2024年, 第43卷, 第10期　
刊出日期：2024-05-28

  

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  门式钢桥塔涡激振动特性及机理研究

  雷伟1,2，王骑1,2，廖海黎1,2，李志国1,2

  振动与冲击. 2024, 43(10): 1-8.

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  钢桥塔是一种高耸细柔结构，对风荷载十分敏感，易发生涡激振动（vortex-induced vibrations, VIVs）。为研究某高度为217 m钢桥塔的涡激振动性能，开展了1:100缩尺比下的自立状态气弹模型风洞试验。试验结果表明，0°-30°风向角下，在低风速区间发生了两塔柱同相涡振，在高风速区间发生了反相涡振。其中，同相和反相涡振的最不利风向角分别为0°和10°，塔柱同相顺风向位移和反相扭转角分别为609.5 mm和4.3°。进一步地，通过计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）方法研究了两类涡振的发生机理。数值模拟结果表明，两塔柱附近旋涡交替脱落的频率与桥塔的基阶自振频率接近，由此在塔柱两侧产生的周期性压力差使得桥塔发生同相和反相涡振。本文的研究结果和结论可为同类型钢桥塔的抗风设计提供一定参考。
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  南昌地铁含泥饱和砂土的三剪次加载面模型

  胡小荣，路祥，袁豪

  振动与冲击. 2024, 43(10): 9-20.

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  以三剪强度准则作为破坏准则，推导出饱和土的三剪破坏应力比。考虑到砂土的剪胀特性，引入剪胀状态参量对三剪破坏应力比进行修正得到相变应力比。用相变应力比对修正剑桥模型中为定值的破坏应力比进行替换，得到新的屈服函数。将其与次加载面理论相结合，提出含泥饱和砂土三剪次加载面模型。取用南昌地铁某路线路段地下砂土和黏土作为试验土样，砂土中掺入粒径小于0.075mm的黏土作为含泥砂土，并设定密实度为70%的试样质量含泥为0%、5%和10%，通过相关土工试验确定模型参数。将本构模型计算结果与常规静三轴试验结果和循环常规动三轴试验结果进行对比验证。静三轴试验验证结果表明，本构模型计算结果与试验结果变化规律基本一致，验证了该本构模型的正确性。其他条件相同情况下，随着含泥量增大，土体抗剪强度增大，体积剪缩阶段变长，剪胀现象越不明显。动三轴试验验证结果表明，本构模型数值计算曲线与试验结果吻合较好，在加载初期土体塑性应变发展较快，随着加载和卸载的不断交替以及循环次数的不断增加，滞洄圈变得越来越密集。
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  大跨度单层柔性光伏支架结构气动阻尼的试验研究

  徐海巍1，李俊龙2，何旭辉3，杜航1，丁焜炀1，楼文娟1

  振动与冲击. 2024, 43(10): 21-29.

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  大跨光伏支架结构轻柔，在风荷载作用下易产生显著气动效应。为研究该类结构的气动阻尼特征，对不同风速和张力工况下两种典型倾角（0°和10°）的大跨度柔性光伏支架结构开展气弹风洞试验。基于气弹模型风洞试验结果，分别利用经验小波变换（EWT）和变分模态分解（VMD）结合改进的随机减量方法（RDT）识别得到了柔性光伏支架结构在不同风速风向、组件倾角和拉索预张力下的气动阻尼比。研究结果表明：气动阻尼对风向角的变化较为敏感。当组件倾斜铺设时（10°倾角），大跨光伏结构气动阻尼在180°迎风向时会出现负值。张力增加可能导致高风速下平铺组件的气动阻尼比显著降低。气动阻尼比随风速的增加整体呈减小趋势，低风速下基本为正值，而高风速下可能出现负气动阻尼。不同方法识别出的气动阻尼比结果存在一定的差异，但反映出的气动阻尼的变化特征具有一致性。
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  冲击载荷下浮放包装件摇摆特性和倾覆风险研究

  朱大鹏1，曹兴潇2，祁振民3

  振动与冲击. 2024, 43(10): 30-36.

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  浮放包装件运输过程中，在冲击载荷下可能产生倾覆，严重威胁着运输安全，分析浮放包装件在纵向冲击载荷下的倾覆风险对于确保运输安全十分重要。本文采用基于指数函数的分段函数模拟车辆制动产生的单峰值钟形冲击加速度，构建浮放包装件在纵向冲击载荷下摇摆运动方程式。对于宽高比角度α较小的包装件，线性化运动方程式，分别在β≠pT和β=pT两种情况下推导包装件摇摆运动方程式和倾覆边界条件，分析结果表明，在自由响应阶段，包装件更容易倾覆。对于宽高比角度α较大的包装件，基于对包装件摇摆运动方程式的能量分析，构建包装件非线性摇摆倾覆边界条件，模拟结果表明，该近似分析法具有良好的准确性。
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  随机激励下声学黑洞梁疲劳寿命预测

  魏彩凤1，杜伟奇1，邱小彪2

  振动与冲击. 2024, 43(10): 37-43.

