2023年, 第42卷, 第23期　
刊出日期：2023-12-15

  

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  单级直齿轮副的共存吸引子特性研究

  金花，张子豪，吕小红

  振动与冲击. 2023, 42(23): 1-7.

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  考虑单级直齿轮副，构建Poincaré映射，应用初值胞映射法、延拓打靶法以及数值仿真求解并追踪系统的共存吸引子及其演化，计算Jacobi矩阵的特征值，根据Floquet理论确定周期吸引子的稳定性与分岔类型，应用胞映射法计算吸引域，研究共存吸引子的分岔特征，揭示系统在极小参数区间存在的容易隐藏的吸引子信息以及鞍结型擦边分岔和混沌激变等不连续分岔行为。在一定参数条件下，单级直齿轮副存在大量的多吸引子共存现象以及周期倍化和鞍结分岔。由于非光滑因素的影响，擦边诱导的鞍结分岔引起系统终态的跳跃和迟滞。研究结果可为直齿轮副动力学行为的评价以及系统参数设计与优化提供指导。
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  基于最不利塔顶位移相图法的风电塔筒动力屈曲研究

  李万润1，2，3,范科友1，杜永峰1，2，3

  振动与冲击. 2023, 42(23): 8-20.

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  风电结构作为一种高耸的薄壁结构，易发生动力屈曲破坏，而我国的风电结构大多都不可避免地建于地震易发区。因此，以西北地区某2.5 MW风力发电机为原型，对风-震耦合作用下风电塔筒的动力屈曲行为开展研究。首先，基于谐波叠加法、叶素动量理论及尾流模型计算运转工况下风电结构所受风荷载。其次，建立风电结构的有限元模型，探讨输入角度对于风电塔筒在风、地震及风-震耦合作用下的动力响应的影响。最后，结合增量动力分析，提出基于“最不利塔顶位移相图法”的方法来研究风电塔筒在风-震耦合作用下的动力屈曲行为，并探讨其主导因素。研究结果表明：风-震耦合作用会导致风电塔筒在强度方面的额外需求；在确定门洞的朝向问题上应考虑风-震耦合作用的因素；风-震耦合作用下风电塔筒呈现局部的塑性动力屈曲现象，而基于“最不利塔顶位移相图法”可以很好的判别并分析风电塔筒的动力屈曲。
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  梁端约束条件和梗腋对箱梁弯曲简谐振动的影响

  张玉元，张元海，张 慧，余剑搏

  振动与冲击. 2023, 42(23): 21-28.

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  为了分析梁端约束条件和梗腋对箱梁弯曲谐响应的影响，本文以剪力滞效应引起的附加挠度为广义位移，并计入其对体系总动能的影响，运用Hamilton原理建立了考虑剪切剪力滞效应影响的箱梁弯曲简谐振动变分解析解，引入反映箱梁动力特性的截面应力及挠度放大系数，详细分析了梁端约束条件和梗腋对箱梁弯曲谐响应的影响。算例分析表明：不同梁端约束条件和梗腋影响的箱梁谐响应解析解与有限元数值解吻合良好；梁端约束条件越强，附加挠度及翘曲正应力在初等梁计算结果中的占比越大，截面应力及挠度放大系数越小；剪切效应对谐响应的影响大于剪力滞效应，且其差值比随振动频率的增大而增大；梗腋对初等梁谐响应的削弱影响较大，而对剪切剪力滞效应引起的附加挠度、翘曲正应力及放大系数的影响较小，分析梗腋对箱梁弯曲谐响应影响时，可按初等梁振动理论进行计算。
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  考虑界面接触的磁悬浮转子高阶模态自激振动抑制研究

  王艺宇，周瑾，周扬，徐园平，张一博

  振动与冲击. 2023, 42(23): 29-40.

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  在磁悬浮叶轮机械中，叶轮与转子装配界面的接触引入了附加接触刚度，减弱了转子系统模态阻尼，降低了磁悬浮轴承转子系统的性能及稳定性,激发出转子高频模态振动。目前关于磁悬浮轴承系统中接触界面引起的转子高频模态振动的研究相对较少且传统PID控制器无法有效抑制此类振动。为解决上述问题，设计基于柔性转子的H∞鲁棒控制器。首先对考虑界面接触的磁悬浮轴承转子系统进行动力学分析，探究其模态振动特性。之后对磁悬浮轴承转子系统进行扫频实验得到其频响曲线，在传统磁悬浮轴承刚性转子系统建模的基础上，基于柔性转子模态理论将转子传递函数模型进行重构，并基于此模型对转子系统扫频曲线进行拟合，得到转子系统的高阶模态参数，最终建立考虑高阶模态特性的被控对象模型，设计H∞鲁棒控制器。实验结果表明基于柔性转子模型的鲁棒控制器可以对接触界面引起的转子高频模态振动进行有效抑制。
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  楔形船艏舷侧撞击场景下甲板结构损伤预报解析方法研究

  周家有1,2，赵延杰3,4，张伦平3,4，张一弛1,2，袁昱超1,2，唐文勇1,2

  振动与冲击. 2023, 42(23): 41-48.

