振动与冲击

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谷子，樊圆，袁苗苗，卢文胜

振动与冲击. 2023, 42(4): 1-9.

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研究主余震耦合作用下具有非对称弹塑性特征的非对称摩擦阻尼器（asymmetrical friction damper ，AFD）对柔性支撑框架结构的减震作用。传统扁钢柔性支撑（tension-only brace，TOB）存在松弛问题导致柔性支撑结构在主余震耦合作用下性能严重退化。研究表明AFD适用于柔性支撑结构，具有非对称弹塑性特征，静摩擦阶段发挥非线性“自拉紧”效应，提供较大的恢复力；在滑动摩擦阶段提供稳定的附加阻尼。该研究对静摩擦阶段和滑动摩擦阶段分别给出了简化模型，对滑动摩擦阶段给出附加阻尼比计算方法。提出了基于AFD的拉紧保护模式和阻尼耗能模式。对比分析柔性支撑框架结构TOB方案和两种AFD方案的主震和主余震耦合弹塑性时程反应，TOB方案在中震主余震及大震主震下屈服，而在大震主余震分析下松弛导致结构破坏，证实柔性支撑结构在主余震耦合作用下存在较大风险；而两种AFD方案可有效保护结构，拉紧保护模式为结构提供了更高的减震上限，而阻尼耗能模式同样有效防止TOB过度松弛，在主余震作用下提升结构减震性能。

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架-钢板墙和组合柱-钢梁框架振动台试验研究

杨溥1，冯力强2，何翰卿1，李锋1，刘立平1，牛昌林3，魏宏亮3

振动与冲击. 2023, 42(4): 10-18.

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为深入研究钢框架-钢板剪力墙和钢管混凝土柱-钢梁框架两种典型装配式结构体系的整体抗震性能和拓展其在高烈度区的应用，以甘肃省装配式示范工程中的两栋高层（十层）住宅建筑方案为原型，进行了1/8缩尺模型的地震模拟振动台试验。结果表明，钢框架-钢板剪力墙结构中的钢板剪力墙首先达到屈服状态，随后框架上出现塑性铰，塑性损伤主要集中在钢板墙及相邻梁端，个别1层柱脚出现损伤，体现了“多道抗震防线”的理念，巨震后（1.20g）结构的自振频率降幅约为19.5%（X向）和17.4%（Y向）；钢管混凝土柱-钢梁框架结构的损伤主要在1层、四层及五层梁端，1层柱脚也出现少量塑性铰，体现了“强节点弱构件”的设计原则，巨震后结构的自振频率降幅约为19.5%（X向）和17.8%（Y向）。两类结构体系均能实现“小震不坏、大震不倒”的抗震设防目标，具有良好的抗震性能。此外，结构体系的侧向变形模式与整体结构的刚度分布密切相关，并且随着地震动峰值的增大愈加明显，钢框架-钢板剪力墙的抗侧刚度沿着高度呈降低趋势，整体呈现弯曲型的特征，钢管混凝土柱-钢梁框架（1层除外）抗侧刚度沿着高度分布较均匀，整体呈现剪切型的特征。

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ECC冲击压缩力学特性及耗能机制的试验研究

罗银剑，李秀地，蔡涛，杨谨鸿

振动与冲击. 2023, 42(4): 19-27.

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基于分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)装置对工程水泥基复合材料（Engineered cementitious composite，以下简称ECC）在14.8~16.3 s-1、31.8~36.5 s-1、57.8~65.5 s-1、167.3~200.2 s-1四个应变率范围下进行冲击压缩试验，探究ECC在不同应变率下的动态力学特性及耗能机制。试验表明，ECC的动态抗压强度和动态峰值应变呈现出显著的应变率增强效应，在低应变率下纤维掺量对ECC动态抗压强度和峰值应变的增加作用较强，在高应变率增强作用不明显；纤维掺量对ECC在不同应变率的应力应变曲线具有类似的影响，在低应变率下纤维掺量的对ECC应力应变曲线形态的影响大于高应变率；ECC的耗能能力与破坏形态有关，在能耗比达到90%以上时，纤维掺量为2.0%和2.3%的ECC的完整度是基体材料的4倍，充分体现了ECC在抗爆加固领域的优势，为ECC在抗爆抗冲击领域的应用提供技术参考。

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动载下含预制裂纹砂岩的力学特性及破裂过程研究

石浩1,2,3，张后全2，宋雷2，李明2，黎明镜1，林钢4，施鑫1，龙伟1，吴捷豪1

振动与冲击. 2023, 42(4): 28-38.

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深入研究缺陷岩石的动力特性对保障深部煤矿巷道等地下硐室在掘进爆破、老顶来压等强扰动作用下的长效稳定具有重要意义。本文基于天然裂纹长度的幂律分布假设，利用颗粒流软件建立了霍普金森压杆试验系统以及含不同数量分布裂纹的砂岩试件模型，研究了在冲击荷载作用下预制分布裂纹数量对砂岩试件强度、破坏等力学特性的影响。结果显示：（1）随预制裂纹数量NPC（Number of Prefabricated Cracks）的增加，砂岩试件强度近似呈线性减小趋势，而弹性模量降低规律更接近三次方程。并且，随NPC的增加，试件强度、弹性模量的离散性逐渐增大，试件峰后应力的降低过程也更为复杂。（2）随NPC的增加，试件的AE事件曲线由单峰值、高极值向多峰值、低极值转变。（3）冲击荷载作用下，试件中新生裂纹沿应力波传播方向渐进分布，由散斑形式逐渐连通扩展为片层状。并且随NPC的增加，试件的破坏模式由四周破坏形式转变为自左至右的渐弱破坏形式。（4）试件主要沿应力波传播方向发生破裂，并且NPC越少，倾角沿应力波传播方向的新生裂纹占比越大。

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动力传动机构四点接触球轴承的振动特性分析

田凯文1，邱明1,2，王东峰3

振动与冲击. 2023, 42(4): 39-47.

