2023年, 第42卷, 第5期　
刊出日期：2023-03-15

  

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  海底多跨管道流-固-土多场耦合实验研究

  徐万海,艾化楠,贾昆,马烨璇

  振动与冲击. 2023, 42(5): 1-6.

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  为弥补现阶段缺乏多跨管道涡激振动实验研究的不足，本文综合考虑流-固-土多物理场耦合，创造性地设计了一套完整的拖曳水池实验系统，并开展了多跨管道涡激振动实验观测。该实验系统可实现海底管道结构自身属性、土体作用、来流速度和预张力等因素对多跨管道涡激振动影响的数据获取，可为后续多跨管道涡激振动的理论研究和数值模拟提供数据参考和验证。研究结果表明：该系统可精准模拟多跨管道复杂的涡激振动现象。本文的研究可为多跨管道跨间作用机理的实验研究提供新思路，同时为系统地研究多跨管道涡激振动提供实验装备支持。
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  驱动压力调节对可控型射流注射系统性能的影响

  曾栋坪1，康勇2，刘忠1，喻哲钦1，李佳敏2

  振动与冲击. 2023, 42(5): 7-12.

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  为探究驱动压力调制对可控型射流注射系统动力学特征及注射性能的影响，利用高精度射流冲击测试平台及高速摄影装置，分析射流冲击变化特征及扩散特征，并结合离体组织注射实验结果探究驱动压力调制机理。研究结果表明，通过驱动压力切换可以达到可控型射流注射系统高低两段式射流速度的要求，且通过控制驱动压力可以实现对射流注射系统的冲击特征及扩散特征进行控制。不同喷射剂量工况均存在较优驱动压力组合，典型大剂量注射工况1.0 mL的最优驱动压力组合为（1.00-0.25）MPa，通过驱动压力调制可以进一步提高可控型射流注射系统的注射性能。
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  考虑分层梯度的筒状蜂窝基座隔振性能研究

  黄江成1，肖正明1，刘涛1，刘卫标2

  振动与冲击. 2023, 42(5): 13-20.

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  多孔蜂窝具有良好的吸能隔振特性，但是传统蜂窝基座主要研究其均匀参数的增加或减少对隔振性能的影响，且易出现应力集中、面内刚度低承载能力差的缺陷。为此提出了一种圆筒状蜂窝基座，分析了筒状蜂窝基座抗变形能力，通过优化软件内置序列二次规划算法，在满足一定的隔振性能前提下，优化出合理的基座设计参数。基于优化得到的基座参数进行了分层梯度设计，分别以胞元壁厚、内凹角度为自变量，设计了顺厚度梯度、逆厚度梯度、顺角度梯度、逆角度梯度的蜂窝层，在确保基座质量体积不变的前提下，讨论了分层梯度设计对基座隔振性能的影响。结果表明：圆筒状蜂窝基座较之于规则方形基座其比刚度更高，承载能力更强，厚度梯度的设计较之均匀参数设计隔振性能有所提升，逆厚度梯度设计隔振效果最佳，角度梯度设计对隔振性能影响不明显。
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  串联隔震构件非线性力学性能试验研究

  赵丽洁1,2,3，景烜光2，杜永峰3，沈金生1,2

  振动与冲击. 2023, 42(5): 21-29.

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  串联隔震构件作为变刚度、强非线性的组合构件，是柱顶隔震结构最脆弱且最敏感的部位。为能够对串联隔震构件的非线性力学性能有更深入地认识，本文对不同长细比和轴压比下串联隔震构件进行拟静力加载试验，分析不同长细比和轴压比下串联隔震构件的破坏现象和特点；分析长细比与轴压比对串联隔震构件的水平刚度、强度及力和位移关系等力学性能的影响，探究串联隔震构件在多次实时往复荷载作用下串联隔震构件非线性累积损伤引起力学性能演化规律。经对试验结果分析表明，构件的延性、耗能能力、极限位移均与长细比和轴压比呈负相关且表现出明显的非线性特征，长细比和轴压比的增加会对串联隔震构件的水平刚度、强度等一些非线性力学性能造成损伤劣化。
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  基于滑移非理想赫兹接触的滚动轴承振动特性分析

  涂文兵，张桂源，罗丫，陈超，梁杰，杨本梦

  振动与冲击. 2023, 42(5): 30-38.

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  传统方法对滚动轴承振动特性的分析大部分是基于理想赫兹接触理论，然而当轴承发生打滑，滚动体与滚道会出现滑移现象，因此滚动体与滚道的滑移接触问题超出了Hertz理论的假设范畴。针对这一问题，本文提出了滚动体与内、外滚道的滑移非理想赫兹接触，通过理论分析和接触有限元模型获得载荷-变形公式和变形系数；基于滑移非理想赫兹接触理论建立圆柱滚子轴承动力学模型，对比分析了赫兹和滑移接触对轴承振动特性的影响规律。研究表明，滑移接触下轴承振动信号存在滞后现象，在低速工况时，轴承振动水平相比赫兹接触的振动水平较高，而在高速工况中轴承振动水平相比较低；同时滑移非理想赫兹相较与赫兹理论，进一步考虑接触面相对滑移的作用，与轴承的实际工况更为贴近。
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  考虑桩基错动的深水张力腿平台动力响应研究

  余杨1,2，张晓铭1,2，李振眠1,2，周俊龙3, 成司元1,2，崔宇朋1,2，余建星1,2，杨政龙1,2

  振动与冲击. 2023, 42(5): 39-46.

