型箱的自振频率与箱-土的自振频率相差较大，即模型箱对模型箱内土体的自振特性影响较小；同一深度处不同测点的土体加速度时程曲线吻合程度较高，即模型箱的边界效应较小；不同高度处的土体位移时程曲线波动幅度较大，即模型箱的层间剪切变形能力效果较好；同一高度处箱体两端的位移时程曲线表现出明显差异性，即箱体两端的错动变形效果理想。故本文所设计的双向层状剪切型连续体模型箱能够实现剪切变形效果和降低模型箱边界效应的影响，该模型箱的研制为今后研究埋地管道的地震响应问题提供坚实保障。

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等效线性化方法计算深厚土层地震反应的可靠性研究

郭婷婷1,2，陈龙伟1,2，吴晓阳1,2，袁晓铭1,2，李瑞山1,2

振动与冲击. 2023, 42(18): 172-179.

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深厚土层地震反应计算是工程抗震以及地震安全性评价工作中的一个难点，基于等效线性化理论的一维土层反应分析方法是当前土层地震反应计算的主流程序，但后者对前者计算结果的可靠性缺少系统的认识。选取日本KiK-net强震观测台网中30个覆盖层厚度大于50 m的台站场地和台站所记录的1218条地震数据，采用DEEPSOIL（DP）、LSSRLI-1（LS）、SHAKE2000（SHAKE）、SOILQUAKE（SQ）以及SOILRESPONSE（SR）等5款一维土层地震反应分析程序计算场地地表加速度及反应谱。通过标定加速度反应谱的3个特征参数（即峰值加速度(peak ground acceleration,PGA)PGA、特征周期Tg和平台值βmax）的计算值与实测值对比，评估5款土层反应计算程序的可靠性。分析结果表明：5款程序中SR计算PGA的准确率最高，SQ最低；Tg的计算结果各程序间差别不明显，SQ的准确率略高于其它程序；5款程序计算βmax的准确率基本无差别。计算特征参数准确率随着参数相对误差水平的增加而增大。分析结果可为采用等效线性化方法计算深厚土层场地地震反应的可靠性评价提供依据。

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双分裂线路短路电流作用下间隔棒载荷特性分析

高英博1，严波1，刘光辉2，蔡道达1，陶亚光2，刘泽辉2

振动与冲击. 2023, 42(18): 180-189.

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为研究双分裂线路发生短路故障时间隔棒的载荷特性，结合电力系统分析方法、载流导体电磁力理论和有限元方法，提出模拟发生短路故障时分裂导线和间隔棒动力响应的数值方法。针对双分裂线路，利用该方法对短路电流、导线型号、档距、间隔棒排布方式、子导线分裂间距、初始张力、高差和风速等对间隔棒受力特性的影响进行了参数分析。结果表明，数值模拟得到的间隔棒动力载荷最大值在短路电流较小时小于规程计算值，在短路电流较大时大于规程计算值，参数分析结果可为间隔棒的设计和安装提供重要依据和参考。

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磁场中轴向运动铁磁梁固有振动与内共振的理论及数值模拟研究

崔雪1，孔祥清1，胡宇达2

振动与冲击. 2023, 42(18): 190-198.

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本文研究了在磁场环境中做轴向运动铁磁梁的非线性双向固有频率和内共振问题。给出了梁的动能、势能以及洛伦兹力和磁体力偶的表达式，根据哈密顿原理推导出磁场中轴向运动铁磁梁的磁弹性双向耦合非线性振动方程。利用多尺度法求解耦合方程，得到双向振动固有频率表达式。进一步研究梁两个振动方向的固有频率接近1:1时的内共振问题，得到了相互耦合的特征方程。通过算例，得到了梁固有频率与振动时间、磁感应强度和轴向速度的曲线图和系统发生内共振时共振幅值的能量交换时程响应图。在此基础上，利用ABAQUS有限元分析软件计算了梁的前十二阶振动模态和对应的固有频率，数值模拟结果与理论值吻合较好。

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基于CFD数值计算的大跨悬索桥碳纤维矩形截面吊杆风致振动研究

张建国，张春

振动与冲击. 2023, 42(18): 199-205.

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以某大跨悬索桥的吊杆为对象，将其替换为碳纤维材料做成的矩形截面吊杆，通过FLUENT软件对截面边长比为1:1、1:2和1:3时的矩形吊杆从0度到90度风攻角进行二维数值模拟，得出了各自对应的风振特性参数，进而对吊杆产生驰振与涡激共振的可能性进行深入研究，推算出相应的临界风速。同时还给出了对于不同截面比的吊杆相应的斯托罗哈数St与风攻角的关系，为悬索桥矩形吊杆的抗风设计提供一定的理论数据。

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黄土地区既有多股道运营铁路架空体系动力特性研究

张玉伟1,2，周鹏远1,2，宋战平1,2，王剑3，刘奇1

振动与冲击. 2023, 42(18): 206-216.

