振动与冲击

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楼文娟1, 周为政1, 卞荣2, 陈科技2, 黄增浩3

振动与冲击. 2024, 43(16): 1-8.

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构建了跳线-导线-绝缘子串精细化有限元耦合模型，进行脉动风荷载作用下的动力响应分析，着重探究了跳线风偏与导线风偏动力特性的差异性。阐明了导、跳线在模态、气动阻尼比等动力特性上存在明显不同的特征，采用频域法结合多工况分析，研究了平均风速、湍流度、跳线悬垂串质量及振型组合阶数对导、跳线脉动背景响应及共振响应的影响。研究结果表明：跳线基频约为导线的1.5倍~2.0倍，并且气动阻尼效应对跳线风偏的影响远小于导线。导线脉动风偏位移响应以背景响应为主，而共振响应并不显著，但跳线脉动风偏位移响应的共振分量不可忽略，产生的共振增量可使跳线脉动风偏位移增大30%以上。跳线共振响应特性由跳线自身动力特性决定，受来流平均风速、湍流度影响较小，1阶振型对跳线共振响应起到决定作用。本文基于准静态法及惯性力法推导了峰值脉动风力共振部分，引入共振因子，修正了规范中跳线风振系数表达式。修正的跳线风振系数最终相较规范将增大约9%~12%。

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高海拔输电线路走廊风场实测及湍流特性研究

杨风利1, 邵帅1, 张宏杰1, 苏志钢1, 范荣全2

振动与冲击. 2024, 43(16): 9-17.

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在海拔高度4500m的西藏那曲镇高山平原地貌建立了两两间距为10m、20m和30m的四点位同步脉动风速实测系统，获得了持续1.5年的高海拔地区连续大风风速样本，10min平均风速和脉动风速最大值分别达到33.6m/s和45m/s以上。实测纵向湍流强度和横向湍流强度的均值分别为0.134和0.123，介于DL/T 5551—2018规定的A类地貌和B类地貌湍流强度之间。基于任意两个测点的同步脉动风风速，计算了顺风向脉动风速分量沿导线方向的空间相关系数及湍流积分尺度，广义极值模型可以较好地反映高风速样本湍流积分尺度的概率分布。实测样本风速越高，湍流积分尺度均值越大，样本风速限值取8m/s和20m/s时，湍流积分尺度均值相差22.5%。20m/s以上高风速样本的湍流积分尺度均值为106.96m，是DL/T 5551—2018规定值50m的2.1倍，导地线风荷载增大约6.1%，即高海拔高山平原地貌导地线风荷载可能会被低估。

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振动频率法测具有橡胶阻尼器的斜拉索索力的修正方法

李永鑫1, 李林安1, 张凤鑫2, 王雨权3, 林鸿洸3, 周俊龙4

振动与冲击. 2024, 43(16): 18-25.

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振动频率法是用于测试斜拉桥拉索索力的常用方法，斜拉桥为减弱振动引起的拉索疲劳损伤，通常在斜拉索两端安装阻尼器，这会改变索的结构和振动频率，从而导致在用振动频率法测试拉索索力值时会产生较大误差，难以满足桥梁施工和维护对精确度的要求，因此减小索力测量的误差对实际工程具有重要意义。本文将橡胶阻尼器简化为弹性支撑，基于变截面拉压杆模型推导了弹性支撑的等效刚度系数；基于具有两个弹性支撑的拉索横向自由振动微分方程，结合边界条件求解索力，给出了考虑橡胶阻尼器影响的振动频率测索力的修正方法；结合虚拟算例对本研究结果的精确度进行分析，并在工程中应用。

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基于GBDT算法的弓网动态匹配特性预测模型

黄桂灶，马同鑫，杨泽锋，李政，魏文赋，吴广宁

振动与冲击. 2024, 43(16): 26-32.

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高速铁路通过弓网系统的滑动电接触获取电能驱动列车运行，弓网动态匹配特性是保障良好滑动电接触的基础。首先，本文建立了弓网动态匹配的有限元分析模型，并通过与文献结果对比验证了模型的正确性。采用拉丁超立方抽样方法，对接触网的关键结构参数和运行速度参数进行样本抽样，获得输入参数集。然后，利用有限元模型对输入参数集开展大量计算分析并进行结果的特征提取，获得弓网动态匹配关键特征参量的输出结果。结合输入和输出结果，构成了样本数据集。最后，采用梯度提升决策树(GBDT)算法对数据集进行学习训练和验证测试，建立弓网动态匹配特性预测模型，并将其与基于决策树、随机森林、极端随机树和极端梯度提升树算法的四个模型进行对比分析。结果表明：基于GBDT算法的模型预测精度更高、稳定性更好，在测试集上的R2达到了0.929，能够准确快速地评估弓网匹配特性。通过对GBDT模型进行参数重要性分析可知：运行速度对弓网匹配特性的影响程度最大，达61%，其次是接触线的张力、承力索张力和档距。本研究初步探索了采用机器学习方法建立预测模型来替代有限元模型的可能性，所建立的模型可用于弓网动态匹配特性的快速预测与评价。

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腐蚀海洋立管的涡激振动响应分析

刘晖1,2,3，刘蓉1，吉柏锋1,2,3，王雪亮1,2,3

振动与冲击. 2024, 43(16): 33-41.

