振动与冲击

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吴丽丽, 李金鹏, 武雨祺, 郑贺崇

振动与冲击. 2024, 43(17): 1-11.

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基于吸能防冲的理念，设计了一种由玻璃纤维复合材料（GFRP）顶底板和三角锥点阵夹芯层（芯杆为LY160低屈服点钢）组成的复合夹芯组合板，它可与金属支架结合形成两级吸能防冲支护体系。测试并获得了GFRP和LY160软钢在准静态以及动态试验条件下的抗拉强度等基本力学参数，拟合得到了LY160钢的C-S动态本构模型参数。开展了复合夹芯组合板的准静态平压试验，进行了夹芯板抗冲击性能的有限元参数分析。结果表明，随着芯杆直径的增加，试件单位体积吸收的能量显著增加，芯杆直径为6 mm试件吸收能量是直径为4 mm的6倍，单位质量吸收的能量也有所提升，但芯杆直径超过6mm后变化不明显。在冲击地压震级为3级时，芯杆直径与单胞宽度对夹芯板结构的能量吸收率和单位质量吸收能量值影响显著，芯杆直径为6mm时，能量吸收率可达90%以上，而单胞宽度为140mm时，夹芯板兼顾吸能效率和经济性。

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基于渐进可控频偏范围的多频实信号频率估计器

黄翔东1, 吕冲1, 李燕平1, 王晓雷2

振动与冲击. 2024, 43(17): 12-18.

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多频实信号的频率估计是应用面广的基础信号处理问题，其精度受限于难以降低各频率成分的谱间干扰。为根本解决该问题，本文提出可自动抑制谱间干扰的多频实信号频率估计器，具体以频偏范围可控的单频估计器为基础，通过迭代构造两种残差信号（即降序残差和排它残差）并将其馈入单频估计器,而获得各成分频率估计结果。其特色在于，在迭代过程中，可渐进设置频偏范围参数，从而保证各频率成分可稳步地获得高精度估计结果。数值结果表明，本文提出的多频估计器的精度高于现有的多频估计器精度，具有宽广的应用前景。

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基于地震信号的滚石定位及动力参数反演研究

王东坡, 陈会娟, 李伟, 闫帅星, 陈政

振动与冲击. 2024, 43(17): 19-26.

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基于滚石诱发地震信号可快速准确地获取滚石灾害信息，对灾情评估至关重要。本文开展了滚石冲击坡面地震动监测现场原位试验，揭示了滚石冲击地震信号时频域特征规律，分析了到时法与极化法的震源定位性能，并基于量纲分析法建立了滚石体积与冲击速度反演模型。结果表明：滚石冲击坡面（弹跳阶段）产生的地震信号表现为短持时、宽频带的三角状脉冲特征；结合到时法和极化法震源定位理论，实现了滚石冲击坡面的空间定位，得出到时法是更为优良的滚石冲击震源定位方法，其平均相对定位误差不超过10%；基于无量纲反演模型预测的滚石体积、冲击速度与实际结果吻合较好，平均预测误差均低于20%。研究成果可为滚石灾害动力学参数的快速获取提供理论与技术支持。

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被动围压条件下非饱和黏土动态压缩性能试验研究

赵伏田1, 刘军2, 贾永胜3, 4, 姚颖康3, 4

振动与冲击. 2024, 43(17): 27-33.

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为揭示软黏土的应变率效应及建立动态响应参数及其影响因素的定量关系，设计并开展了被动围压条件下的非饱和黏土SHPB动态压缩试验，分析了应变率效应、冲击次数、含水率变化对软黏土动态力学特性的影响。试验结果表明：非饱和黏土的动弹性模量与动应力峰值具有显著的应变率效应；当试样的应变率处于255~587s-1范围内时，动态响应参数与应变率在双对数坐标系下表现出良好的线性拟合关系，且线性拟合曲线的斜率k反映了动力响应参数随应变率变化的敏感程度；含水率对软黏土应变率敏感性影响较大，其中，35%含水率试样动力响应参数的率敏感性最为显著，而39%含水率试样动力响应的率敏感性最差；此外，动力响应参数表现出随冲击次数的增加呈幂函数增长，冲击气压与试样含水率均对重复冲击载荷下的软黏土动力响应有较大影响。

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水压载荷作用下正交各向异性圆柱壳自由振动分析

邵浩峰1, 2, 靳洋1, 2, 林壮1, 2, 杨丽红1, 2, 吴林志1, 2

振动与冲击. 2024, 43(17): 34-40.

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复合材料圆柱壳质量轻、力学性能好，在水下无人潜航器（UUV）的耐压壳方面具有广阔的应用前景，掌握其在水压载荷作用下的声振特性对UUV的声隐身设计至关重要。本文基于Flügge圆柱壳理论，采用波传播法，开展了在水压载荷作用下的正交各向异性圆柱壳自由振动研究。运用牛顿迭代法求解水下正交各向异性圆柱壳的特征频率，并通过与COMSOL有限元仿真对比，验证了理论模型的正确性。结果表明，浸没圆柱壳受流固耦合与水压载荷共同作用，特征频率减小，模态振型发生改变。本文还对圆柱壳进行参数化分析，系统研究了薄壁圆柱壳的长径比、厚径比以及材料参数对圆柱壳特征频率的影响规律。本文的研究结果为UUV耐压壳水下声振特性分析提供了理论依据和数据参考，对UUV声隐身设计具有重要意义。

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舰船水润滑艉轴承综合支承特性分析

解忠良1, 张昊1, 田佳彬2, 杨康3, 杨铭4

振动与冲击. 2024, 43(17): 41-48.

