振动与冲击

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宋志强1，赵磊超1，王飞1，只炳成2，刘云贺1

振动与冲击. 2023, 42(9): 1-10.

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应用任意地形河谷沉积层散射波源的格林函数公式，基于间接边界积分方程法（indirect boundary integral equation method，IBIEM），分析了SH波斜入射下梯形沉积河谷场地地震动特性和分布规律，研究了地震波斜入射角度、斜坡坡度、介质阻抗比对地震动特性及非一致分布规律的影响机制，深入分析了河谷散射效应对地基截断边界地震动场的影响规律。结果表明：斜入射使得河谷表面峰值位移的放大效应和非一致效应显著增强，最大峰值位移达入射地震动峰值的5倍以上；当河谷底宽较大时，沉积河谷的边缘效应明显；当底宽较小时，沉积河谷的聚焦效应明显，表面最大值出现在河谷中心处；斜坡坡度对楔形体内、外表面附近地表处的地震反应影响强烈，该现象可以由地表折射波干涉区域与斜坡坡度、入射角、波速的确定函数关系得到解释；随着阻抗比的增大，位移幅值放大越来越显著；斜入射时，对于刚度越小的软弱沉积层对地震波传播起到屏障作用；无论是空心河谷还是沉积河谷，散射效应对边界处地震动场影响都较为明显，相对于平坦基岩自由场，底边界、右边界误差最大可达30.8%、54.8%，应将考虑散射效应的总场作为输入。

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基于虚拟材料层和孪生有限元模型的机床主轴固定结合部动力学建模

杜新欣，张玮，黄之文，李孝茹，朱坚民

振动与冲击. 2023, 42(9): 11-18.

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针对主轴系统固定结合部传统弹簧阻尼单元法等效建模精度较低的问题，采用虚拟材料层法建立主轴系统固定结合部的孪生物理模型，对模型进行有限元分析计算，以虚拟材料层相关参数（弹性模量、密度、泊松比）作为输入，计算机床主轴的固有频率，并以此数据样本训练深度神经网络，建立主轴系统的孪生有限元模型。采用粒子群优化算法，以虚拟材料层相关参数为优化变量，以孪生有限元模型计算的理论固有频率与对应实验值的相对误差最小为目标函数，优化确定虚拟材料层的相关参数。以VMC850E型立式加工中心主轴的刀柄-夹头-刀具系统两个固定结合部为实例进行了建模、实验、参数识别等分析，分析结果表明: 该方法是可行的、有效的，建模精度达到了1%以内。

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间隙式SMA隔震支座性能分析及负刚度改进研究

邱灿星，吴诚静，杜俢力，王萌

振动与冲击. 2023, 42(9): 19-26.

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与传统隔震支座相比，形状记忆合金（shape memory alloys，SMA）隔震支座能够提升结构的自复位和耗能能力。然而过早介入的SMA可能会增加中、小震时上部结构的内力和加速度响应。为解决这一问题，在SMA隔震支座中引入间隙形成间隙式SMA隔震支座(gap-SMA isolation bearing)，以满足不同设防目标的隔震需求。首先，提出了间隙式SMA支座的物理构造形式，并开展了SMA丝循环拉伸试验；随后，以两自由度的框架结构简化模型为例，探讨间隙长度以及SMA屈服力对隔震效果的影响；最后，旨在降低大震、巨震下间隙式SMA隔震支座的内力与加速度响应，进一步引入负刚度机制改进间隙式SMA隔震体系，并探究了负刚度-间隙式SMA支座隔震的可行性。计算结果显示，间隙式SMA隔震支座可以有效降低中、小震时上部结构的内力与加速度响应；上部结构加速度响应与间隙长度负相关，与SMA屈服力正相关；下部结构位移响应与间隙长度正相关，与SMA屈服力负相关。引入负刚度后，间隙式SMA支座可在有效控制大震或巨震下支座位移响应的同时，显著减小上部结构内力与加速度响应。

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爆炸荷载作用下RC梁-板子结构抗连续倒塌动力效应研究

李治1,2，原小兰2，董腾方2，黄茜3，邓小芳1,2

振动与冲击. 2023, 42(9): 27-35.

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为研究爆炸荷载作用下建筑结构的抗连续倒塌性能。本文通过ANSYS/LS-DYNA有限元软件对爆炸荷载作用下钢筋混凝土(reinforced concrete，RC)梁-板子结构的抗连续倒塌动力效应进行研究，并对混凝土强度、钢筋配筋率和跨高比等参数进行拓展分析。研究结果表明：通过瞬间去柱模拟爆炸去柱会造成结构残余承载力和结构局部损伤程度偏于保守或者偏高的后果。混凝土强度对结构的动力效应影响显著，当混凝土强度大于C40时，结构的压膜及压拱机制已足够阻止连续倒塌的发生。配筋率的提高对压拱机制抗力影响不大，但能显著提高悬链线机制的抗力。跨高比对结构抗力机制的发展有着显著的影响，降低跨高比可以提高结构压拱和压膜机制抗力，但是对悬链线机制抗力影响不大。

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初始静载对不同剪跨比BFRP筋混凝土梁动态剪切性能的影响

雷宇霜,金浏,杜修力,余文轩

振动与冲击. 2023, 42(9): 36-46.

