振动与冲击

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孙亚茹1, 李德权2, 季家东3, 华子森2

振动与冲击. 2024, 43(19): 1-9.

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为了充分利用流体诱导螺旋弹性铜管(HECT)振动增强传热，以获得更高综合传热性能的HECT换热器装置，基于安装正向螺旋引流板的HECT换热器(HECT-FSB)和逆向螺旋引流板的HECT换热器(HECT-RSB)，采用双向-流固耦合法，研究了旋流条件下入口流速(Uin)对HECT振动强化传热性能的影响。研究表明：Uin在计算范围内增加，HECT的振幅增大、传热系数提高，HECT换热器的进出口压降增大、PEC值减小；HECT-RSB换热器的HECT振幅和传热系数、进出口压降明显高于HECT-FSB换热器。HECT-FSB换热器的PEC值高于HECT-RSB，振动强化传热性能更佳，在Uin为0.3 m/s时，高出了9.00%。HECT-RSB换热器的JF因子最大，综合传热性能最佳，与已发表文献中换热器相比，Uin在计算范围内JF因子平均提升了2.7%。该研究可为HECT换热器装置综合性能提升提供技术支撑。

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基于GADF-MDSC的特大型轴承深度迁移故障诊断方法

姜烨飞1, 王华1, 潘裕斌1, 王天祥1, 傅航2

振动与冲击. 2024, 43(19): 10-18.

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针对工程应用中特大型轴承运行工况复杂以及故障数据匮乏，导致其故障特征提取不全面的问题，提出了一种基于格拉姆角差场与多尺度深度可分离卷积(Gramian angular difference field and multi-scale depthwise separable convolutions，简称GADF-MDSC)的特大型轴承深度迁移智能诊断方法。首先，构建GADF-MDSC故障诊断网络，该网络分为三大模块：图像转换、特征提取、输出部分。图像转换模块采用格拉姆角差场编码方式将振动信号转换为二维图像；特征提取模块通过多尺度深度可分离卷积提取综合故障特征信息，并利用双向门控循环单元筛选融合特征；输出部分由Softmax函数预测轴承故障类型的概率分布。然后，利用源域数据预训练模型，将预训练模型权重参数作为目标域训练模型初始化参数，冻结除底层外的所有参数，使用目标域数据微调模型，实现深度迁移故障诊断任务。最后，通过两种特大型轴承试验对深度迁移模型进行验证。试验结果表明，所提方法在目标域样本仅有5%的条件下，仍能保证较高的跨工况精度，达到86.04%，且迁移效果优于其他方法。

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高速动车组空气弹簧内部流场分析及其对动力学特性的影响

戚壮1, 姜磊1, 刘鹏飞2, 申永军1, 2, 苗新添3, 顾晓辉2

振动与冲击. 2024, 43(19): 19-27.

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空气弹簧作为高速动车组二系悬挂中的重要元件，直接影响了车辆的运行品质，如何建立更加贴近实际的空气弹簧模型逐渐成为车辆动力学分析的重点。基于流体力学理论对空气弹簧内部气体方程进行了推导，依据动网格理论建立了空气弹簧流体力学模型，并通过台架试验验证了模型的准确性。探索了空气弹簧系统内部湍流的计算方法，研究了空气弹簧不同载荷下的刚度特性，进一步分析了空气弹簧的动态特性。研究空气弹簧系统结构参数对垂向特性的影响，通过对管路不同结构参数下Helmholtz共振频率的计算，得出当空气弹簧激振频率与Helmholtz共振频率相同时，会增大空气弹簧阻尼系数；不同连接管路直径下，频率在1~5 Hz范围内，随着频率的增大，动刚度明显增大，5 Hz之后动刚度逐渐减小并趋于水平，频率在0.5~5 Hz范围内，连接管路直径越小，阻尼系数越大且具有一定滞后性，当频率大于10 Hz后阻尼系数趋近于0；不同连接管路长度下，频率在1~7 Hz范围内，频率越大动刚度越大，7 Hz之后随着频率的增加，动刚度逐渐减小并趋于稳定，频率在1~9 Hz范围内，连接管路长度越短，空气弹簧阻尼系数越小。

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基于S-L2UWE变换和SA-ConvNeXt的永磁同步直线电机导轨故障诊断

吴艳萍1, 陆思良1, 宋俊材2, 王骁贤3, 吴先红1, 丁伟1

振动与冲击. 2024, 43(19): 28-36.

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本文提出了一种基于S-L2UWE（SL）变换和SA-ConvNeXt模型相结合的故障诊断方法，以解决永磁同步直线电机导轨磨损、滚珠磨损和滚珠缺失等多类型故障精准识别诊断的问题。首先对采集的振动信号进行S变换处理，将一维时域信号转化成二维时频图像；利用L2UWE算法对S变换后的图像进行增强，实现故障时频图像颜色和形状的细节特征增强显示；将自注意力模块（self-attention，SA）引入到ConvNeXt模型中，从特征通道层面上统计图像的全局信息，使网络关注重点特征，提高模型分类精度。最终，基于SL变换和SA-ConvNeXt深度学习模型对于直线导轨故障的识别准确率高达93.8%，能准确识别导轨和滚珠磨损、缺失等故障。对比实验和鲁棒性实验，验证了本文所提方法的有效性和优越性。

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空间卷曲超表面圆柱壳声波调控及实验研究

刘欢1, 张晨曦2, 杨子悦1, 张红艳1

振动与冲击. 2024, 43(19): 37-42.