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  由于地震、断层、滑坡和沉降等原因，张力腿平台(TLP)下端的桩基可能发生错动。考虑平台本体有限位移、六自由度运动耦合、瞬时位置和瞬时湿表面、自由表面效应等非线性因素，建立TLP系统的耦合动力学方程。采用变步长龙格库塔算法编写了数值计算程序，得到了波浪作用下平台本体六个自由度运动响应和系泊张力响应。通过文献对比，验证了理论模型和计算程序的正确性。基于南海流花油田一年一遇的设计工况，计算得到桩基下沉0.1米时16个工况下平台系统的动力响应的时间历程。以正常工况为基准，对比了不同工况中平台本体六个自由度运动、系泊张力的幅值和标准差，研究结果表明：桩基下沉对平台的六自由度响应和张力腿张力幅值产生明显的影响，但不加剧运动响应和张力响应的波动；桩基下沉会破坏平台系统原有的对称性，引起垂荡位移的较大恶化；桩基下沉会引起张力腿张力大幅增大，存在张力腿断裂和系泊失效的风险。
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  框架-分布摇摆芯筒-核心筒结构体系力学模型及耗能减震性能分析

  陈易飞, 何浩祥, 兰炳稷, 孙澔鼎

  振动与冲击. 2023, 42(5): 47-56.

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  为了提高传统框架-核心筒(FCT)结构的经济性，提出框架-分布芯筒-核心筒(FDCT)新型高层结构体系，用以减小传统筒体围合面积。进而提出框架-分布摇摆芯筒-核心筒(FDRCT)新型高层结构体系，改善FDCT因刚度削弱导致的抗震能力下降。根据FCT结构、FDCT结构和FDRCT结构的简化分析模型，基于Lagrange方程建立三种结构的动力方程。通过分析地震下结构的时程响应，针对分布摇摆芯筒的质量进行相关参数分析，证明附加摇摆体系的FDRCT结构具备优良的耗能减震性能。对三种结构分别进行了不同场地条件以及不同类型长周期地震波下动力时程分析，结果表明FDRCT结构在不同类型地震波下均有耗能减震效果，且在长周期地震波下更为优越。对三种结构的性能-利润总值进行评估，结果表明在不同类型地震波下FDRCT结构均可实现既能提升结构的经济性，也能保证结构在地震下的安全性能。
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  DC-DC Boost变换器系统的复合模态振荡分析

  张云1，王聪1，王小荣2，张绍华1，张宏立1，2

  振动与冲击. 2023, 42(5): 57-65.

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  以DC-DC Boost变换器系统为研究对象，引入参数激励和外部激励，建立参外联合激励多尺度耦合动力学模型。当系统表现为严格共振关系时，且参数、外部激励频率与系统固有频率存在量级差时，把两激励项转化为单一周期激励项的函数形式，将此作为慢变参数，得到广义自治快子系统。主要探究了三种典型激励频率比下系统的复合模态振荡行为，借助单参数和双参数分岔图、复杂度谱熵图、转换相图等，分析了“非对称式光滑Fold-非光滑Fold型”、“周期性对称式非光滑Fold-Fold型”等复合模态振荡的产生机理和非光滑动力学行为特性。特别地，系统在不同频率比下的运行轨线结构，穿越非光滑分界面次数，簇发分岔点等均有所变化，从而导致含不同涡卷数的复合模态振荡。本研究为相关耦合电路的簇发振荡研究提供了理论基础及辅助分析模型。
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  分数阶非线性隔振系统的超谐波共振与周期运动转迁规律分析

  屈鸣鹤，吴少培，俞力洋，丁旺才，李国芳，黄然

  振动与冲击. 2023, 42(5): 66-73.

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  针对具有非线性和黏弹性的隔振系统采用分数阶非线性Zener模型对其本构关系进行表征。将分数阶项等效成三角函数的形式，采用高阶谐波平衡法求解系统的稳态响应并结合多种方法对结果进行比较，数值模拟系统在低频区的动力学响应，采用Floquet理论对系统分岔类型进行判定，揭示了分数阶项对系统动力学响应的影响。研究结果表明高次超谐波不仅存在跳跃现象且相邻次数超谐波转迁过程中存在周期运动多样性。数值模拟过程中还发现系统存在周期运动和混沌共存的现象，并总结了多态共存区域及其相邻区域的运动规律。
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  基于VMD和改进CNN的舰船辐射噪声识别方法

  倪俊帅1,2，胡长青1，赵梅1

  振动与冲击. 2023, 42(5): 74-82.

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  针对海上低信噪比舰船目标的识别问题，对传统卷积神经网络进行改进并与变分模态分解相结合，提出了基于VMD和改进CNN的舰船辐射噪声识别方法。应用所提方法对东海试验中12艘辐射噪声信噪比低于5dB的舰船目标进行了识别，平均正确率为98.6%；相比于其他7种识别方法，分别提升了24.8%、17.0%、15.1%、8.0%、13.1%、16.8%、5.2%；改进卷积网络较传统卷积网络在运算量和识别速率方面有明显优势。
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  变电站绝缘子抗震性能试验及数值模拟研究

  吴星霞1,2，郑山锁1,2，刘晓航1,2，杨丰3，李永明1

  振动与冲击. 2023, 42(5): 83-91.