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为揭示初始静载对玄武岩纤维增强(basalt fiber reinforced polymer,BFRP)筋混凝土(BFRP-RC)梁动态剪切性能的影响，本文建立了考虑混凝土非均质性、混凝土与BFRP筋间相互作用及各材料应变率效应的三维细观数值模型。在验证了该模拟方法合理性与准确性的基础上，分析了初始静载对不同剪跨比BFRP-RC梁破坏过程与失效机制的影响。研究结果表明: 1) BFRP-RC梁的抗剪承载力及变形能力均随应变率增大而提高；2) 应变率对梁抗剪承载力的增强作用随剪跨比增大而减弱；3) 在峰值荷载前应变率突增，BFRP-RC梁的刚度增加，抗剪承载力提高；在峰后软化段应变率突增，BFRP-RC梁的峰后软化转变为峰后硬化，而后出现第二峰值荷载；4) BFRP筋混凝土梁的动态抗剪承载力均随初始静载增大而降低，但梁抗剪承载力的降低量是否与后续应变率有关取决于初始静载水平；5) 在各应变率下，BFRP筋混凝土梁的变形能力及损伤程度均随初始静载的增大而减小，但增大后续应变率会削弱初始静载对梁动态性能的影响。

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广义变式惯容动力吸振器的H∞和H2解析优化

苏宁，张杰，洪宁宁，彭士涛

振动与冲击. 2023, 42(9): 47-56.

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为使动力吸振器（dynamic vibration absorber，DVA）在连接限制的条件下充分发挥振动控制性能，本文研究了可连接在主振动系统任意位置的广义变式惯容动力吸振器的参数优化及其控制效果。基于虚功原理，在广义单自由度的主振动系统上，建立了适用于多种惯容动力吸振器的运动微分方程以及七参数通用频响函数。在此基础上，基于固定点理论推导得到了上述动力吸振器的H∞优化解析解。并通过滤波理论得到了白噪声力和基础激励下的动力响应解析解，基于大量参数分析结果，拟合得到了H2优化的简化计算经验公式。经高耸烟囱结构的风致振动和地震响应控制算例验证，采用本文提出的经验公式对随机激励下的一阶振动主导的结构进行振动控制优化设计，最优控制比误差在2%以内，具有良好的工程适用性。本文的分析结果可为广义变式惯容动力吸振器的工程设计提供理论依据，分析流程也可为其他类型动力吸振器的振动控制优化研究提供参考。

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基于数字滤波技术拟合规范反应谱的地震动研究

杨兰兰1,2,3，傅梓岳1，王登峰1，XIE Weichau4

振动与冲击. 2023, 42(9): 57-67.

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在重要结构的抗震设计与分析中，常需要输入拟合设计反应谱的地震动时程。本研究提出一种基于数字滤波技术调整天然地震动记录拟合规范反应谱的方法，以设计谱频率控制点为中心确定频带数目与范围，针对各个频带利用无限冲激响应数字滤波器对强震动记录时程开展带通滤波，并以滤波所得频带分量为基函数重构地震动时程；以重构时程为种子时程，引入影响矩阵方法开展迭代计算逐步调整频带分量的幅值向量，直至时程反应谱与目标谱的拟合精度满足要求为止。选取三个不同类型设计谱为目标谱分别开展拟合计算，结果表明：该方法分解并重构的地震动时程与天然强震动记录在时域和频域的重合度均较高；可与不同设计谱实现高精度拟合，时程反应谱迭代收敛性好，且能较好地保留时程非平稳性，可为工程结构抗震设计与分析提供合适的地震输入。

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轴电流损伤球轴承的载荷分布和刚度变化分析

李小彭，苏晶，徐金池，曲兴超，李柏涛

振动与冲击. 2023, 42(9): 68-76.

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基于轴电流损伤凹坑的表面形貌，提出故障表征模型，对损伤后角接触球轴承的载荷分布和刚度变化进行研究。首先，建立了考虑弹性接触和滚动体与滚道间相互作用力的角接触球轴承分析模型，并验证模型的准确性；其次，提出了具有不同长度、宽度、深度的轴电流外滚道损伤凹坑的故障模型及分段函数表达式；最后，利用该故障模型研究了具有不同大小和形状的轴电流损伤凹坑对轴承载荷分布和刚度变化的影响。结果表明:滚动体从滚入到滚出轴电流损伤凹坑过程中，将释放一定量变形，导致损伤区域轴承承载力部分或全部丧失；随着轴电流损伤凹坑变大，轴承刚度变化更大、更迅速。

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锈蚀钢筋混凝土梁动态抗弯性能细观数值研究

张仁波1,2，杨鸿申1，金浏1，邓小芳1，杜修力1

振动与冲击. 2023, 42(9): 77-85.

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为研究锈蚀对钢筋混凝土(RC)梁动态力学性能的影响，考虑钢筋锈蚀和应变率效应及混凝土内部结构的非均质性，建立锈蚀钢筋混凝土梁两阶段三维细观尺度数值模型。钢筋的非均匀锈蚀膨胀以施加非均匀径向位移的方式模拟，并以保护层开裂“最终状态”作为之后混凝土梁动载模拟的“初始输入条件”，获得锈蚀后的动态力学行为。在验证了数值模型合理性的基础上，分析了钢筋锈蚀引起的保护层锈胀开裂行为及不同应变率下构件力学性能的变化。结果表明：钢筋锈蚀使混凝土梁产生了明显的纵向裂缝，梁的承载力随钢筋锈蚀率增加而降低。高应变率下，混凝土梁发生冲切破坏，梁的承载力显著提高。锈蚀混凝土梁承载力损失与锈蚀后梁频率降低系数(反映刚度损失)近似呈线性规律，且低应变率下的承载力对频率变化更加敏感。最后，基于模拟结果回归分析，发展建立了考虑锈蚀及应变率耦合影响的混凝土梁动态抗弯承载力预测公式。

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三明治耦合板的能量辐射传递模型

代成浩，钟强，黄进安，王硕，陈海波

振动与冲击. 2023, 42(9): 86-94.