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  针对含截断厚度的声学黑洞（Acoustics Black Hole ，简称ABH）悬臂梁结构，从解析角度，采用随机载荷和四种典型载荷谱，建立了随机激励下声学黑洞梁的数值模型，进行了疲劳可靠性分析。结果表明，特征频率的偏差和位移PSD预测的精度，都处于工程应用可接受误差范围内。ABH区域的振动疲劳寿命变化情况随载荷谱的不同而不同，最安全的点是ABH梁的尖端位置。均匀梁的最小振动寿命明显高于ABH梁。另外，不是截断厚度h_0越大，声学黑洞半径r_ABH越小，ABH梁就越安全，这还与随机振动载荷谱有关，不同类型的载荷谱，对梁振动疲劳寿命变化情况的影响不同。
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  串联齿轮泵变相位角脉动特性及振动抑制试验研究

  展鹏1，强彦1,2，魏列江1,2，冯整顺1，罗小梅3

  振动与冲击. 2024, 43(10): 44-51.

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  针对大流量串联泵存在的压力脉动与振动冲击问题，提出串联外啮合齿轮泵变相位角的减振降噪方法，推导出串联外啮合齿轮泵的瞬时流量及脉动不均匀系数的数学方程，理论分析串联外啮合齿轮泵不同相位角的瞬时流量脉动，分析变相位角时脉动不均匀系数的变化规律，并推导流量脉动与压力脉动的关系。针对实际相位差为0°和20°的串联泵，在串联泵出口处设置了双节流阀的负载来获得不同工况的压力脉动。推导出的压力脉动与实验值吻合，压力脉动是由一系列i次谐波组成的，频率与流量脉动相同，但振幅和相位与流量脉动不同。且实验测得20°相位角串联泵的压力脉动率比0°的降低了34.05%，20°相位角串联泵可以降低0°相位角时大部分频率下的振动幅值。串联泵变相位角可以降低流体脉动导致的振动幅值，且变相位角并未对串联泵的出口流量带来影响。
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  单自由度含干摩擦和弹性约束碰振系统周期运动的转迁及共存特征

  李得洋1，李孟2，吴少培2，李国芳2，丁旺才2，丁杰2

  振动与冲击. 2024, 43(10): 52-63.

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  在参数平面和状态平面内，研究了一类单自由度含干摩擦和弹性约束碰撞振动系统周期运动的分布、转迁及共存特征。首先，给出了系统各运动状态(滑动、黏着及碰撞)的衔接条件，并利用响应微扰计算方法得到系统的Floquet矩阵。其次，由相轨线与黏着面的关系将系统在参数平面内的运动划分为六种类型，根据Floquet乘子和滑移分岔发生的几何条件判定相邻周期运动在转迁时的稳定性和分岔类型，并基于胞映射和打靶法分析稳定及不稳定周期运动共存及转迁特征。研究发现，在相邻的多态共存区边界线交点处，系统在不同初始状态下存在分岔共存现象。由于间隙和干摩擦广泛存在于实际机械系统中，研究此类系统的动力学特性，对后续系统参数的设计及各种动力学行为的控制具有重要的意义。
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  新型动力设备隔振减震器力学性能研究

  冯玉龙1，王同龙1，王德才2，完颜健飞3，王成建3

  振动与冲击. 2024, 43(10): 64-72.

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  隔振器可有效降低动力设备工作产生的高频振动，但低频地震下设备隔振器位移响应较大。将碟形弹簧和环形摩擦套筒分别作为竖向隔振和耗能单元，竖向耗能单元内设置振动间隙实现正常使用隔振和地震时减震的两阶段机制，形成一种新型动力设备隔振减震器。基于理论分析给出了隔振减震器的设计流程，并进行了算例设计，采用ABAQUS软件进行了隔振减震器的静力性能分析和动力设备整体系统的动力性能分析。结果表明提出的隔振减震器及其系统的数值模拟与理论计算结果吻合较好；设计算例实现了设备正常工作时仅隔振、地震作用下耗能单元启动的两阶段隔振减震机制；竖向耗能单元使得设备竖向地震位移响应减小超过50%，水平向耗能单元使隔振减震器水平地震剪力减小超过80%，降低了隔振减震器地震倾覆和破坏的风险。
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  不同厚宽比矩形截面柱体涡激振动的数值研究

  祝瑜哲，陈伏彬

  振动与冲击. 2024, 43(10): 73-81.

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  厚宽比的变化将导致矩形截面柱体周边流场的变化，进而影响结构气动性能及其涡激振动响应。基于Fluent软件平台，以雷诺数22000的二维矩形截面柱体为对象，结合重叠网格技术与四阶龙格-库塔法，研究了厚宽比对其涡激振动的影响，从流场角度进行了影响机理分析。首先，选择厚宽比D/B=4.0的矩形截面，将计算结果与相关文献试验与模拟对比，验证了本文模拟方法及参数设置的有效性；然后，从气动力系数统计值及自谱、流向与横风向振幅变化以及相位转变等角度，对比分析了厚宽比对结构涡激振动响应的影响；最后，从瞬态流场的角度，分析了不同折减风速对柱体尾涡脱落的影响。结果表明，在柱体截面面积不变时，较小厚宽比柱体的涡振响应极为微弱，气动性能也明显低于大厚宽比柱体，大厚宽比柱体的气动性能及涡振响应高于标准方柱，振幅也会在较低折减风速下发生突变，但会在较高折减风速下达到振幅峰值。比起圆柱等结构，分离角固定的矩形柱体的尾涡脱落模式对折减风速的变化并不敏感，这一特征在大厚宽比方柱上表现更为明显。
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  一种增强型稠密连接网络模型应用于ECT图像重建

  马敏，孙妮

  振动与冲击. 2024, 43(10): 82-88.