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海水对深海服役输油立管的腐蚀作用会不断改变立管表面形态和动力特性，从而显著影响立管涡激振动响应。因此，本文基于X70管线钢模拟深海环境腐蚀试验结果，分析了不同腐蚀率的立管涡激振动响应。首先，对X70管线钢标准挂片进行模拟深海环境腐蚀试验，获得材料腐蚀速率和壁厚损伤程度时变模型；然后，根据相同腐蚀速率下单位面积腐蚀损失质量一定的等效原则，建立表征不同腐蚀率立管的有限元模型；最后，采用嵌套网格技术实现计算域内网格动态更新来考虑立管与流场的流固耦合，分析腐蚀立管的横流向和顺流向涡激振动响应幅值以及锁定区间。研究表明：当腐蚀率较小时，腐蚀对立管涡激振动呈现出较强抑制作用，最大横流向和顺流向振幅分别是光滑立管的53.4%和16.7%，且提前进入并推后离开锁定区间。但是，随着腐蚀率增加，立管涡激振动响应急剧增加，在腐蚀率为4.07%至22.74%内，腐蚀立管涡激振动响应幅值都大于光滑立管，最大横流向和顺流向振幅分别是光滑立管的1.16倍和1.17倍，进入锁定区间与光滑立管基本相同，但推后离开锁定区间。当腐蚀率为28.09%时，腐蚀立管涡激振动响应有所降低，但横流向振幅仍大于光滑立管，进入锁定区间与光滑立管基本相同，但较大幅度提前离开锁定区间。

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驻波型直线超声波电机接触特性有限元建模与分析

蒋春容1, 薛鑫岩1, 陆旦宏1, 金龙2

振动与冲击. 2024, 43(16): 42-50.

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超声波电机接触摩擦是影响电机性能的关键环节，建立超声波电机的接触模型对电机性能优化具有重要作用。现有对驻波型超声波电机接触问题的研究，大多采用解析法，需要采用较多的简化假设，难以准确反映电机实际结构及真实接触情况。针对这一问题，采用有限元法，对驻波型直线超声波电机接触特性进行建模和分析。首先，考虑定子复合结构，建立了定子三维有限元模型，分析定子在外加电压作用下的振动响应，得到定子振动位移表达式。在此基础上，考虑定子与动子的结构和接触特点，建立定动子接触三维有限元模型。基于所建立的模型，分析了定动子的接触状态、接触压力分布，并研究了驱动电压大小和预压力变化对接触特性和电机性能的影响。最后，搭建实验测试平台，测量了电机的输出特性，并与理论计算值进行对比，对比结果验证了所建立的定动子三维有限元接触模型。

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冲击下箱型梁弯曲失效临界载荷的评估方法研究

高大威1，曹嘉俊1，师桂杰2,3，田林雳4

振动与冲击. 2024, 43(16): 51-59.

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箱型梁作为工程应用最广泛结构之一，其结构安全裕度需得到清晰表达。箱型梁通常具有纵横加筋结构，冲击载荷下容易发生局部结构屈曲，但是箱型梁后屈曲失稳路径相对稳定，难以采用现有方法确定其失效对应的临界载荷。以简支钢质箱型梁为研究对象，首先研究了非线性有限元建模方法因素的影响，分析不同冲击载荷下箱型梁动态响应的变化规律；其次，根据不同冲击载荷工况计算结果，绘制冲击载荷与箱型梁位移曲线，提出了振幅极值准则和曲率极值准则两种新准则用于箱型梁动态失效临界载荷下限值与上限值的评估；然后，本文将该准则推广应用于三角形、矩形冲击载荷与落锤冲击作用下箱型梁弯曲失效的临界载荷评估，以及不同梁截面、边界条件和载荷工况下箱型梁弯曲失效临界载荷的评估。本文研究结论可为冲击载荷下箱型梁结构安全评估提供基础支撑。

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多胞薄壁结构优化及结构参数对耐撞性影响分析

林启权1, 刘雯婷1, 王凯1, 董文正1, 王镇柱1, 贺礼财2

振动与冲击. 2024, 43(16): 60-66.

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为提高多胞薄壁结构的轴向耐撞性，本文基于动态拓扑优化得到薄壁结构在轴向冲击下的最优截面构型，设计了一种混合多胞薄壁结构（Mixed Multicellular Thin-walled Structure，MMTS）。运用有限元方法，对比了混合多胞薄壁结构与基于经验设计的窗型多胞结构及仿生树状分形结构在轴向冲击下的耐撞性能。为了进一步提高材料利用率，以结构尺寸为设计变量进行多目标优化。在此基础上，对结构进行水平截面一次变壁厚分析，获得耐撞性能随壁厚的变化趋势。研究结果表明：混合多胞薄壁结构相比等质量窗型多胞结构、树状分形结构耐撞性能大幅提高；与初始设计的MMTS相比，优化后比吸能增加了45.78%，质量降低7.14%，吸能过程更平稳。

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钢弹簧浮置板轨道垂向动态特性及对轮轨力的影响研究

周圣禄，李伟，周志军，温泽峰，钟文生

振动与冲击. 2024, 43(16): 67-76.