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  作为变电站重要基础设施之一，变电站绝缘子的抗震性能直接影响了电力系统的可靠性。本文采用低周往复加载试验，从高度、轴压比及绝缘子拼装数量三个方面探讨了变电站绝缘子的抗震性能，对比分析了各绝缘子试件基于上述参数下破坏特征、滞回曲线、变形能力、耗能能力和承载能力等抗震性能指标。试验结果表明：绝缘子试件在低周循环加载试验后均发生了弯曲破坏。随着绝缘子试件高度和绝缘子拼装数量的增加，其耗能能力与承载能力逐渐减弱。随着轴压比的增加，滞回曲线的饱满程度和累积耗能能力显著降低，承载能力逐渐增强。最后，基于实验建立的精细化有限元模型与试验结果进行了对比从而验证了模型的可靠性，为本课题后续电力系统抗震性能分析提供有效依据。
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  空间小净距交叉隧道动力响应振动台试验研究

  雷浩1,2,3，吴红刚2，钱建固1，赖天文3，纪志阳3，梁彧3

  振动与冲击. 2023, 42(5): 92-100.

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  为研究空间小净距交叉隧道在地震荷载作用下的动力响应，开展了相似比为1:50的振动台模型试验，设计并加载了5种工况水平向El-Centro地震波，通过采集的试验数据对隧道动应变响应进行了分析，并对交叉段及非交叉段围岩的加速度响应进行了对比研究，在此基础上使用反应谱理论对其动力特性与地震动之间的关系进行探讨。试验结果表明：上跨隧道的应变峰值均大于下穿隧道，同时上跨隧道的存在及围岩的挤密效应减弱了地震波对于下穿隧道的冲击作用；地震荷载作用下空间交叉隧道的动力响应具有一定的“滞后性”，上跨隧道的震害破坏出现时间较早且更为严重；围岩内部各测点的加速度放大效应都沿高程方向表现出显著的峰值特征，非交叉段的加速度响应在靠近上跨隧道拱顶处最为强烈，而交叉段却出现在靠近下穿隧道拱顶处；坡体各测点位移反应谱的幅值随输入地震波幅值的增大而逐渐增大，且卓越周期也随之增大，即卓越频率逐渐减小；弱震（0.1g）作用下，短周期（0.5~1.5 s）内反应谱曲线具有显著的峰值特征，而强震（0.6g）作用下，长周期（3.0~5.0 s）内反应谱曲线沿高程具有明显的放大效应。
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  大跨索屋盖结构风振动力计算新方法研究

  毛吉化1,2，聂竹林2，汪大洋1，许伟3，区彤4，陈伟2，吴福成2

  振动与冲击. 2023, 42(5): 101-112.

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  大跨索屋盖结构风振动力响应复杂，传统采用等效静力风荷载计算其风致振动响应的适用性一直是当前大跨结构研究的热点。针对下凹型(单层马鞍形索网)和上凸型(轮辐式双层索网、索穹顶、弦支穹顶)四类典型大跨索屋盖结构，以四类结构风洞试验测试数据为基础，结合最近邻点插值方法研究提出了基于节点动力风荷载(模式一)和面组分区动力风荷载(模式二)两种荷载取值计算模式及其计算流程，并与传统基于等效静力风荷载的取值计算模式(模式三)进行对比，在四种不利风向角下探究四类典型索屋盖采用三种荷载取值模式时的风致振动响应。结果表明，基于模式一与模式二计算得到的索屋盖结构风振响应均较模式三要高，采用节点风荷载的取值计算模式一能更为精确地反映屋盖结构实际承担的风荷载，有效表征屋盖结构的实际风振响应；在上下游均无临近场馆影响下，下凹型和上凸型索屋盖的平均和脉动风振位移响应云图总体分布规律较为一致，但响应大小变化规律不一，下凹型呈现中间大、周边小的逐渐递减的规律，而上凸型屋盖呈现中心区域小、中间环带大、周边再次下降的变化规律。
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  基于STA/LTA改进的CEEMD-SVD微震信号降噪算法

  史艳楠1,2,3，齐朋磊1，王裕1，王毅颖1,2，张冲冲1

  振动与冲击. 2023, 42(5): 113-121.

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  针对煤矿井下工作环境复杂，采集到的微震信号包含大量噪声信号，严重影响对微震信号的拾取、定位和反演。本文采用互补集合经验模态分解（CEEMD）联合奇异值分解（SVD）与长短时窗法（STA/LTA）相结合的降噪算法。利用CEEMD分解微震信号，得到固有模态分量（IMF），依据相关系数确定噪声主导的IMF和信号主导的IMF，通过STA/LTA去除CEEMD产生的伪分量。对噪声主导的分量进行SVD分解降噪后与信号主导的分量及剩余分量重构得到降噪后信号。加入模拟噪声信号与实际采集的微震信号进行仿真实验，结果表明本文算法在保证小剩余噪声干扰的情况下，可以节省计算时间。通过与经验模态分解（EMD）、聚合经验模态分解（EEMD）及新型自适应聚合经验模态分解（NAEEMD）降噪方法进行对比，依据信噪比、能量百分比及标准差三个评价指标进行定量计算，实验表明本文方法具有更好的降噪效果。
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  刚性弓网系统参数对接触线波磨的影响研究

  李先航1，陈光雄1，梅桂明2，何俊华1，刘达毅1，冯晓航1

  振动与冲击. 2023, 42(5): 122-135.