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基于广义斯涅尔定律，设计了两种由空间卷曲单元构成的空间卷曲超表面圆柱壳，通过改变单元内部齿条长度、宽度以及数量改变声波传播路径的长度和透射声波相位，实现对点声源声波的单向调控和双向调控，在目标范围内产生低噪声区域。推导了适用于超表面圆柱壳的极坐标广义斯涅尔定律表达式，应用有限元方法分析了空间卷曲超表面圆柱壳在点声源作用下的声压场分布和波的调控特性。搭建了声压测试实验平台，测得结构的透射声场声压值，将测量值与数值结果对比验证，两者具有较好的一致性。结果表明所设计的超表面圆柱壳可实现对柱面波的有效调控，为管道、压力容器等工程结构产生的柱面波噪声控制提供有益参考。

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新型光纤加加速度传感器在振动台试验中的应用

易杰1, 赵斌1, 张文涛2, 滕云田3

振动与冲击. 2024, 43(19): 43-51.

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目前在结构振动和地震动测量中，主要关注位移、速度和加速度响应，而忽略了加速度的微分（即加加速度）。结构的加加速度响应与舒适度和结构损伤演化密切相关，已经开始受到工程技术人员的重视。在土木工程领域，加加速度传感器尚未被成熟地应用于工程项目或结构试验中。本文介绍了一种基于微分Mach-Zehnder干涉仪的新型光纤加加速度传感器，可直接测量结构的加加速度响应。将该传感器直接布置于振动台台面进行了0.1~100Hz的正弦扫频校准振动测试，试验结果证明该传感器具有良好的工作性能，由采集的加加速度积分获取的加速度时程与振动输入的相关系数达到了0.976。同时，将该加加速度传感器应用于某超高层模型结构的振动台试验，采集超高层结构加加速度时程响应。试验结果表明该超高层结构顶部的加加速度放大效果超过了6倍，鞭梢效应显著。试验中采集的加加速度响应也为进一步开展该抗震新参量的研究提供了数据支撑。该新型光纤加加速度测量仪器在地震工程领域具有广阔的应用前景。

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基于随机过程的退化模型确认试验设计

孙东阳1, 梁雪峰2

振动与冲击. 2024, 43(19): 52-58.

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退化模型确认试验是评估退化模型可信度的一种试验。为了得到低成本、高可信度的退化模型确认试验方案，提出了一种基于随机过程的退化模型确认试验设计方法。首先，提出了一种基于随机过程的退化模型确认度量指标，该度量指标采用仿真响应和试验观测数据的概率密度函数在时域内的重合率。其中，试验数据的概率密度采用核密度估计，以减小试验样本不充足时样本数量对确认结果的影响。然后，建立了退化模型确认试验优化设计模型，该优化模型以试验成本为优化目标，确认度量指标为约束，并且同时考虑了试验样本数量、试验观测时刻数量和试验观测时刻分布的影响。随后，提出一种求解该优化模型的协同优化方法。最后，通过复合材料层压板案例验证了提出方法在工程应用中的可行性和有效性。

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基于反馈FxLMS-鲁棒混合控制算法的主动隔振平台研究

杨纪楠1, 2, 焦素娟1, 2, 龙新华1, 2

振动与冲击. 2024, 43(19): 59-67.

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为解决传统FxLMS算法在收敛速度和稳定性之间存在的矛盾，以及次级通道模型不确定性对控制收敛性能的影响，将反馈FxLMS算法和混合灵敏度鲁棒控制器相结合，提出了一种反馈FxLMS-鲁棒混合控制算法，并在工程应用中常见的主动撑杆隔振平台上对该混合算法的振动控制性能进行仿真分析和试验验证。变载荷激励及控制通道变化仿真和试验结果均表明，不同激励下各个阶段的加速度响应衰减均超过80%，且与传统的FxLMS算法相比，所提出的混合控制算法具有更快的收敛速度和更强的鲁棒性。

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有限壁厚圆管的声辐射

王力伟, 季振林

振动与冲击. 2024, 43(19): 68-74.

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为研究有限壁厚圆管的声辐射特性，使用二维(2D)轴对称时域流体动力学(CFD)方法计算了管口反射系数和端部修正。无限薄圆形管道计算结果与理论值吻合良好，从而证明了计算方法的正确性。研究了壁厚对管口声辐射的影响，计算结果表明，随着壁厚的增加，反射系数的幅值逐渐减小，端部修正系数则明显增大。通过对计算结果的多项式拟合，给出了反射系数和端部修正的拟合公式。最后应用该拟合公式计算管口的辐射声阻抗，结合有限元方法计算了有限壁厚膨胀腔消声器的减噪量(NR)，通过与使用自动匹配层计算得到的结果对比，验证了拟合公式的准确性和实用性。

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基于动爆冲击波演化规律的超压计算模型

周至柔, 蒋海燕, 陈尧禹, 严家佳, 苏健军

振动与冲击. 2024, 43(19): 75-82.

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为建立动爆冲击波超压的工程计算模型，开展了球形装药动爆试验和数值模拟研究，获取了动爆冲击波场演化历程图像，定量分析了装药速度对冲击波波阵面传播速度的影响。结果表明：在装药速度影响下爆轰产物各向膨胀速度不再相同，爆轰产物膨胀速度的变化使得冲击波强度和空间位置分布发生了相应的变化，正向冲击波强度更高，更早与爆轰产物相分离。在静爆冲击波演化模型的基础上，通过引入含有角度和传播时间的修正因子，建立了静动爆关联的球形装药动爆冲击波超压计算模型。采用该模型计算得到的不同速度、不同药量球形装药冲击波压力与试验结果吻合较好，模型具有一定普适性。

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不对称齿距偏差人字齿轮大周期的三维振动特性分析

刘玄1, 方宗德2, 雷凤杰1, 张成光1, 郭芳3, 胡升阳4

振动与冲击. 2024, 43(19): 83-93.