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  碰撞事故是威胁船舶海上航行安全的重要隐患之一，同时，碰撞后结构损伤的快速预报方法研究对于船舶抗撞性能设计与优化具有重要意义。本文研究了单层壳船体舷侧结构遭受楔形船艏大撞深、多角度碰撞场景下甲板结构的损伤变形机理。根据其结构变形模式，将甲板结构划分为四类构件并建立了各构件对应变形模式的简化理论模型，基于上限定理推导了结构抗力解析公式。该方法考虑了构件碰撞过程中的多模式损伤演化及不同构件变形时的耦合作用。通过多个碰撞场景的对比验证，本文新提出的解析方法与数值对比结果良好。研究成果对大撞深、多角度碰撞场景下甲板结构损伤评估具有较高工程应用价值。
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  管束结构流弹失稳的数值预测方法研究

  冯志鹏，蔡逢春，臧峰刚，齐欢欢，黄旋，刘帅

  振动与冲击. 2023, 42(23): 49-54.

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  流弹失稳（流体弹性不稳定性）会在短时间内导致管束破坏，是蒸汽发生器设计必须考虑的流致振动机理。本文通过理论建模和CFD（计算流体力学）计算相结合的方式，发展流弹失稳行为的数值预测方法。首先，分别基于准稳态理论、非稳态理论和一维非定常流动理论，推导出目前研究最广泛的三种流弹失稳理论模型的控制方程和关键参数的数学模型；然后，发展理论模型中众多参数的辨识方法，通过仿真数据驱动的方式，获得全套流体力相关参数；最后，以华龙一号蒸汽发生器的传热管为对象，建立管束结构流弹失稳的数值预测方法，并用现有试验数据进行验证。结果表明，通过CFD计算辨识的流体力相关参数与已有实验结果吻合，CFD计算与理论模型耦合的数值预测方法，具备一定的实用性；完成了数值预测方法的工程应用，预测结果与验证性试验的结论一致；本文的数值预测方法结合了理论建模和CFD计算的优点，同时避免了对海量计算资源的需求、降低了对试验数据的依赖，有利于在工程中推广应用。
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  刚性弹体冲击金属网网孔的试验和数值分析

  汪敏1, 2 黄祺临1 周帅1 崔廉明1

  振动与冲击. 2023, 42(23): 55-64.

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  根据金属网与近程武器（火箭弹、迫击炮弹）相互作用的特点，在实弹拦截试验的基础上，设计并开展了刚性弹体低速冲击金属网网孔的试验，试验表明：金属网网孔在刚性弹体冲击下横向两侧钢丝交叉节点位置存在明显接触滑移，且在冲击过程中此交叉节点位置钢丝首先发生了断裂破坏，冲击后除与弹体接触部位网孔发生变形和破坏外，其余部位金属网网孔基本能恢复初始状态。结合实弹和刚性弹体低速试验现象、高强钢丝材料静动态性能试验数据等，采用LS-DYNA软件建立了精细化的金属网数值模型，开展了刚性弹体冲击金属网网孔的数值分析，数值方法可以较好的预测金属网网孔与刚性弹体间的相互作用以及金属网网孔钢丝断裂破坏现象。最后，利用数值方法对影响金属网与弹体间相互作用的因素进行了研究，结果表明：刚性弹体在冲击金属网网孔过程中受到的峰值过载力、能量损失与弹体口径和冲击速度有关，与弹体的质量关联性不大；随着弹体口径的增大，弹体受到的峰值过载力和能量损失逐渐增大；随着冲击速度的增大，弹体受到的峰值过载力逐渐增大，而弹体的能量损失逐渐减小。
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  基于约束式AE-GAN的滚动轴承故障诊断方法

  李可1，何坚光1，宿磊1，顾杰斐1，包灵昊1，薛志钢2

  振动与冲击. 2023, 42(23): 65-70.

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  由于滚动轴承故障样本获取困难，导致训练样本分布往往呈现极强的不平衡性，严重影响轴承智能故障诊断的准确率。针对滚动轴承训练样本不平衡的问题，提出一种基于约束式自编码器-生成对抗网络（Constrained  AutoEncoder-Generative Adversarial Network，CAE-GAN）的故障诊断方法，通过增强故障样本特征以提高诊断模型的精度。首先结合自编码器和生成对抗网络，构建一种基于编码-解码-判别结构的网络模型，以提高生成器捕捉真实样本分布的能力。为进一步提高生成样本的质量，提出一种基于距离约束的方法以限制不同类别样本之间的距离，从而避免生成样本全部来自同一类型。最后通过滚动轴承故障诊断实验证明了本文方法能有效提高生成样本的质量，解决样本不平衡问题，轴承故障诊断准确率较其他方法有明显提高。
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  土耳其地震序列的近断层脉冲型地震动识别与特征分析

  丁龙兵1，2，胡进军1，2，李培旭1，2，刘名吉1，2

  振动与冲击. 2023, 42(23): 71-79.

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  2023年2月土耳其东安纳托利亚断裂带连续发生多次6级以上强震，为揭示此次强震序列中的近断层地震动特征，选取土耳其Mw7.8、Mw7.5、Mw6.7和Mw6.3的四次地震中的781组强震记录，基于能量法识别获得45条水平向脉冲型地震动记录和17条竖向脉冲型地震动记录，其中水平向75%的脉冲型地震动来自于Mw7.8地震。通过分析识别的速度脉冲记录表明，存在相同台站竖向为脉冲型地震动而水平向为非脉冲型地震动的现象；土耳其地震序列的速度脉冲具有周期短、幅值大的显著特点，其中8002台站记录的最大脉冲周期达到7.57 s、3138台站记录的最大脉冲幅值达到231.30 cm/s。通过分析矩震级对脉冲周期的影响和脉冲幅值随矩震级和断层距的变化规律表明，水平向速度脉冲周期随矩震级呈对数线性增大，在相同矩震级情况下脉冲周期明显小于已有模型的预测值；脉冲幅值随断层距的增加存在明显衰减的趋势，当断层距小于25 km时，脉冲幅值普遍高于已有预测模型。研究结果表明土耳其地震序列产生了大量的近断层脉冲型地震动，识别结果丰富了全球近断层脉冲型地震动数据库，揭示的特征可为震害分析和脉冲模型建立提供参考。
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  基于串联LSTM网络的振动台子结构试验模拟

  王玉梅，纪金豹，王东岳

  振动与冲击. 2023, 42(23): 80-86.