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  建立地铁受电弓-刚性接触网1:1有限元摩擦自激振动模型，通过滑动摩擦关系将弓网系统的法向和切向运动进行动力学耦合。基于摩擦自激振动引起波磨理论，使用复特征值法研究刚性弓网系统参数对接触线波磨的影响。结果表明，当摩擦系数μ≥0.15时，刚性弓网系统都会在频率ƒ=818.01Hz发生摩擦自激振动现象，这个摩擦自激振动引起刚性接触线波磨。当摩擦系数μ＜0.15时，可以显著减轻接触线波磨；当法向接触力F≤110N或跨距L=6m时，可以有效缓解接触线波磨；当弓头悬挂扭簧刚度K=100N•m/rad时，接触线波磨发生的可能性较小。
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  基于CEEMDAN多尺度排列熵和SO-RELM的高压隔膜泵单向阀故障诊断

  李瑞1,2，范玉刚1,2

  振动与冲击. 2023, 42(5): 127-135.

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  高压隔膜泵单向阀受负载、摩擦和冲击等因素的影响，运行产生的振动信号具有非平稳、非线性的特点，为了从振动信号中提取设备的非线性动力学特征，将多尺度排列熵(multi-scale permutation entropy,MPE)引入高压隔膜泵单向阀故障诊断研究。提取振动信号多尺度排列熵特征，用于建立结构优化正则化极限学习机(structure optimization regularized extreme learning machine,SO-RELM)故障诊断模型，模型利用K-means优化RELM结构，提高模型识别精确度及稳定性。首先采用自适应噪声完备经验模态分解(complementary ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise, CEEMDAN)将高压隔膜泵单向阀振动信号自适应分解为多个固有模态分量(intrinsic mode function, IMF)，以相关系数为指标，优选包含故障特征信息丰富的分量；然后，计算IMFs的多尺度排列熵值，提取信号的非线性动力学特征；最后，基于多尺度排列熵，建立基于SO-RELM的故障诊断模型。实验结果表明，CEEMDAN多尺度排列熵能够准确表征高压隔膜泵单向阀运行状态的非线性动力学特征，基于CEEMDAN多尺度排列熵建立的SO-RELM故障模型，能够有效识别高压隔膜泵单向阀工况类型，准确率达98.89%。
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  钢纤维再生粗骨料混凝土受压声发射特性与损伤演化

  崔正龙，费海超，孙万吉，李正元

  振动与冲击. 2023, 42(5): 136-142.

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  为了探究钢纤维掺量（体积率0%、0.8%、1.5%）对C30再生粗骨料混凝土（质量分数取代率0%、100%）基本力学性能的影响，结合声发射特征参数和应力-应变曲线来描述钢纤维再生粗骨料混凝土在轴心受压过程中的损伤演化规律。试验结果表明，通过对声发射损伤定位、撞击计数与能量计数分析，可实现钢纤维再生粗骨料混凝土轴心受压破坏从累计损伤到微裂缝演变，再到宏观裂缝扩展的全过程动态监测，不同钢纤维掺量再生粗骨料混凝土与普通混凝土试件在加载过程中损伤点的密集集中位置与试件最终破坏位置相符；基于声发射累计撞击计数建立的混凝土损伤模型可用于分析钢纤维再生粗骨料混凝土的损伤演化规律。
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  基于声发射技术的大容积玻璃纤维缠绕气瓶冲击损伤评定

  骆辉，李桐，黄强华，薄柯，柴森，李翔

  振动与冲击. 2023, 42(5): 143-149.

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  通过对大容积玻璃纤维缠绕气瓶分步升压爆破试验，采用声发射技术，监测分步升压爆破过程中缠绕层损伤演化以及不同升压阶段声发射信号响应特征，得到不同阶段声发射信号幅度、计数、累计计数以及能量等特征，试验压力由40MPa升至50 MPa阶段，缠绕层发生损伤，声发射信号活性增加约90倍，且纤维断裂信号强度较高，达到1.0×108 aJ。在此基础上，通过对带有不同程度冲击损伤气瓶升压爆破试验，对比分析0～30 MPa阶段不同损伤气瓶声发射响应区别。试验结果表明，缠绕层声发射信号随缠绕损伤程度增加，响应幅度增高，信号活性增强，强度增大，临界损伤气瓶缠绕层信号活性增强约20倍，信号强度可达到2.0×106 aJ，增大约10倍。因此，可在水压试验过程中，通过冲击损伤区域声发射信号幅度、计数等特征和临界损伤缠绕层信号特征对比，对冲击损伤进行安全评定。
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  基于FRBF-SMC方法的变轨距列车悬挂系统控制策略研究

  刘玉梅1，王梦雨1，庄娇娇2，陈熔1，杨建宇3

  振动与冲击. 2023, 42(5): 150-159.

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  为确保高速变轨距列车在不同轨距线路上运行的平稳性，采用阻尼可调的二系空气弹簧和磁流变阻尼器，并通过半主动控制方法实现阻尼参数的调节。基于分数阶微积分理论搭建1/4车分数阶天棚阻尼控制的滑模参考模型，提出模糊RBF滑模半主动控制方法，并将其用于变轨距转向架垂向空气弹簧和横向MR阻尼器的半主动控制系统。构建高速变轨距列车悬挂系统半主动控制整车联合仿真模型，对不同轨距线路下变轨距车辆的运行平稳性、稳定性、曲线通过性和半主动控制策略的鲁棒性进行分析，验证了整车半主动控制策略的有效性。
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  金属表面裂纹脉冲压缩增强型激光超声检测方法研究

  韩峰1，王春梅2，寇兴3, 吴小雨3，裴翠祥3

  振动与冲击. 2023, 42(5): 160-165.