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  针对传统神经网络在电容层析成像图像重建中，存在难以较好地实现电容特征张量的底层位置特征和顶层语义特征融合的问题，提出了一种增强型稠密连接网络模型(EDC-net)。首先，训练全连接神经网络获得初步介电常数分布，利用全连接神经网络的输出特征图作为补偿型U-net网络的输入。其次，搭建补偿型U-net网络，在编码和解码器间添加类DenseNet结构的稠密跳跃连接机制，以保留大量的底层位置特征信息，减少模型多个输出节点的特征损失；同时利用多尺度密集空洞卷积模块替代补偿型U-net中普通卷积，扩大模型的感受野并丰富多尺度信息。最后采用高效通道注意力机制模块实现子解码器节点的输出特征跨通道交互，增强模型对重要信息的关注度，提高模型的非线性拟合能力；实验结果表明，与Landweber迭代算法、U-net算法对比，基于EDC-net算法的重建图像分辨率高，成像边缘清晰，且更具鲁棒性。
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  基于FGMs的声子晶体带隙调控及振动特性研究

  徐庚辉1，肖汉林2，张琳1，王雨桐1，张涛1

  振动与冲击. 2024, 43(10): 89-97.

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  为抑制舰艇典型板壳结构低频振动，本文基于局域共振理论，设计了一种悬臂式声子晶体结构，开展了数值计算并揭示带隙发生机理，探究了各尺寸参数对带隙特性的影响。同时基于功能梯度材料FGMs（Functional Gradient Materials ）思想，提出固有频率梯度组合带隙调控方法，可有效拓宽低频带隙范围。最后，设计振动特性试验并分析误差产生的原因。结果表明：悬臂梁边长越长，带隙宽度变窄，悬臂梁宽度及厚度增加，带隙宽度变宽；固有频率梯度组合研究中，当整体固有频率变化率小于8.1%时，带隙范围有效拓宽。当相邻两者固有频率变化率大于12.27%时，可呈现多频带隙特性；增加悬臂梁安装数量可在固有频率梯度组合的基础上进一步拓宽禁带范围，该研究成果可为船舶板壳结构隔振设计提供参考。
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  附有Savonius叶轮结构的圆柱体流致旋转耦合涡激振动数值研究

  刘馨涵1，娄敏1，王宇1，李想2

  振动与冲击. 2024, 43(10): 98-105.

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  针对附有Savonius叶轮结构的新型圆柱体能量转换装置开展数值模拟研究，利用用户自定义函数与SST k-ω湍流模型实现流固耦合，探究附有不同椭圆度Savonius叶轮结构的圆柱体流致旋转及振动响应，揭示结构流致旋转与涡激振动耦合作用机理。研究结果表明：叶轮结构的椭圆度是影响圆柱体横流向位移的关键，对于椭圆度相同的圆柱体，投影面积是影响顺流向位移的重要因素。低约化速度下，圆柱体不稳定旋转，形成非对称流动尾迹，表现出P+S尾迹模式。高约化速度下，圆柱体沿顺时针方向稳定旋转，旋转角速度大小呈现周期性波动。在同一旋转周期内，叶轮结构椭圆度越小，圆柱体瞬时扭矩系数绝对值越大。
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  无监督域适应迁移学习在旋转机械故障诊断中的应用

  周湘淇，付忠广，高玉才

  振动与冲击. 2024, 43(10): 106-113.

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  故障诊断在旋转机械领域具有重要的意义，而深度学习和迁移学习的发展为提高故障诊断的准确性和鲁棒性提供了新的途径。针对旋转机械故障诊断问题，提出了一种基于深度对抗神经网络(Domain-Adversarial Neural Network,DANN) 和多核最大平均差异(Multiple Kernel Maximum Mean Discrepancy,MK-MMD)的无监督域适应迁移学习方法。首先，收集了源工况和目标工况下的振动信号数据并通过快速傅里叶变换转化为频域信号。然后，构建了一个ResNeXt-50特征提取器，并使用DANN和MK-MMD方法进行特征映射和域适应，从而实现源工况到目标工况的迁移学习。实验结果表明，该方法能提高对故障特征的识别精度，且在不同工况下的迁移实验中具有更好的鲁棒性。
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  热效应作用下S波入射弹性地基自由场地地震地面运动研究

  杨奕琪1，马强1,2

  振动与冲击. 2024, 43(10): 114-122.

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  基于热弹性介质中波的传播理论，建立了平面S波入射下弹性地基自由场地模型，采用亥姆霍兹矢量分解原理，对热效应作用下弹性地基自由场地中的波场进行分析，获得了热效应作用下平面S波入射弹性地基自由场地地震地面运动的解析解答。通过数值计算，分析了热传导系数、介质温度、热膨胀系数等热物性参数对弹性地基自由场地地震地面运动所产生的影响规律。研究结果表明：考虑热效应和不考虑热效应的两种理论模型下所得到的水平和竖向位移放大系数有着明显差异；地表水平和竖向位移放大系数以及相应的加速度随着热膨胀系数和介质温度的增大而增大；热传导系数和热通量相位延迟对地表位移放大系数和加速度的影响较小；随着入射波频率的增大，地表位移放大系数和加速度均逐渐增大。
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  泊松白噪声激励下双稳态能量采集系统的动力学复杂性研究

  许硕1，何美娟1，贾万涛2

  振动与冲击. 2024, 43(10): 123-131.

