2023年, 第42卷, 第8期　
刊出日期：2023-04-28

  

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  周期性轻质多孔结构在能量吸收和振动方面的研究进展

  张武昆1,2，谭永华2,3，高玉闪1,2，赵剑1,2，熊健4，王珺1,2

  振动与冲击. 2023, 42(8): 1-19.

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  周期性多孔结构以其轻质、高强等优异的力学性能和减振、能量吸收等多功能特性而引发诸多学者越来越多的关注。对近年来周期性超轻多孔结构及其填充混杂复合结构在能量吸收和振动性能方面的研究情况进行了综述。首先概述了超轻多孔结构在减振和抗冲击性能方面优势明显的胞元及结构形式；对于能量吸收方面，重点从准静态载荷、冲击载荷和应用三个角度评述了研究成果；针对振动特性，介绍了振动分析、减振隔振和振动特性应用方面的研究工作。最后展望了其后续的发展方向，包括基于增材制造的多孔结构的动态力学模型研究、超轻多孔结构的疲劳及损伤容限性能研究、多孔结构在多场及多种载荷下动态力学性能研究、面向吸能和减振的多孔结构胞元设计和填充材料组集优化方法、面向工程应用的多孔结构材料功能一体化设计等。
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  平稳随机激励下非黏滞阻尼系统功率谱密度函数的灵敏度分析

  史俊磊1,2,3，丁喆1,2,3，张磊1,2,3，张严1,2,3

  振动与冲击. 2023, 42(8): 20-27.

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  功率谱密度(power spectral density, PSD)函数的灵敏度分析是实现结构系统在随机激励下梯度优化算法的基础。区别于粘性阻尼模型假设阻尼力正比于瞬时速度，非黏滞阻尼模型的阻尼力与质点的时间历程相关，因而能够更加准确地描述黏弹性材料的耗能特性。针对卷积型非黏滞阻尼系统功率谱密度函数的灵敏度求解问题，利用虚拟激励法(pseudo-excitation method, PEM)将平稳随机激励下非黏滞阻尼系统的随机响应问题等效转化为确定性的简谐响应问题；利用直接微分法推导出功率谱密度函数的灵敏度表达式；分别引入基于复模态的一、二阶近似法和基于实模态的迭代方法构建功率谱密度函数的灵敏度算法；通过数值算例比较三种方法的计算精度和效率。结果表明，迭代法更适合大规模非黏滞阻尼系统功率谱密度函数的灵敏度求解。
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  基于机器学习的单钢板混凝土组合板冲击响应预测及优化

  赵唯以，陈沛涵

  振动与冲击. 2023, 42(8): 28-37.

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  单钢板混凝土组合板（HSC板）的抗冲击性能十分出色，可有效抵挡落石冲击，在符合相关规范要求的前提下，可以通过设计降低HSC板在落石冲击作用下的变形，以最大限度地保证山区基础设施和人民的安全。为快速、准确地处理HSC板的变形和设计参数之间的复杂非线性关系，基于3种机器学习算法分别建立冲击作用下HSC板最大变形的预测模型，并通过有限元结果对模型进行验证。在此基础上，以落石冲击下HSC板的最大变形、自重和造价为优化目标，采用遗传算法对某山区建筑中某HSC屋面板进行优化设计，求解HSC屋面板的厚度、连接件尺寸等设计参数的最优解集。研究结果表明，高斯过程回归（GPR）模型对HSC屋面板变形的预测精度最高，可以代替复杂耗时的有限元计算，有效提高目标方程的计算效率，且最终的优化结果给出了多种优化方案，可以有效降低HSC屋面板变形，为工程设计提供了参考。
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  热环境下压电功能梯度板的非线性等几何建模与主动控制研究

  刘涛1,2,3，张顺琦1，刘庆运2,3

  振动与冲击. 2023, 42(8): 38-50.

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  压电材料的压电参数（应力、应变和介电参数）对温度均较为敏感，且直接影响着压电智能结构工作时的性能。为更加准确地探究热环境中上、下表面覆盖有压电层的功能梯度板的非线性力学行为和非线性主动控制问题，首先在传统的线性压电本构方程中引入了温度对压电参数的影响，基于一阶剪切变形理论（First-order shear deformation theory, FSDT）和Von Kármán理论建立了压电功能梯度板（piezoelectric functionally graded plates, PFGPs）的非线性等几何分析（Isogeometric analysis, IGA）模型，并通过相关算例验证了模型的正确性和有效性。其次，对多种载荷作用下板的自由振动和非线性静态弯曲响应进行了分析。最后，利用位移-速度反馈控制方法研究了板的非线性主动控制。研究结果表明，压电参数的温度相关性对压电功能梯度板的自由振动、非线性静态弯曲响应以及非线性主动控制效果均有影响，且影响大小与压电层的厚度、梯度指数n和温度有关。
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  基于改进自适应陷波器的电磁轴承支承转子自动平衡控制

  仝宇，田中梁，乔朝阳，刘梦龙，孙岩桦

  振动与冲击. 2023, 42(8): 51-61.