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本研究的目的是将能量辐射传递法(RETM)推广到三明治耦合板模型中。推导了三明治板的振动控制方程，获得结构的波传播特性参数。基于波法推导了三明治耦合板的能量传递系数。根据能量密度控制方程，得到能量密度和功率流强度的核函数。根据惠更斯原理，结构内部的能量可由实源辐射的直接场能量与边界虚源的反射场能量叠加得到。求解第二类Fredholm积分方程获得边界虚源的强度。数值算例结果与模态叠加和功率流分析(power flow analysis,PFA)对比，验证了所建模型的正确性和准确性。对L型耦合三明治板求解，获得其能量密度和功率流分布特征。

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基于可变刚度抗蛇行减振器的车辆动力学性能研究

霍文彪1,2，刘学刚2，李辰生2，刘志强1，邬平波1

振动与冲击. 2023, 42(9): 95-105.

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CRH3系列高速动车组在长期服役过程中偶有发生蛇行运动稳定性裕量不足的问题，车辆装配T60型抗蛇行减振器，在车轮磨耗末期易发生构架横向加速度报警问题，装配T70型抗蛇行减振器，则在新轮或车轮磨耗初期易发生“晃车”的问题。本文针对晃车和报警问题开展可变刚度抗蛇行减振器的仿真与试验研究，以满足车辆在不同轮轨接触状态下车辆的蛇行运动稳定性需求。动力学仿真表明，可变刚度抗蛇行减振器能有效兼顾解决“晃车”和“报警”问题；进一步分析可变刚度抗蛇行减振器与两种高速踏面的适应性，采用S1002CN踏面时车辆临界速度高于350km/h，而采用LMB10踏面时仅为220km/h，且S1002CN踏面对应的平稳性和舒适度指标都优于LMB10踏面。最后通过整车滚振台架试验对变刚度抗蛇行减振器性能进行了试验验证，结果表明该减振器可以兼顾轮轨低锥度和高锥度匹配状态，可使车辆均具有良好的动力学性能。

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舰用燃气轮机支架缩比模型试验方法研究

武双双1,2，冯麟涵2，张磊2，闫明1，王腾2

振动与冲击. 2023, 42(9): 106-111.

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关键部件冲击试验是舰用燃气轮机抗冲击设计的必要考核手段。针对某燃气轮机支架系统抗冲击试验问题，首先，采用相似理论与等效冲击相结合的方法，选取与支架系统动力特性相关的物理量并推出相似关系。其次，确定支架冲击试验材料并通过试验得到力学特性，分析其受到的载荷、固有频率及模态振型。最后，提出一种燃机支架系统的缩比试验模型及试验方法，并通过有限元模型进行模态分析和冲击仿真计算，验证了支架缩比试验模型与原模型的等效性。结果表明：缩比试验模型一阶、二阶固有频率与原模型的相对误差均在10%以内；相对位移响应误差为13.69%，绝对加速度响应误差为3.18%，相对误差均在20%内，满足工程要求。验证了支架系统缩比模型及试验方法的有效性，为燃机支架系统抗冲击试验提供技术支撑。

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梯度非均匀非饱和土中体波传播特性研究

王濛1，马强1,2

振动与冲击. 2023, 42(9): 112-122.

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基于非饱和多孔介质中波的传播理论，根据Helmholtz矢量分解原理，考虑非饱和土介质的非均匀性，假设土介质物理力学特性沿深度方向按幂函数变化，采用回传射线矩阵法，建立了梯度非均匀非饱和土中体波波动问题的弥散方程。研究了梯度因子即土体非均匀性对非饱和土中体波传播特性的影响规律。结果表明：P1，P2波和S波的波速随着梯度因子的增大而显著增大，而P3波的波速受梯度因子的影响较小；P2波和P3波的衰减系数随梯度因子的增大而减小，而P1波和S波的衰减系数仅在高频时随着梯度因子的增大而明显增大。P2波和P3波的波速随频率的增大而明显增大，P1波和S波的波速仅在高频时随频率的增大缓慢增大；P2波和P3波的衰减系数随着频率的增大而非线性增大，而P1波和S波的衰减系数仅在高频时随频率的增大而增大。非饱和土体的非均匀性对体波的波速和衰减系数均有显著影响，随着深度的增大，土体非均匀性对波速和衰减系数的影响逐渐减小。

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基于测点优化与模态扩展的机械结构振动响应全场重构

李志国1,2，乔百杰1,2，朱昱达1,2，周凯1,2，陈雪峰1,2

振动与冲击. 2023, 42(9): 123-134.

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提出一种基于测点优化与模态扩展的机械结构振动响应全场重构方法。使用D优化设计方法确定最优测点布置方案，根据模态扩展方法构造加速度响应扩展矩阵，从而实现由优化布置的有限测点的加速度响应重构机械结构全场加速度响应，并使用有限元分析软件读取重构的加速度响应，实现机械结构响应全场可视化。开展板结构数值仿真分析和振动响应重构实验，验证了当结构处于多模态共振或非共振状态下机械结构振动响应全场重构方法的有效性和鲁棒性。进一步，通过分析各阶加速度模态贡献量，精准选择主要振动模态分析机械结构的振动响应，实现了基于更少测点的振动响应全场重构。

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波能转换装置耦合振动非线性水动力特性研究

耿大洲1，2，陈启卷1，2，郑阳1，2，顾兴远1，2，牛玉博1，2

振动与冲击. 2023, 42(9): 135-144.