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为了揭示不对称齿距偏差对人字齿轮传动的影响，提出了一种不对称齿距偏差人字齿轮大周期的承载接触分析方法，得到人字齿轮副大周期的综合啮合刚度、轴向窜动量、综合啮合误差和左右侧斜齿轮副大周期的啮入冲击力。建立了不对称齿距偏差人字齿轮的动力学模型，对比了不同负载、不同转速下人字齿轮副的动态响应，分析了不对称的啮入冲击对左右侧斜齿轮副动态响应的影响。结果表明：不对称齿距偏差人字齿轮三维振动位移的频谱中，轴频成分最为明显，啮合频率及其倍频相对较小。端面振动加速度频谱中啮合频率及其倍频较为明显，且在啮合频率及其倍频两侧分布着一系列边频带。随着负载的增大，三维振动位移和三维振动加速度的频谱中，啮合频率及其倍频的幅值逐渐增大，而边频带成分的幅值逐渐减小。随着小轮转速超过共振转速，不对称的啮入冲击力对人字齿轮传动系统的三维振动加速度逐渐起主导作用，此时左右侧斜齿轮副的三维振动特性差别较明显。

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具有径向粗糙分形特征的金刚石压头-铜基体纳尺度摩擦特性

孙韵韵, 张妍, 巫世晶, 刘胜

振动与冲击. 2024, 43(19): 94-102.

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考虑金刚石压头表面的粗糙形貌，结合旋转矩阵法和分形几何理论，构建具有径向粗糙分形特征的压头表面，利用分子动力学方法模拟金刚石压头与铜基体的纳尺度接触摩擦过程，揭示压头表面粗糙形貌、压入深度和滑动速度对压头-铜基体接触界面摩擦力、磨损量等特性的影响。研究表明：压头粗糙形貌直接影响滑动摩擦力和基体磨损量，当压入深度和滑动速度恒定时，压头表面越粗糙，界面摩擦力和基体磨损量都越大；压头的表面形貌恒定时，增大压头的压入深度或滑动速度，界面对应的摩擦力、基体温差均随之增加；对于压头粗糙形貌、压入深度和滑动速度三种因素，滑动摩擦力和基体磨损量对压头表面粗糙形貌和压入深度更敏感，而铜基体温差对滑动速度更敏感。

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动载作用下复合岩体力学失稳机制与损伤本构模型研究

吉东亮1, 高新强1, 董北毅1, 高璐2, 赵旭晨1, 马怡琛1, 刘禹辛1

振动与冲击. 2024, 43(19): 103-116.

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为探究不同层理倾角复合岩体的动载响应特性，利用WDW-300E伺服压力试验机和分离式霍普金森杆(SHPB)试验系统对不同层理倾角的复合岩体进行压缩试验和动态冲击试验，基于静载结果对比了动力冲击下复合岩煤(R-C)和复合煤岩(C-R)的动态强度、能量耗散以及破坏模式。考虑到介质弹性模量和强度的非均质性，通过二次开发得到弹性损伤本构模型，最后建立了考虑复合岩体宏细观损伤的本构模型。试验、模拟和理论分析结果表明：在静载条件下随着层理角度的增加，复合岩体应力峰值表现出明显倒U型变化，其弹性模量逐渐增加而峰值应变在逐渐减小。动载作用下复合岩体R-C和C-R峰值应力、应变和能量耗散值随着角度的增加均表现为先减小后增大，复合岩体R-C的应力、能量耗散值和弹性模量值大于复合岩体C-R，而复合岩体R-C的应变值普遍小于复合岩体C-R。在动载冲击作用下复合岩体在层理倾角为0°和90°时破坏形式主要为劈裂拉伸，吸能率较高破碎块度相对较小，在30°、45°和60°则主要为剪切和拉伸混合破坏，吸能率较低破碎块度相对较大。利用弹性损伤本构模型再现了不同层理倾角下复合岩体内部损伤过程和能量演化。构建了同时考虑复合岩体宏细观损伤的本构模型，其与试验和模拟结果均可以较好的吻合，验证了构建模型的正确性。

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预浸碳化再生骨料混凝土的动态力学性能研究

刘超1, 3, 郝宏媛1, 刘立熙2, 朱超3

振动与冲击. 2024, 43(19): 117-125.