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针对动力传动机构四点接触球轴承的振动开展研究，建立了考虑润滑的四点接触球轴承振动分析模型，并以QJ214四点接触球轴承为例，对不同结构参数及工况参数下轴承的振动特性进行了理论分析。结果表明：四点接触球轴承径向游隙和滚动体数量越小，轴承振动越小；内外圈沟曲率半径系数对轴承振动的影响较大，合理选择内外圈沟曲率半径系数可以有效降低轴承振动；润滑剂可以缓和振动冲击，减小轴承的振动；对四点接触球轴承施加合理的轴向载荷可以降低轴承的振动。

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基于混合TPA的水电机组厂房振动传导研究

秦净净1,2,3，职保平1,2,3，杨春景1,2,3

振动与冲击. 2023, 42(4): 48-53.

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机组的稳定运行对水电站厂房上下游的经济和社会发展具有重要支撑作用，新时期对水电机组厂房的稳定性要求愈发增高，但以原型观测为基础的振动理论分析与工程实践仍然滞后。为解决水电厂房测点数量不足的问题，本文以原型观测为基础，考虑大体系非线性结构的耦合振源传播与放大机理，以实测与仿真计算FRF为核心，搭建混合TPA模型，开展原型-仿真联立分析的水电机组振动传递研究，识别水电机组未测振源、确定振动成分的贡献量等，明确影响响应目标点振动水平的根本原因，并提出局部结构减振措施，形成一套基于传递路径分析方法的水电站厂房振动分析与控制，为我国水电机组的安全稳定运行、结构设计和优化奠定理论基础。

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深部岩石爆破主裂纹扩展方向与地应力的关系

葛进进1，徐颖1,2，程琳1，宗琦1

振动与冲击. 2023, 42(4): 54-64.

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岩石巷道掘进爆破表明，高地应力环境下的岩石破坏与低地应力条件下或浅埋岩体下的岩石破坏有所不同。其中，地应力对爆破主裂纹的扩展方向影响较大。本研究利用一种符合硬岩力学特性的透明模型相似材料，开展双向荷载作用下透明岩石爆破相似模型试验，研究初始地应力作用下岩石爆生裂纹扩展的规律。试验结果表明：具有初始静载作用的试件，其径向主裂纹的扩展由无初始应力时的放射状转变成沿着主应力方向扩展；径向裂纹的扩展长度和数量均随侧压力系数的增加而逐渐减小；最长径向主裂纹扩展方向与最大主应力方向的夹角随着侧压力系数的增大而逐渐增大。同时，基于爆炸力学、弹性力学和应力波理论，建立可定量描述初始地应力与爆破主裂纹扩展方向关系的等式，即 tan⁡φ=σ_x/σ_y (0≤ φ ≤45°)。由计算式所得主裂纹扩展方向与地应力方向的夹角和物理模型试验所得基本一致，这对理解高地应力条件下岩石爆破破裂机理具有重要的现实意义。

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考虑单元网格尺寸影响的RTCL准则修正及应用研究

刘赫崴，刘昆，王秀飞，王正耀

振动与冲击. 2023, 42(4): 65-70.

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考虑单元网格尺寸对船体碰撞失效仿真结果的影响，开展拉伸试验与仿真，通过回归分析得到网格尺寸与失效应变的函数关系，基于该函数对RTCL失效准则进行修正并编写VUMAT子程序。最后开展多种应力状态下的拉伸试验与仿真，对比修正前后仿真结果可知：修正方法可有效降低不同应力状态下仿真的网格尺寸效应，其中对于中低应力三轴度状态的修正效果显著，对于高应力三轴度状态的修正效果稍差。

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冲击荷载下高温喷淋冷却碳纳米管混凝土破裂分形研究

田威，高芳芳

振动与冲击. 2023, 42(4): 70-80.

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在混凝土中掺入具有高强、高韧和良好热导性的多壁碳纳米管（multi walled carbon nanotubes ,MWCNTs）对普通混凝土的耐高温性能进行了增强，并以分形维数为指标研究了高温喷淋冷却后碳纳米管增强混凝土在冲击荷载作用下的分形特征和能耗特性，建立了分形维数与动强度、能耗及冲击韧性之间的关系。研究结果表明，高温喷淋冷却后的混凝土在冲击载荷下，其冲击破碎块的分形维数随应变速率和温度的增大而增大；在同一温度下，混凝土的动态抗压强度、能耗和冲击韧性随着分形维数的增加而增加；在同一冲击气压下，混凝土的动态抗压强度、能耗和冲击韧性随着分形维数的增加而减小；相比而言，添加了碳纳米管后混凝土高温喷淋冷却后在冲击荷载下的破裂程度得到有效缓解，其分形维数减小，能耗、冲击韧性和动强度都得到明显提高。

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基于实时退化量的数控机床状态维修检测间隔期决策研究

任丽娜，陈锦涛，李建华

振动与冲击. 2023, 42(4): 81-87.

