振动与冲击

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刘小兵1,2,3，田学东3，姜会民3，杨群1,2,3

振动与冲击. 2023, 42(7): 1-7.

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矩形断面在实际工程中应用广泛，对其角部进行圆角化处理可有效减小风荷载并改善风致振动性能，然而圆角矩形断面的气动特性存在明显的雷诺数效应。为研究宽厚比为2:1的圆角矩形断面气动特性的雷诺数效应，减小在这类断面结构的风荷载和风致振动分析中因雷诺数原因引起的误差，对5种不同圆角率(0.1、0.2、0.3、0.4和0.5)的刚性模型进行了测压风洞试验，试验雷诺数范围为0.8×105~3.6×105。通过风洞试验得到并分析了不同圆角率矩形断面的平均阻力系数、平均风压系数和斯特罗哈数随雷诺数的变化规律，并与标准矩形断面进行对比。研究结果表明：不同于标准矩形断面，5种圆角矩形断面的气动特性均表现了一定的雷诺数效应，这种雷诺数效应随圆角率的增大先增强后减弱，当圆角率为0.2时最强，其在雷诺数为2.8×105时发生了明显跳跃；不同圆角矩形断面的平均阻力系数均随雷诺数的增加而减小。与其它位置相比，圆角矩形断面侧面和圆角位置处的风压系数受雷诺数影响更明显，其中圆角位置处最为显著。圆角矩形断面的斯特罗哈数在圆角率为0.1时基本稳定在0.22左右，圆角率为0.2时在跳跃前后分别在0.24和0.31附近，在其它圆角率时则随雷诺数的增加先增大后稳定。

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流线型箱梁颤振形态非线性特征的风洞试验研究

刘栩1,2，沈火明1,2，伍波1,2，廖海黎2,3

振动与冲击. 2023, 42(7): 8-17.

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以南京长江第四大桥流线型箱梁断面为研究对象，基于节段模型自由振动风洞试验，详细测试了断面在不同攻角下的颤振性能。探讨了断面运动形态非线性特征随风速和攻角的演化规律，及非线性特征演化的动力学机理。研究表明，负攻角下，动力系统多非稳态极限环随风速增大逐渐减小的特征使得系统响应依赖于初始振幅，并导致了颤振性能随初始激励增大急剧减弱的现象；正攻角下，多稳态极限环随风速增大而增大的特征使得系统颤振响应表征为典型的软颤振；高风速下，极限环的消失使得系统响应表征为硬颤振，且不依赖于初始振幅；最后，从模态阻尼随振幅的演化规律，解释了系统颤振形态在各攻角下异同的动力学机理。

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解释自由端含集中质量悬臂输流管固有频率计算悖论

赵桂欣，孟帅，车驰东,陈俐

振动与冲击. 2023, 42(7): 18-24.

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深海钻井系统一旦发生紧急脱离，钻井液需下泄入海防止悬挂立管系统固有频率与波浪频率接近而发生共振破坏，同时海水必须注入管内以防止立管挤毁。此时悬臂立管机构为一典型低端含集中质量（低端总成）悬臂输流管系统。该系统采用伽辽金法计算固有频率时通常采用两种方法：（1）将集中质量作为边界条件；（2）利用狄拉克函数将集中质量嵌入输流管模型。内流速度为零时两种方法计算结果一致。但当内流速度不为零时两种方法计算结果差别较大，Paidoussis 指出此时第一种方法错误，但并未给出合理解释。重新推导集中质量作为边界条件时悬臂梁系统固有模态正交条件，提出改进方法进行重新计算，与第二种方法及文献结果比较完成验证。并对比自由端含集中质量悬臂输流管系统内流效应试验结果，发现基于改进方法可正确预测临界内流速度及失稳振动频率。可解释自由端含集中质量悬臂输流管系统固有频率计算悖论，同时为不同边界条件下输流管系统动力学分析提供参考。

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迟滞与蠕变耦合压电系统的建模及补偿方法

温盛军，李亮，喻俊，苏孟豪

振动与冲击. 2023, 42(7): 25-32.

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为了准确地描述压电驱动定位平台复杂的非线性特性，本文在经典Hammerstein结构模型基础上串联分数阶算子，提出了一种耦合迟滞、动力学和蠕变的非线性数学模型。其中该模型的蠕变、迟滞非线性特性分别采用分数阶算子和PI模型来描述；机械动力学特性使用二阶离散传递函数表示。此外，考虑了耦合模型的参数辨识问题，并通过压电驱动定位实验平台对所提耦合模型进行了验证。在1-100Hz的正弦波输入电压信号作用下，与不考虑蠕变特性的Hammerstein结构模型相比，本文提出的耦合模型在均方根误差指标降低了27%以上，相对误差指标下降了约50%。该实验结果充分表明了本文所提的耦合模型的有效性。最后，在模型建立的基础上设计了逆蠕变和迟滞模型对系统进行前馈补偿，并结合PID控制算法对系统的性能进行调节。仿真结果验证了该复合控制方案在低频和混合频率输入信号下具有良好的跟踪效果。

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频率可调惯性作动器的设计与实验研究

何帆，毛崎波，赖龙程，赵迪，吴志杰

振动与冲击. 2023, 42(7): 33-37.