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  针对转速信息未知情况下的电磁轴承支承转子不平衡振动抑制问题，提出了一种基于改进自适应陷波器（Adaptive Notch Filter, ANF）的自动平衡控制算法。首先，对传统ANF的结构和工作原理进行分析，讨论了相关控制参数的选取原则，并针对电磁轴承闭环系统嵌入ANF导致的低转速区失稳，设计了最优相位补偿器，在保证全转速范围稳定的情况下进一步优化了陷波性能。然后，根据相位补偿ANF输入输出信号之间的相位关系，设计了转速估器，通过变增益和归一化处理，不仅平衡了算法收敛速度和估计精度之间的矛盾，同时保证了各转速下的收敛特性一致。最后，通过仿真分析和实验研究对提出的算法进行验证。结果表明，设计的算法能够对未知的转子转速进行快速准确地估计，从而消除控制电流和电磁力中的转速同频分量，大幅抑制传递到基座上的振动力。该方法简化了轴承结构，降低了生产成本，实现了无转速传感器的自动平衡控制，在工业磁轴承领域有很好的应用前景。
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  分数阶van der Pol-Mathieu方程的动力学分析

  郭建斌1，申永军1,2

  振动与冲击. 2023, 42(8): 62-68.

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  以含分数阶微分项的van der Pol-Mathieu方程为对象，研究了谐波激励作用下主共振的动力学行为和稳定性。采用平均法得到了方程近似解析解，通过数值方法验证了解析结果的准确性。建立了系统稳态响应的幅频方程，利用Lyapunov第一方法得到定常解的稳定条件，确定了解的稳定性。在此基础上，分析了参激项、自激项以及分数阶微分项参数对系统幅频特性的影响。结果表明：改变参激项系数主要影响系统的响应幅值和共振频率范围；改变自激项系数主要影响系统响应幅值和多值性；改变分数阶微分项系数和阶次对系统的动力学行为具有双重调节的作用。
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  复合受扭实腹式型钢混凝土柱恢复力模型研究

  陈宇良1,2，李浩1，陈宗平1,3

  振动与冲击. 2023, 42(8): 69-78.

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  为研究复合受扭作用下实腹式型钢混凝土柱的恢复力模型，考虑扭弯比、轴压比和剪跨比的影响，完成了9个实腹式型钢混凝土柱的拟静力加载试验，获取了扭矩-扭转角骨架曲线和滞回曲线，分析了扭弯比、轴压比和剪跨比等试验变化参数对其扭转滞回性能的影响。基于试验扭转骨架曲线和滞回曲线，提出了以屈服点、峰值点和破坏点为特征点的三折线骨架曲线模型，同时对滞回规则进行简化，建立了实腹式型钢混凝土柱复合受扭恢复力模型。结果表明：随着扭弯比的增大，试件破坏形态由弯曲破坏为主转为扭转破坏为主；扭弯比对实腹式型钢混凝土柱的抗扭承载力影响最大；扭转骨架曲线特征参数计算时考虑了扭弯比、轴压比和剪跨比的影响，计算结果与实测结果吻合较好；提出的考虑卸载刚度退化影响的扭转恢复力模型，能较好地预测复合受扭作用下实腹式型钢混凝土柱的扭转滞回曲线，可为此类结构在压弯剪复合受扭作用下的弹塑性地震分析提供参考。
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  分梁共墩式公轨合建双层高架桥的抗震分析

  陈智钊1，刘周强1,2，徐艳1，梁博3

  振动与冲击. 2023, 42(8): 79-86.

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  公轨合建双层高架可以将城市高架和轨道交通线路组合起来，节省城市用地的同时便于疏散交通压力，在近年来的城市交通规划中得到重视和应用。但由于缺少专门的抗震设计规范，此类桥梁的抗震设防标准、性能目标和抗震设计方法亟需研究。以一座实际桥梁为背景工程，提出合理的抗震设防标准和性能目标，研究了轨道对结构动力特性和弹性地震响应的影响，并进一步采用非线性纤维模型研究了桥墩纵筋配筋率、墩梁刚度比以及上下墩高比对桥墩屈服顺序的影响。研究表明，轨道增大了结构纵向刚度和下桥墩与下盖梁的地震响应，分梁共墩式双层高架宜采用延性抗震设计，将盖梁设计为能力保护构件，并通过合理的墩梁截面刚度、墩高和配筋率设计满足两水准的性能目标，确保地震作用下结构产生预期的延性破坏模式。
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  基于改进高斯展开法的ABH板弯曲振动特性分析

  李剑辉1，郑玲1，邓杰2，李美玉1

  振动与冲击. 2023, 42(8): 87-95.

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  针对声学黑洞(Acoustic Black Hole，ABH)板存在的非均匀波长分布和波数快速变化问题，本文建立了一种基于改进高斯展开法(Improved Gaussian Expansion Method，IGEM)的半解析模型来分析ABH板的弯曲振动问题。在Rayleigh-Ritz法的框架下，选择高斯函数作为基函数，根据板的厚度变化来确定不同位置高斯基函数的尺度因子，并根据尺度因子和板的形状来确定高斯基函数的分布情况；通过尺度因子的分级化处理，既可以更加准确地描述板在不同厚度处的位移，又实现了 x 方向和 y 方向在积分过程中的分离，进而改善了计算准确度和效率；此外，根据板的形状确定高斯基函数的分布情况，可以避免质量矩阵和刚度矩阵的奇异化。本文以矩形ABH板、圆形ABH板和开孔形ABH板为例，验证了该方法在计算ABH板弯曲振动时的准确性和适用性。
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  基于桥式网络的车辆机电惯性悬架优化设计与性能研究

  杨晓峰1，何涛1，沈钰杰2，刘雁玲1，张颖3

  振动与冲击. 2023, 42(8): 96-103.