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针对传统状态检测易造成过度检测的问题，提出一种基于实时退化量的数控机床状态检测间隔期确定方法。基于Gamma过程描述数控机床的退化过程，并结合等故障风险，给出退化过程前期的状态检测间隔期；给出系统状态处于缺陷阈值时的期望剩余寿命，并利用其对退化过程后期的状态检测间隔期进行约束，建立两阶段非等周期状态检测间隔期决策模型。以数控机床主轴的加工精度退化过程为例对所提方法进行验证，并与等周期状态检测和基于可靠度的状态检测方法进行对比分析，结果表明，该方法能够大大减少检测次数，降低维修费用，避免了过度检测。研究成果可为合理确定状态检测间隔期提供参考和借鉴。

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基于RPCA低秩稀疏分解的循环频率检测方法

王冉1，余龙靖1，余亮2，蒋伟康2

振动与冲击. 2023, 42(4): 88-94.

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在强噪声干扰时循环频率的准确检测对于循环平稳信号处理有重要意义。本文提出了一种低信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）下将基于鲁棒主成分分析（Robust Principal Component Analysis, RPCA）的低秩稀疏分解技术应用于循环谱密度（Cyclic Spectral Density, CSD）矩阵，从而进行循环频率检测的新方法。首先，采用RPCA将循环谱密度矩阵分解为表示噪声干扰的低秩矩阵和表示循环平稳特征的稀疏矩阵。随后，利用稀疏矩阵构造检测函数实现循环频率的自动检测。仿真结果证明了该方法在强噪声干扰下检测概率方面的优越性，并可根据检测各阶循环频率谐波的受试者工作特征（Receiver Operating Characteristic, ROC）曲线为不同信噪比条件下选择检测阶数提供参考。为了进一步验证该方法在应用中的有效性，将该方法应用于滚动轴承的早期故障诊断中。滚动轴承加速疲劳寿命试验数据上的分析结果证明该方法能够在轴承早期故障阶段从低SNR的振动信号中准确检测出轴承的故障特征频率，实现轴承的早期故障诊断。

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近断层地震下大跨度钢桁架拱桥减震技术研究

江辉1,2，宋光松1,2，刘展铄3，郭辉4,5，卢文良1，周勇政6，曾聪1

振动与冲击. 2023, 42(4): 95-105.

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以我国某主跨400 m的铁路钢桁架拱桥为工程背景，采用低频速度脉冲叠加高频记录底波的方法合成近断层脉冲型地震动开展动力时程分析，研究了大跨度铁路钢桁架拱桥的响应特性及纵、横桥向减震技术。结果表明，近场脉冲型强震作用下，各构件的响应较未考虑脉冲效应时明显增大，交界墩墩底及横梁、引桥墩墩底等截面破坏严重，支座破坏严重，梁台存在碰撞风险。全桥布置摩擦摆支座可降低主拱应力，但无法有效控制桥墩弯矩响应，且会放大梁端位移；“摩擦摆支座+黏滞阻尼器”的纵桥向减震方案可使主拱应力、交界墩底弯矩、梁端位移分别下降28.53%，63.23%，22.52%，减震效果明显；横桥向增设防屈曲支撑可大幅减小桥墩横梁地震响应，交界墩下、中横梁弯矩降幅分别达58.89%，62.48%。采用上述组合减震措施可提升桥梁的整体抗震性能，满足抗震设防要求，可供同类型桥梁的减震设计参考。

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以频率误差控制为目标的自由振动问题自适应有限元分析

孙浩涵1,2，袁驷3

振动与冲击. 2023, 42(4): 106-115.

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对于自由振动问题，基于单元能量投影（element energy projection ,EEP）技术，对频率和模态同时进行误差控制的自适应有限元分析已建立，并被证明可靠且高效。在实际应用中，也存在另一类需求，即只需保证频率的精度，而并不关心模态误差大小。本文提出了频率超收敛计算方案，继而建立了整体频率误差和局部模态误差的转换关系，从而在整体上以频率误差估计控制算法停机，在局部上以模态误差估计驱动网格更新，最终建立了以频率误差控制为目标的自由振动问题自适应有限元分析策略。本方法的有效性在二阶Sturm-Liouville问题及弹性薄膜自由振动问题上得到了应用验证。

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铁荷载下横观各向同性CFG桩桩土复合路基减振特性研究

毕俊伟1,2,3，高广运1,4，耿建龙1,4

振动与冲击. 2023, 42(4): 116-125.

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基于2.5维有限元基本原理，推导横观各向同性地基2.5维有限元控制方程，利用等代桩墙对CFG桩桩土复合路基进行简化，建立高铁荷载下横观各向同性CFG桩桩土复合路基2.5维有限元分析模型。考虑不同车速，分析横观各向同性地基土体刚度比n对高铁荷载下地面振动的影响，研究CFG桩桩土复合路基的减振机理，探讨桩径、桩间距、面积置换率m对其减振特性的影响。结果表明：高铁荷载下地面振动随横观各向同性地基土体刚度比n的提高而减小；CFG桩能更多地将高铁运行引起的动荷载沿深度方向传导至复合路基深处，从而显著减小地面振动，且减振效果随与轨道中心距离逐渐增强；CFG桩桩土复合路基的减振效果随桩径增大或桩间距减小而增强，当桩径≥0.5 m或桩间距≤4倍桩径时，进一步增大桩径或缩短桩间距难以显著提高减振效果；振动衰减系数FVR随CFG桩桩土复合路基面积置换率m的增大而减小增大面积置换率m对减振效果的影响较小。

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含屈曲约束连接件的钢框架节点抗震性能研究

冯玉龙1,2，温昊1，种迅1,2，蒋庆1,2，朱毅1

振动与冲击. 2023, 42(4): 126-136.