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提出用电感-负电阻分流电路来调节惯性作动器的固有频率，使惯性作动器可作为频率可调动力吸振器使用。首先分析了电感-负电阻电磁分流阻尼的理论模型，随后通过理论和实验分析了惯性作动器固有频率与分流电路参数的关系。最后以悬臂梁为控制对象，对所设计的可调惯性作动器控制效果进行实验研究。实验结果表明：在保证分流电路系统稳定的前提下，惯性作动器的固有频率随着电感值的降低而增加，惯性作动器的固有频率可以从原来的46.25Hz调节至111.3Hz。当惯性作动器固有频率与悬臂梁的固有频率相吻合时，在该固有频率附近悬臂梁的振动幅值降低90%。由此验证了所提出的通过电磁分流电路可以调节惯性作动器固有频率，在不改变惯性作动器物理结构的基础上，使其固有频率能跟踪受控结构的外干扰力频率，就可以充分发挥惯性作动器的吸振能力，最大限度地抑制结构振动。

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高速动车组转向架蛇行状态下的车轮磨耗分析

祁亚运1，2,戴焕云2,吴昊3,杨震寰2

振动与冲击. 2023, 42(7): 38-45.

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随着运营里程和速度的不断增大，我国高速动车组车轮磨耗逐渐增大，同时对车辆稳定性造成了一定影响。经过大量的线路试验表明，动车组运营中出现了大量的抖车问题，并且有些线路出现长距离的转向架蛇行失稳状态。本文针对以上现象，对高速动车组转向架蛇行状态下的车轮磨耗问题进行分析，首先建立某型动车组车辆动力学模型和Jendel车轮磨耗模型，并通过实测数据对动力学模型进行验证；然后分析车辆在转向架蛇行状态下的轮轨接触参数规律，最后对有无激励、不同蛇行幅值、线路参数对于车轮磨耗的影响进行探讨。结果表明：蛇行状态下车轮磨耗出现不同程度的增大，同时蛇行幅值越大，车轮磨耗越大，在长距离蛇行状态运行200000 km后，可以看出踏面磨耗主要集中在-40 mm~30 mm之间，车轮最大磨耗深度为0.58 mm左右。因此，在动车组服役过程中需要关注车轮蛇行运动稳定性，避免转向架蛇行失稳后造成的车轮磨耗增大现象。

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基于加性误差模型的实时混合试验自适应时滞补偿方法

黄伟1，宁西占1,2,3，王贞4，徐小洋5

振动与冲击. 2023, 42(7): 46-53.

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实时混合试验是评估结构动力性能的有效方法，但由传递系统和物理试件的动力特性，以及二者之间的相互作用引起的时变时滞严重影响其精度和稳定性。针对此问题，提出一种基于加性误差模型的自适应补偿方法。该方法将传递系统和物理试件所组成的系统分解为名义模型和加性误差模型，以名义模型的逆作为前馈控制器消除系统大部分时滞，并基于加性误差模型设计自适应补偿器进一步消除残余时滞。研究表明，所提方法可有效提高实时混合试验的模拟精度，显著降低时滞补偿器对自适应律的依赖性，表现出较强的鲁棒性。

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变刚度地基上基础隔震结构动力学特性变化规律试验研究

于旭1,赵畅2,庄海洋2，陈国兴3

振动与冲击. 2023, 42(7): 54-64.

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基于饱和砂性土地基动孔压比变化对地基刚度的影响规律，本文通过控制输入地震动持时压缩比和强度的方法，提出了变刚度地基上隔震结构振动台模型试验方法，并结合已完成的不同地基上土-桩-隔震结构系列振动台模型试验，分析了地基刚度变化对基础隔震结构动力学特性的影响规律。结果表明：随着结构-土体相对刚度比的增大，变刚度地基上基础隔震结构一阶自振频率降低，但体系阻尼比明显增大，尤其是隔震层的隔震效率发生了明显的降低。变刚度地基上结构-土体相对刚度比显著影响隔震结构楼层加速度反应和层间位移反应，强震下结构-土体相对刚度比越大，隔震结构楼层加速度反应和层间位移反应较刚性地基时增大越显著。基于系列振动台模型试验结果，本文初步给出了基于结构-土体相对刚度比的小高宽比隔震结构模型周期延长率、阻尼比、层间位移角SSI影响率以及隔震层位移SSI影响率的预测公式，本文的研究结果有助于推动结构隔震技术的更广泛应用。

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基于多维深度特征融合与改进麻雀搜索卷积神经网络的滚动轴承故障声发射诊断

魏巍1，2，王之海1，2，柳小勤1，2，冯正江1，2，李佳慧1，2

振动与冲击. 2023, 42(7): 65-76.

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针对滚动轴承早期、复合故障难以准确诊断与智能诊断模型超参数确定严重依赖专家先验知识问题，提出一种基于多维深度特征融合(MDFF)与改进麻雀搜索算法(ISSA)的滚动轴承故障声发射诊断方法。首先，用一维卷积与线性瓶颈反向残差二维卷积神经网络构建多输入卷积神经网络（CNN）结构的诊断模型，模型输入为滚动轴承声发射信号及其小波时频图，提出基于布伦纳梯度和信噪比的质量指标，在108种小波基中筛选出最佳时频图以提升输入数据质量。接着，采用特征金字塔网络将模型的一、二维低层与高层特征融合，建立深度融合的诊断模型。然后，将交叉混沌映射、自适应权重及融合的随机游走策略引入麻雀搜索算法中，以自适应获取MDFFCNN最优超参数。试验表明，对比近期多个主流智能诊断算法，所提方法可避免人工选择诊断模型超参数，对滚动轴承早期尤其复合故障具有更高的诊断精度和稳定性，模型诊断过程的智能化水平得到了进一步提高。

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基于VMD-Teager的露天边坡爆破振动信号能量特征研究

徐振洋1，莫宏毅1，包松1，赵建宇1，王雪松2，刘鑫1，陈占扬3

振动与冲击. 2023, 42(7): 77-88.