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  振动台子结构试验具有试验测试与数值模拟的双重优势，可实现大尺度甚至足尺模型结构的地震作用复现。振动台子结构试验中数值子结构的实时求解是影响试验精度和系统稳定性、决定试验能否顺利实现的关键因素之一。为提升数值子结构的求解性能，将长短时记忆网络（Long Short-Term Memory Network, LSTM）引入到振动台子结构试验中，分别构建了用于模拟试验子结构和数值子结构的神经网络模型，并且在训练数据中引入时滞以模拟系统延迟带来的影响。选择5层钢框架模型结构对神经网络模型进行验证，结果显示，所构建的神经网络模型具有良好的精度、稳定性和时滞补偿能力，计算效率可满足实时控制要求。所提出的神经网络模型可用于振动台子结构试验的数值子结构实时求解。
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  基于易损性的大跨度斜拉桥黏滞阻尼器参数优化

  李立峰1,2，李名华1，胡睿1

  振动与冲击. 2023, 42(23): 87-94.

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  大跨度斜拉桥黏滞阻尼器的参数设计通常基于特定地震波的单一构件性能优化，未考虑地震动随机性的影响，以及构件间的相对损伤情况。针对上述问题，提出基于易损性和响应面的参数优化方法：以一座大跨斜拉桥为例，采用OpenSees建立非线性动力模型，基于易损性分析理论评估不同黏滞阻尼器参数下的斜拉桥抗震性能，利用响应面拟合阻尼器参数与易损性的非线性函数关系，以系统易损性最小、损伤路径合理为目标进行参数优化。结果表明：速度指数一定时，随着阻尼系数的增大，各支座的抗震性能单调递增，桥塔和斜拉索的抗震性能先增后减，过渡墩和辅助墩的抗震性能变化很小，基本不受阻尼器参数的影响；斜拉桥黏滞阻尼器的最优参数是桥塔与支座抗震性能综合最优的结果；未优化构件损伤路径所得参数的系统抗震性能更优，但损伤路径并不合理，会高估斜拉桥的实际抗震表现。
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  Si3N4陶瓷纵扭超声磨削表面残余应力及其试验研究

  闫艳燕，秦飞跃，张亚飞，马千里，王晓博

  振动与冲击. 2023, 42(23): 95-102.

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  Si3N4陶瓷属于典型的硬脆材料，已加工表面易产生微裂纹，对陶瓷零件的使用性能影响较大。为了获取高性能的Si3N4陶瓷零件，纵扭超声磨削被应用于其超精密加工中。为了揭示纵扭超声振动磨削对Si3N4陶瓷零件独特的加工机理，建立了纵扭超声磨削单颗磨粒切削轨迹方程及其磨削表面残余应力模型，并进行了Si3N4陶瓷纵扭超声磨削试验验证。结果表明：相同加工工艺参数下，普通磨削Si3N4陶瓷表面残余应力多为拉应力，而纵扭超声磨削Si3N4陶瓷表面多为残余压应力，进而纵扭超声磨削Si3N4陶瓷亚表面损伤深度比普通磨削最大可降低38%，且其理论仿真结果与试验结果误差不超过10%，可为Si3N4陶瓷高性能零件的超精密加工提供新的加工方法。
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  基于超图相关距离判别投影的轴承故障诊断方法

  苏树智，张志鹏

  振动与冲击. 2023, 42(23): 103-111.

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  针对滚动轴承故障数据维度过高以及不同特征属性交错导致的故障分类困难，提出了一种基于超图相关距离判别投影（Hypergraph Correlation Distance Discriminant Projection，HCDDP）的轴承故障数据降维方法。该方法使用超图结构描述了故障样本间的空间结构关系，并利用轴承故障信号的监督信息构建出类内和类间超图。超图更加有效的揭示了故障数据的复杂多重结构，相比传统简单图结构更好的表达了故障样本间的内在性质和多元关系。同时，在超图中提出使用皮尔森相关系数构造了一种新的度量来计算高维流形中样本的测地距离，解决了欧氏距离受故障数据取值范围敏感导致的分类不准确问题。超图相关距离判别投影方法具有的非线性数据高阶关联能力更好的解决了轴承故障的分类代价敏感。本方法在美国凯斯西储大学轴承数据集和西安交通大学轴承数据集上进行了验证。实验结果表明，本方法能够有效利用样本间的多元结构关系和判别信息，提高轴承故障的识别率。
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  聚丙烯网水泥砂浆面层加固砖砌体结构振动台试验及数值模拟

  刘祖强1,2，梁钰强1，张风亮3，薛建阳1,2

  振动与冲击. 2023, 42(23): 112-123.