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基于屈曲约束和损伤控制的思想，提出了一种含屈曲约束连接件的钢框架节点，连接件的一对核心板传递翼缘轴力并平衡梁端弯矩，对核心板设置了由约束板、填充板和梁外伸翼缘组成的屈曲约束系统。对有无设置约束板的两个试件进行了低周往复荷载试验，分析了节点的滞回曲线、骨架曲线、能量耗散和应变分布，考察了约束板对节点滞回性能的影响；采用有限元软件ABAQUS对该节点进行了数值模拟，研究了核心板螺栓和厚度对该节点滞回性能的影响。结果表明：提出的节点可以达到预期的屈曲约束和损伤控制机制，即核心板率先屈服耗能，约束板可防止核心板发生过大的面外屈曲，主体梁柱保持弹性，节点具有稳定的滞回性能和较大的变形能力；核心板上螺栓预紧力决定了核心板是否会滑移，进而影响滞回曲线的饱满程度，核心板厚度主要影响节点刚度、承载力和损伤分点理论骨架曲线

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小流量工况泵阀耦合系统失稳机理研究

于涛1，率志君1，王曦1，简洁1，李玩幽1，姜晨醒2，肖颀3

振动与冲击. 2023, 42(4): 137-144.

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在实际应用中，当泵阀耦合系统在小流量偏工况下运行时，系统容易发生流动失稳，并伴有剧烈的结构振动，严重时影响系统的可靠性。本文基于动网格和滑移网格技术，对泵阀耦合系统在小流量工况下的非稳态流致激励特性进行了数值模拟，并进行了试验验证。结果表明：由于离心泵导叶区域的周期性堵塞，流场内部出现低频压力脉动；离心泵的出口压力波动直接影响阀瓣所受流体力，导致弹簧止回阀发生颤振现象；阀瓣运动过程中，阀杆处的节流作用是引起泵阀耦合系统流量脉动的主要原因。综上分析表明离心泵和弹簧止回阀之间存在强烈的耦合作用，该研究可为泵阀系统耦合设计与优化提供理论指导。

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一种预报水下声辐射的无网格弱式径向点插值方法

吴绍维1,2，柯磊1，韩国文1

振动与冲击. 2023, 42(4): 145-155.

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提出了一种预报结构水下声辐射的径向点插值（Radial Point Interpolation Method, RPIM）耦合Modified Dirichlet-to-Neumann（MDtN）边界条件的无网格弱式方法。在RPIM-MDtN方法中，采用人工边界将结构外部无限问题域截断为有限计算域，利用RPIM构造声形函数，并在截断边界处施加MDtN边界条件，以提高计算精度和确保声波自由衰减及解的唯一性。在该方法中，声场量的插值无需使用网格或场点的连接属性。研究了该方法性能的影响因素，采用算例对该方法的有效性进行了验证。结果表明：与有限元法相比，该方法具有计算精度高和收敛速度快的优势，对声波数的敏感度显著降低；在要求高精度时，该方法具有计算效率的优势。

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复合运动激励下吊装多体系统振动分析与联合控制

颜世军，彭宇何，彭剑，任中俊

振动与冲击. 2023, 42(4): 156-162.

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建立了针对吊装系统在复合运动激励下的多体动力学模型，并给出了系统振动抑制的联合控制方法。以回转和变幅角速度为系统输入，分别利用作大范围运动的弹簧质量阻尼系统和空间悬吊系统描述吊臂弹性振动和吊物摆动，基于拉格朗日方程，采用递推列式法推导并给出了吊装多体系统5自由度空间运动方程。分别采用输入整形法和比例微分（PD）反馈控制法对吊物空间摆动及吊臂弹性振动进行振动控制，根据系统耦合振动特性，设计了能同时抑制吊臂振动和吊物摆动的联合控制器。系统振动分析及联合控制结果表明，所构建的动力学模型能有效分析回转和变幅复合运动激励下吊装多体系统的动力学特征，相比传统输入整形控制法，所设计的联合控制器对吊装多体系统的振动抑制效果得到较大提升。

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纤维取向对TC4/PEEK/Cf层板抗高速冲击性能的影响

滕威1，高立新2,3，袁潇洒4，王梦麟1，薛鹏博1，吴焱兵1，潘蕾1

振动与冲击. 2023, 42(4): 163-170.

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为研究高速冲击条件下TC4/PEEK/Cf层板破坏失效行为和机理，采用空气炮高速冲击实验探索了纤维取向对层板抗高速冲击性能的影响，并建立了误差有效控制的有限元模型。使用验证后的模型对不同变量下层板冲击实验进行算例丰富。实验和模拟结果表明：TC4/PEEK/Cf层板高速冲击下损伤模式主要是金属/复合材料界面分层、复合材料内部层间分层、金属塑性变形、复合材料撕裂断开等。通过对比不同纤维取向层板高速冲击破坏特征发现，TC4/PEEK/Cf层板抗高速冲击性能与纤维铺放角度有关。层板整体耗散冲击能量的性能随纤维交叉角度增大而提高，纤维单向铺放层板的弹道极限和能量耗散率最低，0°/90°纤维取向层板的弹道极限和能量耗散率最高，抗冲击性能最优。

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城市轨道交通地下线振动源机理和频率特性

杨宜谦1，刘鹏辉1，房斌2，董振升1，张宏亮3

振动与冲击. 2023, 42(4): 171-178.