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本文针对舰船水润滑艉轴承在复杂工况下存在的润滑性能不清晰、支承特性不明朗等问题展开了研究，建立了艉轴承润滑特性计算模型，研究了摩擦界面润滑特性，分析了偏心率、长径比以及转速对艉轴承刚度阻尼的影响规律，探明了不同间隙比条件下的临界起飞速度以及转速与艉轴承刚度阻尼特性之间的关系，揭示了轴承参数对艉轴承综合支承特性的影响规律。在此基础上，阐明了间隙比对艉轴承润滑动态特性影响机理。研究结果为艉轴承动态特性及动态响应计算提供了理论依据。

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列车牵引动力叶轮振动随机过程离散方法的时变可靠性分析

屈小章1, 2

振动与冲击. 2024, 43(17): 49.

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叶轮结构由于工作环境恶劣，在设计生命周期中经常发生振动失效。为了更有效地分析叶轮振动的时变可靠性，研究了叶轮振动随机过程离散的时变可靠度分析方法（BV-TRPD）。首先，通过振动试验和有限元模拟，建立了叶轮的振动分析模型。考虑到叶轮结构尺寸、材料参数和载荷的不确定性，采用响应面法建立了叶轮振动极限状态方程。利用非线性指数函数、随机模型参数和参数相关的高斯随机过程建立了叶轮振动的时变可靠性分析模型。其次，在跨度率等时变可靠性分析技术的基础上，将时变可靠性转化为多个时不变系统，并在时间上离散随机过程。对于隐式极限状态方程的振动有限元问题，通过采样建立了输入参数与响应极值之间的响应面函数。考虑到设计、工艺、载荷和运行环境的不确定性，研究了影响叶轮振动时变可靠性的关键参数。考虑到成本，提出了提高叶轮振动全寿命可靠性的过程控制参数，以指导实际工程应用。

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基于无人机及YOLOX视觉算法的大跨度钢结构吊装过程位移监测

李万润1, 2, 3, 范博源1, 赵文海1, 杜永峰1, 2, 3

振动与冲击. 2024, 43(17): 61-70.

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在大跨度钢结构吊装施工过程中，节点位移及结构变形关系到吊装施工的安全和质量。对于传统接触式监测方法存在的耗时、耗力且维护费用高等问题，提出了一种以无人机为载体的非接触式监测方式。首先，针对大跨度钢结构吊装过程中无人机近距采集视角受限的问题，采用Harris图像拼接算法进行全景拼接，并与图像加权融合相结合，消除图像拼接中产生的不利光标及拼接缝，实现整体、高精度的大跨度结构图像的无缝拼接；其次，采用加入CBAM(Convolutional Block Attention Module)双通道注意力机制的YOLOX视觉算法解决复杂背景下不同像素面积的小目标图像识别、坐标提取和位移监测；最后，对四种不同检测模型进行对比评估，并通过对比实验室不同工况试验和实际工程验证该方法在施工环境下对大跨度钢结构测点位移监测的可行性。试验结果表明，加入CBAM注意力机制的YOLOX检测模型的平均精度及置信度均优于其他三种网络模型，且视觉识别的位移信息与Leica全站仪的误差均在亚毫米级内，满足实际工程精度的要求，实现了复杂背景下的小目标位移监测，具备较高的经济效益和广泛的应用前景。

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高速列车蛇行减振实时混合试验的两级自适应时滞补偿方法

王贞 1, 2, 肖嘉俊 1, 2, 吴斌1, 2, 徐小洋3, 窦晓亮4

振动与冲击. 2024, 43(17): 71-78.

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时滞补偿是高速列车蛇行减振实时混合试验的关键问题之一。高速列车的多个自振频率超过10Hz，加载命令不可避免地存在高频分量，进而要求更小的时滞误差以保证试验稳定性。针对此问题，基于两级自适应时滞补偿方法的基本思想，采用系统逆模型完成名义时滞补偿，采用有限脉冲响应离散模型建立自适应逆控制器补偿剩余时滞与不确定性时滞，利用渐消记忆卡尔曼滤波器在线估计控制器参数。为充分探讨所提方法性能，采用线性和非线性加载系统模型，开展了线性、非线性试件模型的高速列车虚拟实时混合试验，比较了不同时滞补偿方法性能。研究表明，所提方法具有优良的补偿性能，表现出较强的鲁棒性，对于高频信号也能实现良好的补偿效果。

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非平稳水流激励下水轮发电机组可靠性综合评估

刘福秀1, 李兆军1, 2, 杨统雨2, 李飞标2, 丁江2

振动与冲击. 2024, 43(17): 79-90.