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  以陕西省蓝田县的单层砖砌体结构为原型，制作了1/2缩尺的试验模型，并对其进行了聚丙烯网水泥砂浆面层加固。完成了加固模型的地震模拟振动台试验，分析了加固模型的地震破坏过程及破坏形态。基于试验研究，采用ABAQUS建立了聚丙烯网水泥砂浆面层加固砖砌体结构的有限元模型，将加固模型的动力特性、动力响应和地震损伤分布的计算结果与试验结果进行了对比分析，验证了有限元模型的合理性，进而对是否加固、面层水泥砂浆强度和聚丙烯网格间距进行了参数分析。结果表明，聚丙烯网水泥砂浆面层加固砖砌体结构的破坏主要发生在门窗洞口角部、纵横墙交接处及纵墙的檩条下方；有限元计算结果与试验结果吻合较好，能够较好地反映加固模型在地震作用下的受力性能；聚丙烯网水泥砂浆面层加固能够抑制裂缝的产生和发展，减小动力响应，有效提升砖砌体结构的抗震性能；随着面层水泥砂浆强度的提高和聚丙烯网格间距的减小，加固模型的地震损伤程度不断减轻、动力响应逐渐减小。
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  复合材料曲梁的能量辐射传递模型研究

  余海宁，陈海波，黄进安

  振动与冲击. 2023, 42(23): 124-132.

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  本文旨在将能量辐射传递法（RETM）推广应用于复合材料曲梁的分析中，用于预测曲梁的高频能量响应，获得横向点激励作用下曲梁高频振动的能量密度分布特征。首先基于欧拉-伯努利梁（CBT）和铁木辛柯梁理论（TBT）推导了曲梁的平衡微分方程，获得波的传播特性参数。通过与波传播法（WPA）计算得到的理论解进行对比，验证曲梁模型的正确性。通过对比CBT与TBT梁理论计算结果，得出转动惯量与剪切应力的影响主要在较高频段以及较大梁厚的情况下发生。讨论了曲率半径对曲梁高频振动响应的影响，曲率半径的影响主要是改变曲梁轴力以及曲梁的弯曲刚度进而影响曲梁的高频振动响应。最后，讨论了不同碳纳米管（CNT）体积分数以及分布形式对碳纳米管增强复合材料（CNTRC）曲梁高频振动的影响。
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  一种含惯容的接地刚度时滞反馈动力吸振器的多目标优化设计

  杨柳青，赵艳影

  振动与冲击. 2023, 42(23): 133-143.

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  惯容和接地刚度可以通过改变振动系统的固有频率对系统的一部分振动起到抑制作用，在被动控制系统中耦合时滞反馈主动控制是一种相对操作简单且有效的振动主动控制技术。本文通过对含惯容的接地刚度时滞反馈动力吸振器系统进行多目标优化设计，通过对系统结构参数和控制参数进行优化，实现了对主系统共振峰幅值、反共振峰幅值、反共振频带对称性的有效控制。首先,通过固定点理论得到接地刚度系统的最优结构参数。其次,通过Cluster Treatment of Characteristic Roots(CTCR)方法对控制系统进行稳定性分析，得到振动系统稳定的反馈增益系数和时滞控制参数的稳定区域。再次，在满足优化准则的前提下，根据反共振频带的对称性得到最优惯容比。最后，结合最优结构参数和准则，得到满足优化目标的控制参数区域。研究表明，针对任意一个外激励频率，在控制参数区域内存在一对反馈增益系数和时滞的最优参数，能够将主系统的振幅抑制到最小值。幅频响应曲线和时间历程响应曲线的数值模拟结果与解析结果吻合，证明了本文结果的可靠性。本文研究结果为时滞主动控制动力吸振器的优化和设计提供了理论依据。
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  双侧亥姆霍兹声学超材料带隙特性

  孙维鹏，沈名钊，钟可欣，刘园园，赵道利

  振动与冲击. 2023, 42(23): 144-150.

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  为了有效抑制低频噪声并拓宽低频带隙，设计了一种具有低频宽带的双侧亥姆霍兹声学超材料。通过有限元法对系统能带结构和传输谱进行计算；通过能带结构上各点振动模态对带隙形成机理进行分析；运用弹簧质量模型计算等效带隙频率，并探究了结构参数对带隙的影响。结果表明：通过改变结构参数可实现带隙超车现象，在亥姆霍兹谐振腔材料为钨，其壁厚和高度分别为1.0 mm、6.0 mm，包覆层半径为4.6 mm，基板厚度为1.0 mm时，模型的带隙起始频率为195.8 Hz。在此参数下，第一完全带隙宽度拓宽至758.1 Hz。所设计的双侧亥姆霍兹声学超材料能够为低频噪声控制提供参考。
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  导流板旋向对螺旋铜管换热器传热性能的影响

  季家东1，倪旭旺1，张经纬1，李飞扬2，陈清华1

  振动与冲击. 2023, 42(23): 151-158.

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  为了获得具有更高综合传热性能的螺旋铜管(Helical Copper Tube, HCT)换热设备，基于两种导流方案的换热器：螺旋导流板(Spiral Deflector，SD)、HCT同旋向换热器(记为：SSD-HCT换热器)和SD、HCT反旋向换热器(记为：OSD-HCT换热器)，采用双向--流固耦合计算法，研究了SD旋向对HCT振动强化传热性能和换热器综合传热性能的影响。研究表明：对于SSD-HCT换热器，壳程流体纵掠HCT，场协同角接近90°，HCT传热性能不佳，壳程流体出口温度较低；对于OSD-HCT换热器，壳程流体横掠HCT，场协同角较小，HCT传热性能较佳，壳程流体出口温度较高。SD和HCT同旋向布置时，换热器内HCT的传热性能较差，但HCT振动强化传热的效果明显；SD和HCT反旋向布置时，换热器内HCT的传热性能较好，但HCT振动强化传热的效果不明显。此外，换热器的综合振动强化传热能力随流速的增加而降低，SSD-HCT换热器的综合振动强化传热能力较高。
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  穿甲弹斜侵彻钛合金靶板试验与数值模拟研究

  李钊 1， 孙旭光 1，周中锋 2

  振动与冲击. 2023, 42(23): 159-166.