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基于我国24个城市轨道交通地下线35个断面振动源的实测数据，分析了城市轨道交通地下线的振动源机理和时频特性，并利用钢轨、道床、隧道壁的实测振动数据识别车辆簧下质量和轨道耦合系统P2共振频率，导出扣件刚度；通过力锤敲击试验识别了轨道第1阶自振频率，导出扣件刚度。提出了P2共振和车轮磨耗激励频率是城市轨道交通环境振动和室内二次结构噪声的主要激励源之一，扣件垫板老化后刚度增大使P2共振频率提高，对二次结构噪声的贡献比对环境振动的贡献更为显著。Pined-Pined共振、轮轨粗糙度是城市轨道交通环境噪声和车内噪声的主要激励源。

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基于刚柔耦合的复合滚柱活齿传动动态特性分析

宜亚丽，赵腾，陈美宇，金贺荣

振动与冲击. 2023, 42(4): 179-184.

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针对实心滚柱活齿在运行过程中滚柱接触应力大和系统易产生较大振动噪音的问题，对滚柱活齿进行改进，提出一种复合滚柱活齿结构，在数值仿真过程中将复合滚柱活齿外圈和内芯以及实心滚柱活齿进行柔性化，分别建立了两种不同滚柱活齿传动的刚柔耦合动力学模型，对系统传动动态特性进行分析。仿真结果表明，复合滚柱活齿传动与实心滚柱传动相比，其动态啮合力和振动加速度的峰值及波动范围更小，输出更平稳。复合滚柱的柔性增大了滚柱活齿传动中的阻尼，使系统在运行过程中的冲击载荷减小，系统振动明显改善。振动试验表明，复合滚柱活齿样机所测振动加速度峰值明显降低，且整体传动振动噪声明显改善，复合滚柱活齿结构对传动过程减振降噪起到一定作用。

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不同润滑介质下气体静压轴承气锤自激振动研究

安磊，王伟，龚维纬

振动与冲击. 2023, 42(4): 185-193.

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为研究不同润滑介质对气体静压轴承气锤自激振动的影响，耦合时变的气膜流场控制方程、流量平衡方程和转子受力方程建立了轴承系统的单自由度气锤振动模型。利用有限差分法数值求解模型，得出气膜振动速度瞬态响应曲线用来判定轴承稳定性，并通过实验验证了模型的可靠性和程序的有效性。计算结果表明，使用氙气可以有效降低气锤自激振动的发生；对于氙气和空气的混合气体，随着氙气体积比的增大，气膜振动速度曲线衰减趋势加强轴承稳定性提高，轴承支撑力增大，且供气压力越高支撑力增大幅度越大；当氙气体积比从0增大到0.6时，轴承支撑力快速增大，临界供气压力也持续提高，当氙气体积比超过0.6后，轴承支撑力和临界供气压力增长缓慢，结合成本考虑，氙气体积比为0.6可作为最佳体积比。该研究为气体静压轴承气锤自激振动的抑制提供了新思路。

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基于数据融合及残差卷积自编码器的结构损伤识别方法

刘玉驰，蒋玉峰，王树青，马春可

振动与冲击. 2023, 42(4): 194-203.

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深海混输立管作业期间持续遭受外部风浪流耦合荷载及内部矿液两相流体磨蚀作用，长期作用下结构损伤逐渐积累。立管结构呈高长细比、柔性状态，传统结构损伤识别过程中存在模态参数识别困难、单测点响应损伤敏感度低等诸多问题。针对上述问题，本文提出了基于数据融合及一维残差卷积自编码器（One Dimension Residual Convolution Autoencoder，1D-RCAE）的深海混输立管结构损伤识别方法，以结构损伤敏感的应变动态响应为输入，使用主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）进行多测点应变响应特征融合，进一步利用1D-RCAE自动提取损伤敏感特征，以结构损伤前后敏感特征间的马氏距离构建结构损伤判定指标，实现混输立管结构健康状态监测。通过500米深海混输立管结构数值模拟和立管物理缩尺模型实验对本文提出的方法进行验证，结果表明：有限测量信息下能够有效实现深海混输立管结构损伤识别，其中数值模拟验证损伤识别准确率高于99%，物理模型验证损伤识别准确率高于98%。同时探究了噪声污染、海洋环境因素变化对本文提出方法损伤识别性能的影响规律。

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多年冻土场地桩基桥梁地震响应不确定性量化分析

李发达1，苏雷1，万华平2，凌贤长1

振动与冲击. 2023, 42(4): 204-211.