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  为了提高激光超声技术检测能力，本文提出了一种基于脉冲压缩的增强型激光超声检测方法,并将其用于金属表面裂纹检测。该方法结合激光束空间分布调控技术，激发线性调频超声表面波信号，进一步利用匹配滤波算法对线性调频激光超声表面波信号进行脉冲压缩，可大幅度提高激光超声检测信号的信噪比和分辨率。首先，建立空间调制激光超声数值计算模型，研究线性调频激光超声信号激励方法；然后,基于数值模拟获得的线性调频激光超声检测信号，开发基于匹配滤波器的激光超声脉冲压缩信号处理方法；通过数值模拟不同表面裂纹缺陷与不同空间调制情况下的脉冲压缩信号效果，探究该方法对于激光超声检测信号信噪比的增强能力，并最终通过实验验证。结论表明：基于脉冲压缩技术的增强型激光超声检测方法，可以大幅度抑制噪声信号，提高针对金属表面裂纹的缺陷检测能力，解决激光超声无损检测信噪比低，灵敏度差的问题，也为该方法进一步研究提供理论依据和实验指导。
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  双线圈式磁流变阻尼器优化设计及减振特性实验研究

  马梁1，范杰3，李诚昊1，韩祉炫1，王俊2

  振动与冲击. 2023, 42(5): 176-175.

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  采用整体磁通路径规划与部件设计相结合的设计方法，得出一种基于挤压工作模式的双线圈磁流变阻尼器。阻尼器在设计形成闭合磁回路基础上，综合考虑磁场性质、磁路性质、阻尼器结构特征以及三者之间的相互作用和对磁回路的反馈作用，得出初始结构参数；采用模拟退火算法对关键参数进行多目标优化，使阻尼器综合性能达到最优，总结得出磁流变阻尼器的设计方法。通过多维度磁场测量实验台对油膜工作面处磁场进行测量，验证了不同激励电流下双线圈磁流变阻尼器的测量值与仿真值吻合性良好。最后，将优化后的双线圈磁流变阻尼器引入到转子系统中，搭建了磁流变阻尼器支承下转子实验台，进行磁流变阻尼器支承下转子系统不平衡响应实验，发现适合的电流作用下，磁流变阻尼器可为转子系统提供有效的阻尼，大幅抑制转子系统在临界转速附近的振动幅值；在过大的电流作用下，磁流变阻尼器的刚度效应起主要作用，其会限制磁流变阻尼器间隙中的油膜挤压作用，进而削弱磁流变阻尼器的阻尼效应。本研究为磁流变阻尼器的设计提供了一定的指导，并具有潜在的应用价值。
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  压电复合材料结构的减振/致动性能优化

  李志欣，郑智伟，黄修长

  振动与冲击. 2023, 42(5): 176-182.

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  压电复合材料由于其优越的机械能-电能转换能力，既可用于吸收结构振动能量进行减振，也可施加电压进行致动，但是针对减振与致动性能的设计异同点未被探讨与研究。本文针对碳纤维-玻璃纤维-压电纤维组成的多层压电复合材料结构的减振及致动性能进行设计与优化，给出了相应的结构铺层建议及优化结果。所设计的复合材料结构包括多层单向混合纤维复合基底和分布式压电片两个主要部分，基底中碳纤维、压电纤维和玻璃纤维对称铺设，压电片贴于基底最外层。基于Euler-Bernoulli梁理论及Hamilton原理推导了压电复合材料结构的机电耦合模型并分析其动力学特性。通过对比不同铺层顺序下结构的减振与致动性能，得到了混合控制结构的最佳铺层顺序。在此基础上，使用遗传算法对分布式压电片贴附位置和整体复合结构中的铺层角度进行优化，分别提升了结构的减振和致动性能。结果表明，分布式压电贴片在最外层时减振效果最好，压电层在内部时致动能力更优。压电贴片的贴附位置优化后，相比于在高应变区贴附的经验布置策略，前三阶模态减振性能分别提升了0.67 dB、0.77 dB及1.87 dB；碳纤维和玻璃纤维铺层角度分别为90.0015°、53.0652°时致动效果最佳。
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  基于一维卷积神经网络的超声导波管道裂纹识别方法

  唐若笠，张尚煜，伍文君

  振动与冲击. 2023, 42(5): 183-189.

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  在船舶运输、石油化工等需要广泛使用各类型管道的行业中，管道的结构健康监测(SHM)对于工业系统的安全稳定运行意义重大。在基于超声导波的管道裂纹等级识别方面，本文建立了一个与实际管道基本一致的有限元模型，通过添加噪声的方式合成了更接近实际检测的导波数据。基于包含不同管道裂纹等级的有限元仿真数据库，本文提出了一种基于多尺度一维卷积神经网络(MS-1DCNN)的管道裂纹等级识别模型，该模型以端到端的方法，将原始波形信号直接作为输入，无需专门设计信号降噪及特征提取算法。实验结果表明，该模型相较于传统机器学习方法在噪声环境下对管道裂纹等级的识别具有较高精度，并通过实物管道实验，验证了该模型在管道结构健康监测中的有效性。
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  基于自适应模型的在役斜拉桥时变力学性能追踪

  孙华怀1，徐俊2，陈惟珍2

  振动与冲击. 2023, 42(5): 190-199.