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爆破振动信号特征分析是研究边坡稳定性的有效方法之一，结合模拟退火算法(Simulated Annealing, SA)局部搜索能力强和遗传算法(Genetic Algorithm, GA)全局自动寻优的特点，选取模糊熵(Fuzzy Entropy, FE)为模态分量的适应度函数，求解变分模态分解(Variational Modal Decomposition, VMD)的最优分解参数，建立以模态分量(Intrinsic Modal Function, IMF)的频带分布为指标、趋势项判别准则及复相关系数原理相结合的趋势项去除方法；Teager能量算子解调单分量信号的解调速度、精度均高于Hilbert变换。综上，提出了基于趋势项滤除的VMD-Teager能量算子解调法，用来获取爆破振动信号的能量分布特征。某矿山测得爆破振动信号分析结果表明：与EMD法相比，基于参数优化VMD算法在去除信号趋势项方面更精确有效，能够解决原始振动信号中存在的基线偏移及低频干扰等问题。爆破振动能量以低频为主，PPV、主频率、能量呈现出了“波浪”式的变换态势。PPV、主频率的衰减速度与放大系数在同一量级，但能量峰值的衰减速度与放大系数都远远大于PPV、主频率的变化速度，是PPV、主频率衰减速度的3.42~5.9倍，放大系数的2.07~3.12倍。
关键词：爆破振动；变分模态分解；Teager；趋势项；能量分布

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考虑坐标获取的试验模态分析的惯性参数识别方法

杜中刚1，孙永厚1，刘夫云1,2，叶明松2，邓聚才2，汤金帅1

振动与冲击. 2023, 42(7): 89-98.

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精准高效的坐标获取方式在模态分析的参数识别和性能优化等方面具有重要意义。基于模态试验中刚体振动的原理，分析其线参量和角参量的转换关系，推导出获取激励和响应坐标的方程，并结合质量线法得到惯性参数表达式。通过研究坐标获取误差的影响因素，搭建发动机动力学模型的仿真试验平台，进一步验证坐标获取与惯性参数识别的方法。以某型号变速箱总成为试验对象，利用基于最小二乘的卷积拟合算法（Savitzky-Golay,SG）对数据平滑滤波处理,对比电子三维坐标仪法、三维模型法与所提方法在坐标获取中的精度，然后选用质量线法识别惯性参数，并将其与MPC转动惯量测试平台计算的结果进行讨论。结果表明：相较传统方法，所提方法直接从模态试验中获取坐标，效率极大提升，成本显著降低，操作更加简便；同时几何坐标获取和质心坐标识别的最大误差在3mm左右，转动惯量相对误差最大不超过7%，其精度优于部分测量方法，具有一定的工程应用价值。

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复合材料充液管路流固耦合特性分析

吴江海，苏明珠，尹志勇，孙玉东

振动与冲击. 2023, 42(7): 99-105.

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为研究编织复合材料充液管道流固耦合特性，本文采用传递矩阵法，从各向异性材料本构方程、物理方程与边界条件出发，建立复合材料管道一维流固耦合动力学模型。将模型退化成各向同性管进行计算方法验证，并进一步开展复合材料管FEM软件流固耦合验证。计算结果表明：本文计算结果与经典“4方程”模型及有限元三维模型结果一致。在证明了本文模型及计算方法的正确性后，进一步研究复合材料管中的铺设角度与纤维体积分数对充液管路固有频率及波数的影响。研究结果表明：提高增强材料体积分数，管路固有频率增加，管路传播波数降低；铺设角度增加，固有频率降低，管壁中传播波数增加。本文的研究结果可为充液管路的设计与控制提供参考。

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风电渗碳齿轮内部疲劳断裂可靠性研究

柏厚义1,2，朱才朝1，周烨1，陈晓金1,2，冯厚斌2，叶伟2

振动与冲击. 2023, 42(7): 106-113.

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齿轮内部疲劳断裂作为风电渗碳齿轮典型失效形式，是限制风电齿轮箱服役性能提升的瓶颈之一。本文基于应力强度模糊干涉函数和齿轮材料强度退化理论，结合风电LDD载荷与Dang Van多轴疲劳准则建立渗碳齿轮内部疲劳断裂可靠度分析模型，通过与某2MW风电齿轮失效样本进行对比验证了模型的适用性。采用因子试验设计方法分析齿轮硬度梯度和微观修形对内部疲劳断裂失效的影响，通过材料暴露系数回归方程进行望小优化设计获得主因子最佳参数匹配。研究结果表明心部硬度、齿向鼓形对内部疲劳断裂失效影响权重最大，通过优化设计将该齿轮副内部疲劳断裂可靠度由0.968399提高至0.972678。

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增压式脉冲水射流破碎硬岩性能研究

卢义玉1,2，朱志丹1,2，汤积仁1,2，刘文川1,2，凌远非1,2，张洋凯1,2，杨盛3，姚奇1,2

振动与冲击. 2023, 42(7): 114-122.