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  为进一步提升应用机电惯容器的车辆悬架隔振潜能，基于桥式电网络结构，建立车辆机电惯性悬架的四分之一动力学模型，推导机电惯容器的输出力表达式。根据桥式网络阻抗的求解方法，选取三种基础的桥式网络结构与其对应的串并联网络结构进行对比，分析结果显示同等元件数量下，桥式网络相较于串并联网络可实现更高阶次的阻抗传递函数。以提升车辆悬架综合性能为目标，采用模式搜索法得到了几种不同结构的车辆机电惯性悬架最优参数。在随机路面下的仿真结果表明：相同元件数量下，采用桥式网络相较于采用串并联网络的车辆机电惯性悬架具有更好的隔振效果，为应用机电惯容器的车辆悬架系统设计提供新的方法指导。
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  UHMWPE防弹复合材料正交试验设计与分析

  赵玉芬1，田歌1，王艺臻1，宋磊磊1，齐长见1,2

  振动与冲击. 2023, 42(8): 104-110.

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  铺层结构和成型工艺是影响超高分子量聚乙烯（Ultra-high molecular weight Polyethyene，UHMWPE）纤维复合材料弹道防护性能的重要因素，为了评估各因素对UHMWPE纤维复合材料防弹性能的影响程度，基于正交试验设计建立了铺层角度以及包括温度、压强、时间三个热压成型工艺条件下的四因素三水平正交表并进行了9组弹道极限试验。通过对试验结果进行极差和方差分析表明，各试验因素对弹道防护影响程度由大到小依次为铺层角度、成型时间、成型压强和成型温度；此外，研究发现[(0°/90°)2]2n和[(-45°/+45°)2]2n铺层复合材料弹道冲击吸能体现为多破坏模式协同耗能，而[(0°/90°)2/(-45°/+45°)2]n准各向铺层复合材料的弹道冲击吸能体现为单一破坏模式耗能；最后综合考虑防弹性能和成本确定的最优组合为成型温度120℃、压强25MPa、时间20min，铺层角度[(0°/90°)2]2n。
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  一种基于增量动力分析法的高耸混凝土电视塔结构整体损伤模型

  邱意坤1，甄伟1，周长东2

  振动与冲击. 2023, 42(8): 111-118.

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  由于缺乏多道抗震防线，高耸混凝土电视塔结构在地震作用下容易发生破坏，评估结构在经历地震作用后的损伤状态对于评价结构的抗震性能以及震后可恢复性能具有重要意义。本文基于增量动力分析（Incremental dynamic analysis, 简称IDA）方法，使用IDA曲线围成面积的比值定义了一种新的整体损伤模型。介绍了结构损伤状态判定原则，以及地震动强度指标的选取方法，并证明了本文提出的整体损伤值随着地震动强度指标值的增加而单调递增的特性。以北京中央电视塔为对象，研究了本文损伤模型和其他损伤模型对高耸混凝土电视塔结构的适用性。研究结果表明，本文提出的模型解决了其他模型的损伤演化曲线局部下降问题，此外，本文模型的损伤演化曲线形状特点比较符合电视塔结构的脆性破坏特点。
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  基于旋转编码器信号的滚动轴承故障特征增强提取

  朱云贵，郭瑜，邹翔，田田，徐万通

  振动与冲击. 2023, 42(8): 119-125.

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  针对滚动轴承故障特征较弱且振动传感器安装受限的场合下故障特征不易提取的问题。本文结合旋转编码器信号传递路径短、干扰少等优势，提出一种基于旋转编码器瞬时角速度(IAS)信号的滚动轴承故障特征增强提取方法。首先，使用去相位算法(DPA)抑制转频及其谐波等严格周期性分量；其次，通过多点优化最小熵反褶积(MOMEDA)增强滚动轴承故障冲击分量；最后，对增强后的信号进行频谱分析，提取轴承故障冲击特征。通过仿真和轴承外圈实测数据验证了本文所提方法的有效性。
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  旋转分数导数粘弹性矩形板横向自由振动分析

  孙羽键1，王忠民1,2

  振动与冲击. 2023, 42(8): 126-133.

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  研究了用分数导数型本构关系描述的旋转粘弹性矩形板的横向自由振动问题。从分数导数Kelvin-Voigt三维本构方程出发，基于板的平面问题，得到了分数导数Kelvin-Voigt二维本构关系，运用Hamilton原理建立了旋转分数导数粘弹性矩形板的运动微分方程。采用微分求积法离散运动微分方程与边界条件，得到系统的复特征方程，分析了分数导数阶数、宽长比、径长比以及厚长比对系统无量纲复频率虚部的影响。结果表明，随着旋转角速度的增大，前三阶无量纲复频率虚部（固有频率）增大；随着分数导数阶数的增大，无量纲复频率虚部减小; 第三阶复频率虚部受到各参数的影响比第一、二阶较大。
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  含轴力高频振动梁的能量辐射传递模型

  王硕，黄进安，代成浩，陈海波

  振动与冲击. 2023, 42(8): 134-141.