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针对在非平稳水流激励作用下水轮发电机组同时发生振动失效和疲劳失效的情形，本文提出了一种非平稳水流激励下水轮发电机组可靠性综合评估方法。首先，通过分析非平稳水流激励下水轮发电机组的振动失效和疲劳失效，建立了水轮发电机组系统贝叶斯网络模型；然后，在分析机组动力学特性的基础上，基于迁移学习和 Kriging 模型分别对水轮发电机组的振动可靠性和振动疲劳可靠性进行分析；最后，引入共因失效因子，提出了非平稳水流激励下水轮发电机组可靠性综合评估方法，并通过实例验证所提出方法的有效性。实例分析表明，在240 MW下考虑共因失效和不考虑共因失效的可靠度误差为0.0513，机组受到的非平稳水流激励越大，共因失效对机组的可靠度影响越大。

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多胞体汽车后防撞吸能器耗能机制研究与结构优化设计

田立勇1, 王泽1, 于宁1, 何峰2, 孙宏宇1

振动与冲击. 2024, 43(17): 91-99.

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为有效提升后防撞系统耐撞性能以满足碰撞冲击载荷作用下的车辆被动安全需求，本文研发了6种正多边形镶嵌的多胞体薄壁吸能器。基于简化超折叠单元理论分析了截面参数和肋板连接方式对薄壁吸能器的能量耗散途径与影响机制；采用Abaqus数值仿真探究了各种吸能器吸能特性，同时揭示了正八边形截面、肋板对边连接的薄壁吸能器吸能特性优异；依托拉丁超立方试验方法和基于Kriging代理模型的NSGA-II遗传算法进行多目标优化，确定了吸能器内薄壁管截面尺寸、管壁和肋板厚度分别为18.073mm、1.669mm、1.924mm。结果分析表明，参数优化后的正八边形多胞体吸能器压溃吸能过程平稳可靠，能够为后防撞系统吸能器的结构设计提供参考。

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球形破片侵彻碳纤维复合材料层合板的理论和试验研究

董高雄1, 毕莹2, 李向东1

振动与冲击. 2024, 43(17): 100-109.

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随着碳纤维复合材料在军事领域中的广泛应用，建立球形破片对碳纤维复合材料的侵彻工程模型对满足武器装备防护结构设计和目标易损性研究的需求具有重要意义。开展试验研究分析了不同入射角以及靶板厚度下的碳纤维复合材料失效模式和耗能机制，据此建立了计算弹道极限速度和破片剩余速度的工程模型，并在广泛的弹、靶参数范围内进行了对比验证。研究表明：高速冲击条件下，碳纤维复合材料层合板的失效模式包括剪切冲塞破坏、纤维拉伸断裂、层合板破碎和分层；破片入射角的变化对层合板失效机制没有明显影响；对于不同材质的球形破片和碳纤维复合材料层合板，在弹靶相对厚度0

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基于卡箍位置灵敏度分析的空间管路系统避振优化

吕尚1, 2, 孙伟1, 2, 季文豪1, 2, 刘芳名1, 2

振动与冲击. 2024, 43(17): 110-122.

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在航空发动机管路的设计阶段，需要尽量避开航空发动机转子的激振频率以提高管路系统的工作可靠性。以两端通过管接头固定的多卡箍支撑空间管路系统为对象，研究了按有限元理论对其进行动力学建模，进而实施基于卡箍位置灵敏度分析的空间管路系统避振优化的方法。首先，提出了基于“以直代曲”和“坐标转换”的面向任意形状空间管体的有限元建模方法，在此基础上用两个弹簧对模拟卡箍的支撑，以及分别采用“变截面梁”和“弹簧单元”模拟管接头的结构及弹性约束，通过对整体坐标系下各单元进行组集创建了管路系统的有限元模型。然后，通过切比雪夫多项式进行卡箍位置全局及局部灵敏度分析，在此基础上提出了局部灵敏度-卡箍布局寻优方法。最后，以两端带有管接头的3卡箍支撑的空间管路为实例，通过试验校验了空间管路有限元建模方法的合理性。进一步通过全局灵敏度分析减小了设计变量的个数，通过局部灵敏度-卡箍布局寻优方法得到了使管路系统基频最大的卡箍布局。相较于初始状态优化后获得的基频提高了50.54%，且和遗传算法相比，所描述的方法在求解效率上提升了86.87倍。

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焊接栓钉型钢混凝土柱压-扭复合受力滞回性能试验研究

陈宇良1, 2, 3, 刘凯格1, 吉云鹏1, 2, 叶培欢1, 2

振动与冲击. 2024, 43(17): 123-131.

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为研究焊接栓钉型钢混凝土（SSRC）柱的抗扭性能，提出了6种栓钉布置形式（翼缘、腹板、对称、交错、单双、X型），通过7根SSRC柱和1根型钢混凝土（SRC）柱的压扭低周反复试验，研究了SSRC柱在压扭复合受力作用下的受力性能。试验观察了SSRC柱在压扭复合受力状态下的破坏形态，揭示了其受扭破坏机理，对比分析了轴压比和栓钉布置形式对试件扭矩-扭转角滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、扭转耗能及延性性能的影响规律。结果表明：在压扭复合受力状态下，SSRC柱的扭矩-扭转角滞回曲线呈“S”形，扭转裂缝倾角介于45°~60°之间且随轴压比增大而增大；6种栓钉布置形式均可有效延缓SSRC柱的受扭开裂，腹板焊接栓钉后试件的抗扭承载力提高11.9%；增大轴压比可有效提高SSRC柱的初始抗扭刚度和耗能能力，但会降低其扭转变形能力；栓钉“对称”、“腹板”、“X型”布置时SSRC柱的扭转累积耗能分别提高约16.4%、11.8%、10.2%；综合对比各项指标发现，栓钉“对称”布置对型钢混凝土结构压扭性能的改性效果最佳。

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基于数据融合的两阶段损伤识别方法

王小娟1, 兰祥勇1, 周宏元1, 2, 王利辉1, 张健3

振动与冲击. 2024, 43(17): 132-144.