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  运用统计复杂度刻画了泊松白噪声与周期信号共同作用下双稳态能量采集系统的动力学复杂性。考虑到泊松白噪声的复杂统计特性，首先，运用Bandt-Pompt算法构造了双稳态能量采集系统响应的驻留时间间隔，基于此得到了系统的统计复杂度与标准Shannon熵；其次，采用数值方法计算了该系统的均方电压和有效输出功率；最后，详细地分析了泊松白噪声、耦合系数、阻尼系数、周期信号等参数对系统动力学复杂性与能量采集效率的影响。结果表明，统计复杂度曲线与标准Shannon熵曲线的非单调演化趋势表明系统产生了随机共振现象，选取合适的系统参数能够促进随机共振行为，此时系统的动力学复杂性达到最大化。此外，均方电压与有效输出功率随着参数的变化趋势与统计复杂度曲线的演化行为相一致，且随机共振行为发生时，此时系统的能量采集效率最高。
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  基于SFLA优化变分模态提取的滚动轴承故障诊断

  张怀彬1，陈志刚1,2，杨远鹏1，王衍学1

  振动与冲击. 2024, 43(10): 132-139.

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  为解决变分模态提取（variational mode extraction, VME）在分解轴承故障信号过程中近似中心频率和惩罚因子的选择过于依赖专家经验的问题，提出混合蛙跳算法（shuffled frog leaping algorithm, SFLA）与VME相结合的滚动轴承故障诊断方法。首先，为解决单一指标作为目标函数提取特征时信息不全面的问题，结合信息熵（information entropy, IE）、包络谱峭度和相关系数建立新的参数优化指标—KIC；然后，将KIC的极小值作为SFLA的目标函数自适应地选取VME期望模态的中心频率和惩罚因子；最后，通过包络解调分析期望模态进行故障诊断。仿真信号与轴承试验台相关数据集的分析结果表明，所提出的SFLA-VME方法能够准确地提取出期望模态并诊断轴承故障。
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  基于气动措施和滑轮式TMD的人行景观桥涡振混合控制研究

  陈智1，封周权1，陈谨林1，孙秀贵2，华旭刚1

  振动与冲击. 2024, 43(10): 140-148.

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  为了解决传统式调谐质量阻尼器（TMD）在控制低频桥梁结构中弹簧静伸长过长的问题，本文介绍了滑轮式TMD及其用于结构振动控制时的特点，指出滑轮式TMD可以有效减小弹簧静伸长量。以一座人行景观桥为例，研究了采用气动措施和滑轮式TMD对该桥的涡振控制效果。风洞试验结果显示，在最优气动措施下，主梁的涡振振幅减少了一半以上，但仍未达到行人舒适性要求。基于Scanlan线性涡激力模型进行滑轮式TMD的优化设计，在气动措施的基础上进一步辅以滑轮式TMD进行涡振控制。分析结果表明，气动措施结合滑轮式TMD进行涡振控制能够满足行人舒适性要求，并确保滑轮式TMD质量块的工作行程不超过限值。通过同时采用气动措施和滑轮式TMD，可以满足主梁涡振限值、TMD弹簧静伸长量和工作行程等多重要求，从而有效控制主梁的涡振现象。本文提出的混合控制方案为类似工程中的涡振控制提供了有益参考，可为工程实践提供指导。
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  考虑惯性力的螺栓临界松动载荷影响因素分析与试验

  尹思迈1，邓小伟1，张大平2，吴益文3，余征跃1

  振动与冲击. 2024, 43(10): 149-155.

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  为准确探究横向振动工况下螺栓连接的松动特性, 本文综合考虑了局部滑移与扭矩滑移的影响，建立了考虑惯性力的螺栓连接模型,对螺纹周向不同位置进行受力分析，得到了计算螺栓临界松动载荷的理论计算方法，并利用横向振动试验进行了验证，结果表明该理论计算方法具有更高的准确性。定量计算了不同预紧力、螺纹面摩擦系数、振动次数、螺距、振动频率、螺纹升角等参数下的螺栓临界松动载荷，揭示了螺栓松动的主要影响因素。当增大预紧力、螺纹面摩擦系数，降低振动次数、螺距、振动频率和螺纹升角时，螺栓临界松动载荷随之增大，有利于提高螺栓连接抵抗自松弛的防松能力。研究结果对螺栓连接防松设计具有指导意义。
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  弹性地基上非对称多孔功能梯度材料夹层板的自由振动

  黄志诚1，韩梦娜1，王兴国1，褚福磊2

  振动与冲击. 2024, 43(10): 156-163.