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为研究再生骨料的预浸碳化处理方式及碳化循环次数对再生混凝土动态力学性能的影响，将强化后的再生骨料100%取代天然骨料制备再生混凝土试件，分别开展静、动态压缩试验。研究结果表明，静态加载时，预浸碳化组的抗压强度随碳化循环次数的增加而增大，而直接碳化组的抗压强度仅在第1次碳化循环后有所提升，继续进行碳化循环对再生混凝土强度的提升效果不明显。动态加载时，预浸碳化组再生混凝土呈现出明显的应变率强化效应，动态抗压强度与动态增加因子均随应变率的增大而提高，相较于普通再生混凝土，再生骨料预浸碳化循环3次后制备的再生混凝土试件动态抗压强度提升了23.8%，而直接碳化组仅提升了5.7%，且动态增加因子与应变率的对数存在良好的线性关系，随应变率的lg10线性增加；当应变率相同时，随着碳化循环次数的增加，动态抗压强度也增大。从能量的角度看，预浸碳化组在高应变率下的比能量吸收值大于低应变率下的比能量吸收值，再次说明了预浸碳化再生骨料混凝土仍具有应变率效应，相同应变率条件下，预浸碳化组的比能量吸收值大于直接碳化组，说明预浸碳化再生骨料提升了再生混凝土的抗冲击性能，且效果优于传统的直接碳化处理。上述研究也为预浸碳化强化再生骨料及再生混凝土在工程结构中的应用提供了可靠的试验结果和理论依据。

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考虑相干性海洋结构风-浪联合作用力一种计算方法

韦承勋, 李盛辉, 张志豪, 余松泽

振动与冲击. 2024, 43(19): 126-133.

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随机风、浪环境要素之间存在较强相干性，该相干性影响风、浪联合传播过程中脉动风速与波浪形态，进而影响海洋结构风-浪联合作用力及结构响应。为准确计算结构随机风-浪联合作用力，基于已建立的描述随机风、浪联合传播相干性的风-浪相干函数，计算获取海洋结构来流脉动风速与入射随机波面之间互相关谱，建立包括风速自谱、风速互谱、波浪谱及风-浪互谱在内的结构随机风-浪联合功率谱矩阵。基于联合谱矩阵的Cholesky分解矩阵，利用谐波合成方法生成风、浪相互作用下的结构来流脉动风速时程，进而结合结构水上部分风阻系数生成结构脉动风作用力时程；基于联合谱矩阵的Cholesky分解矩阵，通过谐波合成计算式中引入结构随机波浪作用水动力传递函数的方式，生成风、浪相互作用下的结构随机波浪作用力时程。联立生成的随机风、浪作用力时程即可建立结构随机风-浪联合作用力同步时程。以直立圆柱风-浪联合作用力计算为例，开展了以上算法的算例应用分析。

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玄武岩纤维及龄期对地质聚合物混凝土动态力学性能的影响

王志航1, 白二雷1, 周俊鹏2, 黄河3, 任彪1

振动与冲击. 2024, 43(19): 134-144.

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对玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土（BFRGC）进行了动态压缩试验，研究了玄武岩纤维掺量（0.1%、0.2%、0.3%）和龄期（3 d、7 d、28 d）对地质聚合物混凝土动态力学性能的影响，分析了玄武岩纤维对地质聚合物混凝土的强韧化效应。此外，对比分析了玄武岩纤维对地质聚合物混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土的增强增韧效果。结果表明：BFRGC的动态抗压强度（fcd）和比能量吸收（U）随应变率近似线性增加。随着龄期的增大，BFRGC的fcd和U不断增大，且fcd和U的应变率敏感性不断增强。随着玄武岩纤维掺量的增大，BFRGC的fcd和U先增大后减小，且fcd和U的应变率敏感性也先增强后减弱。玄武岩纤维的最佳掺量为0.2%。玄武岩纤维对地质聚合物混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土均具有增强增韧作用。玄武岩纤维对地质聚合物混凝土的强韧化效果优于普通硅酸盐水泥混凝土。

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基于导流板的前起落架舱空腔噪声抑制研究

郑国雨, 孙一峰, 张亦知, 王文虎, BREARD Cyrille

振动与冲击. 2024, 43(19): 145-152.

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一些飞机在飞行过程中前起落架舱内会出现剧烈的振动，造成舱内零部件的结构疲劳以及舱门的结构破坏。采用分离涡模拟方法对某典型前起落架舱半开口空腔(前舱门打开，后舱门关闭)进行数值模拟，通过与试验数据的对比，验证了计算方法的可靠性。基于此，在前起落架舱内不同位置加装不同角度、不同面积的导流板，以此来改变空腔流动形态，对比分析其对压力脉动频谱以及后舱门所受载荷的影响。结果表明：在合理位置安装导流板可有效抑制前起落架舱中的气动噪声以及削弱后舱门所受的载荷，具备一定的工程应用价值；在导流板的安装参数中，仅安装角度对噪声抑制效果的影响较小；相比安装参数，导流板的面积影响相对较大，增加面积，可大幅提升降噪效果。

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基于边缘线追踪的斜拉桥拉索振动频率识别

薛浩, 彭珍瑞, 殷红

振动与冲击. 2024, 43(19): 153-162.

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针对传统频率法在斜拉桥拉索频率识别中存在传感器布置困难、检测效率低、实现成本高的问题，提出基于拉索边缘线追踪的方法，借助智能手机采集的拉索振动视频，开展了复杂工况下的斜拉桥拉索振动频率识别。首先，引入大津法计算图像感兴趣区域(Region of Interest, ROI)阈值，利用阈值自适应的Canny-Hough算子进行拉索亚像素边缘检测，定位拉索边缘线的亚像素位置。其次，计算边缘线相对于ROI原点的距离得到拉索振动位移，将位移信号进行逐次变分模态分解(Successive Variational Mode Decomposition, SVMD)以减少相机振动和其他噪声的干扰。最后，将降噪后的位移信号进行傅里叶变换识别拉索振动频率。对斜拉桥模型和户外人行桥斜拉索进行试验测试，结果表明即使在复杂工况下，所提方法仍可有效识别拉索的振动频率。

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基于TET与DSRNet-AttBiLSTM的滚动轴承剩余使用寿命预测

周玉国1, 张金超1, 孙伊萍1, 于春风2, 周立俭1

振动与冲击. 2024, 43(19): 163-173.