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为进一步提高脉冲水射流破岩能力，提出了一种增压式脉冲水射流发生方法，以低输入压力获取高脉动压力。为检验增压式脉冲水射流的破碎硬岩性能，搭建了增压式脉冲水射流破碎硬岩实验系统，开展破岩实验，并结合数值模拟获取的流场细节信息，分析了不同喷嘴直径、射流压力、靶距对增压式脉冲水射流破碎硬岩性能的影响规律。结果表明，增压式脉冲水射流的破碎硬岩性能随喷嘴直径增加先增大后减弱；随射流压力升高，射流轴心速度增大，但因气、液能量交换加剧导致的能量损耗增加，当前实验条件下射流压力为60MPa时破岩效果最好；破碎体积在100mm靶距达到峰值，而最大破碎深度对应的最优靶距为25mm和75mm，逐渐向喷嘴回移。研究结果对推动增压式脉冲水射流工程应用具有重要指导意义。

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基于增强自适应盲解卷积方法的齿轮故障诊断

吴磊1,张新1,2,王家序1,2,赵艺珂1,刘治汶3,王磊4

振动与冲击. 2023, 42(7): 123-132.

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针对最小熵解卷积（Minimum Entropy Deconvolution, MED）在故障诊断中倾向于恢复少量伪主导冲击以及依赖经验选取滤波器长度的问题，提出了一种增强自适应盲解卷积方法。该方法设计一种非线性变换以增强滤波信号中的故障冲击特征，并将其融入滤波器系数的迭代求解中，从而解决MED因少量伪主导冲击造成峭度过大而无法有效恢复周期性故障冲击的问题。同时，所提方法提供一种可根据待分析信号自适应获得合适滤波参数的策略，进而克服传统依赖经验取值的不足。仿真信号与齿轮植入故障信号分析结果验证方法对于增强故障冲击及自适应选取滤波参数的有效性，实现周期性故障冲击的准确恢复。在列车齿轮故障诊断的工程实际案例中，所提方法准确诊断出齿轮传动系统中大齿轮的早期裂纹故障。与MED的对比研究，进一步表明所提方法在故障冲击增强与自适应恢复方面的优势。

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转子图像空时域增强与振动测量方法研究

王庆健1，王森1，伍星2，柳小勤1，刘韬1

振动与冲击. 2023, 42(7): 133-142.

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提高视觉测振精度的主要因素取决于单位周期内采集图像的样本数量以及图像中振动目标边缘的清晰度，但工业相机有限的采集频率和固有的分辨率会导致最终获得的时序位移信号因空时域信息丢失而出现明显的偏移误差。因此，本文提出一种转子图像空时域增强与振动测量方法。通过视频插帧算法在相邻的两个样本图像之间插入一个拟合样本，从而增强单位周期内采集的样本数量。为了缓解采集的低分辨率图像中存在模糊、失真、噪点等现象，利用超分辨率重建算法恢复图像内的高频信息。在权衡算法耗时和计算资源损耗后，本文将视频插帧和视频重建进行任务集成，实现两个模型任务的特征信息共享。在自制的高速振动转子图像数据集中进行测试的实验结果表明：与当前的先进算法相比，本文构建的模型提高了0.3dB，相应的轻量级模型在降低模型参数17.9%的同时比先进的模型任有更好的重建精度。两种采样频率下测得的时域与频域信号显示，所提出的算法获得的振动信号具有更好的周期性和稳定性。

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大型汽轮发电机定子端部绕组的数字化建模及振动特性分析

王頲1，2，王惠3，赵洋3，4，李星虹3

振动与冲击. 2023, 42(7): 143-153.

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以600MW大型汽轮发电机为研究对象。首先，建立了汽轮发电机定子端部绕组的高精度有限元模型并进行模态分析，得到与实测结果吻合较好的模态参数；然后，对定子端部绕组进行数字化机理建模，将双层绕组结构视为壳体，内外层支撑结构作为环肋与筋条，基于离散单元法可将端部绕组等效为叠层加筋加肋圆锥壳模型。借助适用于各种复杂弹性边界条件的改进傅里叶级数的瑞利-里兹法，建立了端部绕组的固有、受迫振动方程。通过计算得到端部绕组模态参数的解析解，并与有限元仿真结果进行对比，验证了所建立等效数字化机理模型的合理性与正确性，可为后续端部绕组电磁振动的研究打下基础。

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侧向过岔时轮径差对高速车辆动力学性能的影响

刘泊邑1, 2,王平1, 2,徐井芒1, 2,闫正1, 2,陈嘉胤1, 2

振动与冲击. 2023, 42(7): 154-161.

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轮径差的出现会影响高速车辆通过道岔时的动态性能，尤其是侧向过岔的情况。为进一步揭示其影响规律，本文以高速车辆和18号高速道岔为例，建立车辆—道岔耦合动力学模型，分析不同轮径差下高速车辆以80km/h侧向过岔时的动力学特性。结果表明，大轮径位于尖轨侧时，等值同相轮径差会减小轮轨横向力和车体横向加速度；大轮径位于基本轨侧时，等值反相轮径差会增大高速车辆侧向过岔时的脱轨系数和轮重减载率。由于实际运营中高速车辆轮径差类型不确定，应尽量避免轮径差超过1mm，以确保高速车辆侧向过岔时的安全性与平稳性不受影响；尖轨侧车轮轮径大于基本轨侧时车轮磨耗加剧，故应避免此类情况发生，以延长车轮和钢轨的寿命。

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基于构架状态测量的轨道车辆车体横向振动估计

王道忠，李广，宋亚东，姚远

振动与冲击. 2023, 42(7): 162-169.