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针对一种新型波能转换装置，开展非线性水动力特性研究。在势流理论基础上，考虑装置不规则外形（不对称，且水线面面积不恒定）与位置变化等非线性因素对回复力的影响，并引入Morison模型分析流体粘性的附加惯性力效应与阻力效应，建立包含主要的线性与非线性水动力、从波能捕获到转换全过程的非线性动力学模型。利用计算流体动力学法搭建数值波浪水槽，开展波能转换装置响应的准确模拟，并将数值波浪水槽与所提出的非线性动力学模型的结果对比，进行非线性水动力的效应研究和系数辨识。结果表明：传统线性模型造成对波能转换性能的过高估计，非线性水动力模型显著提高了自由衰减振荡、波浪-装置耦合响应等过程的计算精度；Morison模型系数在不同工况中是变化的，幅值响应因子的计算在共振频率附近对Morison模型系数的敏感性最高。研究结果可为准确、快捷地衡量波能转换装置性能提供指导。

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格林函数反演泥石流石块冲击力的光纤传感试验方法

杨超平1,2，张少杰1，夏曼玉1，杨红娟1

振动与冲击. 2023, 42(9): 145-150.

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梳齿坝等结构体在受到泥石流石块撞击时可被简化为悬臂梁。基于悬臂梁变形的静力学理论方法是求解石块撞击悬臂梁的冲击力的主要方法之一，但它无法反应泥石流石块撞击结构的动力学场景。针对石块撞击悬臂梁的动力学特性，本研究基于光纤光栅传感技术，通过落锤模拟泥石流中的石块，开展了7组不同工况的落锤冲击试验，并通过格林函数对落锤的冲击力时程进行反演。结果表明: 格林函数能有效反演石块撞击悬臂梁的冲击力时程。冲击力反演结果的精度受制于解调仪的采样频率，其试验标定的误差为15.3%，静力学法计算结果比本文计算结果高3-5倍。因此，本研究在解决了如何描述泥石流石块撞击悬臂梁的动力学特性这一科学问题的同时，反演结果也进一步获得提升，可有效为泥石流防治工程设计提供理论基础。

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薄环-紊动射流小孔挤压油膜阻尼器压力特性

杨小民1，杨海生1，崔永存1，李彦1，蒋炳珍2，邓四二1

振动与冲击. 2023, 42(9): 151-160.

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为研究单层弹性环式挤压油膜阻尼器的油膜压力特性，建立薄环-紊动射流小孔模型。通过平面薄环弯曲理论和普朗特边界层理论分别计算弹性环变形和阻尼孔出口净流速；分析弹性环柔度、阻尼孔直径及进动角变化对油膜压力特性的影响，并开展外腔油膜压力多转速测量实验。结果表明，外腔油膜压力随弹性环柔度的减小而下降，但随阻尼孔直径的减小而增加；对于内腔油膜压力，阻尼孔直径的影响与外腔相似，但减小弹性环柔度导致压力增加。实验表明，外腔油膜压力在不同转速下均同步方位角周期变化，而高转速时，压力幅值略有增加。

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ECC动态拉伸力学特性试验研究与数值模拟

李秀地，罗银剑，崔亚娇,傅鑫亮，蔡涛

振动与冲击. 2023, 42(9): 161-167.

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基于分离式SHPB装置对基体材料、不同纤维掺量的ECC在R1(5.8~6.9 s-1)、R2(9.7~13.3 s-1)、R3(14.4~18.9 s-1)、R4(19.2~28.5 s-1)四个应变率范围下进行冲击劈裂拉伸试验。探究基体材料、ECC在不同应变率下的动态力学特性及纤维掺量对ECC力学性能的影响。试验表明基体材料、ECC的动态劈裂拉伸强度均具有显著的应变率增强效应；纤维掺量小于2.3%时，纤维掺量与动态劈裂抗拉强度呈现出正相关。此外，通过试验发现基体材料的吸能能力与试件的破碎形态有关，随着纤维掺量的增加ECC破碎程度减小，微裂缝增多。通过拟合试验数据修正了ECC的应变率效应，并将修正后的模型嵌入到LS-DYNA中，基于新建模型对试验的全过程进行数值模拟分析，相较于试验数据，模拟结果最大误差为8%。最小误差为2.3%，试件的破坏形态吻合程度较高，数值模拟结果表明新建ECC材料模型能够较好表现ECC动态拉伸特性。

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非平稳激励下绝对位移直接求解非线性结构的时频分析

李喜梅1,2，陶铖1,2，王建成3

振动与冲击. 2023, 42(9): 168-176.