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  为研究穿甲弹斜侵彻钛合金靶板的极限跳飞角度及相关影响因素，开展了7.62mm穿甲燃烧弹的弹道冲击试验，获取了弹体斜侵彻不同厚度、不同倾斜角度钛合金靶体的极限跳飞角度。同时利用有限元软件LS-DYNA对穿甲弹斜侵彻钛合金靶体进行数值模拟仿真，并与试验数据对比验证模型的有效性。随后讨论了靶板倾角与靶体厚度等因素对弹道性能的影响规律。结果表明：靶板倾角的增大有效降低了穿甲弹的穿甲能力，弹体贯穿后的剩余速度及姿态变化角随靶板倾角的增加而分别呈现非线性下降与上升的趋势；钛合金靶板的极限跳飞角度对靶板厚度敏感，极限跳飞角度随靶板厚度的增加而非线性下降。
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  熨平板振动压实特性与摊铺密实度控制方法研究

  罗清云1，吴平2，刘洪海1，贾洁1

  振动与冲击. 2023, 42(23): 167-174.

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  为了控制摊铺密实度，针对摊铺机熨平板与铺层材料构成的振动压实系统，将铺层材料对振捣机构的作用力展开为傅里叶级数形式，并考虑振捣器惯性力，建立了熨平板在振捣激励和振动激励作用下的振动模型；基于熨平板振动模型，研究了振动频率、压实系统固有频率、阻尼比对熨平板振幅影响，建立了铺层材料密实度与熨平板振幅的关系模型，提出了铺层材料密实度控制方法，并通过试验进行了验证。研究结果表明：基于振捣器与混合料周期接触分离的熨平板振动模型，得到的熨平板加速度频谱包含由振动频率、振捣频率及其二次谐波分量，仿真结果与现场试验一致；当摊铺材料为AC25，振动频率由10Hz增加至35Hz，熨平板振幅增大，铺层材料密实度升高；通过调整熨平板振动频率，可实现铺层材料密实度控制，提升路面施工质量。
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  考虑SSI效应时的下一代大型海上风力机抗震控制研究

  余洁1，秦志豪1，杨阳1,2，戴靠山2

  振动与冲击. 2023, 42(23): 175-182.

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  为研究地震载荷对海上风力机结构动力响应，本文以IEA 15 MW单桩风力机为研究对象，基于开源软件FAST二次开发，考虑土-构耦合效应，通过模态加速度法和调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper，TMD）编写了海上风力机地震动力学仿真及结构控制程序，研究了三种不同载荷场景下风力机结构动力响应变化以及TMD对塔架振动效果的影响。结果表明，地震载荷为风力机塔架振动的主要因素，风载荷与波浪载荷对地震后塔顶纵向位移影响较大；TMD能有效降低塔顶振动，可降低峰值40%以上，对地震后塔基面内弯矩降载明显，标准差可降低70%。
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  考虑RNA运行作用的近海风电结构主动质量阻尼器振动控制研究

  白久林1, 2，李晨辉3，王宇航1, 2

  振动与冲击. 2023, 42(23): 183-191.

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  由于风电塔上部的风轮-机舱组件(Rotor-Nacelle Assembly, RNA)在运行状态中的非线性控制策略，风电塔顶加速度频响特征复杂，其中风轮3倍转频激励(3P)响应最为突出。本文考虑一种单自由度等效风电塔模型，通过OpenFAST软件确定RNA运行作用下的结构动力参数与气动荷载，开展了基于线性二次型调节(Linear Quadratic Regulator, LQR)算法的主动质量阻尼器(Active Mass Damper, AMD)对风电塔顶前后向加速度响应的控制研究，以被动调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper, TMD)为对照考察了AMD的减振性能与控制特点。结果表明：在RNA运行作用下，AMD具有比TMD更好的控制表现，其控制作用可一定程度抑制3P频段的响应。
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  基于蒙特卡洛的电子雷管延期误差对隧道爆破振动影响研究

  刘翔宇，龚敏，杨仁树，吴昊骏，王思杰

  振动与冲击. 2023, 42(23): 192-198.

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  复杂环境下城区隧道爆破对振速要求严苛。为研究电子雷管延期误差对多孔延时爆破叠加振动的影响，以重庆市北大道隧道为背景，基于Anderson理论计算多孔爆破叠加最大振速，首先探讨考虑各段电子雷管延期误差的必要性，采用蒙特卡罗法和遍历法，设计计算程序，分析研究不同延时、不同孔数和不同延期精度下电子雷管延期误差对爆破叠加振速的影响规律。研究结果表明，在考虑电子雷管±1 ms延期误差时，各延时的叠加最大振速几乎均有增大。延期误差对较小延时的影响显著，当考虑延期误差时，较小的延时（<20 ms）叠加振速全部超标，而较大的延时（>20ms）存在部分延时的叠加振速未超标。掏槽孔数主要影响延期误差对较小延时的叠加振速，随着掏槽孔数的增加，4 ms、5 ms延时有无延期误差的叠加最大振速差值增大。电子雷管延期精度与叠加最大振速近似成线性关系，电子雷管延期精度对较小延时的影响更为显著。研究结果可为工程实践中的电子雷管参数设计和振动控制提供参考。
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  含裂纹圆拱的模态参数分析

  熊峻巍1,2，卢文波1,2，王高辉1,2，刘义佳1,2，王洋1,2

  振动与冲击. 2023, 42(23): 199-208.