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本研究采用多年冻土场地桩基桥梁数值模型和高斯过程替代模型进行多年冻土场地桩基桥梁地震响应不确定性量化分析。首先，利用实验设计方法构建多年冻土场地桩基桥梁高斯过程替代模型的训练样本，生成结构体系输入参数的最大数量采样点；针对采样点，利用建立的桩基桥梁有限元数值模型进行非线性地震响应分析，使用高斯过程替代模型模拟多年冻土场地桩基桥梁输入和输出关系，进而执行桩基桥梁的不确定性量化。基于统计变量和变异参数(coefficient of variation,COV)评估多年冻土场地桩基桥梁地震响应的不确定性。研究结果表明：(1) 桥梁结构参数随着变异参数由5%增加为30%时，桥梁结构的时程响应随之而增加，桥梁结构输入参数的变异性对多年冻土场地桩基桥梁的地震响应影响显著。(2) 随着桥梁结构体系输入参数变异性增加，相应的地震响应的变异性随之增加，桥梁结构体系输入参数变异性增加直接影响地震响应变异参数的变化。本文中所述多年冻土场地桩基桥梁地震响应不确定性量化分析可为同类构筑物的模拟提供分析方法和思路。

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阻抗和厚度梯度变化准周期结构水下声学特性研究

杜逸眉1，胡博1,2,3，李明杰1，时胜国1,2,3，时洁1,2,3

振动与冲击. 2023, 42(4): 212-218.

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周期结构在减振降噪、滤波等方面具有很大的应用潜力。功能梯度材料是近年出现的具有优良性能的新型复合材料。为了满足水下低频宽带应用的要求，本文将周期结构和功能梯度材料相结合，提出了厚度和阻抗梯度变化的准周期结构。利用传递矩阵法，对厚度和阻抗梯度变化的准周期结构进行了反射系数的仿真，与周期结构带隙特性进行了比较，分析了厚度与阻抗对准周期结构带隙的影响，最后根据仿真结果制备了实验样品，进行了水下验证实验。研究结果表面：厚度和阻抗梯度变化的准周期结构，第一带隙具有更低的起始频率与更高的截止频率，阻抗梯度变化对准周期结构带隙特性的影响大于厚度梯度变化。这些结果可以为利用准周期结构实现水下低频宽带的减振降噪提供参考。

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基于BRGWO算法和滤波Smith预估器的气弹系统时滞控制

李迺璐，范瑞杰，骆紫薇，曹智广

振动与冲击. 2023, 42(4): 219-228.

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气弹控制系统的驱动器、闭环信号回路在实际中会存在时滞环节,由于气弹敏感性和环境复杂性,时滞会引起控制信号迟延并导致气弹控制极速恶化、甚至造成系统失稳，该问题以往研究较少。本文针对翼型时滞气弹控制问题,设计了一种基于BRGWO算法和改进型滤波Smith的最优气弹控制方法。首先，引入二阶滤波器改进Smith预估器，设计了翼型气弹控制器；然后，创新设计了一种双向随机灰狼优化算法(bidirectional random grey wolf optimization ，BGWO) ，提高了时滞下气弹控制参数的全局寻优能力，该算法改进了不同等级灰狼的狩猎策略，提高跳出非理想值机率、避免陷入局部最优。利用最小增益原理，在理论上证明了闭环系统稳定性。仿真结果表明，对比传统智能优化算法（如遗传算法、灰狼优化算法）和多种已有控制器（经典Smith、PI-PD型Smith和传统滤波Smith预估器），本文方法具有更强的时滞补偿能力和更优的气弹控制性能，在不确定时滞、不确定风速、刚度变化和驱动干扰等算例下，保持了优良的时滞气弹控制效果，具有较强的鲁棒性。

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基于EEMD-SOBI的水电机组多源信息分离处理

职保平1,2,3，秦净净1,2,3，杨春景1,2,3，于洋3

振动与冲击. 2023, 42(4): 229-235.

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水电机组振动观测信号包括相互耦合的水-机-电振源及各类噪声成分，本文提出采用EEMD-SOBI（Ensemble Empirical Mode Decomposition-Second order blind source separation）的方法对多源观测信号进行识别。对观测信号进行解相关等初步处理后，白化计算各信号二阶统计量，计算观测信号协方差对角矩阵，最终计算振源的最优估计，对振源成分进行识别。仿真计算和模拟计算的结果均表明，仅利用观测信号均可分离出源信息且对噪声不敏感，基本能够识别出源信息，针对某电站实测单信号和多信号分析时，可有效识别出信号源成分，为水电机组的振源识别提供支撑。

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悬吊双层扁平箱梁颤振性能风洞试验与数值模拟

洪光1,2，李加武1，王佳盈1，王峰1，王俊1，李宇1

振动与冲击. 2023, 42(4): 236-246.

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基于风洞试验与数值模拟，对悬吊双层扁平箱梁颤振性能进行了研究。通过模态分解、断面分布压力和流场模态对悬吊双层扁平箱梁的颤振性能进行了分析。研究结果表明：对于悬吊双层扁平箱梁，下层断面在上层断面气动干扰下，其下缘大尺度旋涡的生成、迁移及脱落导致下层断面发生软颤振；由于双层断面之间的结构静力耦合，在下层断面软颤振驱动下，双层扁平箱梁振动系统整体发生软颤振。

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土体-博物馆-展柜-文物全系统中地震传递规律研究

杨维国1，葛家琪2，李斌斌1，王萌1，刘佩1，邹晓光1

振动与冲击. 2023, 42(4): 247-255.