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针对轨道车辆实际线路运行中振动状态的测量问题，提出了一种根据滑模理论算法设计的滑模观测器，利用可测振动数据对车辆振动状态实时估计的方法。建立简化轨道车辆横向动力学模型，基于该简化横向模型设计出具有鲁棒性的滑模观测器，通过实时测量构架的横移速度及摇头角速度，估计其横向振动位移以及车体横向振动状态。为了验证该观测器的有效性，利用SIMPACK动力学软件建立具有54自由度的某型国内高速列车整车仿真模型，通过动力学计算对其实际运行过程进行仿真，利用该方法得到的车体振动状态估计值与仿真结果进行对比。结果表明直线工况下车体的横向振动速度和位移通过观测器估计精度较高，而曲线上车体横向振动速度精度能满足要求，研究表明了所提出的滑模观测器的科学性与可行性。

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基于区分性联合概率分布的域适应故障诊断

周长巍1，李国勇1，任密蜂1，叶泽甫2，阎高伟1

振动与冲击. 2023, 42(7): 170-179.

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针对多工况条件下的故障诊断方法因建模数据和待测数据不满足独立同分布假设，导致模型性能恶化这一问题，提出了一种基于区分性联合概率分布差异的域适应故障诊断建模方法。首先，以一个结构风险最小化域不变分类器作为故障诊断框架。然后，在框架上施加基于区分性联合概率分布差异的域适应项，将建模数据和待测数据投影到公共特征空间中，对齐跨域同类别样本分布的同时，最大化跨域不同类别样本间分布差异；并且利用流形正则化保持数据的局部几何结构。最后，在多工况条件下的凯斯西储大学（CWRU）和帕德伯恩大学（PU）轴承故障诊断数据集上进行实验。实验结果表明本方法有效的提高故障诊断模型预测精度和泛化性，在多工况故障诊断任务中的表现良好。

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基于SENet双路径多尺度特征融合的ECT图像重建

马敏，李继伟

振动与冲击. 2023, 42(7): 180-186.

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针对单一神经网络在电容层析成像图像重建过程中难以捕捉复杂、深层电容向量特征的问题，提出一种基于压缩激励网络(squeeze-and-excitation networks,SENet)双路径多尺度特征融合的电容层析成像图像重建算法（BSFF）。首先，构建多尺度密集深度空洞卷积模块，使模型获得更大的局部感受野的同时可以保持较低计算复杂度，并实现多尺度特征融合，以捕获电容向量的多尺度细节特征，增强模型的表征能力；其次，采用残差神经网络解决深层网络提取特征时出现的退化现象，并添加SENet模块重新标定电容特征张量所属通道对应权重，校准特征响应。最后，形成具有双向特征提取能力的双通道多特征融合的混合模型，以更好的拟合电容张量与介电常数之间的非线性映射关系。实验结果表明，BSFF算法相对于Landweber迭代算法、CNN算法等具有更高的图像重建质量，更好的鲁棒性。

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基于主成分分析的圆角截面薄壁梁一维高阶动力学建模方法

梁世雷，张磊，王辉，王岩岩

振动与冲击. 2023, 42(7): 187-193.

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基于一维高阶理论和模式识别算法，建立了考虑圆角截面特征的薄壁梁精细动力学模型，能够准确预测其三维动力学行为。首先，构建基于离散薄壁截面基函数的一维高阶初始模型，通过求解控制微分方程相关的广义特征值问题解耦各广义坐标的轴向变化模式。然后，构建广义特征矩阵并基于主成分分析算法获取基函数权值组合，用于重组具有明确物理意义的截面特征形变组合。为进一步降低模型自由度，根据精度需求按优先级顺序选取截面特征形变组合，构建改进的一维高阶模型用于工程计算。数值计算结果表明，与二维板壳模型相比，本文改进模型能够以前者1%的单元数准确预测圆角截面薄壁梁动力学特性及瞬态动力学行为，前15阶频率误差在1.4%以内，且能够广泛适用于长细比4以上的薄壁结构。

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非饱和黏性土的三剪次加载面模型研究

胡小荣，蔡晓锋，陈昊，路祥

振动与冲击. 2023, 42(7): 194-206.

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基于非饱和土三剪强度准则和次加载面模型，构建了适用正常固结非饱和黏性土的Bishop和Fredlund应力变量法三剪次加载面模型，将2个模型计算结果与非饱和黏土的单调静三轴试验及循环动三轴试验结果做了对比，结果表明，Fredlund应力变量法本构模型要更接近试验结果。在静三轴试验的土体变形后期，Fredlund和Bishop应力变量法的模型计算结果与试验数据的应力偏差分别为2%和10%；在动三轴试验的土体振动后期，Fredlund和Bishop应力变量法与试验结果的应变偏差分别为4.2%和7.5%。另外，对所提模型的真三轴分析结果可知，静真三轴试验的中间主应力影响系数和基质吸力的增大均会使得土体的抗剪强度增加，随着基质吸力增大，不同模拟结果依次的应力偏差均为11%左右；随着中间主应力影响系数增大，不同模拟结果之间的应力偏差大致为4%。动真三轴试验的最小主应力或中间主应力越大，非饱和黏性土的棘轮效应和抗剪强度也越大，不同中间主应力模拟结果之间的应变偏差为3.3%，不同最小主应力模拟结果之间的应变偏差为8.5%。

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车轮多边形激扰下轨道几何检测数据偏差规律及限值研究

魏子龙1，孙宪夫1，杨飞1，杨国涛2，罗国伟3，尤明熙1

振动与冲击. 2023, 42(7): 207-216.