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钢弹簧浮置板作为一种高等减振轨道广泛铺设于我国地铁线路中，在服役过程中，该轨道在部分线路中出现的钢轨波磨问题，轮轨动态行为对其产生有较大影响。为研究该轨道垂向动态特性及其对轮轨瞬态力的影响，建立钢弹簧浮置板轨道的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型，分析在有、无车辆加载下轨道垂向位移导纳特性，模拟钢轨宽频不平顺激扰下轮轨垂向瞬态接触力的响应。结果表明：（1）无车辆加载作用下，钢弹簧浮置板轨道在100 Hz以下（22 Hz、43 Hz、68 Hz等）振动模态表现为钢轨和浮置板共同垂向弯曲，在100 ~ 1400 Hz中高频段表现为钢轨相对浮置板弯曲。（2）车辆加载后，轨道导纳出现59 Hz的P2共振，及64 Hz和72 Hz的轨道整体弯曲振动峰值。（3）柔性轮轨耦合后轨道导纳受到轮对作用影响在364 Hz、489 Hz、623 Hz处出现新峰值。其中，364 Hz、489 Hz为车轮振动模态引起，623 Hz为双轮对干涉引起的钢轨弯曲模态。（4）车辆瞬态通过含60 ~ 220 mm波长钢轨不平顺的轨道时，轮轨瞬态垂向接触力在约70 Hz响应最显著，这是由轨道的整体弯曲振动模态被激发引起，该振动是钢弹簧浮置板轨道出现160 ~ 200 mm波长波磨的原因。

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时滞影响下压电悬臂梁强化学习振动控制

张猛1, 王晓宇2, 文浩1

振动与冲击. 2024, 43(16): 77-83.

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时滞普遍存在于各种控制系统中，如果忽略控制系统中时滞的影响可能会降低控制器的控制效果，甚至导致发散。本文研究了时滞对强化学习振动控制器性能的影响。首先，利用有限元方法建立了压电悬臂梁的动力学模型，通过实验辨识修正了动力学模型参数。进而，仿真分析了不同时滞大小对PD控制和基于近端优化策略(PPO)的强化学习控制效果的影响。然后，在不同时滞条件下训练了多个强化学习时滞控制器，并对强化学习控制效果进行了仿真及实验验证。最后，评估了强化学习时滞控制器对时滞偏差的鲁棒性。结果显示，强化学习时滞控制器不仅在所对应的时滞条件下具有良好的控制效果，还对实际时滞偏差有一定容忍范围，具有良好鲁棒性。

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基于准零刚度支撑结构的低频主动隔振平台研究

李青 1, 何柯达 2, 3, 杨鸿杰 2, 3, 薛羽竣 2, 3, 马超 2, 3, 王天舒 1, 刘磊 2, 3

振动与冲击. 2024, 43(16): 84-91.

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针对量子科学实验、精密制造等先进应用对亚赫兹微振动的抑制需求，研究基于准零刚度支撑结构和分离式音圈作动器的低频主动隔振技术。首先给出一种低频主动隔振平台设计方法，考虑准零刚度结构的等效动力学特性，采用牛顿-欧拉方法建立平台的动力学模型；然后基于所建立动力学模型分析多自由度耦合下平台的扰动传递特性并设计主动隔振算法；最后研制低频主动隔振平台进行实验验证。实验结果表明，所开发主动隔振平台能够在三个线自由度上实现优于98.3%的微振动抑制效果，在0.1~10Hz频率范围内载荷z方向微振动小于1.3×10-8g。

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环形脱空对圆钢管混凝土柱抗侧向冲击性能的影响分析

沈奇罕1, 2, 3, 刘俊杰1, 朱维军1, 王静峰1, 3, 谢强1

振动与冲击. 2024, 43(16): 92-102.

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近年来随着社会机械化水平的不断提高和交通事业的飞速发展，车辆、船舶及飞行器等机械撞击城市高架、跨河桥梁墩柱等事故的发生频率显著提升。而实际钢管混凝土结构由于材料特性或服役环境等问题普遍存在脱空缺陷情况，但目前有关脱空缺陷对钢管混凝土冲击性能的影响研究仍相对较少。为此，本文构建了侧向冲击作用下含环形脱空圆钢管混凝土柱有限元分析模型，并通过相关试验验证模型的准确性。揭示了环形脱空对圆钢管混凝土柱在侧向冲击作用下破坏模式、时程曲线特征、冲击全过程应力应变发展和界面接触行为的影响机理，系统研究了脱空率、轴压比、边界条件、径厚比、冲击速度和冲击质量等诸多参数对侧向冲击作用下含环形脱空圆钢管混凝土柱冲击力、挠度变形和耗能等动力响应的影响规律。结果表明，环形脱空的存在将逐步降低圆钢管混凝土柱的抗侧向冲击能力。随着脱空率的增大，圆钢管混凝土柱的冲击力和耗能逐步减小，挠度变形相应增大。同时，由于缺乏混凝土的有效支撑，钢管在侧向冲击作用下的凹陷变形程度也随着脱空率的增大而愈发显著。

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基于分形理论的浮环密封端面法向接触刚度仿真研究

刘勇1, 郭昊东1, 张青1, 闫方超2

振动与冲击. 2024, 43(16): 103-110.