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强震作用下地震动能量的时-频演变特性对迟滞非线性的结构有着极大影响，然而通用有限元软件现有的计算模块进行频域分析时不能对非线性结构输入解耦的EPSD矩阵，限制了随机振动理论对大型复杂结构的仿真计算。将绝对位移直接求解的虚拟激励法引入多维多点的非线性动力方程，通过APDL的外部程序调用接口对非平稳地震动EPSD矩阵进行解耦与降维处理，并转化为独立于时间变量的四维均匀调制激励矩阵，实现对非线性结构精确高效的非平稳激励动态输入与随机动力响应的计算求解。最后以一座中承式三跨钢管混凝土系杆拱桥为例，计算拱肋、拱脚和桥面系响应的时变功率谱及方差。结果表明，绝对位移直接求解的激励输入方式很好地模拟了非线性结构体系所带来的时滞现象，为通用有限元软件实现非线性结构多维多点非平稳激励随机响应的求解与分析提供了可行性依据。

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内嵌牛顿迭代的线性隐式算法及其在结构非线性动力分析中的应用

贾传果1,2，赵进级2，李兴2，苟英旗2

振动与冲击. 2023, 42(9): 177-188.

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本文将牛顿迭代法的思想引入平均加速度法，对方程式以加速度项作为迭代变量进行内嵌一次牛顿迭代处理，推导出了一种新型的线性隐式数值积分方法。然后通过离散控制理论和根轨迹法分析了新算法在求解含非线性恢复力和非线性阻尼力的结构运动方程时维持稳定的条件，并利用一个单自由度剪切型结构，检验了新算法的非线性稳定性。最后通过数值模拟，考察了新算法对于非线性多自由度结构体系的适用性和可靠性。

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基于频率变化的有载桥梁模态振型识别改进方法

何卫1，何珂文1，王国波2

振动与冲击. 2023, 42(9): 189-196.

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车辆静置法识别桥梁振型克服了车辆移动扫描方法中路面不平顺激励难以消除的局限，大大改善了振型识别精度。该方法本质上是利用车辆停放位置不同时桥梁频率的变化进行振型识别。因此，对静置车辆-桥梁系统频率的准确估计是保证振型识别精度的关键所在。首先考虑车辆悬挂特性，推导了静止车辆-桥梁耦合系统方程，获得了有载桥梁的耦合系统频率解析式；在此基础上，提出基于频率变化的有载桥梁振型识别改进方法，并通过数值算例和模型试验对其进行验证；进一步分析了不同车体简化方法（附加质量模型与质量-弹簧模型）对桥梁频率及振型识别结果的影响；最后讨论了静置车辆-桥梁耦合系统频率的影响因素。结果表明：本文提出的改进方法较附加质量法相比有更好的振型识别精度，且可准确预测有载桥梁频率的变化；静置车辆-桥梁耦合系统的频率总是成对出现，耦合系统频率的变化与车/桥频率比、车/桥质量比以及车辆停放位置有关，且对车/桥频率比最为敏感。研究思路不仅适用于公路桥梁的振型识别，还可扩展到利用静止人群进行人行桥或轻柔楼盖的振型识别。

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并列刚性双圆柱流激振动风洞实验研究

胡中明1,2,王嘉松2,孙远坤2,郑瀚旭2

振动与冲击. 2023, 42(9): 197-204.

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通过风洞实验研究了弹性支撑条件下并列刚性双圆柱的流激振动，实验雷诺数范围Re = 3200-36200。圆柱间距比S/D = 1.5-4.0，其中S为两圆柱圆心间距，D为圆柱直径。结果表明：随着间距的变化，并列双圆柱的振动幅值呈现两种模式：涡激振动(Vortex-induced vibration, VIV)和尾流耦合涡激振动(Wake-coupled vortex-induced vibration, WCVIV)。WCVIV发生在间距比S/D ≤ 3.0时，此时双圆柱之间相互干涉作用较强，双圆柱振动幅值响应呈现不一致性，振动位移之间表现为同相位或反相位耦合特征，圆柱尾流场对称点的涡脱频率也不相同，尾流呈现不对称性。而VIV发生在间距比S/D = 3.5-4.0时，此时双圆柱相互独立，其振动幅值和涡脱频率几乎相同，尾流的不对称现象消失，振动位移之间相位差不再近似等于恒定值而是随时间周期性的“划动”。无论发生WCVIV还是VIV，振动频率的主频均锁定于1倍的固有频率。

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基于雷达振动测试技术的时变索力识别方法研究

王天鹏1,2，张建仁2，蒋淑霞3，刘文3，陈溢广1

振动与冲击. 2023, 42(9): 205-212.

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根据振动频率法索力测试原理，提出了基于连续复小波变换的分时段等值线法进行时变索力识别。将拉索的振动信号划分为多个较小的分析时段，对每个分析时段信号进行连续复Morlet小波变换得到小波系数，采用改进后的小波阈值去噪函数对小波系数进行降噪处理。通过等值线法在等幅值面上提取小波脊带，利用最邻近法对等值线进行拟合插值。然后把插值在频域进行均值化处理，识别出拉索的瞬时频率，进而计算出时变索力。以微波雷达为测试手段，设计了时变索力识别试验，试验结果表明：本文方法能够提取到振动信号连续的瞬时频率，无论是索力呈线性变化还是正弦变化，均能准确的识别出索力变化规律，索力识别结果和实际索力误差最大仅为3.8%，且在信噪比较低的情况下仍表现出了较好的适用性。实桥应用结果表明，雷达测试手段结合本文的时变索力识别方法，可以便捷、有效的获取拉索的索力时程。

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复杂约束三维功能梯度输流管道稳定性和临界流速分析

唐冶1,2,王过1,李颖3

振动与冲击. 2023, 42(9): 213-221.