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新建线路下穿既有运营铁路的架空体系受运营列车动荷载的影响明显。为评价列车动荷载作用下既有运营铁路架空体系的安全性，依托经九路下穿陇海铁路立交工程，采用数值模拟和现场监测方法对既有运营铁路架空结构体系的动力响应进行研究。分别考虑了不同行车速度和不同轴重列车荷载的影响，从振动加速度、竖向位移和动应力三个方面分析了轨枕、横抬梁和架空桩的动力特性，并结合数值模拟和现场监测结果对既有线架空体系的稳定性进行了评价。结果表明，既有线架空体系对列车车速和列车轴重均有明显响应，架空体系对于列车速度变化的敏感性要比对列车荷载敏感性强；架空体系中的架空桩对列车速度和列车荷载变化的敏感性要比钢枕强；数值结果和监测数据均表明，架空体系的动力响应值均在允许范围之内。

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改进的深度残差收缩网络轴承故障诊断方法

唐世钰1，童靳于1,2，郑近德1，潘海洋1，伍毅1

振动与冲击. 2023, 42(18): 217-224.

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针对深度残差收缩网络（Deep residual shrinkage network, DRSN）在降噪过程中引起的信号失真问题，提出了一种改进的深度残差收缩网络（Improved deep residual shrinkage network, IDRSN）并将其应用于滚动轴承的故障诊断中。首先，引入一种改进的半软阈值函数（Improved Semi-Soft Threshold Function, ISSTF）用于解决恒等偏差的问题并消除软阈值函数引起的信号失真。然后，设计了半软阈值模块（Semi-Soft Threshold Block, SSTB）和自适应斜率模块（Adaptive Slope Block, ASB）构建改进的残差收缩单元（Improved residual shrinkage building unit, IRSBU），用于自适应设置最优阈值并进一步修正输出。最后，将所提方法应用于两种不同工况的滚动轴承故障诊断中。研究结果表明，与现有方法相比，所提方法的分类准确率和鲁棒性更高，对于变转速工况下的故障诊断更为有效。

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迎风面肋板对方柱流场和气动力的影响研究

蒋媛1, 2，刘锦阳2，刘锐1，回忆2

振动与冲击. 2023, 42(18): 225-232.

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研究表明外伸肋板能显著减小高层建筑的风荷载，但此类附属构造的流场机理尚未澄清，因此，本文采用大涡模拟（LES）方法研究了均匀来流作用下迎风面竖向肋板对方柱的周围流场和气动力的影响，分析了不同模型的流场结构、风压分布和气动力，阐明了竖向肋板的流场机理。研究发现，外伸竖板使模型前角区域产生局部旋涡，该旋涡明显影响了来流的流动分离和剪切层特征。肋板的外伸长度d显著影响模型周围的流场结构、涡脱频率和风压分布。模型周围流场的变化导致平均阻力C̅d和脉动升力C'l明显减小。肋板位置参数b和d存在最佳组合，使模型上的气动力最小，当d/D=0.12和b/D=0.10时，模型的C̅d和C'l相比参考方柱减小了50%和86%。

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基于云模型和离散卡尔曼滤波的临时看台结构动荷载识别

陈文博1,2，郭惠勇1

振动与冲击. 2023, 42(18): 233-240.

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人群荷载的作用，包括人群的拥挤和跳跃、摇摆等产生的动荷载常常是看台等临时设施结构安全的重要影响因素，而国内外学者对看台等临时结构荷载识别工作研究较少，因此有必要对此类结构进行人群等荷载的快速识别研究。本文提出基于云模型和离散卡尔曼滤波的临时看台结构动荷载识别方法，首先介绍了云模型和离散卡尔曼滤波的基本原理，然后基于离散卡尔曼滤波器推导出荷载识别算法并利用云模型技术进行优化，以有效解决了测量误差、环境噪声等带来的干扰问题，最后应用临时看台结构进行了数值仿真，并与未优化卡尔曼滤波算法的荷载识别方法进行对比。数值仿真结果表明该方法对临时看台结构具有良好的动荷载识别性能。

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高陡山区大跨度钢箱梁悬索桥风致振动试验和气动外形优化

陈应高1, 2，康佳1，唐浩俊1,3，郑凯锋1，李永乐1,3

振动与冲击. 2023, 42(18): 241-249.