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为了在滚动轴承剩余使用寿命（Remaining Useful Life，RUL）预测中，能够准确地提取轴承的退化特征并进行有效的RUL预测。本文提出一种基于暂态提取变换（Transient Extracting Transform，TET）与DSRNet-AttBiLSTM的滚动轴承RUL预测方法。首先，对原始振动信号分段重组后进行TET得到时频图，使用双线性插值对时频图进行降维，将降维后的时频图进行通道拼接得到轴承的时频图像化特征。其次，为了准确且有效地提取滚动轴承的退化特征，构建了包含深度可分离卷积和空间通道注意力的SConv和DConv基础模块，以此为基础建立了DSRNet来提取空间与通道两个维度下的轴承退化特征。再次，为了使双向长短时间记忆（Bidirectional Long Short-Term Memory，BiLSTM）网络在学习时更加关注具有更重要信息的输入特征，在特征输入端构建了注意力层，并与BiLSTM相结合组成AttBiLSTM预测模块进行HI的计算。最后，使用线性回归拟合来预测滚动轴承的RUL。在PHM2012数据集与XJTU-SY数据集上实验的结果表明此方法能有效预测滚动轴承的RUL。

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基于异构输入和改进集成学习的滚动轴承故障诊断

赵柄锡1, 虞磊1, 陈景阳1, 马梁2, 王俊3

振动与冲击. 2024, 43(19): 174-182.

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针对传统滚动轴承故障诊断无法利用多维故障信息以及仅关注总体正确率而较少考虑类别间诊断均衡性的问题，构建了一种具有异构输入的滚动轴承集成学习故障诊断方法。为此，首先发展了基于多域异构输入和特征融合的复合结构网络模型（H-NET），相比单网络结构模型增加了输入的多样性和特征稳健性；其次，针对传统Adaboost集成学习未考虑类别间分类均衡性的问题，引入类别权重提出了H-NET训练策略，将其与Adaboost算法融合建立了改进的集成学习方法。验证结果表明：采用H-NET相对单网络结构模型可以提高故障诊断的正确率和均衡性；同时，基于改进后集成学习构建的故障诊断模型在保证总体正确率同时提升了强分类模型的稳健性。最后与文献中方法进行对比，进一步表明了本文方法的优越性。

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基于滑动窗宽优化的LMSSGST识别非平稳信号瞬时频率

刘景良1, 2, 苏杰龙1, 戴逸宸1, 李宇祖1, 黄永2, 郑文婷3

振动与冲击. 2024, 43(19): 183-195.

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为提高非平稳响应信号瞬时频率的识别效果，提出基于滑动窗宽优化的局部最大同步挤压广义S变换(Local Maximum Synchrosqueezing Generalized S-Transform, LMSSGST)。该方法首先对非平稳响应信号进行广义S变换获得相应的时频系数；其次，利用该响应信号的功率谱密度特征曲线确定局部最大同步挤压算子中滑动窗的宽度；再次，通过局部最大同步挤压算子进行时频重排；最后，采用模极大值改进算法提取瞬时频率曲线。通过两个数值算例、一个滑动窗宽参数分析和一个时变拉索试验验证了所提方法的有效性，研究结果表明：利用功率谱密度特征曲线能够有效确定滑动窗的窗宽和模极大值算法的提取范围。相比局部最大同步挤压变换算法，基于滑动窗宽优化的LMSSGST具有更佳的瞬时频率识别效果。

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数据驱动的结构振动鲁棒控制策略研究

唐介1, 蒋纪元1, 赵坤2, 李映辉1

振动与冲击. 2024, 43(19): 194-201.

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振动控制工程中实际结构模型复杂，难以通过机理建模构建振动控制系统。本文提出基于数据驱动的子空间辨识和H∞鲁棒控制构建结构振动抑制策略。根据实际被控系统所遭受的外扰以及作动器、传感器的布置情况，首先，确立出被控系统的扰动、控制输入和量测输出等参数；接着，分别对系统施加扰动力和主动作动力并采集此时系统的输入和响应数据；然后，根据采集到的输入输出的数据，运用子空间辨识法得到扰动、输入与输出间的传递函数；最后，通过H∞鲁棒控制理论将得到的传递函数进行组装构建出系统的广义控制对象，并求解出了系统的反馈控制器。并以一多自由度箭载载荷隔振模型为例，建立系统的动力学方程，并通过该系统的仿真数据重构系统的传递函数模型，结果表明通过将重构的广义模型所求解出的反馈控制器带入原系统后，扰动到控制输出间的传递率在谐振峰区间相比原系统得到极大的降低；时域上，在外界扰动下反馈控制系统相比无控系统其稳态响应的幅值大大降低，系统在外扰下的动态指标都得到极大改善。

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单轴压缩下正交型交叉裂隙砂岩的破坏前兆试验研究

王创业1, 隋青瑞1, 刘成城2, 闫宇航1, 朱黄金1, 郭宇1

振动与冲击. 2024, 43(19): 202-212.