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  为考察轴力对梁高频振动的影响，建立了轴力作用下梁的能量辐射传递模型。针对具有恒定轴力作用的Euler-Bernoulli梁，引入受轴力影响的波数和群速度，建立了能量密度控制方程，推导了轴力作用下梁的能量密度和能量强度的核函数。实源强度由导纳法计算得到的输入功率表示，虚源强度通过边界的能量平衡方程确定，根据惠更斯原理，梁的能量响应由实源产生的直接场与虚源产生的反射场线性叠加得到。最后，通过将能量辐射传递法(RETM)获得的结果与波传播法解析解进行比较，分析了轴力作用下无限结构导纳的适用性，验证了本文所提RETM的正确性，同时分析了轴力对梁能量响应的影响。
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  气动齿状软体驱动器动力学建模与仿真分析

  苏怡仪1， 张力文1， 徐齐平2， 刘锦阳1

  振动与冲击. 2023, 42(8): 142-151.

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  针对发生面内弯曲、超弹性材料气动齿状软体驱动器，从非线性本构关系出发，考虑几何非线性，基于绝对节点坐标法（ANCF）建立二维多梁结构的动力学模型。考虑多点接触，采用罚函数法对相邻气腔之间的软接触问题进行建模，避免了相邻气腔之间的互相穿透，并能够准确模拟相邻气腔从不接触到充分接触的变拓扑过程。相比于ANCF实体单元模型，二维梁模型计算规模小，更加高效。通过气动弯曲实验和ABAQUS仿真，验证了理论模型的计算精度。在此基础上研究了重力对软体驱动器构型的影响，分析了充气速率和最终加载气压值对其动力学响应的影响。
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  接地棒辅助钻机振动特性分析

  王学军，熊金金

  振动与冲击. 2023, 42(8): 152-159.

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  为了分析接地棒辅助钻机工作过程中的振动并对其改进。建立接地棒辅助钻机的仿真模型，进行参数设置，对接地棒辅助钻机进行整机模态分析，得到整机的固有频率及振型，使用有限元分析方法对接地棒辅助钻机进行瞬态动力学分析，得到不同电机转速、不同载荷下机器的振动加速度与频谱。通过整机动态信号测试，得出各个测点的振动加速度与频谱。仿真结果与实验结果对比，吻合度较高。仿真与实验结果表明电机转速对接地棒辅助钻机振动特性影响较大，载荷对其影响较小。对接地棒辅助钻机进行减振优化，对比了优化前后的接地棒辅助钻机的振动加速度幅值与应力应变，结果表明对机器的减振是有效的，提高了接地棒辅助钻机工作的稳定性与使用寿命。
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  综合管廊燃气爆炸对下穿隧道结构安全性的影响研究

  王岱1,2，陈昌昊1，张海1,2，刘中宪1,2，孟思博1,2

  振动与冲击. 2023, 42(8): 160-166.

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  针对综合管廊燃气爆炸时下穿隧道可能遭受的破坏风险，首先通过野外管廊燃气爆炸试验确定综合管廊超压时程，而后建立综合管廊-土体-下穿隧道整体三维有限元模型，并在综合管廊燃气舱内壁施加荷载，计算分析了下穿隧道的动力响应规律。结果表明，野外管廊燃气爆炸试验实测超压峰值高达0.63MPa，且升压和降压持续时间均为0.1s左右；隧道衬砌拱顶区域最先受到冲击，衬砌位移随时间增大而增大，而衬砌应力则在超压峰值时刻达到最大，且隧道平行下穿时的衬砌应力可达正交下穿时的3.5倍以上；随着隧道和管廊间距的增大，隧道动力响应如衬砌应力、振动速度等均逐渐减小，且隧道正交下穿管廊时的减小趋势更为明显；综合考虑各因素的影响，建议优先考虑隧道正交下穿综合管廊，且隧道与管廊的安全距离控制在7m以上。研究结果可为综合管廊抗爆及下穿隧道工程设计等提供参考。
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  含弹性连接和夹层流体的双层壳振动传递特性研究

  于安斌1，赵应龙2,3，侯九霄2,3

  振动与冲击. 2023, 42(8): 167-176.

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  为研究水中隔振器的振动传递机理，结合子结构导纳法、波传播法和四端参数法，建立了含弹性连接和夹层水的双层圆柱壳振动耦合理论模型。模型分为内、外壳两个子结构以及弹性连接构成的修正子结构，采用结构刚度和连接刚度构成的矩阵描述夹层流体的影响，推导内壳以内的水介质声压，对水中隔振器的振动传递特性开展了研究。结果表明：在存在夹层水介质的条件下，内壳以内的水介质流体负载效应同时作用于内外壳；内外壳夹层水对壳间的振动传递起到了“短路”作用，降低了隔振器的减振性能，且与夹层厚度无关；此外，与刚性支撑连接相比，水中隔振器仍具备一定的隔振效果。
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  地震作用下三相邻结构控制体系动力响应分析

  张尚荣1，李仕浩1，刘良坤2，唐响1，张弛1

  振动与冲击. 2023, 42(8): 177-185.