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因无需测量环境激励、对结构损伤敏感及较强噪声鲁棒性等优点，基于互相关函数的结构损伤识别方法受到了广泛关注。当应用于大型复杂结构时，结构单元众多且测量数据有限，导致识别结果精度和计算效率严重影响。针对这一问题，本文提出了基于数据融合的两阶段损伤识别方法。首先利用多类测量数据融合进行响应重构，基于结构损伤前后多类数据间的互相关函数变化量构建了损伤指标，结合D-S证据理论定位结构损伤；继而基于多类数据间的互相关函数构建目标函数，采用粒子群-梯度算法量化结构损伤。数值模拟与实验验证结果表明，在环境激励未知的情况下，本文所提出的基于数据融合的两阶段损伤识别方法可有效提高损伤识别结果精度和计算效率，且具有很好的噪声鲁棒性。

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基于改进多重同步挤压样条Chirplet变换的结构瞬时频率识别

袁平平1, 赵周杰1, 苏慧琳2, 任伟新3

振动与冲击. 2024, 43(17): 145-153.

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为提高样条Chirplet变换的结构频率识别精度，本文提出了一种基于改进多重同步挤压样条Chirplet变换（improved multi-synchrosqueezing spline-kernelled Chirplet transform， IMSSSCT）的瞬时频率识别方法。首先通过引入三参数高斯窗函数和能量集中度原理对样条Chirplet变换进行改进，然后结合多重同步挤压算法进一步提高改进样条Chirplet变换（improved spline-kernelled Chirplet transform， ISCT）的时频能量聚集度。通过单自由度Duffing系统和三层剪切框架结构的数值仿真及悬臂梁结构试验对所提方法进行了验证。研究结果表明，IMSSSCT能有效识别非线性结构和时变结构的瞬时频率。

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磁性功能梯度圆柱壳磁热弹性超谐波共振研究

姜雨泉1, 2, 胡宇达 1, 2

振动与冲击. 2024, 43(17): 154-162.

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研究温度场和磁场中功能梯度(FG)圆柱薄壳1:3阶超谐波共振问题。针对金属-陶瓷FG圆柱薄壳，采用热传导方程表征一维温度场沿壳体厚度分布特性；结合热弹性理论，并考虑几何非线性，确定了壳体物理中面下的本构关系；基于磁弹性理论，建立磁场环境下壳体所受洛伦兹力和磁化力模型。应用哈密顿变分原理推得磁热弹耦合非线性振动方程。利用伽辽金积分法得到两端简支FG圆柱薄壳的无量纲化非线性振动微分方程，确定了由静磁力和热内力所产生的静挠度特征方程。应用多尺度法对系统的1:3阶超谐波共振问题进行近似解析求解，得到系统稳态运动下的幅频响应方程，并应用李雅普诺夫稳定性理论对稳态解进行稳定性分析。通过数值算例，得到不同物理和几何参数影响下系统的共振幅值变化曲线图、动相轨迹图及多值解的区域划分图。结果表明：系统体现为硬弹簧特性；增大激励力幅值、陶瓷侧温度，临界多值解的分岔点右移，共振区域变大；增大磁场强度，稳定解振幅减小。

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空间效应下超长型钢混凝土结构地震响应研究

邓敬旻, 赵起超, 林焯铭, 彭修宁

振动与冲击. 2024, 43(17): 163-176.

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超长结构空间效应下的地震响应分析是当前抗震研究的热点之一，空间效应对尺寸较小的建筑影响不大，但对平面投影尺度很大的结构地震响应的影响不可忽略。在传统三角级数法合成人工一维地震的基础上采用了三维相干函数矩阵，通过选取合适的模型及相应参数合成考虑空间效应的人工三向地震动。采用了4条自然波及2条人工波对超长型钢混凝土结构进行抗震计算。结果表明：超长结构不适宜仅采用振型分解反应谱法进行地震计算，还需采用地震时程分析法补充计算；与一致激励相比，行波效应会促使构件内力响应两极分化，既能减小整体内力响应，又能增大部分峰值内力，其效果不仅与视波速有关还与激励方向有关，低视波速和长边激励时行波效应加强；与单向激励相比，双向激励下的行波效应影响更复杂，既能改变构件内力响应和主、次动力响应的变化趋势，也能改变不利构件的分布位置；相干效应与行波效应叠加时，会进一步改变构件动力和内力响应。高视波速下相干效应为主导，底层构件内力响应增大。低视波速下行波效应为主导，地震响应呈现两极分化；不利构件的分布不仅与建筑的开洞、设缝及楼层刚度变化等因素有关，还与地震激励方向有关，不利构件沿激励方向有规律地延伸分布。

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压电杆式天平六维力测量研究

钱致光, 任宗金, 王宇航, 王郁赫, 徐馨

振动与冲击. 2024, 43(17): 177-183.