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为探究单轴压缩下正交型交叉裂隙砂岩的破坏前兆信息，开展正交型交叉裂隙砂岩的单轴压缩声发射试验，分别从声发射振铃计数率的临界慢化特征、主频与平均频率质心的演化、小波包能谱特征三个角度进行研究。研究发现试样加载至临近峰值应力时均表现出明显的临界特征：声发射振铃计数率呈“双峰特征”、累积振铃计数急剧攀升；振铃计数率的自相关系数上升到较高的值发生大幅度波动、方差发生量级式“增加-降低-增加”的变化；低频声发射信号数量明显增加，平均频率质心则表现为“先增后减”式变化；对声发射波形信号进行4层小波包分解，3~16#频带能量占比呈“明显下降-波动式上升”式变化；三种破坏前兆识别方法所得到的前兆响应系数(PRC)的大小顺序依次为：临界慢化特征>频域特征>小波能谱特征，前兆响应应力(PRSR)的大小顺序与前者相反；随着主裂隙与轴向应力之间夹角的增大；随着主裂隙与轴向应力夹角的增大，三种破裂前兆识别方法所识别前兆点出现时间均延迟。

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钢轨短波波磨对轨道振动俘能器发电性能的影响规律研究

钱韦吉, 欧旭, 郑严, 雍胜杰

振动与冲击. 2024, 43(19): 213-222.

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以轮轨摩擦自激振动理论和轨面不平顺反馈振动理论为基础，结合钢轨波磨与轨道振动能量回收两个研究方向，通过建立考虑钢轨波磨的“车轮-钢轨-吸振器”振动分析模型与轨道振动俘能器分析模型，研究了不同波深与波长的钢轨短波波磨对轨道振动俘能器的输出功率的影响规律。分析结果显示，波磨深度的增大会导致轮轨接触力和轨面垂向加速度的振幅增大，但不会影响钢轨的主振频率。波磨波长的增大会导致轮轨接触力和轨面垂向加速度的振幅先增大后减小，钢轨的主振频率随波磨波长的增大而减小。轨道振动俘能器的输出功率会受到波磨深度和波长的影响，表现为波长不变时，波深增加，俘能器的输出功率提高。波深不变时，波长增加，俘能器的输出功率先增大后减小，但仍大于光滑轨道上俘能器的输出功率，并且，采用小波包分解方法得到小波包能量值与波磨波长几乎呈线性关系。上述分析结果表明，该轨道振动俘能器在高效回收轨道振动能量的条件下，能有效地监测钢轨波磨的产生过程和预测钢轨波磨的近似波长。

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基于幂级数-波动法的功能梯度圆环板结构振动模型建立与特性研究

何东泽1, 2, 郭克凡1, 刘斯琪3, 黄世军1, 2, 李伟成1, 2

振动与冲击. 2024, 43(19): 223-231.

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提出一种可用于计算功能梯度圆环板结构在不同边界条件下振动特性的幂级数-波动法。基于一阶剪切变形理论框架，将位移函数设置为幂级数的形式，结合波动列式构建功能梯度圆环板结构振动特性分析模型。通过与有限元计算结果进行对比，验证所建立振动特性分析模型在固有频率、自由模态以及频率响应计算的正确性和准确性。以此为基础，开展参数化分析工作，研究了不同结构参数对不同边界条件下功能梯度圆环板结构固有频率和频率响应的影响情况。结果表明，基于本文提出的数值计算方法建立的功能梯度圆环板结构振动特性分析模型可行有效，不同结构参数对结构固有特性及频率响应均存在不同的影响规律和效果。

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矿用自卸车液压互联悬架参数灵敏度分析与优化

王刚锋1, 王万汀1, 索雪峰1, 王迪1, 杜腾2, 刘湘1

振动与冲击. 2024, 43(19): 232-241.

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为改善三轴矿用自卸车的行驶稳定性与平顺性，提出一种前桥左右互联，中后桥X型交叉互联的新型悬架系统。利用阻抗矩阵传递法和系统边界条件建立整车机-液耦合模型，求解耦合系统的状态矩阵得到车身-车轮运动的各阶模态，对比新型悬架与传统悬架的模态特性，并分析了轮胎动载荷分配情况。利用系统加速度传递矩阵与随机路面输入矩阵得到优化目标函数。最后采用Morris法分析悬架系统结构参数对车身弹跳、俯仰与侧倾模态振动的灵敏度，得到影响悬架性能的敏感参数，并通过NSGA-II对敏感参数进行多目标优化。结果表明：相比传统悬架，新型悬架的俯仰和侧倾模态频率分别增大8.3%和35.2%，具有更好的抗俯仰和抗侧倾性能，同时中后轮动载荷分配情况得到改善；蓄能器初始充气压力、前蓄能器初始充气体积、阻尼孔内径以及缸筒上下腔面积比是影响乘坐舒适性的主要因素；优化后车辆弹跳、俯仰与侧倾模态的加速度响应峰值分别降低50.3%、58.2%和59.8%，不同速度下的加速度均方根值减小，有效提高了悬架综合性能。

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变转速工况极低标签率下旋转机械半监督故障诊断的熵-图注意力网络

谢俊文, 童靳于, 郑近德, 潘海洋, 包家汉

振动与冲击. 2024, 43(19): 242-248.