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  由于结构复杂、影响因素众多，斜拉桥初始有限元模型不能准确反映实际结构，且服役阶段斜拉桥力学性能持续退化。因此，建立反映斜拉桥真实状态的数值模型是追踪其时变力学性能的关键。故本研究提出基于自适应模型的在役斜拉桥时变力学性能追踪方法。首先根据成桥时拉索实测索力，采用多目标优化法修正斜拉桥成桥时有限元模型。基于修正后的成桥有限元模型，考虑服役阶段混凝土收缩、徐变和环境温度效应，采用有限元逐步分析法数值追踪在役斜拉桥时变力学性能。利用所提出的方法数值评估海河大桥服役1年和2年后时变力学性能，并对该桥实际力学性能进行周期性现场检测。研究结果表明，服役1年和2年后，全桥索力数值结果与现场检测值的相对差异始终保持在10%之内，主梁挠度数值结果和实测值最大差异分别为-0.025 m和-0.013 m。因此，斜拉桥自适应模型能够有效地追踪在役斜拉桥时变力学性能。在服役阶段，该混合梁斜拉桥主跨主梁挠度逐渐增大，边跨主梁挠度变化很小。
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  大跨度悬索桥吊索风致振动多重调谐阻尼减振技术研究

  柴小鹏1,2，荆国强1,2，吴肖波1,2

  振动与冲击. 2023, 42(5): 200-204.

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  为了控制大跨度悬索桥的吊索风致振动，提出了基于多重调谐质量阻尼器的阻尼减振技术方案，并通过理论分析进行参数优化和设计。研究南沙大桥两座主航道悬索桥吊索实际风致振动响应，分析其频谱特征和振动特性，确定振动控制的目标；建立吊索-MTMD分析模型，优化适用于吊索多模态控制的MTMD阻尼比、频率分布、安装位置、模态参与系数等参数，结果表明：不同于单一频率控制时的优化理论，用于吊索多模态控制的MTMD阻尼比提高为10%，扩展其振动控制的频率范围；通过考虑振型参与系数，优选4个分布主频：13.5Hz和18Hz安装在位置比为2.9%处，6.5Hz和9.5Hz安装在位置比为6.5%处，实现对吊索5~20Hz风致振动的多模态控制；不同吊索在索力、型号和受控频率范围内，MTMD的设计参数可以采取统一设计方案。
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  复杂非水密结构目标强度预报方法研究

  赵欣阳1，梅志远1，祝熠1，杜度2

  振动与冲击. 2023, 42(5): 205-214.

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  为准确预报表面敷设声学覆盖层，内部含耐压圆柱体的非水密结构声目标强度，本文构建了一种新的参数反演方法。将遗传算法与非线性规划相结合，在考虑斜入射、多次散射、吻合效应以及横波波速阈值的情况下，利用分层介质理论建立了双层弹性介质层反演模型，以此替代含复杂内部结构的声学覆盖层，该反演模型与原结构在各个角度下均具有基本相同的反射系数与透射系数。进而，应用COMSOL Multiphysics软件建立表面敷设声学覆盖层，内部含耐压圆柱体的复杂非水密结构与外壳由两种反演材料组成的等效结构，并求其声散射特性。研究表明，收发合置情况下，原结构与等效结构目标强度值基本一致，各个方向入射时研究频段整体误差在1.5dB以下；30°收发分置情况下，原结构与等效结构目标强度波峰波谷趋势相同，各个方向入射时研究频段整体误差在2dB以下。中高频段，原结构与等效结构目标强度指向性吻合程度较好；中低频段，原结构与等效结构目标强度指向性基本一致，但幅值存在差异；总体来看，-30°~30°范围内，除个别频率外，原结构与等效结构目标强度基本吻合。
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  一类考虑温度效应的截面插值梁模型

  潘成浩1，陈国平1,2，何欢1,2

  振动与冲击. 2023, 42(5): 215-222.

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  提出了一种截面插值梁模型，利用该模型求解梁在非均匀热载荷作用下的动静态响应，解决了传统梁理论无法处理受不均匀温度场的梁的问题。首先利用拉格朗日插值函数对梁单元的截面和轴向分别插值，构造梁的位移场。接着，将位移场代入热弹性动力学方程，得到单元应变和应力，再依据虚功原理推导出单元刚度矩阵、质量矩阵以及等效节点载荷列阵，求解得到热应力。最后利用热应力的横向剪切力更新单元刚度矩阵，计算梁在热载荷作用下的振动特性。计算结果表明，本文方法得到的结果与实体单元模型结果吻合，并且更易于处理受非均匀热载荷作用的细长结构，同时能很好地反映截面的形状、受载及响应结果。
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  高速铁路车轮扁疤智能识别算法的曲线适应性

  刘旭麒，和振兴，杨丽蓉

  振动与冲击. 2023, 42(5): 223-232.

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  高速铁路曲线地段轮轨之间的动力相互作用复杂，智能识别算法在曲线地段的适应性是实现对车轮扁疤全线不间断识别跟踪的前提。考虑高速铁路车轮扁疤信号的随机性特征，提出了一种基于变分模态分解（VMD）的高速铁路车轮扁疤识别方法。考虑曲线线路不同地段以及不同轨侧的影响，对动力学计算得到的轮轨力随机响应进行变分模态分解并将信号重构，通过包络谱特征识别车轮扁疤冲击频率和对应扁疤的长度。研究表明，在曲线地段正常车轮与扁疤车轮对应的包络谱之间存在显著差异，包络谱中10 mm以上扁疤冲击倍频特征明显；倍频峰值频率特征与列车速度对应扁疤冲击频率一致；前4阶包络谱均值与扁疤长度之间呈线性关系，可以通过包络谱均值直接识别扁疤的长度。对曲线外轨侧识别的车轮扁疤长度进行修正后，可以实现车轮扁疤全线不间断识别跟踪。
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  超高层双子塔面对面与角对角布局的气动特性与抗风性能比较

  秦玮峰，杨肖悦，石俊阳，谢霁明

  振动与冲击. 2023, 42(5): 233-244.