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风洞测力天平是飞行器气动力研究的重要设备。针对某些风洞实验中飞行器模型内腔空间有限、高动态测量的现实需求，提出了单晶片面域划分多区域测量的压电式多维力测量方法。计算了六维力下石英晶片感应电荷密度分布，由此划分晶片面域，得到六维力解耦公式，并使用COMSOL软件对压电晶片施加力/力矩，仿真晶片感应电荷分布，验证理论模型的正确性。开发压电杆式天平及其标定装置，对压电杆式天平进行静动态标定实验，天平非线性误差不超过1.31%，重复性误差不超过1%，固有频率高于2700Hz，验证了在天平安装空间狭小情况下，使用压电晶片分区面域测量高频六维动态力的可行性。

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车轮状态对地铁列车振动源强的影响及评价方法研究

毛苇

振动与冲击. 2024, 43(17): 184-190.

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车轮状态是造成地铁振动源强不确定性的重要因素。开展了地铁隧道内不同断面全天候的连续振动监测，基于实测数据分析了不同车轮状态下振动源强的分布特征，探讨了列车趟次取值对振动源强评价结果的影响。结果表明，全天过车时段隧道壁的最大Z振级呈现出以投运列车数为窗长的周期性波动。由于车轮状态的差异，最大Z振级波动幅度可达20.3dB，超过了高等减振的效果，也远大于环评导则规定的修正值。车轮状态将导致振动源强周期性波动，建议列车趟次取投运列车数，将测试结果的算数平均值作为源强代表值。

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一种组合式二级缓冲吸能装置的吸能特性研究

吴利华1, 于逸群2, 3, 蒋迪1, 支旭东2, 3, 张荣2, 3

振动与冲击. 2024, 43(17): 191-202.

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基于胀管和泡沫铝的缓冲吸能特性，以能量吸收值为设计目标，提出了一种新型二级缓冲吸能装置设计方法，并通过准静态压缩试验和落锤冲击试验验证了该方法的有效性。试验结果表明：该二级装置可实现预期的多级梯度应力平台。建立了二级缓冲吸能装置的有限元模型，通过仿真分析其在不同冲击工况下的动态响应和能量变化特征，该装置泡沫铝和胀管部分吸能占比可达80%，且更换主要耗能部分后其余构件可实现重复使用，并针对其失效模式提出优化方法，有效增加耗能材料的利用率和装置的整体稳定性。

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基于多尺度小波包启发卷积网络的旋转机械故障诊断

卢一相1, 2, 钱冬生1, 2, 竺德1, 2, 孙冬1, 2, 赵大卫1, 2, 高清维1, 2

振动与冲击. 2024, 43(17): 203-213.

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在工程实践中，旋转机械故障诊断常面临噪声干扰、故障样本稀缺以及工况变化等各种复杂情况，这给先验知识缺乏的数据驱动深度学习方法应用带来了新的挑战。传统基于小波分析的故障诊断方法可提取到故障丰富的先验知识，但固定(结构化)或单一的小波基难以直接适应复杂故障场景。针对上述问题，在传统多尺度小波包分析思想启发下，本文提出一种基于多尺度小波包启发卷积网络(multiscale wavelet packet-inspired convolutional network, MWPICNet)的端到端旋转机械故障诊断方法。MWPICNet在神经网络内部实现了时频域转换与滤波降噪、特征提取与分类过程的有机耦合。首先，通过交替使用多尺度小波包启发卷积层和软阈值激活层进行信号分解和非线性变换，逐层挖掘多尺度时频故障特征和过滤噪声冗余信息，其中每个多尺度小波包启发卷积层可近似看作在多个可学习小波基下对信号的单层小波包变换，软阈值激活层中用于稀疏化系数的阈值是可学习的；然后，设计频带加权层动态调整各频带通道的权重；最后，引入全局功率池化层提取有助于故障状态识别的判别性频带能量特征。在三种不同应用场景下分别采用对应的机械故障数据集进行案例研究，验证了所提模型在复杂故障场景下的可行性和有效性。

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带碰撞的惯质调谐质量阻尼器对斜拉索涡激振动控制研究

李书进1, 曾文珑1, 张远进2

振动与冲击. 2024, 43(17): 214-223.

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在以往惯质调谐质量阻尼器(TMDI)的研究基础上，引入非线性碰撞机制，提出一种带碰撞的新型惯质调谐质量阻尼器(PTMDI)来对斜拉索的涡激振动进行控制。该阻尼器不仅能减小装置尺寸，又能利用振子在碰撞过程中产生的加速度突变来提高惯质器的质量放大效应，在一定程度上解决传统惯质型阻尼器一端尽量固接的安装方式，布置上更为灵活。建立了设有该装置的斜拉索涡激减振控制方程，分析了拉索涡激振动特性，并对其减振性能进行了研究。对阻尼器惯容参数和碰撞参数的影响及优化问题进行了探讨，给出了最优参数的取值方法。算例表明，所提PTMDI能显著降低斜拉索的涡激振动响应，且在所提优化方法得到的最优参数下具有更为优越的控制能力。对于常遇风时拉索出现的多模态涡激振动控制分析表明，碰撞机制能使PTMDI的鲁棒性得到提升，对多模态涡激振动也有相当程度的控制效果。

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架空线耐张线夹断连对安全备用线夹冲击试验及数值分析

周超1, 赵良晨1, 张昭2

振动与冲击. 2024, 43(17): 224-231.