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在极低标签率情况下，现有的图神经网络（Graph Neural Network, GNN）在图构造时存在节点间的关联信息挖掘不充分等问题。工业生产中，旋转机械常工作在变转速工况下，且标记故障样本代价高昂。针对上述两个问题，本文基于JS相对熵（Jenson's Shannon Divergence，JS相对熵）和动态图注意力网络（Dynamic Graph Attention Network，DGAT），提出了一种熵-图注意力网络,并将其应用于极低标签率下变转速工况的旋转机械半监督故障诊断中。首先，设计了基于JS相对熵的图构造方法，用于充分挖掘GNN中样本间的关联信息。其次，构建基于熵-动态图注意力网络的半监督学习模型，通过动态注意力机制进一步挖掘样本中故障敏感特征。最后，将所提方法在变转速工况下轴承和齿轮箱数据集上进行验证，结果表明所提方法能够在标签率不超过1%的极低情况下准确诊断出旋转机械的不同故障类型，且性能优于其它常用的图神经网络。

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基于递归奇异能量指标的板梁桥铰接缝损伤识别方法

许鑫祥1, 战家旺1, 王闯1, 冯志超2, 赵竞琪1

振动与冲击. 2024, 43(19): 249-257.

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为实现板梁桥铰接缝损伤的定量定位识别，提出了一种基于递归奇异能量指标的损伤识别方法：首先将待测桥梁各相邻梁体的竖向冲击振动响应进行交叉递归分析并得到无阈值交叉递归矩阵，其次对各递归矩阵进行奇异值分解以进一步提取损伤特征，最后对奇异值求取能量（递归奇异能量指标，RSEI），进一步建立了基于该指标的铰接缝损伤识别方法，并对其适用性进行了分析。结果表明：RSEI指标对板梁桥铰接缝损伤较为敏感，所提方法仅在板梁桥跨中布置一排传感器即可实现铰接缝平均损伤程度的定量识别，并可实现损伤铰缝的定位，识别效果良好；铰接缝损伤位置、损伤个数及噪声对识别结果的影响极小，冲击位置会对识别结果造成一定影响，但识别效果在可接受的范围之内；应用RSEI指标开展板梁桥铰接缝损伤识别时，建议将冲击位置设在边梁跨中，可避免冲击位置对识别结果造成的影响，取得更加理想的识别效果。

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基于多次地震不同破坏状态恢复差异的地震灾害风险评估模型构建

高永武, 王东明, 陈敬一

振动与冲击. 2024, 43(19): 258-265.

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概率地震灾害风险评估中存在地震危险性取值和多次地震对地震灾害损失风险评估影响的两个问题，本文在概率地震危险性分析（CPSHA）框架下，研究了地震动超越概率、极值概率和发生概率三种地震危险性表达之间的区别与联系，建立了这三种地震危险性表达之间的转化关系，并给出了采用地震动超越概率或极值概率计算发生概率的简化公式。根据承灾体震后恢复重建实际情况，对现有地震灾害风险评估模型假定进行了修正，推导出了仅考虑承灾体一次破坏的“首超”地震灾害损失风险评估表达式，并结合基于地震场地烈度频度的地震期望损失估计方法，提出了考虑多次地震不同破坏状态恢复差异的地震灾害损失风险评估模型，为地震灾害风险评估提供参考。

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串联囊式压力脉动衰减器气压主动控制方法研究

习毅1, 戴巨川1, 刘文2, 王菊维3, 潘玉明3

振动与冲击. 2024, 43(19): 266-275.

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针对现有串联囊式衰减器（囊式衰减器）压力适应范围窄的问题，提出了通过气压控制系统实现囊式衰减器气囊内部气压主动跟随液压系统工作压力变化的方法，使囊式衰减器在不同工作压力时均具有良好压力脉动抑制性能。在建立气动伺服控制系统数学模型的基础上，分别采用PID及模糊PID控制方法实现了囊式衰减器气囊内部气压主动跟随系统工作压力的变化，分析了系统工作压力的变化频率、振幅、气瓶充气压力等因素对气囊内压力控制性能的影响，在理论上证明了所提出方法的可行性；分别通过声学仿真软件和试验研究了采用与不采用气压主动控制时囊式衰减器对压力脉动的抑制性能，研究结果均表明采用气压主动控制方法时囊式衰减器对液压管道系统压力脉动的衰减幅值更大、压力适应范围更广，进而验证了所提出气压主动控制方法的有效性与可行性。

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爆炸荷载作用下深部煤体损伤特征试验研究

杨帅1, 刘泽功1, 2, 张健玉1, 2, 傅师贵1, 2, 乔国栋1, 2, 张鑫 1, 常帅1

振动与冲击. 2024, 43(19): 276-286.

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为研究深部地应力影响下爆破后煤体的损伤情况及裂纹扩展规律，建立了地应力下煤体损伤模型和爆破孔环向应力分布规律。通过相似模拟试验和数值模拟与分形维数相结合的方法，探讨了地应力作用下煤体爆破后裂纹扩展规律。理论分析表明，炮孔受地应力的影响会发生二次应力分布；在双向等压条件下，裂纹沿偏离主应力方向45°发展，在双向异压条件下，裂纹朝与主应力角度为θ（θ=arctan(σx/σy)）方向发展。对比四组相似模拟试验：相对于无地应力条件下，3组对照试验各测点的应力大小和动载作用时间均减少，证明地应力对煤体爆破后的裂纹扩展起抑制作用；煤体裂纹会朝最大主应力方向扩展，最小地应力方向裂纹长度会随着应力差的增大而减小。通过ANSYS/LS-DYNA建立了三维煤体模型对不同地应力条件下进行了爆破模拟，模拟结果表明：平行于最大主应力方向的裂纹发育受到促进作用，而垂直于最大主应力方向的裂纹则会受到抑制。同时，通过线性拟合得到损伤量w和分形维数D之间的函数关系，建立了w=5.4381D10.45381的煤体损伤预测模型。

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城市道路交通噪声频谱及其对隔声评价中频谱修正量的影响

蔡阳生1, 2 陈智慧2 AKRAM A. N. ALABSI1 袁旻忞3, 4

振动与冲击. 2024, 43(19): 287-297.