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  为解决两相邻结构同频共振导致结构抗震失效问题，提出了一种三相邻结构的减震控制策略。利用单自由度和多自由度力学简化模型，基于Clough-Penzien谱推导了相应的随机拓展状态方程，并研究了三相邻结构在不同组合方案下各参数对减震效果的影响规律；基于结构振动总能量最小原则，利用改进遗传算法对减震控制方案进行了优化，得到了对应控制方案下阻尼器布置的数量和位置，输入谱模型，分析了控制方案对高阶响应的抑制效果，并分析了该体系在7组地震动作用下的减震控制性能。结果表明，三相邻结构可以有效地解决两相邻结构同频共振的减震控制失效问题，抑制高阶响应，且能够有效地降低地震响应，并具有较好的鲁棒性。
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  基于混凝土植入式模块与数据融合的裂缝修复监测技术

  杨子谦1,2，陈清军1,2，孙祥涛1,2，孔庆钊1,2

  振动与冲击. 2023, 42(8): 186-193.

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  大量混凝土结构的老化受损使得裂缝修复变得十分频繁，尤其是对于一些工程周期较短的加固抢修工程，实时监测修复过程的变化对跟踪确认结构功能恢复具有重要意义。提出了一种能实时监测裂缝修复过程的技术，包括基于新型混凝土植入式模块获取监测数据和基于闵可夫斯基距离（下称闵氏距离）数据融合方法评估修复过程。所设计的模块能植入结构体内，依靠嵌入的压电传感阵列，多路径激发并接收探测应力波，将不同修复时间下模块获取的结构信息用于闵氏距离融合，综合表征裂缝修复过程。通过有限元研究揭示了探测应力波在裂缝修复界面的传播特性，提出了相对能量闵氏距离和相关系数闵氏距离两个数据融合方法评估裂缝修复过程，并用三维数值模型验证了其表征修复材料水化过程的可行性。最后设计了混凝土裂缝修复实验，将提出的植入式模块和两个基于闵氏距离的数据融合方法用于裂缝修复过程监测，验证了该技术的可行性并探讨了对裂缝修复监测的评估方法。
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  钢筋混凝土梁动态剪切性能及尺寸效应细观研究

  金浏，张江兴，李冬，杜修力

  振动与冲击. 2023, 42(8): 194-205.

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  基于ABAQUS有限元数值计算平台，考虑混凝土材料的非均质性以及钢筋和混凝土的应变率效应，建立了钢筋混凝土（reinforced concrete ，RC）梁三维细观数值分析模型，探究了RC梁在不同应变率和配箍率条件下的剪切性能及其尺寸效应行为。结果表明：1)剪切承载力随着应变率和配箍率的增加均有不同程度的提高；2)名义抗剪强度随梁高的增大而减小，存在显著的尺寸效应现象；3)应变率和配箍率的增大一方面可以提高RC梁的名义抗剪强度，另一方面会削弱名义抗剪强度的尺寸效应行为；4)提出的RC梁静/动态剪切统一尺寸效应律同时考虑了尺寸效应、应变率效应和配箍率的影响，能够较好地预测RC梁在静态和动态作用下的名义抗剪强度，具有一定的准确性和合理性。
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  考虑推进器饱和特性的动力定位船舶递归滑模动态面控制

  苏义鑫，公成龙，张丹红

  振动与冲击. 2023, 42(8): 206-214.

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  本文针对带有饱和特性推进器，速度不可测量以及受外界未知扰动影响的动力定位（dynamic positioning，DP）船舶，设计了一种带有饱和处理模块的递归滑模动态面控制律。基于高斯误差函数设计了输入输出特性光滑的饱和处理模块对控制律的输出进行限幅处理，构造了高增益观测器利用船舶位置和艏向角信息估计船舶速度，设计了递归滑模动态面控制（dynamic surface control，DSC）策略增强控制律对系统参数摄动的非脆弱性，并通过选择合适的Lyapunov函数，证明了DP闭环控制系统的稳定性和所有信号的最终一致有界性。最终，对一艘供给船进行DP仿真分析，结果表明，所设计的控制律对外界扰动具有较强的抵抗能力和对系统参数摄动具有较强的非脆弱性，能够保证DP控制系统具有良好的动态特性和稳态性能。
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  基于二维多尺度时频散布熵的滚动轴承故障诊断方法

  郑近德，李嘉绮，潘海洋，童靳于，刘庆运

  振动与冲击. 2023, 42(8): 215-225.