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为了探究耐张线夹断连时安全备用线夹承受的冲击载荷及线路关键位置的力学响应，建立了耐张线夹-安全备用线夹-导线耦联瞬断有限元模型。以JL/G1A-630/45-45/7导线为对象，模拟了耐张线夹断连后安全备用线夹单独承受冲击载荷的过程，分析多种档距和高差下耐张线夹断连后安全备用线夹关键位置张力变化。为了验证模型的有效性，开展了多组安全备用线夹受耐张线夹断连冲击试验。研究发现，高差与档距的增加会使安全备用线夹附近节点张力极值和导线振动周期增大。在档距500m时张力极值和振动周期相较档距为150时分别增大了32.08%和140.23%。脱冰跳跃现象的发生会使安全备用线夹附近节点张力极值和导线振动周期减小。增大建立的有限元模型可用于耐张线夹断连冲击数值仿真，在工程当中为避免耐张线夹断连冲击对导线的损伤应减小大档距至500m以下并降低悬挂点的高度。

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基于波速区间的导波延迟累加损伤成像

刘国强, 王莉, 王霞光, 黎玮, 刘钢

振动与冲击. 2024, 43(17): 232-236.

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延迟累加成像方法是导波损伤监测技术中的一种经典的损伤成像方法，但是其性能非常依赖于精确的导波波速。而在复杂工程结构中的精确导波波速往往难以获得，从而该方法的有效性会受到复杂工程结构的影响。针对上述问题，本文提出了基于波速区间的延迟累加成像方法。所提方法利用导波波速的估计区间，将导波损伤散射信号的一段用于延迟，并将该段延迟信号的最大值进行累加作为损伤成像值。通过对复合材料加筋板上不同位置损伤的识别，对所提方法的有效性进行了验证。实验结果表明，所提方法能对损伤进行准确识别，且在鲁棒性方面要优于延迟累加成像方法。

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机载水平后向弹射同时离轨动力学响应研究

杨宝生, 杨哩娜, 王登, 蔡云龙, 任若愚, 姜毅

振动与冲击. 2024, 43(17): 237-245.

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为解决小型火箭自力发射消耗燃料较大、运载能力较弱的不足，进一步提高小型火箭运载能力，本文在现有冷弹射技术的基础上提出一种机载水平后向弹射方法，实现小型火箭机载平台冷弹射发射，以减小发射所需燃料、提高火箭运载能力。本文基于发射动力学理论，建立火箭机载水平后向弹射动力学模型，实现多工况机载水平后向弹射有限元数值仿真，研究机载平台后向弹射的弹射机理和规律。研究结果表明，以梁单元和壳单元为主的有限元模型模态振型一致，特征频率相近，各阶频率相差在10%以内；进一步研究表明，飞机攻角对弹射速度和加速度影响较小，但对角位移、角速度影响较大，飞行攻角不会影响火箭分离过程的安全性；载机振动对弹射动力学响应影响较小，且不会影响分离过程的安全性。

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带球封头的钛合金耐压结构深海碰撞动屈曲研究

郭桐桐1, 2, 赵延杰1, 2, 刘平3, 朱凌4, 刘建湖1, 2

振动与冲击. 2024, 43(17): 246-253.

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钛合金深海装备在水下作业时可能会与海山、礁石等海底固定物发生碰撞，这种在高应力状态下发生的冲击碰撞可能会对钛合金结构稳定性造成很大的影响。目前，学术界对于这种在双重载荷环境下发生的结构稳定性问题并没有太多的研究，也没有可供参考的经验公式。在钛合金材料动态力学性能试验的基础上，结合理论分析和大量数值模拟，建立在碰撞力集中载荷和均布压力共同作用下钛合金球柱组合结构的动屈曲判断准则，所得结果可以为深海装备水下航行安全性提供重要参考。

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地震作用下散体有砟轨道动力特性及能量传递研究

李毅1, 2, 徐旸1, 2, 赵一馨3, 郄录朝1, 2, 杨轶科1, 2

振动与冲击. 2024, 43(17): 254-259.