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  基于圆拱振动微分方程，引入基于断裂力学的线弹簧模型，分析了含单裂纹圆拱的面内自由振动特性；基于摄动理论，揭示了不同裂纹位置和裂纹深度下结构的模态变化规律；同时结合有限元模型，对比了拱结构内、外侧裂纹对结构模态参数的不同影响。最后，利用损伤拱试验数据，检验了建立的含裂纹拱力学计算模型的适用性与可靠性。结果表明：在拱结构中，各阶模态对裂纹损伤的依赖性不同，当损伤靠近某阶振型峰值点或固定端时，该阶模态固有频率下降显著；同阶模态中拱外侧裂纹在振型峰值较大处对损伤敏感，而内侧裂纹在振型峰值较小处敏感。
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  四次累积发放神经元同宿环及周期解的存在性和稳定性分析

  吴建梅，徐洁琼，王俊杰，徐启祥

  振动与冲击. 2023, 42(23): 209-214.

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  本文通过分析具有脉冲效应(状态重置过程)的四次累积发放神经元模型的同宿分岔，研究了该系统周期解的存在性和稳定性。主要针对系统具有两个平衡点的情形，对系统鞍点附近的动力学行为进行了定性分析，研究了多种情况下系统的1-阶同宿环的存在性。以 为分岔参数，当系统发生同宿分岔后，利用脉冲动力系统理论及庞加莱映射的不动点理论，证明了不同情形下1-阶同宿环附近1-阶周期解的存在性和稳定性。最后，数值模拟了系统的周期解，验证了理论结果的正确性。本文所采用的方法提供了一种寻找脉冲动力系统周期解的策略。
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  基于FxRLS自适应逆补偿的振动控制策略研究

  王敏 1,2,廖松泉 1，钟雨轩 1,3

  振动与冲击. 2023, 42(23): 215-222.

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  为满足航天器中搭载的高精度设备对振动环境要求的不断提高，提出将滤波-x最小均方（Filtered-X Recursive Least Square，FxRLS）自适应算法与逆补偿方法结合应用于隔振系统中。首先从系统动力学模型和自适应逆补偿算法两方面展开了理论分析，通过FxRLS自适应控制对系统响应进行精确跟踪，利用逆补偿控制对系统振动进行主动消除。为验证控制策略的有效性，在Simulink和实验环境中，搭建了验证系统。结果表明：对不同激励信号下的跟踪性能及振动消除效果进行仿真分析，自适应逆补偿输出的控制信号能够有效跟踪负载端振动信号，跟踪率最高可达99.97%。相比滤波-x最小递归二乘（Filtered-X Least Mean Square，FxLMS），FxRLS在跟踪速度和跟踪精度两方面的综合性能更优。应用FxRLS自适应逆补偿控制后，实验显示随机扰动隔振率达到了66.7%。实验与仿真结果都证明了本文控制策略的有效性。
  关键词：振动隔离；自适应算法；逆补偿控制。
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  基于逆传感网络模型辨识的激波管动态压力重构

  李永生，姚贞建，刘臣，丁义凡

  振动与冲击. 2023, 42(23): 223-230.

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  提出一种基于逆传感网络模型辨识的激波管动态压力重构方法。首先，基于经验模态分解，将压力传感器动态响应信号分解为一系列不同频带的分量；然后，采用相关系数和振铃幅值占比指标，实现振铃分量和趋势分量的识别，构建逆传感网络模型训练集和测试集；最后，基于双向长短期记忆神经网络训练及测试，建立压力传感器逆传感网络模型，实现激波管动态压力重构。分别通过仿真实验和激波管测量实验验证本文方法对于动态压力重构的性能。仿真实验结果显示，重构的动态压力信号的RMSE和MAPE远小于传统趋势估计法，其值比LSTM方法得到的结果分别减小了2倍和5倍，并且在不同阶数的压力传感器仿真实验中验证了本文方法的鲁棒性，通过对比不同压力传感器系统下该方法的动态压力重构精度，验证了本文方法的适用性；激波管测量实验结果显示，模型训练和测试输出的RMSE和MAPE分别为0.0016 V、0.0036%和0.0025 V、0.062%，重构得到的激波管动态压力在平稳区间内的平均相对误差约为2.14%。
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  高速列车轮轨噪声控制的新型声屏障设计方法研究

  张小安1,宋杲1，曹兴潇1，朱胜阳2，杨建近2，张晓芸1

  振动与冲击. 2023, 42(23): 231-239.

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  我国轨道交通的基础建设已得到了快速的发展。随着新版《中华人民共和国噪声污染防治法》的实施，轨道交通对于沿线声环境的污染防治也将成为后期重点关注的问题之一因此有必要提高轨道交通重要降噪设备声屏障在隔声性能方面的要求。本文针对轨道交通轮轨噪声的频段范围，基于Bragg带隙机理提出了三种针对轨道交通轮轨噪声的新型的二维气-固声子晶体型能带结构设计方案，分析了三种设计方案对应的带隙特性，并通过声传递损失评价了三种设计方案的隔声效果。研究表明，本文结合声子晶体理论设计的能带结构排布方式，能够对特定频段内的轮轨噪声形成高效的阻隔；通过合理设计散射体的布置形式和几何参数，可进一步实现特定多频段的有效隔声；因此将本文提出的方案应用于声屏障设计，能够有针对性地提升声屏障的隔声性能。
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  复杂轮廓膜式空气弹簧非线性结构参数统一模型

  陈俊杰1,张盛蓬1,刘昊1,袁显举2,李国全3

  振动与冲击. 2023, 42(23): 240-252.