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为了掌握高陡山区大跨度钢箱梁悬索桥的抗风性能，以实际工程为背景，建立了桥梁的三维有限元模型并识别其模态特性；据此设计了节段模型并开展风洞试验，测试了桥梁在不同风攻角下的颤振性能；基于不同目标对钢箱梁的气动外形进行了优化设计，结合颤振临界风速和涡振性能对优化措施进行了评价。研究结果表明：较高的防撞护栏使该桥在正攻角来流下的颤振稳定性较差；在桥面中央设置竖向稳定板或在风嘴上设置导流板均能提高桥梁的颤振临界风速，但两种措施对桥梁的涡振有不同影响；设置稳定板后桥梁在正、负攻角下均存在发生涡振的可能，而设置导流板后桥梁仅在正攻角下存在发生涡振的可能，考虑到桥址区以负攻角来流为主，因此后者更具优势。

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地震作用下综合管廊内管道动力响应试验研究

黄德龙1,2，宗钟凌1，黄子渊2，汤爱平2

振动与冲击. 2023, 42(18): 250-258.

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在地震作用下，虽然埋地综合管廊可以有效保护其内部管道，但是往往因为管道的支座设计不合理，而造成管廊内部管道发生较大变形。本文针对地下综合管廊内部管道地震响应问题，设计管廊及其内部管道试验模型，敷设相应传感器，并置于剪切箱内进行振动台加载。首先研究了管廊内部管道加速度响应，得出了管道的加速度峰值响应衰减效应和传至管道能量的衰减规律。然后对管道与管廊纵向和横向相对滑移以及管道支座形式、管道材质等对管道变形的影响进行了研究，发现传至管廊内部管道的能量衰减程度基本都在80%以上；若输入加速度较大段对应的持时较长，则其所带来管道纵向相对滑移一般较大；侧壁角钢支架对管道的隔振效果要强于混凝土墩支座，而将管道直接置于管槽的抗震效果最差。通过本文结论，不仅可为管廊内部管道抗震设计提供依据，还可以在地震发生后快速判断内部管道伤损情况，有利于震后救援的开展。

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低频声学激励在变工况环境下排水管道中的传播特性研究

易笃政1,2，冯早1,2，朱雪峰1,2

振动与冲击. 2023, 42(18): 259-267.

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基于有限元理论建立了变工况环境下排水管道的堵塞检测仿真模型，研究声波在圆柱形管道中的传播特性以及管道内水位变化对声波在管腔中传播模态的影响。分析声波传递过程声波能量的变化并与实验采集的声波信号进行对比，验证声波模态分析模型的准确性，并确定声波对管道内空间结构以及管壁上路径变化处的敏感频段，对带旁支的三通配件的管道模拟管内不同程度堵塞并分析其声波模态的变化规律。结果表明：管道内水位填充率D的上升，增加声波传递过程能量损耗，高阶模态的声波衰减尤为明显且声波出现分裂模态；采用10kHz以下具有较低频率的正弦变频激励信号能够同时实现管道内空间结构改变(堵塞物)和管壁上路径变化(三通件)处的有效检测，可通过测量声压信号的传递轨迹和幅值变化实现对管道状态的识别，堵塞物相对于管道截面高度的占比、堵塞物数量和位置是影响声波传递特性的主要因素。

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倒频谱编辑法在含转子结构运行模态参数辨识中的应用

陈伟，顾晓华，张永强

振动与冲击. 2023, 42(18): 268-275.

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工况模态分析或称运行模态分析，通常假设结构所受载荷为白噪声，响应谱中峰值皆由结构模态导致。然而机械系统通常含有转子部件，在运行状态下测量响应中周期性谐波或其倍频响应占据主导，加剧了工况下模态参数辨识的难度。针对上述问题，该文提出了基于倒频谱编辑的工况模态参数辨识方法，识别测量响应中的谐波及其倍频响应并在参数辨识前去除其对模态参数提取的影响。所提方法适用于多谐波激励、谐波频率与结构模态频率重叠、慢变谐波等情况，通过三自由系统算例、自由边界钢梁试验和某型航空发动机试车实测数据验证了方法的可靠性。

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含减震外挂墙板装配式混凝土框架结构混合试验研究

侯林兵1, 2，种迅1, 3，霍璞1，苗启松4，陈曦4，黄亮1,3

振动与冲击. 2023, 42(18): 276-285.