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为得到作用在文物上真实的地震动特性，建立土体-博物馆-展柜-文物全系统模型和刚性地基（博物馆-展柜-文物）全系统模型，选取3条地震波调幅进行时程分析，通过加速度、位移和文物转角等参数分析考虑土-结构相互作用（soil-structure interaction ,SSI）的影响。以Ⅱ类场地为例，分析考虑土-结构相互作用下从土体到文物的震动传递规律，为判别文物在地震作用下的安全性提供更加准确的数据支持。结果表明：对结构而言，考虑SSI使算出的地震响应偏小。对展柜和文物而言，小震下考虑SSI使算出的地震响应偏小。但在中震和大震作用下，考虑SSI效应时展柜和文物的响应存在较多比刚性地基响应大的情况。基于保护文物的角度，在地震分析尤其是大震分析时应考虑SSI的影响。对Ⅱ类场地和4层钢筋混凝土框架结构，考虑SSI影响，在地震波从土体传递到文物这一过程中，大震下结构进入塑性，文物的动力放大系数最大值为5.70（含土体、结构、展柜的动力放大系数），最大滑移量129.69mm，出现倾覆现象。各个传递环节频谱成分均有一定差别，结构、展柜及文物都会对地震波频谱产生影响，分析时应将每部分的影响都考虑进去。

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人行桥阻尼索减振研究

彭文林1，禹见达1,2，胡磊1，孙洪鑫1,2

振动与冲击. 2023, 42(4): 256-262.

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随着人行桥跨度不断增加，其固有频率受行人质量的影响增大，为提高人行桥的宽频减振效果，提出了一种由阻尼器、复位弹簧并联后再与拉索串联而成的阻尼索减振方法。首先以简支梁模拟人行桥，建立了阻尼索-人行桥弯曲振动方程，采用解析法获得了阻尼索为人行桥提供的附加阻尼比计算公式。然后通过模型实验分析了桥梁频率、阻尼器粘性系数等参数变化时阻尼索为桥梁提供的附加阻尼比变化规律。研究结果表明：阻尼索可为人行桥提供非常大的附加阻尼比，附加阻尼比理论计算公式与试验结果吻合。最后基于附加阻尼比理论计算公式，对阻尼索减振性能进行了参数影响分析。

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机械振动WSN大量数据自适应传输控制方法

舒帅，汤宝平，黄艺，赵春华，付豪

振动与冲击. 2023, 42(4): 263-269.

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针对机械振动无线传感器网络（wireless sensor networks, WSN）在传输大量数据时，每个数据包均采用确认方式传输导致高传输能耗的问题，提出了一种大量数据自适应传输控制方法。首先，通过数据分组检测机制减少传输确认帧带来的额外能耗，并通过实验确定最佳分组数量，避免浪费无线传感器网络节点有限的存储资源；其次，利用帧控制域特定标志位实现丢包状态通知，在不引入额外数据帧的情况下告知发送节点丢包状态，避免反馈信息包下发冲突，并优化反馈信息包的退避指数，降低丢包节点因反馈信息包下发延迟导致的侦听能耗；最后，通过最小二乘法拟合丢包率与链路质量指示的关系，节点根据当前传输链路质量自适应选择最佳传输模式。实验结果表明所提传输方法可有效降低数据传输能耗并提升传输速率。

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岩弹冲击破岩规律实验研究

刘勇1,2，郭鑫辉1,2，魏建平1,2，张宏图1,2

振动与冲击. 2023, 42(4): 270-278.

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针对深部岩层掘进过程中钻具磨损快、掘进效率低等问题，基于粒子冲击破岩技术，提出采用高压气体驱动加速岩弹冲击预裂掘进面岩体，减少钻具磨损。通过SHPB实验和三维扫描实验，测试岩石破坏吸收能和新增表面积，构建岩石冲击破坏吸收能理论模型；采用自主研制的岩弹冲击破岩实验装置研究了气体压力、岩弹质量及岩性对破岩效果的影响。形成了以下结论：基于实测岩石破坏吸收能和新增表面积，得出实验花岗岩岩样比表面自由能"γ" _"s" 为6.34mJ/mm2；增大气体压力能够有效提高岩弹冲击动能，使花岗岩吸收能和新增表面积增大，同时岩弹破碎和弹射耗散能随之提高，岩弹冲击动能转化为花岗岩破坏吸收能效率降低；吸收能与岩弹质量和动能乘积成幂次方关系，保持气压不变，增大岩弹质量可在一定范围内提高岩弹冲击动能和花岗岩破坏吸收能，提升破坏效果。但过多提高岩弹质量，导致其动能降低，从而使吸收能转化效率降低。不同岩性的岩石比表面自由能不同，但气体压力、岩弹质量对不同岩性岩石冲击破坏效果的影响基本一致。研究结论为硬岩辅助掘进提供理论和技术支撑。

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微重力模拟装置中悬吊弹簧局部模态动力学建模与试验研究

马超1,2，刘磊1,2，杨鸿杰1,2

振动与冲击. 2023, 42(4): 279-285.

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微重力模拟下的地面试验是验证隔振器能否在轨可靠工作的重要措施之一。通常采用悬吊法进行微重力模拟时，悬吊弹簧局部模态处的振动很容易引入隔振上平台。针对悬吊弹簧阻尼低，局部模态振动限制主动隔振控制性能的问题，采用PVC胶带与悬吊弹簧并联的方式提高弹簧阻尼；建立了微重力模拟装置中加胶带悬吊弹簧的连续动力学模型，对比研究纯悬吊弹簧模态振动和加胶带悬吊弹簧模态振动对隔振上平台的影响；搭建了地面实验验证系统并通过实验验证了悬吊弹簧动力学模型的准确性，实验结果表明，粘贴PVC胶带能够起到增加悬吊弹簧阻尼的效果，可以将弹簧的模态振动降低到1ug以下，从而减小模态振动对被动隔振的影响，并有效缓解模态振动对主动隔振控制性能的限制，这种状态能够更准确的反应在轨工作状态。

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用于直升机舱内降噪的新型径向周期撑杆研究

王风娇1，李明强1，彭海锋1，陆洋2

振动与冲击. 2023, 42(4): 286-294.