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  在风洞试验和数据分析的基础上，对面对面和角对角两种布局的双子塔建筑的气动特性和抗风性能进行了对比研究。研究的目的是为超高层双子塔的设计选型优化提供技术参考。结果表明，双塔建筑对风效应的性能取决于多个因素，包括双塔间距、结构动力特性、设计风速等。在较低的约化风速下，这两种布局的双子塔风效应没有明显差别。然而，当约化风速达到7以上后，双子塔将对塔楼的间距变得相当敏感，从而这两个不同的布局的抗风性能差别就会很明显。当双塔的相对间距在0.5左右或更窄时，角对角布局会导致严重的尾流激振，因此面对面布局的抗风性能相对较好。然而，随着间距的增加，角对角布局中的尾流激振会相应减弱。同时，角对角布局开始展示在借助气动干扰抑制涡激振动方面比面对面布局更为持续的优点，这导致角对角布局下的横风向动力响应比面对面布局显著减小。在相对间距为2时，角对角布局的风致倾覆力矩仅为面对面布局时的60%左右。
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  新型不锈钢可拆卸螺栓连接件疲劳后剩余力学性能研究

  单江北1，刘小玲1，汪炳2

  振动与冲击. 2023, 42(5): 245-252.

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  为适应装配式组合梁的发展，研发一种新型不锈钢可拆卸螺栓连接件，并对其疲劳荷载作用下的力学性能退化规律开展研究。首先，通过文献和市场调研，充分考虑现有螺栓的优缺点，设计制作一种新型不锈钢可拆卸螺栓连接件用于装配式组合梁；其次，制作6组新型螺栓连接件的推出试件，进行静载和疲劳试验，对比静载与不同疲劳加载次数后试件的破坏形态，重点分析新型螺栓连接件在疲劳加载过程中剩余承载力、残余滑移量、抗剪刚度及延性系数的退化规律；最后，基于疲劳累积损伤理论和材料剩余强度模型，确定新型螺栓连接件在疲劳加载过程中的损伤度，进而建立新型螺栓连接件的剩余承载力计算模型。结果表明：新型螺栓连接件在静力和疲劳作用下呈现不同的变形及断面破坏特征；在疲劳荷载作用下，新型螺栓连接件的各项力学性能均呈现不可逆的退化，在本次试验中试件在疲劳加载270万次后剩余承载力退化12.1%，延性系数退化67.6%，抗剪刚度退化12.9%，退化较为明显；本文建立的新型螺栓连接件剩余承载力计算模型计算结果与试验值吻合良好。
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  宽转速范围下的航发主轴轴承故障诊断方法

  张伟涛1，崔丹1，刘璐1，黄菊2

  振动与冲击. 2023, 42(5): 253-262.

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  针对航空发动机主轴转速范围大而导致现有卷积神经网络故障诊断性能急剧下降的问题，论文提出了一种基于小波包重构成像与深浅层特征融合分类网络的故障诊断方法。首先，利用小波包分解提取滚动轴承振动信号中的有效成分，消除与故障特征无关的干扰分量。然后采用短时傅里叶变换对重构后的振动信号进行成像，得到时频谱样本。最后针对转速时变下的轴承故障分类问题，通过跳跃连接方式建立具有深浅层特征融合特性的卷积神经网络，实现故障分类预测。利用航发轴承试验机采集得到的多路轴承振动信号对提出的方法进行有效性验证，结果表明，在训练集和测试集样本具有不同转速的情况下，使用提出方法对不同类型故障仍具有很高的识别精度。
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  基于瞬时角速度信号窄带解调的太阳轮故障检测

  尹兴超，郭瑜，李震焘，华健翔

  振动与冲击. 2023, 42(5): 263-268.

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  由于时变传递路径以及振动传感器受测量频率下限的限制，及在转速较低工况下基于常规振动信号的太阳轮故障检测较为困难。对此，本文结合编码器信号的优势，提出一种基于编码器信号窄带解调技术的太阳轮故障检测方法。首先使用T法对光栅式编码器角度信号进行采集，然后使用向前差分法获得瞬时角速度（IAS）信号，随后使用角域同步平均抑制非同步干扰分量，最后通过窄带解调实现太阳轮故障检测。同时，在所提方法中提出一种基于峭度的解调频带选择策略和一种基于相位解调函数相位变化率的故障特征增强方法。实验证明IAS信号可以有效克服常规振动检测方法的不足，并验证了所提出方法能有效实现对太阳轮故障的检测。
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  五轴重型特种车辆的状态估计及验证

  于传强1，舒洪斌1，刘志浩1，陈渐伟1，高杨2

  振动与冲击. 2023, 42(5): 269-278.

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  多轴重型特种车辆具有载重大、 质心高、速度快的特点，在高机动行驶条件下存在发生操纵失稳的可能性。质心侧偏角和横摆角速度是衡量车辆操稳性的关键判据，如果直接通过车载传感器测量存在测量困难、成本昂贵和长时误差等问题，因此开展了对五轴重型车辆的状态估计研究。首先基于Matlab/Simulink搭建了五轴特种车辆的13自由度动力学模型，利用行驶状态监测系统进行实车实验，验证模型的精确性，为估计模型提供理论依据及验证仿真平台。然后建立非线性三自由度车辆模型，基于无迹卡尔曼滤波算法，设计关于横摆角速度、质心侧偏角、纵向速度的状态估计器。最后，以13自由度模型为仿真平台分别进行角阶跃输入、脉冲输入及正弦输入工况的验证。仿真结果证明，基于非线性三自由度车辆模型的状态估计器可实现对纵向速度、横摆角速度和质心侧偏角参数的动态估计。
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  基于BP神经网络的星箭界面动载荷识别

  陈树海1, 3，郭安丰2，吴邵庆2，费庆国1

  振动与冲击. 2023, 42(5): 279-286.