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  结构参数是影响空气弹簧力学性能的关键因素，复杂活塞轮廓的膜式空气弹簧具有结构参数复杂、力学性能非线性强及承载力随工作高度不断变化的特点。建立基于关键设计参量的复杂轮廓膜式空气弹簧非线性结构参数统一模型是设计阶段分析、优化空气弹簧力学特性的重要途径。文中针对具有直线与圆弧复合的复杂活塞轮廓的膜式空气弹簧结构参数建模问题、橡胶气囊外径随弹簧高度动态变化的问题、和复杂活塞轮廓所带来的力学性能非线性问题等，以直线段轮廓内锥角、圆弧段轮廓半径为关键设计参量，建立了复杂活塞轮廓的膜式空气弹簧非线性结构参数统一模型，揭示了关键设计参量对结构参数、刚度的影响规律。结果表明，运用文中所建立的统一模型所预测的膜式空气弹簧结构参数与试验结果最大相对误差为10.98%，不同压强下静刚度相对误差均小于7%，承载力最大相对误差均小于9%，证明了结构参数统一模型的有效性。研究结果为活塞轮廓精细化设计及膜式空气弹簧的刚度、承载特性预测与优化提供了理论指导。
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  基于近似贝叶斯计算的包装件模型选择和参数估计

  朱大鹏 1,曹兴潇 2

  振动与冲击. 2023, 42(23): 253-259.

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  准确构建包装件模型是进行运输包装安全评价的基础，构建包装件模型包括模型类型选择和模型参数估计。考虑到包装件模型的不确定性和误差，需在贝叶斯推断框架下构建包装件的参数不确定模型，由于在计算似然函数中存在着一系列困难，利用传统贝叶斯推断估计模型参数存在着计算效率低，计算误差大的缺点。本文结合序贯蒙特卡洛和重要性采样，采用近似贝叶斯计算替代传统的贝叶斯推断，该方法可以避免似然函数的计算，随着阈值的减小，该方法可在多种备选模型中优选出最佳模型，同时模型参数收敛至参数真值附近。对包装件进行随机振动实验，对实验数据进行分析，结果表明，Bouc-Wen模型(n=2)是最佳包装件模型，该模型可准确预测包装件的振动响应。
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  爆破载荷作用下高地应力巷道PPV衰减规律研究

  乔国栋1，2，刘泽功1,2，高魁1，傅师贵1，2，张健玉1，2，刘华举3

  振动与冲击. 2023, 42(23): 260-266.

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  为了研究深部高地应力条件下巷道围岩质点峰值振动速度（PPV）衰减规律，以淮南潘三矿超前卸压预裂爆破扰动瓦斯综治巷为工程背景，使用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件对不同地应力下巷道围岩的PPV衰减规律进行研究。使用理论分析与数值模拟相结合的方法，从动应力、振动能量的角度对地应力与PPV之间的关系做出了解释。结果表明：随着爆心距增大，PPV整体上呈指数型衰减；在相同爆心距下，地应力越大，PPV越小且衰减速度越慢；随着爆心距增大，地应力对PPV抑制作用减弱；由于爆炸应力波的反射叠加效应，巷道迎爆侧围岩PPV衰减曲线出现反复波动，在自由面处获得最大峰值。迎爆侧围岩仍然遵循地应力越大PPV越小的规律。研究结果对深部高地应力爆破作业方案优化设计及深井爆破振动安全判据、构筑物动力响应特征的研究具有指导意义。
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  高速铁路钢轨波磨高发区段弹条断裂机理研究

  周世祺 1, 崔晓璐 2, 杨冰 1

  振动与冲击. 2023, 42(23): 267-275.

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  我国高速铁路钢轨在长期应用中出现了大量波浪形磨耗（简称钢轨波磨），且在钢轨波磨高发区段伴随着大量扣件弹条的断裂问题，具有重大安全隐患。为探究我国高速铁路扣件弹条在钢轨波磨高发区段的断裂机理，首先现场调研掌握了广深高铁波磨区段的弹条断裂情况，并构建了波磨高发区段的轮对-钢轨-扣件系统有限元模型；然后从共振特性角度，对比分析了波磨诱导的轮轨系统振动与扣件弹条的固有振动特性；进而从疲劳特性角度，基于线性累积损伤理论分析了扣件弹条的疲劳寿命；最后，从波磨特性与弹条扣压的角度，提出了相应的高速铁路钢轨波磨区段扣件弹条断裂的控制方法。研究结果表明：在钢轨波磨高发区段轮轨激励频率与安装状态下弹条的固有频率相近，由此产生的共振现象可能是导致弹条断裂的主要成因；轮轨激励造成的剧烈振动使弹条疲劳寿命急剧降低，计算寿命为39.5万次，明显低于设计寿命500万次的要求；通过控制钢轨波磨深度，保证弹条正常扣压的方法，均可以有效保证扣件弹条使用寿命。
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  单流体空化模型在水下爆炸诱导空化问题中的对比分析

  金泽宇 1， 殷彩玉 2，孔祥韶 1

  振动与冲击. 2023, 42(23): 276-283.

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  在龙格库塔间断伽辽金数值框架下建立了空化截断、修正的Schmidt和等熵空化流三种单流体空化模型，应用于水下冲击波与浮在自由面平板相互作用、水下冲击波与弹性支撑平板相互作用及水下冲击波与水背衬平板相互作用三个实例中。对比分析三种不同空化模型计算获得的流体和结构响应，得到单流体空化模型应用在水下爆炸问题时，饱和蒸汽压、输入载荷强度等因素对不同空化模型计算结果的影响。该结果对应用单流体模型求解水下爆炸问题提供依据。
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  飞机风挡不同位置遭遇轻型无人机高速碰撞损伤敏感性研究

  陆晓华1 张柱国2 张迎春2 左洪福1

  振动与冲击. 2023, 42(23): 284-292.