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浮环密封是现代航空发动机常用的密封形式之一，浮环端面的接触刚度对浮环密封辅助密封面的摩擦磨损性能有重要影响。本文在分形理论的基础上，基于有限元方法建立了一种新的法向接触刚度计算模型。之后通过该模型计算浮环密封端面法向接触刚度,得到了浮环密封端面法向接触刚度随压力与粗糙度的变化规律。计算结果表明：求得的法向接触刚度与粗糙表面接触试验结果吻合较好，最大相对误差不超过4％；浮环密封端面法向接触刚度随压力的增大而增加，随接触面粗糙度的增大而减小。该方法为浮环密封端面法向接触刚度的计算提供了一种新的思路。

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分数阶Rayleigh-Duffing系统的主共振

陈聚峰1,2，王媛媛2，申永军1,3，李向红2

振动与冲击. 2024, 43(16): 111-117.

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利用多尺度法研究了谐波激励下分数阶Rayleigh-Duffing系统的主共振。首先，利用多尺度法得到了系统的一次近似解析解，通过数值仿真发现解析解与数值解吻合较好，验证了近似解析解的准确性。然后，建立了稳态解的幅频方程及相频方程，基于Lyapunov稳定性理论得到了稳态解的稳定性条件。最后，通过数值仿真并结合幅频曲线，分析发现非线性刚度系数、线性阻尼系数以及分数阶阶次等参数对系统动力学特性有重要影响，这对此类系统的优化和控制有重要意义。

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考虑土体非线性山-谷耦合复杂场地空间相关多点地震动模拟

何颖1, 2, 尹奔驰1, 2, 刘中宪1, 2, 丁晓凡1, 2

振动与冲击. 2024, 43(16): 118-128.

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采用考虑局部场地非线性地震波散射效应的空间相关多点地震动模拟方法，对山-谷耦合场地的地震动进行定量模拟分析。非线性地震波散射效应基于有限元-间接边界元耦合方法（FEM-IBEM）和等效线性土体模型进行计算。结果表明：山体的存在会增大沉积内的地震动反应，对短周期的地震波的放大效应更为显著，增幅可达50%。相较于单一沉积谷地地形的沉积谷地外部，山-谷耦合场地中山体地震响应有所减小。相比线性模型，考虑土体非线性时，沉积谷地地震动强度较线性时的结果有所降低，反应谱峰值位置也会发生改变，但山体影响更为显著。不同山体形状对谷地影响不同，对于谷地内部分点位影响的差别可达40%。研究为山-谷耦合场地工程结构抗震设防提供了部分理论依据和计算方法。

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基于传递矩阵法的指向式旋转导向工具主轴振动特性

张红, 蔡小龙, 冯定, 王鹏, 唐博

振动与冲击. 2024, 43(16): 129-135.

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指向式旋转导向工具应用于井眼轨迹控制时，其主轴的动力学特性将直接影响到井眼轨迹控制效果及作业安全，而在钻进工况下，工具钻压传递机构在主轴上的位置对主轴的动力学特性起着重要的作用。因此，为了分析钻压传递机构的位置对主轴动力学特性的影响，利用多体系统传递矩阵法建立了指向式旋转导向工具外壳-轴承-主轴系统的动力学模型。通过推导主轴上任意节点的几何和力学方程，该研究能够评估钻压传递机构的位置对主轴动态性能的影响规律。结合实例运算分析了钻压传递机构的安装位置对主轴固有频率和振型的影响，探讨了工具造斜时，钻压传递机构安装位置对主轴动态位移的影响。结果表明随着钻压传递机构安装位置距离钻头越远，主轴固有频率和动态位移均增大，因此在满足工作要求下，推荐钻压传递机构安装位置尽可能靠近钻头端。为验证基于传递矩阵法建立的主轴动力学模型的正确性以及钻压传递装置安装位置对主轴动态位移影响规律，在指向式旋转导向工具试验台架上进行了钻进工况下主轴测点偏移量测试实验，结果表明，实验测得的数据与理论计算的数据基本吻合，误差最大仅为6.47%。

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考虑冲刷深度影响的海上风力机减震控制研究

张鹏，张家望，崔春义，李静波

振动与冲击. 2024, 43(16): 136-145.

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为分析冲刷深度对海上风力机吸振阻尼系统鲁棒性的影响，选用NREL发布的某5 MW单桩海上风力机作为研究对象，采用大直径p-y曲线法考虑桩土耦合效应，研究了冲刷深度对碰撞调谐质量阻尼器(pounding tuned mass damper, PTMD)与调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)减震效果影响规律。数值分析结果表明：随冲刷深度增加，风力机前三阶频率均呈下降趋势，其中一阶频率下降1.1%，三阶频率下降达7.8%；随冲刷深度增加，风力机塔筒地震响应总体呈放大趋势；TMD与PTMD均能有效控制海上风力机在地震荷载作用下的动力响应，PTMD的减震效果略高于TMD；按无冲刷工况对阻尼器进行设计，二种阻尼器的减震效果随冲刷深度的增加呈现放大的趋势，对冲刷引发的失谐现象均表现出了足够的鲁棒性。

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平板和板架结构在水下非接触爆炸下冲击波载荷与速度场等效关系研究

郭桐桐 1, 2, 张伦平 1, 2, 伍星星 1, 2, 赵延杰 1, 2, 张弩 3, 汪俊 1, 2

振动与冲击. 2024, 43(16): 146-151.