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在外挂墙板与主体结构间引入耗能连接可形成减震外挂墙板。现阶段缺乏对含减震外挂墙板装配式混凝土结构动力响应和减震效果的试验研究。为此，本文设计了一榀6层3跨含减震外挂墙板平面框架结构（简称“减震结构”）以及一榀作为对比的纯框架结构（简称“抗震结构”），取底部中跨两层作为试验子结构，其余部分作为数值子结构，开展了两结构的混合试验。基于试验结果，分析了含减震外挂墙板装配式混凝土框架结构的损伤模式和动力响应，揭示了外挂墙板与主体结构协同工作的减震机理。结果表明：减震结构与抗震结构的损伤模式基本一致，均为梁端、柱底先后出现塑性铰，减震外挂墙板未改变主体结构的损伤演化模式；试验过程中，外挂墙板本身以及墙板与结构连接处均未出现裂缝，墙板可将结构层间变形有效传递至消能器；设防、罕遇和极罕遇地震下，减震结构的最大层间位移角较抗震结构分别减小了12.59%、17.68%和10.34%，具有较好的减震效果。

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基于柔索并联的细长杆件吊装减摇系统动力学分析与试验研究

孙茂凱1，王生海1，韩广冬1，关婕2，陈海泉1，孙玉清1

振动与冲击. 2023, 42(18): 286-294.

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针对高海况下细长杆件类结构物吊装效率低、风险大、难以实现精确吊装的问题，本文提出了基于柔索并联的细长杆件吊装减摇系统，并将其简化为有基座激励的受约束二级摆，运用机器人学方法建立细长杆件吊装减摇系统的动力学模型，采用Matlab/Simulink对基于柔索并联的细长杆件吊装减摇系统摆动的低频振动特性进行仿真分析，同时在细长杆件吊装减摇试验台上进行试验验证，仿真和试验结果表明：基于柔索并联的细长杆件吊装减摇系统对一级摆有良好的摆动抑制效果，在设定工况下对二级摆也有一定的减摇效果。论文研究成果可为细长杆件这类双摆系统的吊装减摇控制提供依据，同时为细长杆件吊装减摇系统的进一步的工程应用提供理论基础。

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预应力锚索抗滑桩减震外锚结构振动台模型试验研究

杨芸1,2，蒋良潍1,2，罗强1,2，张桐1,2，张瀚文1,2，葛学军3

振动与冲击. 2023, 42(18): 295-303.

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锚索失效会导致锚索桩受力模式突变而造成结构整体倾覆，如何避免地震作用下的锚索动力超载是锚拉型支挡工程抗震亟待解决的问题。基于柔性减震原理在锚索与桩体间的外锚结构处串联缓冲弹簧，按几何比尺1:15设计并开展桩底铰支的路堑边坡锚索桩振动台模型试验，测试了地震动峰值为0.2g、0.4g、0.6g条件下锚索轴力、桩后土体加速度和桩身外倾角的时程特性及弹簧缓冲锚头对结构各响应的影响效应，结合锚索拉力频响特征从能量角度探究了弹簧引起轴力减载的作用机制。试验表明：设置弹簧后桩身中部加速度放大系数稍有下降，桩身外倾角普遍超过普通锚索桩，其增幅随峰值地面加速度(peak ground acceleration,PGA)加大而趋缓；弹簧锚头桩锚索轴力和应力幅均大幅减小，时程峰值和波动幅值的减载程度一致且与PGA近似呈线性负相关，三种地震量级下减载比分别达65%、57%、46%，以线性累积损伤理论计算得出的锚索疲劳总损伤值下降约2~3个数量级；设置缓冲弹簧能显著削减锚索拉力响应能量，Fourier幅谱呈现带宽收窄、低频集中的频响特征，降低了地震过程中多次加卸载产生的中高频疲劳损伤风险，有效改善锚索受力。

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基于本征正交分解和卡尔曼滤波的结构损伤识别

杨少冲1，姚远1，张凯1，宋康宁1，刘家亮1，靳佳林1，马连华2，方有亮1

振动与冲击. 2023, 42(18): 304-312.

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目前已有损伤识别方法难以实现对结构的实时、准确地健康监测，针对这一问题发展了一种基于本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition，POD)与卡尔曼滤波（Kalman filter，KF）相结合的POD-KF方法，对动载荷作用下的结构损伤识别进行了研究。该方法利用KF方法在线更新降阶模型的子空间，解决未知载荷作用下多自由度结构动力分析计算量大且难以收敛的问题，仅利用结构响应实时跟踪损伤的演化并对其进行定位，不需要耗时的再训练阶段；并以六层剪切型框架为例开展了数值模拟研究，验证了所发展理论与数值算法的有效性，结果表明所提出的方法在减少计算量的同时，能够保证较高的精度，有效地识别出剪切型建筑结构损伤的位置和严重程度，且能够有效抑制响应信号中的噪声，同时在处理微小损伤时仍具有较高的精度。

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悬垂立管波致疲劳与流致涡激振动疲劳特性研究

梁天纬1,2,3,4，许玉旺1,2,3,4，付世晓1,2,3,4，任浩杰1,2,3,4，张萌萌1,2,3,4，宋斌1,2,3,4

振动与冲击. 2023, 42(18): 313-320.