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某高速综合检测列车出现因车轮失圆引起的轨道几何检测数据偏差问题，对科学评价轨道平顺状态造成不利影响。为此，在深入分析检测数据异常特征的基础上，建立车轮多边形激扰下的车辆-轨道耦合动力学模型，获取车轮多边形的阶数、幅值等参数对轨道检测数据偏差的影响规律，并提出适用于高速综合检测列车的车轮低阶多边形限值。结果表明，低阶车轮多边形是引起轨道几何检测数据偏差的重要激扰源，会对轨道高低、水平与扭曲不平顺的检测造成干扰，而轨向与轨距不平顺检测所受的影响很小；车轮镟修与磨耗引起的轮径变化对轨道几何检测精度的影响较小，高速综合检测列车车轮的最小允许轮径可与普通运营动车组保持一致；轨道检测系统所在轮对的车轮多边形径跳值不应超过0.10 mm。

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基于ANSYS/LS-DYNA的停放制动滑橇螺栓跌落强度分析

张鑫枝，胡俊雄，周阳，马卫华，王自力

振动与冲击. 2023, 42(7): 217-224.

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中低速磁浮列车悬浮架各部件间主要通过螺栓进行联接，在列车悬浮失效跌落时，停放制动滑橇与托臂联接处的螺栓受到较大的剪切作用，存在结构安全风险。利用HyperMesh建立了悬浮架有限元模型，考虑了停放制动滑橇位置的螺栓联接及接触关系，基于ANSYS/LS-DYNA仿真了悬浮架不同速度下的跌落过程，计算了各接触对的接触力波动情况，分析了联接螺栓、滑橇键、滑橇安装座及托臂的应力变化及分布规律。结果表明：跌落碰撞瞬间各接触对的接触力达到峰值，然后在小幅波动过程中呈减小趋势；运动状态的悬浮架跌落时，各接触力远大于静悬落车工况，联接螺栓的应力显著增大，滑橇键、滑橇、滑橇安装座的最大等效应力超过了材料的屈服极限，存在结构安全风险，工程中需要注意及时检查。

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面向燃机多工况宽频域工作模态参数识别的随机子空间方法

左彦飞1，庞陈意1，江志农2，冯坤3

振动与冲击. 2023, 42(7): 225-236.

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面向燃气轮机工作状态下多工况、宽频域模态参数识别需求，在对典型燃机整机振动模态分析的基础上，虑及测试数据类型、测点位置与方向的选取及不同运行工况影响，提出一种针对燃机整机工作模态参数识别的随机子空间方法。基于实测振动数据，对典型燃机工作模态参数进行了自动划分识别。结果表明：通过分别控制行块数，充分挖掘位移、速度、加速度三种类型数据包含的不同频段模态参数信息并对识别结果择优合并，能够较好识别出数十倍于燃机工频的宽频域模态；合理选取测点位置和方向，能够得到关心频段内局部或整体模态；利用多转速运行工况数据，能够区分出受转速影响的整体模态。实现了对燃机整机振动宽频域范围内整体和局部模态、机匣和转子模态的识别，可为在此基础上的动力特性分析、整机动力学模型修正、结构振动状态评估、振动故障特征提取等提供支撑。

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负载激励下采煤机永磁电机转子系统弯扭耦合振动分析

杜文龙1，李威1，姜耸1，盛连超2

振动与冲击. 2023, 42(7): 237-244.

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为分析不同负载激励对电机转子-轴承系统弯扭耦合振动特性的影响，以采煤机永磁电机转子系统为例建立电磁激励下的电机转子-轴承系统，并将负载激励考虑到偏心转子模型中。利用Lagrange方程推导了负载激励条件下转子系统的弯扭耦合动力学方程并基于Runge–Kutta法进行数值仿真，重点分析了不同负载激励下电机转子系统的弯扭耦合振动特性。仿真结果表明，负载激励会加剧转子偏心程度，但对转子弯曲振动的频率响应影响较小，振动响应主要由转频分量决定；而负载扰动对转子系统扭转振动响应具有不同的效果，不仅在扭振响应中激发出相应的频率成分形成多周期运动，还会明显增加扭振角幅值（0.001rad），振动响应主要由扰动频率和二倍转频分量决定。此外，负载激励中的低频成分将激发出较大的扭转振动响应（0.03rad），加速传动系统的疲劳损坏，影响转子系统的安全稳定运行。研究结果可为采煤机转子系统主动减振策略研究提供参考。

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近断层P波斜入射下沥青混凝土心墙坝响应分析

宋志强，刘琳，王飞，刘云贺

振动与冲击. 2023, 42(7): 245-253.

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近断层地震动的断层距一般在20km以内，此范围内的地震波由于在不同岩层介质中的反射和透射次数远小于远断层地震动，到达地表时一般不满足垂直入射假定。关于沥青混凝土心墙坝抗震研究目前少有考虑近断层地震动斜输入的影响。本文选择合适的近断层脉冲型地震动记录，推导了P波斜入射时二维地基侧面和底面边界完整波场分解、叠加方案下的等效节点力公式，通过近断层P波波动斜输入模拟沥青混凝土心墙坝遭受近场地震波作用过程，分析了近断层P波脉冲特性和输入角度对沥青混凝土心墙加速度、应力、曲率和坝体永久变形的影响规律。结果表明，地震波斜入射下心墙和坝体响应与垂直入射相比存在明显差异，近断层地震动脉冲特性亦对各响应影响显著。

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基于压裂砂堵的水击特性研究及预测应用

丁亮亮1，王凯1，陈力力2，张强1，陈文康1

振动与冲击. 2023, 42(7): 254-261.