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对于平板在水下非接触爆炸下的结构响应问题，学界目前常采用仿真和试验手段开展研究。但目前的仿真手段主要采用ALE方法进行，计算效率低且在中远场计算中难以得到真实的结果，而试验手段成本较高。基于能流密度公式和TAYLOR平板理论对平板水下非接触爆炸冲击波载荷与速度场等效关系展开研究，提出了冲击波载荷和等效初速度场的等效换算方法，建立了平板初速度场与水下爆炸参数的等效关系并开展试验验证。结果表明，基于能流密度的冲击波等效初速度场具有更好的计算精度和效率，这一方法可作为研究平板或者简单板架在水下爆炸冲击波作用下结构响应的一个重要的等效计算方法。

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车辆制动载荷下包装件非线性摇摆响应分析

朱大鹏1，祁振民1,2，曹兴潇3

振动与冲击. 2024, 43(16): 152-158.

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车辆制动产生纵向半正弦冲击载荷，浮放包装件在运输过程中制动条件下的摇摆特性及倾覆风险研究对于确保运输安全至关重要。本文研究浮放包装件非线性摇摆响应(α>15°)，构建循环神经网络模拟包装件非线性受迫摇摆响应，应用雅可比椭圆函数构建包装件非线性自由响应分析表达式，根据能量守恒原则构建包装件在自由响应阶段倾覆边界条件。根据包装件非线性摇摆响应分析方法，构建包装件倾覆边界条件。分析结果表明，在半正弦冲击激励下，包装件在受迫响应阶段和自由响应阶段均可能绕O点逆时针旋转倾覆，导致包装件自由响应倾覆的冲击幅值较导致包装件受迫响应倾覆的冲击幅值小，这表明，包装件更容易在自由响应阶段倾覆。

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远海低频电磁信号波导信道的试验研究

刁逸帆1, 余白石2, 余亮1, 蒋伟康1

振动与冲击. 2024, 43(16): 159-165.

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轴频电场可作为新型物理场特征实现对远海水下目标的有效探测，但海水中电磁波衰减太快，极大地影响了电场探测范围。为实现远海目标探测，本文设计了深海波导信道的验证方案，开展试验研究，测量分析了深海波导信道的波速。提出了Vold-Kalman谐波提取算法以解决复杂干扰导致目标信号提取时相位特征丢失问题。在湖泊和海洋试验中应用Vold-Kalman谐波提取算法成功验证了深海轴频电场波导信道存在的合理性与有效性，这一发现将轴频电场低频目标探测距离由3 km扩大到20 km，提高了远海目标探测的能力。

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弹支干摩擦阻尼器对带有轴承共腔结构涡轴发动机的减振特性

刘源, 王四季, 陈佳窈, 张晋琪, 林大方, 王程阳

振动与冲击. 2024, 43(16): 166-175.

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为研究弹支干摩擦阻尼器在带有轴承共腔结构的涡轴发动机减振特性，基于阻尼器动静摩擦副的运动特征，提出弹支干摩擦阻尼器位于轴承共腔结构处的附加刚度和阻尼的计算方法，建立了弹支干摩擦阻尼器与涡轴发动机耦合的有限元模型。通过数值求解，分析不同支点阻尼器对涡轴发动机各阶模态减振效果及阻尼器对可控模态的减振机理。基于以上工作提出了阻尼器各阶模态减振设计方案。结果表明，通过设计弹支干擦阻尼器的支点位置、个数、正压力及控制转速区间等参数，可实现阻尼器对带有轴承共腔结构涡轴发动机各阶模态振动的有效控制，最大减振比达95.6%。

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千米跨度高铁斜拉桥轨道平顺性控制拟合参数分析

刘彦林1, 李再帏1, 谭社会2

振动与冲击. 2024, 43(16): 176-184.

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由于温度荷载等环境因素的综合作用，大跨度高铁桥梁的复杂变形使得桥上轨道不平顺控制成为难题。鉴于温度变形是影响桥梁垂向变形的最关键因素，为厘清千米跨度高铁桥梁的桥梁温度变形与实际轨道变形关系，方便养护维修人员快速测算线路轨道不平顺实际情况，提出了小波重构-凝聚层次聚类算法来确定不同温度条件下桥梁温度变形。首先，以我国某千米跨度高铁斜拉桥不同温度条件下的轨道不平顺静态检测数据作为样本函数，采用小波变换进行时频特征分析，得到了各温度条件下的桥梁变形；其次，通过凝聚层次聚类分析将不同温度下的桥梁温度变形分为4类，确定了以10阶多项式拟合桥梁温度变形的各项拟合系数；最后，提出实际轨道不平顺即为实测垂向偏差数据与拟合桥梁温度变形间的差值，并对此进行了相关性验证。结果表明：提出的实际轨道不平顺与实测轨道不平顺数据在现行规范要求的10m中点弦测值、30m矢距差值与60m中点弦测值的时域相关性分别介于0.9980~0.9995、0.9860~0.9966、0.9123~0.9568，且时域波形基本吻合；频域上，不同测量结果频谱图上各频率对应谱密度值基本相同，相干函数在各频率上均介于0.9~1之间，实测结果与拟合结果具有极强的相似性。证明该拟合方法有效，对应得到的实际轨道不平顺可以作为现场养护维修作业的依据。

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螺杆铣床主轴振动对螺杆转子表面质量影响分析

林泽利 1,2，孙兴伟 1,2，杨赫然 1,2，张维锋 1,2,董祉序 1,2，赵泓荀 1,2

振动与冲击. 2024, 43(16): 185-191.