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利用周期结构的宽频阻带特性，结合橡胶材料的剪切性能，提出了一种新型径向主减速器周期撑杆构型，抑制主减速器中高频振动向机体的传递，进而实现直升机舱内降噪。基于该构型，利用轴对称单元、胡克定律和虚位移原理推导得到了其径向子单元的等效刚度和质量，并进一步推导得到了整个撑杆的动力学和静力学分析模型；在此基础上，通过参数分析研究，获得了径向周期撑杆主要设计参数对阻带特性和刚度特性的影响规律，以此为依据设计得到了一种满足某型机使用需求的样例径向周期撑杆；进一步从刚度强度、减振和降噪三方面进行仿真分析，验证了该技术方案具有在直升机上应用的可行性和有效性，在500~4000Hz频率范围内宽频降噪效果明显，最大可达40dB。

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多头注意力驱动的航空高速轴承故障诊断方法

王兴1，张晗1，朱家正1，林建波1，杜朝辉2

振动与冲击. 2023, 42(4): 295-305.

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航空发动机运行速度高、工况变化大、结构复杂且干扰噪声大，导致微弱故障特征往往存在于多子空间中，目前基于数据驱动的诊断模型尚不足以可靠捕捉不同子空间中丰富的特征信息。针对上述问题，提出一种基于信号特征的多头注意力诊断方法MADM（A Multi-head Attention Diagnosis Method Based on Signal Features），可实现高速非平稳工况下航空轴承故障状态的识别和诊断。该方法首先通过卷积模块和双向GRU模块对原始振动信号进行特征提取，然后引入多头注意力模块，使得网络同时注意并融合不同表示子空间的信息以提高故障特征的显著性水平。最后，利用全连接模块和Softmax分类器对提取的特征进行高速轴承故障诊断。实验结果表明提出的MADM该诊断方法可实现转速为12000转/分以上、剥落面积最小为0.5 mm2的航空轴承高精度可靠诊断，且优于目前主流的深度诊断方法。

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重复折叠后SMPC可展桁架阵面天线模态试验与分析

王晓情1，杨天洋1，张祎贝1，高冀峰1，陈务军1，房光强2，谢超2，曹争利2，马嘉2

振动与冲击. 2023, 42(4): 306-311.

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形状记忆复合材料（shape memory polymer composite, SMPC）是一种在航天领域具有广阔应用前景的智能材料。以重复折叠展开形状记忆历程后的五节SMPC可展桁架阵面天线为对象，进行自由状态下模态试验，通过模态参数识别得到自振频率和振型，研究了预应力索和阵面板对桁架模态的影响。结果表明，预应力索可提高桁架的整体刚度，并且提高了沿纵向的抗剪能力，而阵面板可提高桁架的扭转刚度。建立了考虑空气对阵面影响的声固耦合(acoustic structure interaction, ASI)有限元模型，进行五节SMPC可展桁架阵面天线模态分析，其结果与模态试验吻合，表明仿真分析方法准确。

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飞机撞击下核岛厂房损伤破坏与振动响应的数值仿真分析

杨燕红1，吴昊1，方秦2

振动与冲击. 2023, 42(4): 312-324.

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9•11事件后，商用飞机撞击成为核岛厂房必须考虑的超设计基准事故。为探讨合理可靠的数值仿真方法以准确评估核岛厂房在商用飞机撞击下的损伤破坏和振动响应，首先对1:15缩尺飞机撞击核岛厂房模型试验进行数值模拟。通过对比试验中厂房结构的损伤破坏以及不同标高位置的加速度时程，验证了所采用的材料模型与参数，以及数值仿真方法的准确性。进一步建立了精细化的AP1000原型核岛厂房有限元模型，开展了A320飞机以100m/s的速度撞击反应堆厂房环吊梁标高位置的数值模拟，评估了厂房的损伤破坏和环吊梁的振动响应。结果表明：本文工况中，商用飞机撞击反应堆厂房将导致机身撞击区域发生贯穿破坏，但内部钢制安全壳可保持整体密封性；环吊梁振动低于限值，环吊不会发生跌落，反应堆安全性可以保证。

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MFC驱动主动反射器形面的有限时间动态变形控制

卢志荣1，王晓明1，周文雅2

振动与冲击. 2023, 42(4): 325-332.

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利用智能压电作动器可实现反射面天线的形面主动调整，提升形面精度和信号传输性能。常规的静态形面控制策略仅能估计作动器的末端电压值，实际电压加载过程易引发柔性反射面结构的瞬态动力学响应和残余振动，难以实现高精度动态形面控制效果，且影响系统稳定性。为此，该研究以宏纤维复合材料(macro fiber composites ，MFC)驱动的抛物面形反射器为对象，研究有限时间的动态形面控制算法。首先，基于有限元模型推导控制方程，并将控制问题转化为有限时间的时变LQ终端控制和跟踪控制问题，进而通过求解微分Riccati方程组(differential Riccati equations ，DREs)得到反馈–前馈时变控制律。结果表明，利用所提有限时间动态变形控制算法，可实现连续、平滑的反射器动态形面调整效果，避免了电压加载过程激发的结构附加振动，可有效提升这类主动反射器的静态、动态控制性能。

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2023年, 第42卷, 第4期　
刊出日期：2023-02-28

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