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地震波在轨道结构的传播过程伴随着能量的释放与传递，而有砟轨道的散粒体特性又使得轨道结构的动力响应更为复杂。本文提出了基于轨道能量系数以及HHT的地震过程中轨道结构能量分析方法，并建立了离散元有砟道床地震动力响应理论模型，研究不同地震烈度下道床的动力响应及能量传递，主要结论有：（1）地震动从道床底层传递至顶层时，能量平均衰减了47.14%，能量系数随地震烈度呈现出先增后降的变化趋势。（2）随地震烈度的增加，道床横向阻力和支承刚度呈现出不同的变化规律。道床横向阻力随地震烈度升高而逐渐降低，支承刚度随地震烈度升高呈现先升后降的变化规律。（3）直接堆积边坡和设置挡墙两种结构在地震作用下的动力响应存在差异。设置挡墙后，道砟颗粒接触与运动分布更加均匀，震后道床横向阻力最高提升6.95%，支承刚度提升27.28%，能量系数提升6.43%。建议在高地震烈度区采取设置挡墙替代传统的边坡有砟轨道结构。

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时变动力学Legendre级数解的Duhamel积分改进算法

金鹏飞, 史治宇, 彭徐俊

振动与冲击. 2024, 43(17): 260-268.

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时变系统受迫振动的响应计算理论仍不完善，数值解法不能准确反映振动响应的解析性。利用Legendre多项式逼近法(Legendre Polynomial Approximation Method, LPAM)可以得到时变系统响应的连续近似函数解，但该方法的计算效率较低。本文将时不变系统的时域响应求解理论移植到时变系统，基于线性系统的叠加原理提出基于Duhamel积分的改进Legendre级数算法，利用Dirac函数的Legendre多项式近似和Duhamel积分求解时变系统的响应。通过一个一阶非齐次变系数常微分方程组说明改进算法的有效性。设计刚度阻尼均线性变化和非线性变化的单自由度系统仿真算例，对比利用该方法得到的瞬态激励和简谐激励下系统位移响应和四阶Runge-Kutta数值法计算结果，说明了改进算法敛散性问题和计算速度的提升。

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基于多元状态评估和相关分析的振动故障诊断

黄杨森, 王勇, 刘云平, 冯小健

振动与冲击. 2024, 43(17): 269-277.

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针对运行状态汽轮发电机轴振、瓦振异常预警及其原因诊断困难问题，提出一种基于多元状态评估（Multivariate State Evaluation Technology ，MSET）和相关分析（Correlation Analysis，CA）的故障诊断方法。首先基于MSET和滑动窗口计算当前评价窗口内参量估计值与其运行值的残差；其次计算当前评价窗口内参数间相关系数与状态矩阵中对应相关系数的残差；再次通过为各参数相对偏差均值或残差均值、各相关系数残差设定阈值，从而提取出异常特征；最后基于异常特征和欧式距离进行振动异常预警和异常故障诊断。利用掌握的汽轮发电机运行数据测试验证，测试结果表明：所提故障诊断方法切实可行，与单一的参数自身变化评价或相关分析相比，可提取更多异常或故障特征，具备多故障诊断分析能力,更有利于振动异常预警和提高故障诊断准确性。

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基于改进MFO优化空间谱的埋地管道泄漏定位

谢晓贤1, 薛生1, 2, 郑晓亮3, 王强3

振动与冲击. 2024, 43(17): 278-288.

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现有管道泄漏声波定位法仅能提供泄漏所在区域。为实现区域内地下泄漏源的精确定位，基于地面均匀圆形阵列（Uniform Circular Array, UCA），提出选择性反向学习飞蛾火焰优化（Selective Opposition based Moth-Flame Optimization, SOMFO）结合双波谱的埋地管道泄漏定位方法。针对土壤P1波和S波共存且波速不明确等问题，构造地面UCA的双波谱函数，以其最大输出为优化目标，使用SOMFO寻优双波速度及泄漏源三维坐标共5个参数，并设计了多孔泄漏定位策略。搭建了埋地管道泄漏实验装置，通过互谱解卷绕相位的直线特性验证了P1波和S波的存在。实验结果表明，基于SOMFO优化双波谱的定位方法可准确估计波速及三维坐标，定位误差最大为0.066 m。此外，研究了多孔泄漏及寻优算法对定位精度的影响。与现有两种精确定位方法相比，新方法对单孔泄漏的定位精度分别提升9.68%和24.32%，多孔泄漏分别提升49.17%和61.15%。

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基于自适应升维的卷积自注意力轴承故障诊断网络及可视化解释分析

关乐, 王鑫阳, 杨铎, 张天琦, 朱理, 陈建国, 王珍

振动与冲击. 2024, 43(17): 289-299.

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深度学习网络是一种端到端的黑箱模型，对网络进行可解释分析可以更深入理解网络内部运行机理以便合理优化网络结构和调参。目前基于Transformer网络的轴承故障诊断模型必须借助时频分析等方法对时域信号进行升维，使其转换为时频图等二维图像以便于可解释分析，这种方法存在着升维过程中参数固定、网络参数量过大和网络可解释性较差等缺点。针对以上问题提出融合网络内自适应升维方法、卷积自注意力模块（Convolutional self-attention module）以及中间层类激活热力图（Mid Layer Class Activation Map，ML-CAM）的卷积自注意力自适应升维网络（Convolutional Self-attention Adaptive Dimension-Increasing Network，CSADI-Net）。卷积自注意力模块使用卷积层获取特征图的查询（Query,Q）、键（Key,K）和值（Value,V），极大的减少了可训练参数量；网络内自适应升维方法通过内部特征图拼接等操作将升维过程与网络训练融合，使其具有自适应参数调节的能力；中间层类激活热力图可以将网络内升维方法所得二维特征图上各个部位的关注度以热力图的形式展现，是一种直观的可视化可解释分析方法。此外，对CSADI-Net和ML-CAM进行了测试，CSADI-Net在凯斯西储大学轴承数据集上的准确率可以达到97.32±0.12%并且可以完全分类大连大学实测轴承故障数据集，同时使用ML-CAM对CSADI-Net在两数据集各样本上绘制了类激活热力图，解释了网络运行机理，证实CSADI-Net具有高准确率，高抗噪性能，可解释性强等优点。

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铆接机器人位置和压铆力自适应模糊滑模阻抗控制

焦建军 1, 2, 李宗刚 1, 2, 康会峰 3, 陈引娟 1, 2

振动与冲击. 2024, 43(17): 300-312.