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为探究螺杆铣床的主轴振动对工件表面质量影响规律。通过螺杆转子外包络铣削加工试验，建立主轴振动特性预测的神经网络模型，使用预测模型预测分析不同加工参数下主轴振动特性的变化规律，分析主轴振动与工件表面粗糙度值之间的影响规律。采用IEPE（压电集成电路）型加速度传感器对铣削过程中主轴振动特征值进行测量，采用TR200便携式表面粗糙度仪测量工件表面粗糙度值。针对主轴振动特征值与表面粗糙度值进行灰色关联度分析，结果表明信号峰值与表面粗糙度值关系显著，表面粗糙度值随信号峰值减小而降低。使用粒子群算法在构建的主轴振动预测模型进行工艺参数寻优，利用试验进行模型精度验证，误差在6%以内。加工试验结果表明采用最佳参数组合加工工件可使主轴振动信号峰值减小，从而获得较高的表面质量。本文提出的方法对螺杆转子生产实践工艺选择具有一定的启发和指导意义，也可为金属切削加工的表面质量提升提供参考。

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BFRP模壳不排水加固RC墩柱恢复力模型

张景杭1,2,3，夏樟华2，姜绍飞2，洪俊贤1，朱朴1

振动与冲击. 2024, 43(16): 192-203.

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为研究BFRP（Basalt Fiber Reinforced Polymer）模壳不排水加固RC墩柱抗震恢复力模型，在拟静力试验基础上，采用OpenSees有限元软件对模壳加固墩柱进行数值分析，主要研究参数为填充层混凝土强度、模壳厚度、加固高度、轴压比。研究表明：填充层混凝土强度等级越高，墩柱抗震性能有所增强，但C40以上的填充层混凝土强度等级墩柱的抗震性能较为接近；模壳加固厚度较大墩柱的抗震性能优于厚度较小墩柱；模壳加固高度较高时，墩柱的抗震性能较好，当加固高度大于2~3倍原墩柱塑性铰高度时，抗震性能提升效果趋于稳定；轴压比越大，墩柱的刚度退化较快，不利延性发展。后通过数据回归分析，建立了BFRP模壳加固RC墩柱恢复力模型，对比可知，恢复力模型与试验曲线拟合较好，能有效反映加固墩柱的滞回性能，可为此类结构的抗震性能分析提供参考。

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基于统计波叠加法的流激平板声辐射数值算法研究

胡昊灏1, 蒋哲伦2, 王彪2, 朱瑞祺1

振动与冲击. 2024, 43(16): 204-210.

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结构流激噪声是一个多场耦合的复杂问题，本文以平板流激噪声为例，提出一种预报流激结构噪声的统计波叠加方法，该方法首先利用有限元耦合波叠加方法获取系统传递函数矩阵，并参考随机声振理论半经验公式构建湍流脉动压力激励谱矩阵以获得流激噪声。论文给出了预报平板流激噪声的详细流程，通过与统计有限元法以及统计边界元法等传统理论计算结果进行比对，指出了论文算法的准确性和高效性，最后给出了影响统计波叠加法计算精度的关键参数。本文的研究成果为结构振动噪声控制提供了预报方法和技术支撑。

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陶瓷密封环旋转摩擦噪声特性研究

王开心1，胡长明2，张幼安2，张艳1，孙蓓蓓1

振动与冲击. 2024, 43(16): 211-218.

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旋转机械密封采用的陶瓷密封环在航空航天领域应用广泛，但其干摩擦产生的噪声问题一直未得到解决。本文以陶瓷密封环为研究对象，在旋转摩擦试验台上通过振动加速度传感器和精密拾音器等测得振动与噪声信号，分析了陶瓷密封环的旋转摩擦随机啸叫的特点和产生机理。试验结果表明，振动加速度的倍频响应与高频啸叫关联，转动速度是影响振动和啸叫特征频率的主要因素。根据试验建立密封环的有限元仿真模型，采用瞬态动力学分析方法，得出的各转速特征频率与试验较为吻合；获得摩擦表面的接触压力，发现转动时摩擦接触界面的反复分离-附着现象，这被认为是试验中啸叫的主要机制。另外转速越大，接触压力越大，从而可推断出摩擦力越大，其诱发的啸叫声压级更大，这与试验测得转速和声压级正相关关系吻合。

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冲击荷载作用下纤维混凝土动态劈裂试验与分析

崔大顺1，王利民2，薛辉庭3，张春巍1，郜殿伟4，陈凡秀2

振动与冲击. 2024, 43(16): 219-226.