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针对输流管道在恶劣的动力学环境所受到多方向载荷所引起的管道结构失效或破坏等问题，提出一种新型三维功能梯度材料构造输流管道来提升管道的载荷忍耐力。基于欧拉伯努利梁理论，考虑流体和管道的耦合关系，利用哈密顿变分原理建立复杂约束下三维功能梯度输流管道的运动微分方程。利用微分求积法求解，分析流体流速提升所引起的三维功能梯度输流管道振动的固有频率变化，当第一阶固有频率首次降低为0系统失稳，所对应的流体流速被确定为系统的临界流速。研究复杂约束线性和扭转弹簧刚度、轴向、径向和环向功能梯度指数等物理参数对输流管道振动频率和临界流速的影响。研究结果表明，流速较小时，增加轴向功能梯度指数和降低径向和环向功能梯度指数会降低系统的基频和提高系统的临界流速，而流速较大时，系统的基频随着三维功能梯度指数的变化会展现相反的趋势。增大三维功能梯度指数都能降低系统的第二阶固有频率。这说明通过调节复杂约束和三维功能梯度参数能够实现对输流管道稳定性的调控。

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基于WOA-VMD改进的信号盲源分离研究及应用

王海军1,2，郝志豪1,2，刘通3，胡航3，梁超1,2

振动与冲击. 2023, 42(9): 222-229.

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准确有效识别出水电站厂房振动信号的各个振源，对于水电站长期安全稳定运行有重要指导意义，盲源分离（BSS）是进行信号分解与振源识别的一种有效方法。为了实现水电站厂房复杂环境下振动信号的盲源分离，建立一种基于鲸鱼算法变分模态分解降噪（WOA-VMD）改进的信号盲源分离模型。采用WOA-VMD和相关法对观测信号进行降噪处理，确保盲源分离结果的准确性；求解多维降噪信号的协方差矩阵并进行奇异值分解，采用优势特征值法进行源数估计；最后对降噪信号进行中心化、白化前处理，通过联合近似对角化算法得到分离矩阵，实现观测信号的盲源分离。仿真结果表明，相较于传统盲源分离模型，改进模型将分离信号与源信号的相关系数分别提升了9.1%、7.1%、8.3%，分离信号主频误差也均有所降低。将该方法运用到水电站厂房振动工程实例，也取得了较好的分离效果。

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基于相位翻转的超声波风速风向测量

单泽彪1,2,3，韩明轩1，于渤力1，刘小松1

振动与冲击. 2023, 42(9): 230-235.

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针对超声波测风中由于噪声影响收发时刻点不易确定导致测量精度不高的问题，提出了一种基于超声波相位翻转的风速风向测量方法。所提方法采用依据相对时差法的对射式阵列测风结构，通过改变超声波发射信号的相位，即在某一时刻使得超声波信号发生相位翻转标记为超声波发射信号时刻点，随后采用锁定放大器对接收的超声波信号进行处理，利用相敏检波器对相位的敏感特性以及对噪声较强的抑制能力，可准确地获得超声波接收信号相位翻转之处，并将其标记为接收信号时刻点。最后通过测量两个时刻点之间的超声波传播时间计算得到风速分量，进而可得实际的风速风向值。通过模拟仿真实验和实测数据验证了所提方法的可行性和有效性，实验结果表明所提方法在高斯噪声或与非高斯冲击噪声混合背景下均具有良好的测量性能，与阵列式测风法及相关法相比具有更高的测量精度。

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基于迁移学习与加权多通道融合的齿轮箱故障诊断

侯召国，王华伟，熊明兰，王峻洲

振动与冲击. 2023, 42(9): 236-246.

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针对齿轮箱单一传感器故障识别精度波动大、数据利用率低、可靠性低及故障诊断模型在多工况下泛化能力不足等问题，提出了一种加权融合多通道数据与深度迁移模型的齿轮箱故障诊断方法。首先，为了充分挖掘齿轮箱多通道数据的信息，提出了基于信息熵加权的多通道融合方法，采用信息熵法计算各通道数据的融合权重，并对各通道的采样数据进行加权融合。其次，利用源域的融合数据对深度迁移模型进行预训练，将预训练得到的模型参数作为目标域模型的初始化参数，同时冻结目标域模型特征提取器的参数，并利用目标域的融合数据对目标域模型分类器的参数进行微调，实现深度迁移模型从源域到目标域的迁移以适应新的目标样本识别任务。最后，齿轮箱多工况迁移诊断试验结果表明，所提方法可有效用于齿轮箱的故障诊断，相比传统迁移学习方法BDA、TCA、JDA、JGSA、GFK及深度迁移学习方法AdaBN、MK-MMD、DCTLN这8种当前常用方法，具有更高的平均迁移诊断精度和变工况下良好的泛化性能。

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高阶能量一致积分方法及其在结构动力分析中的应用

潘天林，张文迪，韩炎涛，徐小洁，曾聪

振动与冲击. 2023, 42(9): 247-252.

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能量一致积分方法是一种二阶精度、无条件稳定的逐步积分方法。为提高计算精度，将辛Runge-Kutta方法进行改进，构造出高阶能量一致积分方法一般形式。这种方法既保持了四阶精度，又具有能量一致属性。通过非线性弹性算例验证了方法的精度和数值稳定属性。将方法应用到桁架单元，推导了具体计算格式，并完成对应的非线性计算程序。程序集成了二阶与四阶能量一致积分方法、平均加速度方法(AAM)以及由AAM构造的四阶方法。通过弹性摆与平面桁架结构非线性动力分析，对比四种逐步积分方法。分析结果表明，四阶能量一致积分方法在精度、稳定性与计算效率上优于其它三种方法。

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基于数字孪生的裂纹扩展结构健康管理方法研究

常琦，陈乐乐，赵恒，谢方勤，高鹤明

振动与冲击. 2023, 42(9): 253-260.