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  基于精细剪切变形理论研究了弹性地基上的非对称多孔功能梯度材料（FGM）夹层板的自由振动。结合该理论提出了一种新的非对称多孔FGM夹层板在弹性地基上的自由振动模型，且该模型只包含四个未知变量。控制方程是通过Hamilton原理建立的，并通过Navier法获得了其在四边简支下的固有频率。将模型退化为无弹性地基的非对称FGM夹层板以验证模型的准确性。最后详细讨论了参数变化对弹性地基上的非对称多孔FGM夹层板的自由振动行为的影响。研究发现，在不同的弹性系数下，非对称多孔FGM夹层板的固有频率会随着边厚比的增加而增加，而体积分数指数的增加对于不同弹性系数下的非对称多孔FGM夹层板的固有频率有不一样的变化。
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  基于绝对位移法的曲线梁桥多维多点非平稳弹塑性随机响应分析

  李喜梅1,2，赵廷龙1,2，陶铖3

  振动与冲击. 2024, 43(10): 164-173.

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  针对当前地震动空间效应下曲线梁桥地震反应分析多采用确定性激励输入且忽略桥梁非线性的情况，采用了多维多点非平稳随机激励对曲线连续梁桥进行弹塑性响应分析。建立非线性有限元模型并降维解耦非平稳地震动EPSD矩阵，采用绝对位移法对桥梁进行非线性时程分析。考虑不同视波速、场地条件、相干性以及平稳与非平稳地震激励，综合分析了曲线连续梁桥的随机响应及其频域特性和时域特性。结果表明：地震动空间效应和地震动的非平稳性对曲线梁桥随机响应影响很大，其中地震动空间效应对桥梁随机响应大小及其频域分布有显著影响，而非平稳性会对随机响应大小及其时变响应趋势产生重要影响。因此，在曲线连续梁桥抗震分析中需充分考虑地震动空间效应和地震动非平稳性，以避免错误估计桥梁抗震性能。提供了全面的分析结果，对加强曲线连续梁桥的抗震设计和评估，从而提高其抗震性能和可靠性具有重要意义。
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  声学结构单元传递函数的建立方法及应用

  张本熙1，王晓明1，梅玉林2

  振动与冲击. 2024, 43(10): 174-184.

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  基于三维有限元的时域仿真法，探讨了建立声学结构单元传递函数模型的一般方法。所建立的声学单元传递函数由结构参数高精度表达，能简化一般声学结构设计问题的流程。首先，建立了两种声学结构单元，仿真其幅频特性，并结合实验测量，验证幅频特性曲线的准确性，而后基于幅频特性曲线拟合传递函数，选择精度最高的零极点匹配方案，确定拟合传递函数的最优型式。结果表明，匹配7个极点和无零点来拟合膨胀腔单元的传递函数，匹配2个极点和2个零点来拟合亥姆霍兹共振腔单元的传递函数，拟合精度最高。然后，分析声学单元的结构参数对幅频特性的影响，并基于拟合传递函数的最优型式，通过数值仿真和拟合计算，建立由结构参数表达的声学结构单元传递函数模型。最后，构造了由膨胀腔和亥姆霍兹共振腔构成的复合声学结构，通过单元传递函数的组合计算，获得声学结构的总传递函数，并与COMSOL仿真结果比较，验证所建立声学单元传递函数模型的正确性，它能准确描述声学结构的传递损失特性。
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  预选挡对双离合变速器敲击响应与齿轮动力学影响的试验研究

  周益1,2，黄斌2，石晓辉3，郭栋3，梅自元2，徐辉辉2

  振动与冲击. 2024, 43(10): 185-196.

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  搭建可模拟发动机转速波动的变速器敲击动力学试验台架，采集双离合变速器(DCT)的壳体振动和齿轮瞬时转速信号，研究不同预选挡位下DCT变速器的敲击响应和齿轮系统动力学随输入角加速度幅值变化的演变规律。根据齿轮系统间隙非线性动力学模型的计算结果和齿轮啮合基本定律，提出了一种基于齿轮特征频率角加速度幅值特性的齿轮运动状态判定准则。台架敲击试验结果表明预选挡显著改变DCT变速器的敲击响应和齿轮副动力学行为，当输入角加速度幅值增加到某一数值时，DCT变速器敲击响应发生向上跳跃现象，主动和被动子变速器之间产生明显的低频动力学耦合，承载齿轮转速信号呈现显著的多谐波非线性特性。根据提出的齿轮运动状态判定准则判断跳跃突变后的承载齿轮副发生齿面分离和敲击现象，动力学突变后的动力学耦合导致DCT变速器的敲击响应急剧恶化。最后，在整车上验证了台架试验的动力学耦合和敲击响应突变现象。
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  基于压缩感知的缺失机械振动信号重构新方法

  郭俊锋1，胡婧怡1，王智明1

  振动与冲击. 2024, 43(10): 197-204.

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  针对工业机械设备实时监测中不可控因素导致的振动信号数据缺失问题，提出一种基于自适应二次临近项交替方向乘子算法(Adaptive Quadratic Proximity-Alternating Direction Method of Multipliers, AQ-ADMM)的压缩感知缺失信号重构方法。AQ-ADMM算法在经典ADMM算法迭代过程中添加二次临近项，且能够自适应选取惩罚参数。首先在数据中心建立信号参考数据库用于构造初始字典，然后将K-奇异值分解(K-Singular Value Decomposition, K-SVD)字典学习算法和AQ-ADMM算法结合重构缺失信号。对仿真信号和两种真实轴承信号数据集添加高斯白噪声后作为样本，实验结果表明当信号压缩率在50%～70%时，所提方法性能指标明显优于其它传统方法，在重构信号的同时实现了对含缺失数据机械振动信号的快速精确修复。
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  嵌入式共固化缝合阻尼复合材料梁的自由振动分析

  刘昭阳，梁森，胡子健，孙瑞骏

  振动与冲击. 2024, 43(10): 205-214.