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  多尺度散布熵(Multi-scale Dispersion Entropy，MDE1D)是一种有效衡量一维振动信号复杂性特征的非线性动力学分析方法，但其仅能反映振动信号时域中的复杂性特征，无法完整反映振动信号频域的非线性动力学信息。为此，在二维散布熵(Two-dimensional Dispersion Entropy，DE2D)的基础上，论文提出二维时频散布熵(Two-dimensional Time-frequency Dispersion Entropy，TFDE2D)用于衡量时间序列的时频复杂性特征。同时，为了更完整地反映时频分布在不同尺度下的复杂性信息，受多尺度粗粒化启发，将传统粗粒化方法拓展到二维多尺度粗粒化，提出了二维多尺度时频散布熵(Two-dimensional Multi-scale Time-frequency Dispersion Entropy，MTFDE2D)，用来量度振动信号时频分布的多尺度复杂性特征。在此基础上，将其应用于滚动轴承故障诊断中的非线性特征提取，提出了一种基于MTFDE2D和萤火虫优化支持向量机的滚动轴承智能诊断方法。最后，将所提方法应用于滚动轴承实验数据分析，并与现有方法进行对比。结果表明，所提方法不仅能有效地提取故障特征，实现不同轴承故障类型和故障程度的有效诊断，且诊断效果优于对比方法。
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  两种类型干煤棚的表面风压与整体风荷载对比

  沈国辉，韩康辉，李懿鹏，姜咏涵

  振动与冲击. 2023, 42(8): 226-233.

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  通过测压风洞试验对比三心圆型和子弹头型干煤棚的风压分布和整体风荷载，分析两类干煤棚体型系数随风向角的分布，将干煤棚的体型系数与规范值进行对比，比较两类干煤棚随风向角的整体风荷载，给出子弹头型干煤棚中间与两侧的整体力系数。研究表明三心圆型干煤棚在墙面正迎风情况下屋面迎风侧负压较大，中间及背风侧负压较小；两类干煤棚的极值负压均出现在斜风向的顶部附近；侧面正迎风情况下GB规范的正压小于试验值，AIJ规范和EN规范的负压大于试验值，体型系数随角度变化剧烈，规范中分段体型系数表达并不合理，提出基于三角函数的体型系数拟合公式；三心圆型干煤棚升力系数小于同样矢跨比的子弹头型，从设计控制角度三心圆型干煤棚的整体平均风荷载小于子弹头型。
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  基于稀疏指标的优化变分模态分解方法

  张露1,2，理华1， 崔杰1， 王晓东1，肖灵1

  振动与冲击. 2023, 42(8): 234-250.

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  针对复合信号源信号数目未知，无法正确预设分解模态数K值而不能对信号进行有效VMD分解的问题，本文提出了一种基于稀疏指标的优化变分模态分解方法。该方法基于VMD分解所构建变分模型中各个分量的稀疏先验知识，实现了VMD自适应寻优K值，其将最佳K值确定为稀疏指标由上升至下降的转折点。计算VMD分解各个分量的稀疏度时，考虑到不同分量间的能量差异加入了能量权值因子，最后将稀疏指标确定为分解后各分量边际谱稀疏度的平均值。仿真信号与实际信号分解实验验证表明，相较于其它两种VMD分解K值确定方法，本文方法确定的K值结果更为准确，实现的优化VMD分解自适应性更强，较其它信号分解方法如EMD分解有更好的分解效果，为源信号数目未知的复合信号VMD分解提供了新思路。此外，噪声的鲁棒性实验证明所提基于稀疏指标的优化变分模态分解方法具有一定的抗噪能力，较为稳健，可开发应用于实际工程。
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  带螺旋折流板的中空换热器振动和传热特性分析

  孙亚茹1，季家东2，华子森1，王成军1，王艳1

  振动与冲击. 2023, 42(8): 251-258.

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  为改进换热器内螺旋传热元件的振动均匀性及提高换热器的综合传热性能，提出一种带有螺旋折流板的中空换热器，采用双向流固耦合计算方法，研究了入口流速及折流板安装位置对换热器振动及传热特性的影响。结果表明：带螺旋折流板的中空换热器可有效均衡振动特性，提高传热特性。增加入口流速，传热元件振动幅值和换热系数增大。折流板安装在换热器上部时，平均振动幅值最大，平均传热系数最小，传热均匀性最好。带螺旋折流板中空换热器的PEC值大于1，实现了强化传热的效果，折流板安装在换热器的下部、上部、左部和右部时换热器的PEC值比传统螺旋弹性管束换热器的PEC值分别提高了2.04%、7.87%、1.32%和0.03%，折流板安装在上部时PEC值最大，综合传热性能最好。
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  EFP构型对其气动特性和侵彻性能影响分析

  李渊博1，王金相1，赵瑶瑶2，唐奎1，王鸿飞1，陈兴旺1

  振动与冲击. 2023, 42(8): 259-265.

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  为综合分析爆炸成型弹丸(EFP)的构型对其气动特性和侵彻性能的影响，实现兼具良好气动特性和侵彻性能的EFP设计。开展了EFP的成型和飞行试验，在试验验证数值有效性的基础上，基于ALE算法分析了后翻型EFP的三种典型构型(实心杆状、小空腔状、大空腔状)的成型过程及气动特性，并进一步开展了三种构型EFP侵彻半无限厚45#钢的数值模拟。结果表明：EFP小空腔结构提高了其飞行稳定性；空腔的增大降低了EFP的存速能力，实心、小空腔、大空腔三种构型的EFP炸高在1000倍弹径（30m）时平均速度降分别为158m.s-1、172m.s-1、210m.s-1；随着EFP空腔的增大，靶板开坑形貌由漏斗状逐渐转为等直径状。从工程实践角度设计EFP构型时，对于近距离目标应选取实心型，对于远距离目标应选取小空腔型。
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  适用于我国抗震设计规范的位移设计谱方法

  赵国臣1，徐龙军1，朱兴吉2,谢礼立1, 3

  振动与冲击. 2023, 42(8): 266-274.