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针对超深井水力压裂发生砂堵时水击效应导致压力大幅振荡升高的问题。综合考虑多相流、支撑剂属性、井筒摩阻、施工压力大以及砂堵形成机理的特点，建立压裂砂堵水击效应预测模型，并采用有限差分法进行数值求解。将某高压深井压裂施工时砂堵的现场数据与预测模型计算结果进行对比分析，结果表明最大误差不大于2.92%，验证了模型的可靠性。针对压裂施工参数的影响开展了对比分析，结果表明：随着排量增大，水击压力波动随之增大，但排量对波速影响小；随着砂比提高，两相流密度增加，动能增大，压力波动小幅度增加，但波速随着砂比增高的规律为先降低再增加；随着支撑剂密度提高，水击压力波动增大而水击波速变化则由支撑剂密度和弹性模量共同决定。

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基于移动传感的桥梁自动模态参数识别

胡卫华，袁小杰，唐德徽，徐增茂，卢伟，滕军

振动与冲击. 2023, 42(7): 262-266.

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本文提出一种基于移动传感的桥梁自动模态参数识别方法。移动传感单元包括一个动力车和一个刚性小拖车，动力车搭载了数据采集和传输设备以及北斗授时模块，刚性拖车搭载加速度拾振器，动力车与拖车的连接具有良好的隔振效果，有效获取桥梁结构本身不同位置的振动信号。模态实验时，移动传感单元依次自动获取不同测点的结构振动信息，通过北斗授时模块实现与固定参考单元获取的振动信息相位时间同步。基于随机子空间的自动模态参数识别方法可以快速从固定参考单元与移动传感单元获取的振动信息中提取结构模态信息。该方法可以获取较高的空间分辨率结构振动信息，进而获取准确的结构振型信息。将移动传感应用于一座下承式系杆拱桥，取得了优良的模态识别效果。

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基于流固耦合的机车燃油箱冲击计算及试验验证

邵文杨，阳光武，肖守讷，刘壮壮

振动与冲击. 2023, 42(7): 267-272.

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为解决某型机车燃油箱在流固耦合条件下冲击工况的仿真计算问题，用燃油箱小模型对比了虚拟质量法与瞬态法相结合等4种仿真方法的结果，并基于标准冲击谱进行了冲击试验，同时将仿真结果与试验值进行了对比验证。对比结果显示，虚拟质量法与瞬态法相结合的仿真方法分析流固耦合条件下箱体的冲击工况最为准确。以1/3箱油液高度工况为例，计算了该型燃油箱在冲击工况下的三向应力，计算结果表明在1/3箱油液高度的条件下，其冲击应力小于许用应力值，满足使用要求。研究结果对分析结构流固耦合条件下的冲击应力具有一定的指导意义。

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基于子结构最优传输的跨工况轴承故障诊断方法

朱良玉，崔倩文，胡超凡，何水龙

振动与冲击. 2023, 42(7): 273-280.

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针对不同工况条件下轴承振动数据分布不一致、源领域与目标领域自适应过程中适配不足或过度适配的难题，提出一种基于子结构最优传输的跨工况轴承故障诊断方法。首先，通过小波变换提取轴承振动数据中的故障特征，构建故障样本集；再对源领域及目标领域轴承故障样本集进行聚类，生成源领域与目标领域故障样本数据的子结构，并自适应的对源领域数据子结构赋予不同权重，目标领域数据子结构赋予相同权重，完成对源领域数据子结构的映射；最后，利用映射的源领域数据子结构及其所对应的标签，训练支持向量机模型并通过训练后的模型实现对目标工况轴承的故障诊断。将所提方法在机械综合故障模拟实验平台及凯斯西储大学轴承数据集上进行验证，并与传统机器学习及其他迁移学习方法进行对比，实验结果表明该方法的有效性与优越性。

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基于PSO-SEBD的风电机组滚动轴承故障诊断

王鹏程1,2，邓艾东1,2，凌峰1,2，邓敏强1,2，刘洋1,2

振动与冲击. 2023, 42(7): 281-288.

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滚动轴承作为风电机组传动系统的关键部件，其健康状态监测对整个机组的安全稳定运行至关重要。针对滚动轴承的故障诊断问题，在基于先验未知盲反卷积技术的包络谱重复瞬态循环平稳性提取方法(extracting cyclo-stationarity of repetitive transients from envelope spectrum based on prior-unknown blind deconvolution technique, SEBD)的基础上，提出了一种基于粒子群算法(particle swarm optimization, PSO)寻优的SEBD滚动轴承故障诊断方法，实现SEBD滤波器长度自适应选择。首先，以最大故障特征频率比(characteristic frequency ratio, CFR)作为适应度函数，利用PSO算法对滤波器长度进行寻优；然后，利用获得的最优滤波器长度进行SEBD处理；最后，根据SEBD处理后信号的包络谱特征实现轴承故障的有效识别。通过对仿真信号和德国帕德博恩大学公开轴承故障数据进行分析，验证了PSO-SEBD的有效性。通过与几种常用的诊断方法对比以及噪声环境下分析，表明该方法具有较好的诊断性能和抗噪声能力。

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纵-扭复合超声对滚齿面强化机理及表面特性研究

姜燕，赵波

振动与冲击. 2023, 42(7): 289-300.