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  嵌入式共固化缝合阻尼复合材料（Embedded Co-cured Stitched Damping Composite，ECSDC）相对于传统的复合材料具有高比刚度、高比强度，高层间结合性能及三向力学可设计性等优点。本文运用Hamilton原理、结合能量法和复刚度法，推导出ECSDC梁结构的动力学微分方程表达式，通过将该偏微分方程转化为线性齐次方程组的方式，代入对边简支的边界条件，进而得到该模型的理论解。作为算例，通过进行模态试验、运用ANSYS有限元模拟和MATLAB数值计算研究了ECSDC梁的典型结构，三者所得的结果吻合较好，验证了该理论模型和方法的准确性。在此基础上，用验证的理论模型研究了设计参数对ECSDC梁结构固有振动特性的影响。结果表征了嵌入式共固化缝合阻尼复合材料梁结构比连续阻尼夹嵌复合材料梁结构具有更高的抗弯刚度，为缝合阻尼复合材料动态特性研究提供了理论层面的新思路。
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  蜂窝结构海上风力机防护装置性能研究

  刘坤鹏，缪维跑，王瑀琎，李春，岳新智

  振动与冲击. 2024, 43(10): 215-222.

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  为便于风力机运输、安装及维护，海上风电场大多处于繁忙的航道，导致海上风力机受船舶碰撞概率大幅上升。为增强海上风力机抗撞能力，减轻碰撞区域受损程度，提高其抗风险性能，本文提出一种具有蜂窝结构特征的新型防护装置。采用显示动力分析软件LS-DYNA模拟5000t级船舶与4MW海上风力机单立柱三桩基础碰撞过程，研究蜂窝结构新型防护装置与传统实心结构防护装置抗撞性能的差别。结果表明：具有蜂窝结构特征的新型防护装置可有效延长接触时间，降低接触力；较传统实心防护装置，新型装置内能转化能力提升15%以上，蜂窝结构起到提升内能转化能力的作用。蜂窝结构防护装置具备良好的吸能缓冲效果，可有效削减传递至风力机结构的内能及动能，降低基础损伤，起到提升单立柱三桩基础海上风力机安全性的功能。
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  多因素影响下射孔段管柱振动力学分析

  杨文武1，李浩1，林勇2，任四武3，张智亮1,4，徐少俊5，李富强5

  振动与冲击. 2024, 43(10): 223-229.

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  聚能射孔爆轰产生的冲击载荷作用于井下射孔段管柱系统，导致管柱发生屈曲断裂等事故。结合管柱自重、射孔液阻尼、地层围压和爆炸冲击载荷的影响，建立射孔冲击载荷下油管—射孔枪动力学模型，得到射孔段管柱纵向振动微分方程。应用有限元软件，对射孔段管柱进行显示动力学响应分析，并将模拟结果同理论数值解进行对比验证。结果显示，应力波由管柱底端向上传播，管柱等效应力和轴向位移均呈现周期性变化，且逐渐衰减。分析不同油管长度、外径、壁厚和单发装药量对管柱动态响应的影响。基于数值模拟结果，利用MATLAB软件进行多元非线性回归，拟合得到射孔段管柱应力峰值经验公式，并与现场试验数据进行对比，验证公式可靠性。
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  稳态下击暴流风场竖向空间相关性试验研究

  方智远1,2，黄汉杰3，汪之松4

  振动与冲击. 2024, 43(10): 230-235.

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  为研究下击暴流水平风速的竖向相关性，采用冲击射流装置模拟了稳态下击暴流风场，测量了不同径向位置、竖向距离、地貌条件以及射流速度下的水平风速，重点分析了水平风速的竖向相关性和相干曲线，提出了稳态下击暴流风场的相干函数模型。结果表明：相关系数随径向距离的增加而先增大后减小，最大相关系数出现在r=1.0Djet附近，地面粗糙度和射流风速对相关系数影响较小。相干函数与测点的竖向间距密切相关，径向位置和射流风速对相干函数影响较小，地表粗糙度的增加会降低近地测点对的相干性。基于试验数据，建立了稳态下击暴流竖向相干函数模型，实现了与试验风场的较好吻合。
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  基于动态磨削过程仿真的凸轮轴高速磨削稳定性预测分析

  刘涛1,2，邓朝晖3，姚齐水1,2，吕黎曙4，余江鸿1,2

  振动与冲击. 2024, 43(10): 236-247.

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  磨削颤振是制约凸轮轴高效优质磨削最主要的因素之一。在分析凸轮轴磨削几何运动学特性的基础上，综合考虑时滞效应和砂轮-工件弹性退让机制推导了凸轮轴高速磨削动态磨削力计算方法，建立了多因素耦合的凸轮轴磨削动力学模型和凸轮轴动态磨削仿真模型。基于稳定性叶瓣图法和动态磨削过程仿真方法对凸轮轴高速磨削稳定性进行预测分析；开展实验验证了所提出模型和方法的正确性。最后，通过对动态磨削过程的变模态参数仿真，分析模态参数对凸轮轴高速磨削过程稳定性的影响。结果表明：增大系统刚度和阻尼、减小模态质量都可以改善磨削稳定性，获得更大的稳定磨削极限。
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  一种新型引磁式磁流变阻尼器研究

  王成龙1，吴鲁杰1，魏学谦2，曾庆良1

  振动与冲击. 2024, 43(10): 248-259.