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悬垂立管是应用在养殖工船以及温差能发电平台上的一种特殊立管形式，其一端与平台连接，另一端完全自由，在风浪流以及平台运动的影响下易因疲劳损伤而破坏。对一根安装于可移动式养殖工船的悬垂取水管进行浪致动力响应时域求解与涡激振动频域预报，基于Miner线性疲劳累计损伤理论计算考虑全年浪流分布概率的立管波致疲劳与涡激振动疲劳损伤情况。研究发现，考虑浪流分布概率后，悬垂立管波致疲劳总损伤主要分布在立管近平台端，顺浪流方向上更为严重，而涡激振动疲劳总损伤主要分布在立管近自由端，横流方向更为严重；海浪谱的有义波高与特征周期分别主要影响波致疲劳损伤的积累速度与沿管长分布特点；单一工况下，悬垂立管截面上涡激振动疲劳损伤最大位置并非总出现在CF方向，需根据具体工况计算分析；从总疲劳损伤角度分析，波致疲劳与涡激振动疲劳所导致的结构损伤在同一数量级。

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基于CFD-DEM耦合的埋地输气管道泄漏声场分析

王强1，薛生1,2，郑晓亮3，张磊1，谢晓贤1

振动与冲击. 2023, 42(18): 321-331.

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埋地输气管道泄漏声场产生机理和特性尚不明确，制约着管道泄漏声波检测技术的发展。本文使用计算流体力学（Computational Fluid Dynamic, CFD）与离散元（Discrete Element Method, DEM）耦合方法分析管道泄漏的气固作用，结合宽频噪声源模型和阵列成像技术进行泄漏声场分析和测试。数值模拟结果表明，泄漏高速喷流冲击土壤致使泄漏孔外部形成空洞，并在泄漏孔和空洞内产生四极子声源。土壤阻隔导致流体速度和湍流动能减小，能量由流体传递至土壤颗粒，土壤颗粒运动速度达到了10 m/s。1 MPa管道内压下，泄漏喷流的最大流速超过1000 m/s，由此产生的气动噪声声压级达到了180 dB。相较于其他方向，泄漏孔向上时空洞更大，流场和声场能量更强。声场成像结果证明泄漏孔与声源重合，基于地面阵列的泄漏检测具有可行性。

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同轴离心式喷嘴燃烧稳定性增长率识别

杨尚荣，吴林龙，于涵，杨宝娥

振动与冲击. 2023, 42(18): 332-337.

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为确定同轴离心式喷嘴燃烧不稳定的线性增长率，基于随机动力学Fokker-Planck体系系统识别方法，利用脉动压力时间序列识别喷嘴四种工况下的增长率，并分析了结果的不确定性和参数敏感性。结果表明：变换脉动压力的单位进行识别，增长率不变，饱和系数和噪声强度存在确定的变换关系，且三者的识别精度不变。负增长率的声模态在噪声作用下也可能发生较大幅值的压力振荡。增加脉动压力采样时间可以提高增长率的识别精度，不同工况下存在各自较优的采样率。从脉动压力时间序列线性增长阶段识别增长率同样需要考虑噪声导致的不确定性。

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内置动力吸振器的宽频减振车刀设计及实验

张明华1，杨国庆2，杨毅青2,3，高浩洋2，汪广平4

振动与冲击. 2023, 42(18): 338-344.

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航空结构件中存在大量深孔特征，在加工时需要使用大长径比车刀。随着悬长增加，刀具刚性急剧下降，易引发强烈切削振动，严重制约了加工效率和加工精度的提高。在采用连续梁理论对刀杆进行动力学建模的基础上，研究了刀杆与吸振器耦合系统频响函数预测方法，进而实现考虑主结构背景模态的动力吸振器参数精确优化；结合工程实际，设计内置动力吸振器的宽频减振车刀，通过齿轮齿条机构实现车刀频率大范围调节，满足不同长径比加工需求。模态实验表明，内置吸振器频率调节范围为365 Hz - 442 Hz；减振车刀动刚度提高了104.1%和120.3%，阻尼比提高了143.5%和175.6%。切削实验显示加工噪声幅值、加速度幅值平均下降42%、38%。

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刊出日期：2023-09-28

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