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疲劳裂纹是金属结构常见的损伤之一，提出了一种构建数字孪生模型对裂纹扩展结构进行健康管理的方法。在数字孪生模型的建立过程中，首先建立裂纹结构的有限元模型，并结合Paris公式构建裂纹扩展模型；其次基于动态贝叶斯网络表示裂纹状态随时间演化的规律；最后采用粒子滤波算法作为模型的推理算法，从而在数字空间中完成对裂纹扩展行为的描述。通过应变传感器实时在线监测裂纹状态，驱动孪生模型动态更新，实现裂纹扩展状态和剩余使用寿命更准确的预测。通过实验验证了该方法在裂纹扩展结构健康管理上的有效性与实用性。

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桅杆长径比对有限长锥台形捕能柱涡激横向摆动特性的影响

龚曙光，徐凡业，谢桂兰，卢海山

振动与冲击. 2023, 42(9): 261-267.

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无叶片风力机是利用捕能柱的风致横向摆动收集风能并将其转换成电能的装置。本文通过引入桅杆结构并将其与有限长锥台型捕能柱构成一个捕能系统，在建立有限长锥台型捕能系统简化模型的基础上，推导了与捕能系统几何形状相关的无量纲结构系数计算式，探讨了桅杆长径比对有限长锥台型捕能柱涡激摆动特性及捕能效率的影响。所得结果表明，桅杆结构的引入能有效地提升有限长捕能柱的涡激横向摆幅峰值及捕能效率，且其均随桅杆长径比的增大呈现先增大后减小的趋势。与无限长捕能柱结构相比，在桅杆长径比为6.67时有限长捕能柱的能量收集效率提升了44.8%；增大桅杆的长径比会使锁频区间增宽，但捕能系统的固有频率会减小；对于给定的捕能系统存在一个与其相匹配的最佳桅杆长径比。所得结论对于无叶片风力机的设计与实际工程应用具有重要的指导作用。

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高效远程传声技术窄带主动噪声控制研究

吴方博1,2，卢炽华1,2，刘志恩1,2，杨忠礼1,2

振动与冲击. 2023, 42(9): 268-274.

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远程传声技术（Remote Microphone Technique，RMT）是一种经典的虚拟麦克风主动噪声控制技术，该技术能扩大对噪声的控制范围，在车内主动噪声控制(Active noise Control，ANC)中拥有很大的研究潜力。但其较大的运算量使得处理器的成本提高，一定程度上限制其在量产车上的应用。本文将自适应陷波算法引入到RMT当中，提出融合自适应陷波算法的远程传声技术，与传统的远程传声技术相比有效地降低了运算量。用多频率混合噪声作为初级声源进行仿真实验，对比以上两种远程传声技术的降噪性能和算法算力，结果表明，本文所提出的远程传声技术降噪能力与传统技术相当，程序运行时间却小于传统的远程传声技术。将本文提出的远程传声技术应用到ANC系统台架实验中，结果表明，在目标降噪区域远离物理麦克风的条件下，系统依然能快速收敛并实现良好的降噪效果。

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摇摆双调谐质量阻尼器参数优化及动力性能研究

杜永峰1,2，李炜枫1，李虎1

振动与冲击. 2023, 42(9): 275-283.

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本文提出了一种具有更广调频宽度的摇摆双调谐质量阻尼器（RDTMD）。首先，建立了单自由度RDTMD减振系统在简谐激励作用下的动力方程，推导得出其位移动力放大系数表达式；然后，基于RDTMD的优化评价函数，编译参数优化程序，获得RDTMD的全局最优参数以及条件最优参数；接着，探讨了阻尼器各参数对系统动力放大系数和调频宽度的影响规律，并对影响其鲁棒性的关键参数做了分析；最后，与传统DTMD、MTMD、TMD的减振效果和鲁棒性做了对比分析。分析结果表明：采用RDTMD对结构进行控制可有效降低主结构的动力响应；RDTMD的调频宽度更广，提高了阻尼器对主结构高阶振型的控制能力；在对装置鲁棒性的影响更大的主结构固有频率方面，RDTMD的鲁棒性明显优于其他同类阻尼器，是一种理想的减振控制装置。

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风致路堑积雪演化过程试验与模拟研究

马文勇1,2,3,4，李江龙1，孙元春5，李赛1，白建方1

振动与冲击. 2023, 42(9): 284-292.

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路堑是交通线路常见的路基断面形式，因断面构造特征较路堤更容易发生风致雪灾害。为了给实际道路断面形式设计和风吹雪灾害防治提供建议和参考，采用风洞试验与数值模拟方法，研究了4种不同开敞形式的路堑在不同风速下风致雪漂移堆积演化过程，分析了风速和路堑开敞形式对积雪分布和演化过程的影响，并基于路面积雪量和积雪深度评估了不同路堑抵御雪灾害能力。结果表明，当上风侧边坡坡度大于下风侧边坡坡度时，路堑路面积雪量最少，路面的积雪最薄；增大风速和增加持续时间会加剧路面积雪，是影响积雪分布的重要因素；改变路堑边坡对减少路面积雪量作用有限，需设置其他防治措施来减轻道路风致雪灾害。

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平面弹性波入射下空沟隔振的解析分析

周凤玺1,2，梁玉旺1，刘云帅1,2

振动与冲击. 2023, 42(9): 293-303.