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  针对特定结构限制下磁流变阻尼器工作性能的优化问题，在传统磁流变阻尼器的基础上设计了一种新型引磁式磁流变阻尼器，建立了磁场与流场耦合动力学模型；以输出阻尼力和动态可调系数为优目标函数，基于多目标遗传算法对该型磁流变阻尼器内部活塞进行了优化；建立了多物理场耦合模型并进行了仿真和冲击试验。仿真结果表明：在相同外形尺寸条件下，新型磁流变阻尼器的有效阻尼通道长度为64 mm，相比普通磁流变阻尼器提高了60%；新型磁流变阻尼器的力学特性与动态可调性更加优越，当施加2.0 A电流、活塞运动速度为0.09 m/s时，新型磁流变阻尼器的输出阻尼力为55.9 kN,相比普通磁流变阻尼器(32.4 kN)提高了72.5%；施加不同大小电流时新型磁流变阻尼器的峰值压力与吸能容量均明显高于普通磁流变阻尼器。冲击试验结果表明：当施加2.0 A的电流、冲击速度为2.45 m/s时，相比普通磁流变阻尼器，其峰值压力达到11.64 MPa、峰值压力提高约41%。峰值压力试验结果与仿真结果对比表明：仿真结果和试验结果的趋势是一致的，其相对误差在0.1之内,表明了仿真模型的有效性。
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  基于结构声强法的离心式天然气压缩机橇座振动能量传递特性

  王逢德1，马云腾2，罗佳琪3，刘冰1，肖文生2

  振动与冲击. 2024, 43(10): 260-267.

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  海上橇装离心式天然气压缩机集成度高，易产生振动故障。为探究振动能量在压缩机橇座中的传递特性，降低振动控制成本，将结构声强法应用于橇装离心式压缩机的振动控制研究领域。综合运用自编程序与有限元工具建立了压缩机橇座结构声强场分析模型，结合数据可视化技术，提出了橇座结构声强分析及可视化方法。应用该方法求解并可视化了橇座的结构声强场，研究了橇座中振动能量的传递特性以及机械能与结构声强的定量关系，确定了极限工况下振动能量在橇座中的主要传递路径、振源和振汇。针对精密设备敏感区域，提出了振动控制措施。研究结果表明：压缩机安装区域的结构声强幅值最大，振动能量主要转化为橇座的运动能，振动能量主要沿着橇座宽度和高度方向发散式传递。所得研究成果，在工程领域可为压缩机橇振动控制提供支持，理论方面亦可为板梁复合结构振动能量传递特性研究提供依据。
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  LYP225低屈服点钢锥形钢棒阻尼器剪切力学性能研究

  连鸣1,2，戴柏豪1，李伟1

  振动与冲击. 2024, 43(10): 268-278.

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  为了研究LYP225低屈服点钢锥形钢棒阻尼器（LYP-WHP）在剪切荷载作用下的滞回性能与疲劳性能，对两个LYP-WHP试件分别进行了滞回加载与疲劳加载试验。基于试验结果，采用混合强化本构模型，通过ABAQUS建立了12个LYP-WHP的足尺精细化数值模型，分别以阻尼器的内径、外径和耗能段长度为参数，研究以上参数对LYP-WHP在剪切荷载作用下LYP-WHP滞回性能的影响规律，推导了LYP-WHP的弹性刚度计算公式，并给出了初步确定LYP-WHP屈服力与屈服位移的方法，基于试验与数值分析结果，得到了LYP-WHP屈服后的刚度折减系数建议值。研究结果表明：在剪切位移下，LYP-WHP具有良好的滞回性能与疲劳性能；增大外径和内径可明显提高LYP-WHP的承载力、刚度和耗能能力，增大耗能段长度则会降低LYP-WHP的承载力、刚度和耗能能力；增大内径、外径使材料的利用率先增大后减小，增大耗能段长度则基本无影响；推导的LYP-WHP弹性刚度计算公式可以较为准确的计算LYP-WHP的弹性刚度；基于本文的分析结果，建议LYP-WHP的内径与外径比值取0.375~0.625，屈服后的刚度折减系数取0.11，得到了理论骨架曲线的计算式。
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  强噪声与非周期脉冲激励下偏置单稳态系统随机共振及在钢丝绳微弱损伤检测中的应用

  孙博文1，黄升平1，王重秋2，杨建华1，李尚袁1，杨岩1

  振动与冲击. 2024, 43(10): 279-284.