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  提出一种基于BP神经网络的星箭界面动载荷识别新方法。首先，建立卫星结构的高保真动力学模型，利用仿真分析/地面试验获取的卫星结构加速度响应与星箭界面加速度激励的样本库；其次，基于BP神经网络训练卫星结构加速度与星箭界面加速度激励的传递关系，利用实测卫星结构加速度响应识别星箭界面加速度激励；最后，将星箭界面加速度激励施加与卫星结构的高保真动力学模型获取星箭界面动载荷。开展了数值仿真和振动试验，验证了所提出方法的有效性，为服役状态下卫星结构的振动载荷环境预示提供有力支撑。
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  飞机-道面耦合作用下飞机随机动荷载研究

  董倩1,3，张献民1,2，包伊婷1，程少锋1，张宇辉1

  振动与冲击. 2023, 42(5): 287-294.

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  为准确确定飞机滑行过程中随时间与位置随机变化的动荷载，建立了飞机主起落架四自由度模型，分析了飞机与道面的耦合作用，利用有限元仿真技术求得了道面平整度及升力影响下的飞机随机动荷载，并根据Welch法求得了飞机动荷载的功率谱密度，探究了动荷载能量在频域内的分布规律。研究结果表明：当滑跑速度不变，国际平整度指数分别为1.56、3.12、4.68时，B737-800每个主起落架上的动荷载峰值增长了7%；当道面平整度等级不变，飞机滑跑速度由10m/s增加至40m/s，受升力影响飞机动荷载呈减小趋势；频域范围内，飞机滑跑速度提高、悬挂系统与非悬挂系统刚度的增加均导致飞机动荷载频率增大；而随着道面平整度等级的降低，飞机动荷载频率不变，仅功率谱密度峰值增大；随着飞机悬挂部分阻尼的增加，动荷载功率谱密度的峰值明显降低，但频率保持不变；而非悬挂部分的阻尼对随机动荷载功率谱密度的影响不明显。
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  空间冗余索驱动并联机构的耦合振动特性研究

  于金山1，陶建国1，王国星2，李潇3，王浩威3

  振动与冲击. 2023, 42(5): 295-304.

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  针对大型空间结构的在轨装配任务，提出了索驱动并联机构的方案，对其振动特性进行了研究。首先基于微分变换推导了机构的刚度矩阵，在此基础上建立了索并联机构的振动方程。其次，通过理论计算分别分析了运动平台的位姿以及绳索拉力水平对机构振动特性的影响，并通过仿真研究了不同工况下机构的振动规律。最后，搭建了空间冗余索并联机构的缩比样机并开展了机构的振动特性实验，进一步验证了振动模型的正确性以及仿真结果的有效性。结果表明，运动平台在中心位置处时各阶模态是解耦的，不同方向的振动相互独立；在边缘位置处，各阶模态具有强耦合性，单方向的干扰力会引起多个方向的振动，且振动频率以一、二阶固有频率为主。研究结果对于索并联机构的振动控制具有指导意义。
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  高切向流速高声强条件下梯度阻抗吸声超材料研究

  巨泽港1，吴飞2，赵疆1，胡嫚1，高鸣源1，郝耀东3，陈达亮3

  振动与冲击. 2023, 42(5): 305-312.

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  在涡扇航空发动机声衬表面，存在高速切向流场与高声强声场耦合问题，吸声机理与调控机制复杂。高切向流速高声强条件下低频宽带噪声的有效吸收极具挑战性。该研究提出考虑高切向流速、高声强以及复杂容抗修正的声阻抗理论方法，设计了梯度阻抗调控吸声超材料。从理论解析计算、有限元数值建模及试验测试三个维度深入分析声波与结构的作用机理和调控规律。结果表明：梯度阻抗吸声超材料可有效提高吸声效率，避免传统声衬吸声频带窄的缺点。在0m/s、30m/s、60m/s、98m/s切向流速和130dB背景噪声下，提出的梯度阻抗吸声超材料在500Hz-3000Hz范围内具备良好吸声效果。该超材料结构简单，在高切向流速高声强复杂边界条件下，仍有深亚波与宽带吸声特性，具有广阔的应用前景。
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  基于整体式初始位移的柔性结构低频模态试验方法

  姜东1，钱慧1，朱锐2，吴忆蒙1，胡嘉苗1

  振动与冲击. 2023, 42(5): 313-322.

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  大型柔性结构由于刚度较低、结构庞大，采用传统测试方法难以获取结构的整体模态。提出了一种基于整体式初始位移的大型柔性结构低频模态试验方法。推导了任意初始位移条件下结构响应，以及初始位移条件下特征系统实现算法；在柔性结构上施加整体式初始位移来获取结构的整体振动响应，基于特征系统实现算法识别了大型柔性结构的低频整体模态。以长度为30米的三棱柱型桁架为研究对象，验证整体式初始位移激励下结构模态参数辨识的可行性，并讨论结构在白噪声工况下的辨识精度。采用具有理论解的集中质量柔性梁模态试验进一步验证本文所提出方法，锤击法难以激发该柔性梁的基频模态，而所提方法能够准确识别柔性梁的模态。结果表明通过在柔性结构施加整体式激励可以有效辨识出结构的低频模态参数。