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为研究不同纤维材料对混凝土动态劈裂力学性能的影响以及作用效果的差异，采用直径为100 mm的分离式霍普金森压杆试验装置和V2512超高速数字摄像机，分别对素混凝土、棕榈纤维混凝土以及钢纤维混凝土试件进行了巴西圆盘动态劈裂试验研究。通过DIC技术分析不同纤维混凝土试件的破裂过程和裂纹扩展规律，获得不同纤维混凝土试件的动态抗拉性能与动态断裂韧性等。试验与分析结果表明：在相同冲击荷载作用下，纤维的掺入能够提高混凝土的抗冲击韧性，减少试件加载端部因应力集中而产生的崩坏现象，延缓试件的破坏时间并有效抑制裂纹的扩展，其中钢纤维对混凝土的阻裂作用时间长于棕榈纤维。在相同荷载作用时间情况下，棕榈纤维混凝土和钢纤维混凝土的峰值应变都低于素混凝土。钢纤维的掺入能够显著阻滞混凝土试件内部的破裂过程，损伤变量变化相对缓慢，试件开裂后在相同裂纹宽度下，钢纤维混凝土具有更大的残余应力。

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三轴分级循环加卸载下爆破损伤顶板砂岩能量耗散试验研究

王梦想1, 王浩1, 马守龙1, 2, 宗琦1, 汪海波1, 徐颖1

振动与冲击. 2024, 43(16): 227-237.

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为探究不同围压环境爆破荷载损伤砂岩在循环加卸载作用下能量耗散演化规律，利用三轴试验加载装置系统对三种不同损伤度的砂岩试件开展不同围压下的分级循环加卸载试验，并结合电子数码显微镜获取不同损伤度试件细观结构，分析爆破荷载损伤、围压及加载级数对试件能量耗散及破裂破碎形态的影响规律。结果表明：1) 爆破荷载作用会对岩体造成损伤，单轴压缩荷载下振动损伤、爆破损伤试件峰值强度降幅分别为5.53%、18.87%，单轴分级循环加卸载作用对未损伤、振动损伤试件产生劣化，对爆破损伤试件产生强化作用。2) 爆源近端岩体损伤程度较高，在外荷载作用下率先发生破坏，围压的存在显著降低试件的破裂破碎程度，试件呈剪切、拉伸及压碎破坏多种模式共存。3) 循环加卸载过程中第1次循环加载试件所获取总能量及塑性变形能最大，循环次数的增加使试件塑性变形能及耗散能整体均呈现减小趋势，围压及循环加载级数的增大使试件在循环加载过程中各能量均随之增加。4) 分级循环加卸载过程中Ⅱ级循环加卸载试件耗能比要低于Ⅰ级与Ⅲ级，爆破损伤、振动损伤及未损伤试件在Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级循环加卸载过程中耗能比均值分别为15.73%、12.47%、13.95%，13.49%、12.44%、13.46%，12.07%、8.69%、11.56%，爆破荷载损伤改变岩体内部结构使得试件在循环加卸载作用下耗能占比更加显著。

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基于混合减震技术的既有建筑抗震韧性提升

孙澳1, 陈鑫1, 傅文炜1, 2, 孙勇3, 朱燕清3

振动与冲击. 2024, 43(16): 238-246.

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建筑抗震韧性评价是地震工程领域的研究重点，在指导设计人员提高结构抗震设计水准和引导管理人员增强结构防灾意识两个方面具有重要意义。本文以位于8度区（0.30 g）的某既有框架结构为研究对象，基于GB/T 38591-2020《建筑抗震韧性评价标准》从修复费用、修复时间和人员伤亡三个角度对结构加固前后的抗震韧性进行评价，并结合加固收益率对减震加固方案的经济效益进行分析。结果表明，采用黏滞阻尼器和屈曲约束支撑的加固技术可有效控制结构的动力响应，层间位移角和加速度均值的最大下降幅度分别为76.9%和29.8%。在罕遇地震作用下决定该结构韧性等级的主要影响因素为修复时间和人员损失。虽然加固前后该结构抗震韧性评级均为一星，但是所采用的减震方案有效提升了结构的抗震韧性，研究成果可为既有建筑的韧性评价与提升提供参考。

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碳/碳复合材料高温动态拉伸试验技术研究

段裕熙, 龚芹, 徐伟芳, 陈军红, 张方举, 张凯

振动与冲击. 2024, 43(16): 247-255.

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为了满足碳/碳复合材料和高温动态拉伸试验需求，将大电流加热装置应用于旋转盘式霍普金森拉杆装置，以实现试验所需高温环境加热试样，并辅以水冷装置构成升温系统，同时使用红外测温装置检测和采集系统温度，共同构建碳/碳复合材料的高温动态拉伸试验系统，并采用数值分析模拟不同试样参数对温度均匀性的影响，确定试样尺寸参数。基于所得系统获取了碳/碳复合材料在室温~1300℃的高温动态拉伸应力-应变曲线。试验结果表明，随温度上升，试样的破坏应变和应力均呈下降趋势。建立的高温动态拉伸试验系统可为开展碳/碳复合材料高温动态拉伸力学性能提供试验技术支持。

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基于温度和频率的橡胶本构模型及减振器振动性能研究

段成红1, 王福军1, 罗翔鹏1, 刘晶2

振动与冲击. 2024, 43(16): 256-262.

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随着我国航天事业的高速发展，特种电子通信设备等各类电子设备被广泛应用于航天器中。由于在发射过程中的剧烈振动，以及在太空中可能遇到的各种冲击和压力变化，这类电子设备的振动问题需重点关注，常采用橡胶减振器进行减振。针对橡胶减振器，首先考虑橡胶材料的频率相关性与温度相关性，推导了修正六参数分数导数模型；其次对带橡胶减振器的电子设备进行了正弦与随机振动试验；再次对结构进行有限元分析，并将有限元分析结果与试验结果对比；最后通过有限元分析预测不同温度的减振性能。结果表明，修正六参数分数导数模型能够较好地表征橡胶振动性能，且橡胶减振器具有良好的减振性能，但其减振效果随着温度降低而下降。

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带有斜向惯容的悬挂式隔振系统动力学特性仿真研究

杨猛1, 王猛1, 骆星九1, 张孝强1, 丁虎2, 3, 4, 陈立群2, 3, 4

振动与冲击. 2024, 43(16): 263-268.