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基于复变函数理论和保角映射方法，采用波函数展开法及多级坐标变换技术，解析求解了半无限空间中空沟对平面SH波和平面P波的隔振问题。首先，通过设虚源法和大圆弧假定法分别给出了平面SH波和平面P波入射半无限空间时的散射场。然后由空沟边界及大圆弧边界处的应力自由边界条件建立无穷阶线性方程组，并通过对该方程组的求解给出了空沟对平面SH波和平面P波散射的解析解答。最后，参数分析了激励频率、空沟深度等因素对隔振效果的影响规律。结果表明：空沟对平面SH波和平面P波的隔振效果随着入射波频率的增大而增大，随着空沟深度增大而增大。

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双层车辆段上盖建筑振动与结构噪声预测分析

冯青松，余超，唐柏赞，周涛

振动与冲击. 2023, 42(9): 304-311.

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为研究地铁列车在双层车辆段运行引起的上盖建筑振动及室内结构噪声特性，以国内某双层车辆段上盖物业工程为研究对象，采用现场实测和数值模拟相结合的方法，系统分析了双层车辆段上盖建筑振动与辐射二次结构噪声传递规律。基于大地-车辆段-上盖建筑有限元模型，分析了列车荷载作用下，运用库上盖建筑的振动传递特性，再利用声传递向量法分析了上盖建筑室内结构辐射噪声及其特性，最后对室内各板件的噪声辐射贡献度及吸声平板降噪效果进行了研究。分析结果表明：由于高频振动经过土体衰减迅速，在80 Hz以上频段，二层行车引起的上盖建筑底层振动显著大于一层行车；运用库车致上盖建筑振动在第10层衰减至最低水平，随着楼层的继续增加，振动出现放大现象；在40 Hz处天花板和地板对卧室场点声学贡献度最大，其中在顶层采用吸声材料后的降噪效果最为明显。

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基于定转子齿开槽的开关磁阻电机振动噪声抑制

周云红，王东，黄飞，胡泮，孙玉坤

振动与冲击. 2023, 42(9): 312-321.

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振动噪声的抑制是近年来开关磁阻电机研究的热门领域。本文根据麦克斯韦张量法理论分析了径向磁拉力减小的原理，通过在定子齿顶、转子齿两侧同时开矩形槽，增大了定转子间气隙长度的同时又将一部分沿径向方向的磁通密度改变为切向方向，减小了径向磁拉力，达到抑制电磁振动的目的。利用参数化扫描的方法，对开关磁阻电机的开槽参数进行了优化，得出开槽尺寸，并对比分析开槽前后电机的径向磁拉力。运用Ansys Workbench模块分别对定转子齿开槽前后的电机定子进行模态、谐响应以及噪声分析，得到其模态固有频率、模态参与因子、振动响应频率以及声压频谱。分析结果表明：该方法有效减小了开关磁阻电机的径向磁拉力，改善了开关磁阻电机的振动和噪声。

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轴向间距变化及涂层对高压涡轮叶片振动的影响

程前1，王虎1，沈莲1，张根1，赖巍1，曹正2

振动与冲击. 2023, 42(9): 322-327.

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为了研究不同轴向间距及涂层对涡轮叶片振动响应的影响，采用SST（shear stress transportation）湍流模型对高压涡轮导叶尾迹作用下的某高压涡轮转子叶片非定常流动进行数值模拟。通过对时域叶片表面压力载荷进行FFT频域分解获取激振力的谐波分量，建立了三维非定常流场激励下特定振动模态的涡轮叶片强迫响应分析模型，利用压力扰动均方根有效值作为气动激励强度的量化参数以及获取流场激励下的叶片幅值响应，对比了不同轴向间距、考虑有无涂层的叶片振动响应差异。结果表明：在保持进气条件不变时，存在叶片振动响应幅值随轴向间距的增加而减弱的趋势，即轴向间距的增加能有效降低叶片的振动应力；叶片涂层亦有助于降低叶片的振动响应幅值。

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基于GRU神经网络的结构异常监测数据修复方法

鞠翰文1，邓扬1,2，李爱群1,2

振动与冲击. 2023, 42(9): 328-338.

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结构健康监测系统中通常存在大量的异常监测数据，为保证数据的完整性和可用性，有必要对异常监测数据进行修复。大多数基于深度学习对异常数据进行修复的研究通常使用单输入维度和单向预测的方法搭建模型。本文提出一种基于门控循环(gated recurrent unit，GRU)神经网络的结构异常监测数据修复方法，该方法充分利用深度学习神经网络适合处理复杂非线性映射问题的优势，并对GRU神经网络进行了优化与重构。利用结构温度、时序先后相关性优化神经网络的输入和输出构造，并提出了利用异常数据前后时间段的信息进行双向序列预测的方法提升数据预测和修复精度。最后，利用某古城墙的应变、裂缝与温度监测数据进行方法验证，采用重构后的GRU神经网络模型对异常数据序列进行修复，并与长短时记忆(long and short-term memory ，LSTM)神经网络和反向传播(back propagation，BP)神经网络的修复精度进行比较。结果表明：相比单输入维度、单向预测的网络模型，重构后的GRU神经网络的预测精度大幅提高，且显著优于LSTM神经网络和BP神经网络。异常数据序列修复后，应变和裂缝宽度等结构响应与结构温度的线性相关性大幅增强。该方法对具有温度相关性的结构监测数据具有良好的修复能力。

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2023年, 第42卷, 第9期　
刊出日期：2023-05-15

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