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针对机器人铆接小尺寸、低刚度铆钉过程中对准精度要求高、作业行程小和冲击力大等问题，提出了一种结合自适应模糊滑模控制和模糊阻抗控制的机器人铆接控制方法。为此，将机器人铆接控制过程分为接近对准与压铆两个阶段。其中，为了实现快速接近铆钉顶部以及铆接头与铆钉轴线的精确对准，设计了以双曲正切函数为切换函数的模糊自适应滑模控制器，使得切换过程更加光滑、滑模增益自适应调节，从而降低了系统的抖振，实现了运动的快速性和准确性；针对压铆阶段作业行程小、冲击力大的特点，设计了以接触力误差和力增量为输入的阻尼调整模糊控制器，减少了阻尼参数在阻抗控制过程中产生的振荡，避免了过度力加载导致的铆钉损坏或铆接失败。仿真及试验结果表明，所给出的控制方法位置精度在0.3mm以内，力接触具有更好的稳定性、实时性和快速性，能够满足铆接工艺规范要求，对于铆接机器人的高精度作业具有借鉴意义。

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张力作用下柔性带钢模态灵敏度理论分析及试验研究

王兴东1, 胡朝阳1, 郑帅2, 吴宗武1, 唐伟3, 李小白1, 鲁光涛1

振动与冲击. 2024, 43(17): 313-323.

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卷到卷工艺的产品正向薄和宽的方向发展，其柔性特征导致的振动特性变化需深入研究。针对弹性支撑的运动带钢，建立了面外振动的动力学模型，分析了模态频率灵敏度影响因子；搭建了试验平台，针对柔性带模态试验提出了力锤的选择方法。开展了张力作用下的不同宽厚比带钢模态试验，并建立了数值仿真模型。有限元与试验结果对比说明了有限元模型有效性。定量分析了不同张力下宽度、厚度对带钢模态灵敏度的影响，及张力对不同带钢模态灵敏度的影响。结果表明不同宽度、厚度变化m=2阶模态灵敏度影响较大且随宽度、厚度增大而增大，其余四阶模态灵敏度接近于0；不同张力下n=3阶的模态灵敏度是n=2阶的两倍均随张力的增大而增大，更薄更宽带钢的(2，2)和(2，3)阶模态频率对张力变化的灵敏度更高。

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基于瞬时角速度信号增强的RV减速器行星齿轮局部故障检测

王红伟, 郭瑜, 樊家伟, 杨新敏, 尹兴超

振动与冲击. 2024, 43(17): 324-330.

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针对旋转矢量(Rotary Vector, RV)减速器多源耦合严重，行星齿轮局部故障所引起的冲击易被其他干扰分量所淹没，故障特征提取困难的问题，本文结合编码器信号的优势提出了一种基于自适应最大二阶循环平稳盲解卷积(Adaptive maximum second order cyclostationarity blind deconvolution, ACYCBD)的RV减速器行星齿轮局部故障检测方法。首先，拾取伺服电机内置光编码器信号，并利用向前差分计算获得瞬时角速度(Instantaneous angular speed, IAS)信号；然后，依据特征评价指标(Characteristic Evaluation Indicator, CEI)最大化原则自适应确定ACYCBD优化滤波器长度，并对IAS信号进行增强；最后，通过识别时域中与故障冲击周期相匹配的理论齿数实现RV减速器故障检测。通过实验数据分析，并将所提方法与现有的稀疏低秩分解算法和增强CYCBD算法对比，验证了所提方法的有效性。

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噪声激励下的硬盘频响特性研究和性能预测模型

陈强1, 王羽茜2, 刘广志1, 吴安2, 蒋少男1

振动与冲击. 2024, 43(17): 331-338.

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针对服务器硬盘在高噪声环境下性能下降问题，设计了一种实验方法来分析噪声激励下硬盘性能损失的敏感度特性。通过编程模拟不同频率和强度的1/9倍频程带宽的均匀随机噪声，测试硬盘在噪声激励下产生的性能损失。通过机理分析和实验数据分析，建立回归方程，提出敏感度(K)的数学模型。另一方面，建立了预测硬盘性能损失的数学模型，基于服务器机箱内散热风扇产生的真实噪声信号可计算出硬盘性能损失率。在多种场景的检验中发现预测模型的结果非常接近实际结果，证明此方法是一种非常准确的分析和预测手段，为服务器系统的声学设计提供有效的量化参考。

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2024年, 第43卷, 第17期　
刊出日期：2024-09-15

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