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  以Phantom 4 Pro典型轻型无人机和某型商用飞机主风挡为对象，通过仿真方法研究飞机风挡不同位置遭遇无人机高速碰撞损伤敏感性，分析在高速仿真碰撞过程中无人机撞击各个目标点的接触力变化及其在典型时刻无人机刚性组件序惯撞击目标位置造成的耦合损伤结果，并从多层风挡玻璃及其周边固支结构的吸能变化角度解释了造成风挡不同位置损伤程度差异的原因。研究表明飞机主风挡的中间区域是抗无人机冲击最薄弱的部位，无人机的大质量部件是主要冲击损伤源，风挡玻璃的吸能大小与其损伤程度具有正相关趋势。无人机以平飞姿态与飞机在巡航速度下撞击经过适航验证的飞机风挡结构时，风挡玻璃整体仍然是安全的。研究结果为航空运输实践中新兴出现且越来越频繁的安全隐患提供一定的理性认识和技术预研支撑。
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  碎冰航道中航行船舶阻力数值预报

  唐湘杰1, 邹明1,2, 邹早建1, 邹璐1

  振动与冲击. 2023, 42(23): 293-299.

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  北极运输船舶常航行于由破冰船开辟的碎冰航道中；尽管这避免了船舶与层冰碰撞引起的巨大冰阻力，但船舶与航道中碎冰的相互作用受到两侧层冰的影响，进而会对船舶的航行性能产生影响。目前，碎冰航道两侧层冰对船舶航行性能的影响尚未得到充分研究，是否考虑这一影响是北极船舶设计的一个重要问题。本文采用CFD-DEM（Computational Fluid Dynamics - Discrete Element Method）耦合方法模拟船舶在碎冰航道中的航行过程并分析船-碎冰相互作用特点，进而对船舶阻力进行数值预报。首先，开展了网格和时间步长的收敛性分析以评估数值误差和不确定度，验证了数值模型的可靠性。在此基础上的预报结果表明，由于两侧层冰对船舶兴波产生影响，船舶水阻力随航道宽度的减小而小幅增大且主要为压阻力的增加；船舶冰阻力随航道宽度的减小而迅速增大，船体两侧的碎冰堆积现象是导致冰阻力增大的主要原因。
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  低速冲击下混凝土板的能量耗散研究

  赵嘉琛，古松，任松波、顾颖、孔超、杨莉琼

  振动与冲击. 2023, 42(23): 300-306.

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  针对混凝土板类构件在低速冲击作用下能量耗散的问题，采用落锤装置对6组混凝土板试件进行低速冲击试验，结合弹性力学理论计算了试件的弹性变形能，并通过能量守恒定律得出试件塑性变形能，分析了混凝土强度和落锤冲量对混凝土板破坏能量耗散的影响。结果表明：在低速冲击下混凝土板所吸收能量的98%都通过塑性变形能的方式进行消耗；混凝土强度不能完全决定受低速冲击混凝土板塑性变形能的耗能，混凝土板的塑性变形能随冲击能量的增大而增大，并呈现出很好的线性关系。该研究可对提高混凝土板类构件在低速冲击作用下的防护能力提供参考，以供防护工程设计所需。
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  Q460高强钢交错孔板疲劳损伤后力学性能研究

  梁刚1, 2，杨佳男1，李淑敏1，刘云贺1, 2

  振动与冲击. 2023, 42(23): 307-315.

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  为研究Q460高强钢交错孔板疲劳损伤后的残余力学性能，进行了9组共36个Q460高强钢试件的高周疲劳试验与疲劳损伤后静力拉伸试验，探讨了加载系数、损伤因子和交错孔数量等因素，对交错孔板破坏模式、荷载-位移曲线、承载力和应变分布模式等的影响规律。研究表明：当损伤因子增加到0.45时，三交错孔板试件的断裂路径与理论屈服线路径存在明显差异，且断裂面不规则；一定范围内增大损伤因子，多交错孔板的变形能力呈增加趋势，但试件较早出现承载能力突降等劣化现象。加载系数对多交错孔板极限承载力的影响程度与损伤因子密切相关；随着开孔数量增多，疲劳损伤对试件的承载力影响越大。基于AISC/ANSI 360-16和EN 1993-1-8规范，建立了考虑疲劳损伤的Q460高强钢多交错孔板残余承载力预测模型，该模型与试验结果吻合较好，可较好地反映疲劳损伤对多交错孔板试件承载力的影响规律。研究成果可为高强钢结构性能可靠性评估提供试验和理论依据。
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  汽车主动悬架次优控制策略等效性研究

  鲁红伟1， 张志飞1， 徐中明1， 谭侃伦2， 郑晓勇2

  振动与冲击. 2023, 42(23): 316-324.

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  相比于全状态反馈的悬架最优控制，非全状态反馈的次优控制在减少输入变量数的同时保持了相近的控制效果。对比了两种获得次优控制的方法，即最小范数法和双阻尼控制法，在保持与最优控制的等效性上的能力。通过综合考虑舒适性，悬架动挠度和轮胎动载荷，在三种不同类型最优控制(I型LQR控制、II型LQR控制和H∞控制)的合理参数范围内讨论次优控制策略的等效性，采用控制力相对差异来衡量次优控制对最优控制的等效程度。数值仿真结果表明，在合理控制参数范围内，双阻尼控制对LQR控制的等效程度更高，而最小优范数法获得的次优控制对H∞控制的等效程度更高。