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  由于位移参数更能科学、直观地描述建筑结构的抗震水平，基于位移的抗震设计方法已成为地震工程领域研究的热点。位移设计谱是基于位移的抗震设计方法中确定地震作用的重要参考依据。然而我国现行抗震设计规范（后简称规范）中尚未有关位移设计谱的相关规定。为便于实际应用，本文基于实际地震动位移反应谱的特征提出了一种能够适用于规范的位移设计谱方法。该方法未对规范参数做任何调整，仅增加了控制点周期TD和峰值地面位移PGD两个参数，且所增参数与规范相关参数具有一一对应的关系。鉴于基于力的抗震设计在工程实践中仍占据主导地位，本文给出的位移设计谱可与加速度设计谱互相转化。为避免与规范矛盾，当周期小于5Tg（场地特征周期）时，本文加速度设计谱与规范加速度设计谱一致。在长周期段，本文位移设计谱能够反映地震动平均位移反应谱的主要特征，且本文加速度设计谱与平均加速度反应谱吻合。本文的研究工作能服务于基于位移的抗震设计方法的工程应用，能为规范中设计谱相关内容的修订提供指导意见。
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  基于自适应信号分解特征集成学习的电磁脉冲识别方法

  程璐1,2,3，王雪晴1,2,3，刘艳3，程先友4，许鑫1,2,3，纪奕才1,2,3，方广有1,2,3

  振动与冲击. 2023, 42(8): 275-281.

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  为准确高效地识别核爆电磁脉冲（NEMP）和闪电电磁脉冲（LEMP），提出一种基于自适应信号分解和集成学习的识别分类方法。首先，针对样本不均衡问题，利用数据扩增方法对数据集进行预处理；然后，采用希尔伯特-黄变换对 NEMP 和LEMP 分别进行自适应信号分解；其次，对分解信号提取其在时域、频域和小波域的特征；最后，对提取特征采用集成学习算法进行识别分类。实验结果表明，该方法在实测数据上的准确率能够达到99.99%以上，LEMP 信号的误报率低于万分之一。
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  基于VMD和Chirplet变换的结构损伤识别研究

  张健1，程雪莉1，袁平平2，段明磊3，任伟新4

  振动与冲击. 2023, 42(8): 282-288.

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  为识别结构损伤位置及对损伤程度进行量化，提出了一种基于变分模态分解（Variational Mode Decomposition, VMD）和Chirplet变换的结构损伤识别方法。采用VMD对结构振动响应信号进行分解得到模态分量，并利用Chirplet变换对模态分量进行时频分析，构建模态分量Chirplet变换能量指标进行损伤位置识别，利用Chirplet时频熵对结构损伤程度进行量化。采用一个刚度变化的简支梁数值算例对所提方法进行了验证，结果表明，无论是单点损伤还是多点损伤，提出的方法均能准确识别结构的损伤位置及对损伤程度进行量化。
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  一种基于声学超表面的管道消声声衬设计研究

  白宇，郁殿龙，张振方，蔡力

  振动与冲击. 2023, 42(8): 289-295.

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  通过设计长度渐变的狭缝单元阵列，提出了一种基于梯度声学超表面的管道声衬模型。建立了该超表面声衬的声学特性数值仿真模型和理论计算模型，对其降噪特性及机理进行了分析，并探究了改变结构参数和声衬空间布局对降噪特性的影响，最后用实验验证了该超表面声衬的消声效果。结果表明，超表面结构使得声衬的降噪频段明显向低频拓展，并显著拓展其降噪频段，分析表明声衬的空间布局对其降噪效果也有很大影响。
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  冲击荷载下橡胶混凝土道面应变响应研究

  张高望1,2，张家科1,2，袁捷1,2，徐文毅1,2

  振动与冲击. 2023, 42(8): 296-304.

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  为了阐明冲击荷载作用下橡胶混凝土道面的应变响应，基于光纤光栅应变计和重型落锤式弯沉仪（HWD），设计了一种道面冲击应变响应的测试方法。通过该方法，对比分析了冲击荷载下橡胶混凝土道面与普通混凝土道面的应变响应差异，并且通过监测不同尺寸的橡胶混凝土道面，研究了道面板尺寸对应变响应的影响。试验结果表明：相较于普通混凝土道面，橡胶颗粒的加入改变了冲击荷载下道面的应变响应分布，使混凝土道面板中的水平应变均减小而板边、板角的水平纵向应变增加；并且随着板长增加，橡胶混凝土道面板中、板边、板角处最不利应变响应方向的应变逐渐增加，其中板角处纵向应变增加最快，即道面板长增加将使橡胶混凝土道面冲击荷载下的最不利位置和方向从板边横向转移至板角纵向，因此在大尺寸橡胶混凝土道面设计与建造中，板角应变也应被考虑。
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  考虑近断层方向性效应的速度脉冲放大作用预测模型

  赵晓芬1，温增平1，谢俊举1，解全才2，徐超1，王元杰3

  振动与冲击. 2023, 42(8): 305-318.