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  随机共振是噪声背景下非线性系统对微弱特征信号的最优响应，能够对微弱特征信号进行增强。偏置单稳态系统相较于传统的双稳态系统，对非周期脉冲激励具有良好的共振特性。然而，非线性系统的参数影响系统的最优输出，对不同的非周期脉冲激励，系统难以自适应调节。针对上述问题，本文研究强噪声与非周期脉冲激励下偏置单稳态自适应随机共振. 首先，基于优化算法实现不同非周期脉冲激励下的自适应随机共振。然后，以强噪声背景下钢丝绳漏磁检测信号为应用对象，经偏置单稳态系统自适应随机共振输出后，以峰峰值作为损伤特征演化评价指标，评估不同微弱损伤特征间的差异。同时，应用偏置单稳态自适应随机共振法和自适应移位平均法对强噪声背景下钢丝绳漏磁信号进行对比分析，以峰峰值增益和信噪比增益为指标，结果表明偏置单稳态自适应随机共振法效果优于自适应移位平均法。最后，讨论了噪声强度对单稳态自适应随机共振的影响，发现偏置单稳态自适应随机共振具有较强的抗噪能力。
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  重型燃气轮机拉杆组合转子热瞬变振动特性研究

  高进，黄涛，龚军军，赵仕志，艾松

  振动与冲击. 2024, 43(10): 285-291.

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  重型燃气轮机冷态启动的稳速升负荷阶段，常出现轮盘间径向变形不协调导致的相对滑移，拉杆组合转子会发生振动随燃气轮机转子温度的增加而显著变化的热瞬变振动现象。本文建立了周向拉杆组合转子平面摩擦带止口配合结构轮盘相对滑移的力学模型，包括平面摩擦、周向拉杆和止口与轮盘相对滑移的力学模型。以某型重型燃气轮机拉杆组合转子为研究对象，对其冷态启动过程中出现的热瞬变振动进行了分析，根据轮盘相对滑移的规律，通过减小轮盘间的变形不协调，并适当增加止口配合的过盈量的方法，成功优化了该重型燃气轮机拉杆组合转子冷态启动过程中的热瞬变振动。
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  基于改进正余弦优化算法的弱选择近似共轭梯度追踪的轴承故障诊断方法

  惠亦聪，张延超，陈润霖，李喆，刘佳鑫，崔亚辉

  振动与冲击. 2024, 43(10): 292-298.

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  在确保机械系统的可靠性和功能性、生产效率和安全性方面，滚动轴承的状态监测和故障诊断极其重要。然而，故障特征通常总是被背景噪音和其他不稳定的干扰成分所掩盖，这使得这项工作变得非常困难。为了更好地提取轴承故障特征，提出了结合改进的正余弦优化算法（ISCA）的弱选择近似共轭梯度追踪算法（WACGP）。将惯性权重和非线性参数更新策略引入正余弦优化算法（SCA）中，提高了信号稀疏表示的效率和精度，以便用字典原子最大限度地逼近原始信号，并且将弱选择策略引入近似共轭梯度追踪（ACGP）中，提高了提取轴承故障特征的速度和能力。通过对轴承的故障仿真信号和实际轴承内、外圈和滚动体振动信号的分析，验证了该方法的有效性。详细说明了与基于正余弦优化的梯度追踪算法的比较，突出了所提出的方法的优点。
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  轻量化空时模型融合自注意力机制的航空液压管路故障诊断新方法

  杨同光1，袁晟友1，周献文2，韩清凯1，于晓光3

  振动与冲击. 2024, 43(10): 299-310.

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  航空发动机外部液压管路结构复杂且管路故障信号中伴随着强大的噪声干扰，导致航空管路故障特征提取十分困难，同时目前诊断模型参数和计算量比较庞大，不适合高效地移植到移动和嵌入式设备。面对上述挑战，本文提出一种轻量化空时模型融合注意力机制的航空发动机液压管路故障诊断新方法，并命名为S-Bi-ATM-Net模型，首先，设计轻量化管路空间特征提取模块，从而融合管路故障数据的空间特征，抽取数据的细粒度特征；然后，设计轻量化管路时间特征提取模块, 从细粒度特征中继续融合管路粗粒度特征，实现粗细粒度特征融合；此外在空时模型中融合自注意力机制进行优化，使得最后的决策更加的聚焦，进一步提高所提模型的诊断精度。基于同一数据集，将所提方法与目前主流方法对比分析发现，所提方法能更准确地识别航空管路不同的故障状态，证明了所提方法的优越性和稳定性。
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  航空发动机鸟撞适航符合性数值模拟研究

  李俊杰1，柴象海2，金先龙1，杨培中1

  振动与冲击. 2024, 43(10): 311-318.

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  航空发动机鸟撞适航认证通常基于整机试验，整机鸟撞数值仿真，受发动机结构复杂性影响，存在计算效率、吸鸟关键参数不易确定等问题，而不被工程采纳。而为验证航空发动机吸鸟符合性，进行整机鸟撞数值分析是一种经济高效的方式。基于航空发动机整机鸟撞数值仿真需求，开展航空发动机模型简化建模和关键吸鸟参数提取方法研究。首先，基于SPH方法，考虑工作条件下发动机鸟撞损伤和传力路径上关键部件关系和相互作用，建立了基于航空发动机整机关键零部件等效建模的鸟撞有限元模型。其次，对航空发动机鸟撞适航符合性要求进行分解，确定了造成叶片结构损伤的关键吸鸟参数。最后，基于最严苛情况的整机鸟撞有限元模型，研究了大鸟、中鸟鸟群和大型群鸟导致的转动不平衡、不平衡载荷传递和叶片损伤。数值模拟结果表明大鸟的撞击对航空发动机结构安全的威胁最大，鸟群撞击导致的叶片损伤范围更广。基于整机的鸟撞数值模拟对于航空发动机的结构安全性设计和适航认证是非常具有价值的。