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首先，将惯容器、阻尼器和弹簧进行组合，设计实现全并联隔振单元，并将其斜向布置，构成新型悬挂式隔振系统。其次，以ADAMS与MATLAB联合仿真的方式，构建带有斜向惯容器、阻尼器和弹簧的悬挂式隔振系统以及仅带有斜向阻尼器和弹簧的悬挂式隔振系统的仿真模型，并对两种隔振系统进行对比研究，探讨斜向惯容的作用。然后，针对带有斜向惯容器、阻尼器和弹簧的悬挂式隔振系统的加速度传递特性进行研究，改变隔振系统参数观察传递率曲线变化，并探讨了在ADAMS环境下以数值方法、半数值半模型方法表示惯容结构的可行性。最后，以半数值半模型的方法表示惯容，在随机激励下对带有斜向惯容器、阻尼器和弹簧的悬挂式隔振系统中的惯容施加速度与相对速度、加速度与相对速度、相对加速度与相对速度三种半主动控制方式，探讨不同控制方式对隔振性能的影响。研究结果表明，斜向惯容器可以改善悬挂式隔振系统对低频振动的隔离效果，但会增加高频部分的传递率，相对加速度与相对速度和加速度与相对速度的控制方式可以明显提高悬挂式隔振系统对随机激励的衰减效果。

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人群步行荷载等效动载因子及应用

晋平1，陈隽2

振动与冲击. 2024, 43(16): 269-277.

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人群步行荷载是大跨楼盖、人行桥等工程结构人致振动分析的基础。现有时域模型缺乏对人-人相互作用的考虑，频域模型形式复杂难以用于工程设计。对此，研究提出了一种简单有效的人群步行荷载等效动载因子模型，该模型基于二阶傅里叶级数，充分考虑人-人相互作用且适用于人群密度相关的多种交通状态。首先利用基于实测的人群步行荷载互功率谱模型进行了不同人数、主导步频、结构阻尼比下的单自由度系统响应模拟，进而依据结构响应等效的原则，由模拟结果拟合确定等效动载因子计算公式。利用已建成大跨结构的实测响应进行了验证，结果表明该模型相比国内外现有规范方法具有更低的预测误差，可为大跨结构设计中人致振动舒适度和安全性评估提供参考。

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含齿面点蚀的直齿圆柱齿轮副时变啮合刚度的计算及振动响应分析

侯静玉1, 杨绍普2, 刘永强3

振动与冲击. 2024, 43(16): 278-286.

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齿面点蚀作为齿轮传动中最常见的故障之一，它的存在直接影响齿轮副的时变啮合刚度，进而导致系统动态特性的改变。鉴于此，本文将每个点蚀形状近似地视为椭圆柱的一部分，根据点蚀的分布位置和数量定义了三种损伤级别：轻度点蚀、中度点蚀和重度点蚀。基于势能法计算并比较了无故障齿轮和含有不同程度点蚀齿轮的时变啮合刚度，讨论了点蚀位置和点蚀尺寸对时变啮合刚度的影响。研究了单级直齿圆柱齿轮传动系统的故障动态特性，并利用动力传动故障诊断综合实验台对理论结果进行了定性验证。结果表明，本文中的齿面点蚀模型与实际点蚀形貌更接近。随着点蚀位置参数的增大，点蚀区域由基圆逐渐向齿顶圆方向移动；点蚀长轴长越长，点蚀区域内的时变啮合刚度的减小量越明显；在相同的主动轮角位移变化范围内，随着短轴长的变化，不同程度的点蚀故障引起的啮合刚度的减小量是相同的。所建模型能够预测齿轮系统的啮合刚度及振动行为，相应的振动分析结果为齿面点蚀故障的检测和诊断提供了理论参考。

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Clustered张拉整体结构的动力学建模

张子宇1，王彤1, 周斌2

振动与冲击. 2024, 43(16): 287-294.

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针对clustered张拉整体结构，提出了一种基于任意拉格朗日-欧拉法（arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE）的多体动力学模型。相较于传统的拉格朗日法模型，本文模型具有更为简单的运动学约束。首先，引入了一种ALE时变长度索单元，其网格节点与物质点可以独立运动，提供了一种自然的方式描述结构中运动的滑轮和滑动绳索。利用达朗贝尔原理，推导了该单元的广义力向量并计算了相应的雅可比矩阵。第二，建立了张拉整体系统的动力学方程，并利用广义α算法对其进行求解。选取节点的全局位置坐标和物质坐标作为广义坐标，其中全局位置坐标可以被不同物体共享，以减少动力学方程的自由度数和消除物体间的约束。最后，展示了一个数值算例，十层可折叠张拉整体塔架，对其折叠过程进行了准静态和动力学仿真，验证了模型的有效性。本文提出的模型和算法可为clustered张拉整体结构的设计提供理论指导，具有工程意义。

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2024年, 第43卷, 第16期　
刊出日期：2024-08-28

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