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为了强化齿面，提高齿轮表面的使役性能，使用一种新的纵-扭复合强化加工方法对齿轮进行强化。首先，基于赫兹接触理论和齿轮啮合理论，建立了纵-扭超声滚压齿面等效应力的理论模型；其次采用有限元仿真技术对该加工方式进行了模拟；最后利用已经搭建好的试验平台进行了一系列的纵-扭超声对滚齿面强化试验。通过对比仿真与理论结果对比，施加纵-扭超声后可以有效的提高接触应力，本文中有无超声振动接触应力提高约1.7~2倍，致使齿轮表面材料发生屈服进而完成。试验结果进一步表明纵-扭超声滚强化压改善了齿面的表面特性。当施加纵-扭复合超声振动时，齿面残余应力随阻尼力矩增大而增加，沿齿廓方向残余应力呈现先增大后减小趋势，在节圆处残余应力值最大。齿面的显微硬度HV1.0数值沿齿廓呈现时变特性，超声滚压强化加工可以改善齿面表面形貌。与传统滚压相比，超声滚压强化后表面峰谷间距加宽，粗糙度降幅可达45%~55%。因此，纵-扭超声对滚强化加工可以实现齿面强化、改善齿面特性，提高残余压应力和显微硬度、降低表面粗糙度并提高齿面质量。

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基于中心损失-改进卷积自编码器的滚动轴承半监督故障诊断

齐咏生1,2，巩育瑞1,2，高胜利3，刘利强1,2，李永亭1,2

振动与冲击. 2023, 42(7): 301-311.

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当前基于深度学习的旋转机械故障诊断技术，凭借其强大的逐层加工和内置特征变换功能受到广泛关注，然而传统用于故障诊断的深度网络需要大量标签数据，且诊断结果依赖于标签的数量和准确性。为此，提出一种基于中心损失-改进卷积自编码器（CL-ICAE）的半监督故障诊断方法。该方法首先利用连续小波变换将故障信号转换为时频图，细化故障特征表征；之后构建改进的卷积自编码器网络结构，并引入批量归一化(BN)和Dropout，在特征提取阶段防止过拟合；之后在分类阶段，通过将中心损失(center loss)引入Softmax损失函数，构建联合损失函数，使故障特征实现类内距离更小，特征差异更大，进一步提高分类精度。最后，将所提方法通过凯斯西储大学轴承数据集和轴承故障实验平台进行验证，结果表明在少量标签样本情况下，均可实现有效的故障诊断，提升诊断准确率。

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考虑地震滑冲效应的高铁简支梁桥横向减震体系研究

杨孟刚1,2，栗梦成1,2，胡尚韬1,2

振动与冲击. 2023, 42(7): 312-320.

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对近断层地震滑冲效应作用下高铁简支梁桥横向碰撞响应及其减震体系进行了研究。以一座5跨32 m简支梁桥为背景，采用Abaqus软件建立全桥有限元模型。分析了远场地震和近断层地震滑冲效应作用下桥梁横向地震响应的差异，探究了传统抗震挡块的适用性；对比分析了“挡块+拉索”组合、全桥单独安装拉索限位器及单独安装减震榫等3种减震体系的减震效果。结果表明：与远场地震相比，近断层地震滑冲效应作用下传统抗震挡块完全失效，落梁风险显著增加；挡块与垫石间隙越小，“挡块+拉索”的减震效果越好；拉索限位器的减震效果随拉索自由程减小而提高；减震榫取最优刚度时，能够显著减小桥梁地震响应；综合比选，全桥单独安装减震榫的减震体系最佳。

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基础隔震结构的楼面设计反应谱研究

党育1，李国宝1，谢鹏飞2

振动与冲击. 2023, 42(7): 321-332.

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依据基础隔震结构楼面反应谱的谱形特点，将谱曲线分段进行回归分析，确定各段谱曲线的形状，得到一种双峰值的基础隔震结构楼面设计反应谱。考虑影响基础隔震结构楼面反应谱的各主要因素，如结构动力参数、场地特性、地震动强度、结构与设备的相互作用和设备阻尼等，用正交试验法，分析基础隔震结构-设备组合体系的楼面反应谱，以拟合优度最大为目标，分段标定楼面设计反应谱的各特征参数并统计拟合出各特征参数的计算公式。通过三个实际的基础隔震工程-设备实例验证，结果表明：建立的标准化的楼面设计反应谱，能忠实地反映楼面反应谱的频谱特性，还原楼面反应谱的曲线变化，各段曲线的谱值可基本包络楼面反应谱；与时程分析法的结果相比，用该楼面设计反应谱求得各设备的地震作用，误差均在10%以内，说明该楼面设计反应谱具有较高的精度和较好的工程实用性。

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基于AWMMD的柴油机气缸故障特征提取方法研究

王珉1，秦国军1,2，廖亦凡1

振动与冲击. 2023, 42(7): 333-340.

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针对柴油机气缸故障诊断时的噪声干扰问题，提出一种自适应加权多尺度形态分解（Adaptive Weighted Multi-scale Morphological Decomposing, AWMMD）方法，从各个缸盖表面振动信号中提取故障特征。首先，基于三种组合算子构造一种新的组合差值形态滤波器，用于对振动信号进行多尺度分解；其次，以Teager能量峭度作为评判指标，设计基于遗传算法的各尺度形态模式分量（Morphological Mode Component, MMC）权值自适应分配算法，提出加权多尺度形态分解方法；最后，将自适应权值与多尺度分解的形态模式分量进行绑定，得到优化的故障特征提取结果。仿真信号测试与柴油机故障模拟信号分析结果表明，该方法能有效抑制噪声干扰并提取故障特征。

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2023年, 第42卷, 第7期　
刊出日期：2023-04-15

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