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  近断层速度脉冲型地震动对结构有特殊的破坏作用。所以在近断层概率地震危险性分析以及工程抗震设计时需要考虑速度脉冲的影响。而传统地震动预测模型往往会低估速度脉冲的影响。因此如何可靠地估计速度脉冲的影响是近年来研究的重要课题之一。本文以NGA-West2数据库为基础，另外收集近年最新获取的近断层地震动记录，考虑脉冲方向的不确定性，基于小波方法定量进行速度脉冲识别，共获得316条速度脉冲记录。基于该数据，采用最小二乘法拟合得到新的速度脉冲放大作用分段预测模型，并与已有的速度脉冲放大作用预测模型进行比较，验证了其有效性。本模型考虑了近年实际地震动观察结果，在已有的速度脉冲放大作用预测模型基础上，进一步提高了脉冲放大系数的平台高度。基于本文提出的脉冲放大作用经验预测模型，通过对传统地震动预测模型进行修正从而对近断层速度脉冲型地震动进行了有效估计。
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  带隙特性计算的等效梁元法与等效平面应变法

  毛翔1，杨德庆1,2，李清1

  振动与冲击. 2023, 42(8): 319-325.

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  针对可简化为平面应变类力学问题的超材料，根据矩形薄板筒形弯曲理论，提出该类超材料带隙特性计算的等效梁元法。应用等效梁元法和常规等效平面应变法对负泊松比超材料的多种典型构型（内六角、星形、箭形和旋转三角形）的带隙特性进行了数值计算，比较两种方法在带隙计算精度、计算效率及拓扑优化中适用性等方面的差异，并经实验测试结果进行验证。研究表明，等效梁元法和等效平面应变法的带隙计算精度均较高，与实测值误差在7%以内。等效梁元法在带隙计算效率上比等效平面应变法高约50%，但拓扑优化基结构模型的规模较大，适用于杆件类超材料结构拓扑优化。等效平面应变法带隙计算效率较低，拓扑优化基结构模型的规模较小，适用于连续体类及骨架类超材料结构的拓扑优化。本研究可为带隙超材料的拓扑优化设计提供参考。
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  一种机械设备故障诊断的FD-Transformer方法

  赵志宏1，2，李春秀2，李乐豪2，杨绍普1

  振动与冲击. 2023, 42(8): 326-333.

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  随着机械设备故障诊断技术的发展，利用深度学习技术判断设备故障类型越来越引起人们的重视。目前，基于注意力机制的Transformer模型有着优于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的特征提取能力且在自然语言处理及计算机视觉领域都得到了成功的应用。提出一种用于机械设备故障诊断的Transformer方法（FaultDiagnosis-Transformer，简称FD-Transformer），首先对原始振动信号利用Dropout技术进行数据增强，提高模型的泛化能力；然后利用多通道一维卷积进行数据处理并得到矩阵形式；接着利用Dense连接的Encoder结构来进行机械设备的故障特征提取，最后利用分类模块得到故障诊断结果。分别采用变转速轴承数据和轮对轴承数据对模型进行实验验证，实验结果表明，该模型在两种数据集上均达到了99%以上的故障识别率，与CNN相比可以更好地提取机械设备故障特征，有一定的工程应用价值。
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  航空结构轮胎爆破喷流载荷下的结构损伤分析及试验研究

  周昌伟，张利娟，张陈力子

  振动与冲击. 2023, 42(8): 334-340.

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  在飞行中，起落架收起后出现的爆胎是由于先前的轮胎损伤而产生的，在轮胎的外露表面上任何一处都有可能发生。为了研究舱内轮胎爆破的喷流载荷对飞机结构的影响，采用了一种可以反映瞬时气流场压力分布的工程拟合方法，建立了工程计算模型。利用该计算模型，观察了典型大尺寸结构在瞬时喷流载荷下的动力学响应过程，得到了结构损伤。结果表明爆破点附近结构弹性变形很大，刚度最大的结构（如缘条）是危险部位；舱内轮胎爆破对结构破坏更严酷；该模型的计算结果与试验数据吻合较好，能够正确预测喷流载荷的压力场分布和结构的动态响应过程。该方法为航空结构的抗轮胎爆破冲击设计与损伤分析提供了一种可靠的手段。
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  基于时滞半主动控制的起落架摆振反共振峰优化

  李非凡，赵艳影

  振动与冲击. 2023, 42(8): 341-350.

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  考虑在飞机起落架上加装磁流变减摆器并考虑摆振过程中存在的时滞问题，利用时滞半主动控制来达到降幅优化的目的。首先，为了排除量纲的影响使得到的结果更能描述客观普遍规律，对摆振方程组无量纲化处理后分析了无量纲磁流变阻尼器阻尼系数对摆振振幅的影响。然后，为了进一步降低幅值，设计优化准则将反共振峰幅值限制在足够小的范围内。在摆振方程组中引入时滞半主动控制项，提出了一种求解时滞动力学方程的特征方程的数学方法，利用时滞半主动控制可将反共振峰幅值控制在较低水平且几乎消除了第二个共振峰。最后，在频域和时域上做了验证与对比分析，证明了计算的正确性和时滞半主动控制减振效果的优越性。