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现行隔声评价标准中交通噪声频谱修正量参考的是上世纪八十年代北欧测量得到的交通噪声数据。为了研究Ctr修正量是否适用于评价建筑外窗对新时代城市道路交通噪声的隔声性能，本文对多种城市交通道路进行噪声监测，根据测量结果提出一组新的交通噪声频谱修正曲线CA，计算11种常见外窗构造在不同频率范围内的计权隔声量，并对比分析不同频谱修正量声压级频谱的差异性。结果表明：不同城市道路交通噪声频谱都具有低频声压级高、中频平稳、高频下降的相似特点；当今的城市道路交通噪声低频能量远低于Ctr所参考的频谱，其能量频谱分布更接近于C100-3150；对比分析11组外窗的交通噪声频谱修正量CA与现行标准的频谱修正量的差异，CA均落于C和Ctr参考频谱之间的范围内; CA与C、Ctr参考频谱的相关系数R2的值均>0.9且高于C与Ctr的相关性，因此CA对城市道路交通噪声频谱修正具有更好的适用性与代表性，研究结果可为临街住宅的隔声降噪工程提供数据参考。

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平头车变长头车以保护行人头部损伤的方法、效果及影响因素研究

邹铁方1, 陈得着1, 赵晓波2, 袁湘婷1, 曹太山1

振动与冲击. 2024, 43(19): 298-305.

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为提升平头车保护人体头部损伤的能力和法规上的接受水平，通过推导车头伸出长度公式而给出一种使平头车变长头车的方法，随后通过理论和仿真分析研究所提方法的损伤防护效果及摩擦系数、车速和行人身高等因素对防护效果的影响规律。结果显示：所提方法能极显著降低行人头部损伤，且在低速、低摩擦、矮行人身高下防护效果更佳。分析发现伸出可变车头长度优于固定车头长度，而在获得更高精度行人损伤风险曲线后可进一步优化所提方法。该研究将为M类、N类等大型平头车辆保护行人提供新思路，为它们利用长头车智能安全技术以更好地保护行人提供支持。

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带强水平和弱竖向混合连接的装配式混凝土剪力墙抗震性能研究

韩启浩, YASIR Naeem, 汪大洋, 何建鑫

振动与冲击. 2024, 43(19): 306-318.

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基于完成的带水平连接的装配式混凝土剪力墙试验研究，提出了一种带混合连接的装配式混凝土剪力墙，其中，水平连接采用高强螺栓的“强”连接方式，竖向连接采用钢剪切键的“弱”连接方式。首先，结合已完成的试验，建立带水平连接的装配式混凝土剪力墙的数值模型，通过对比试验与数值分析结果，验证了材料本构关系的选取、各部件相互作用关系设置的正确性。进一步，采用同样的建模方法，建立带混合连接的装配式混凝土剪力墙的数值模型。分析了不同竖缝型式和增设钢剪切键对带混合连接的装配式混凝土剪力墙抗震性能的影响，揭示了其损伤失效模式。结果表明：单片剪力墙模块分割成较小尺寸模块拼装后，抗侧刚度有一定程度地减小，但刚度退化更缓慢，剪力墙墙板损伤更小，具有更好的变形能力；在剪力墙模块之间的竖缝中增设钢剪切键后，提高抗侧刚度的同时还可以改善其刚度退化行为，与不带钢剪切键模型相比，单片剪力墙(Single模型)和竖向滑动双片剪力墙(Sliding模型)峰值割线刚度分别提高了14.9%和11.4%；带混合连接的装配式混凝土剪力墙的损伤失效模式为“钢剪切键塑性屈服-墙板模块底部损伤-墙板模块破坏”，实现了钢剪切键塑性屈服耗能与墙板塑性损伤转移的“双功能”控制。

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CFRP超声检测半波高度四邻域缺陷量化方法

王海军1, 王涛2, 俞慈君2

振动与冲击. 2024, 43(19): 319-325.

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复合材料缺陷面积准确量化是缺陷自动识别、自动分析的重要环节，对研究复材制造工艺性能具有指导作用。本研究基于CFRP的超声相控阵无损检测数据开展研究，分析比较了迭代阈值法、大津法两种图像分割方法对缺陷面积量化结果，结合超声A扫描信号与C扫描图像，提出一种半波高度四邻域缺陷量化算法，定位连通缺陷区域的超声信号最大幅值点，以最大幅值点处一半幅值为临界判断，扩展四邻域缺陷边界搜索，确定缺陷边界。与图像分割方法相比，精度有较大提高，针对于较小缺陷，量化的缺陷面积与实际缺陷面积的偏差为13.2%，其余缺陷面积量化偏差均小于2%。

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基于CEEMD和统计参数的斜拉桥损伤识别方法研究

刘杰1, 2, 3, 丁雪1, 3, 刘庆宽1, 2, 3, 王海龙4, 卜建清1, 5

振动与冲击. 2024, 43(19): 326-336.

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为解决仅使用CEEMD方法的斜拉桥信号分解存在含噪IMF分量且不能进行损伤定量的问题，提出了一种基于CEEMD与统计参数方法相结合的斜拉桥损伤识别方法。该方法基于CEEMD方法对斜拉桥动力响应信号进行自适应性分解，确定适用的白噪声幅值标准差并推导CEEMD方法的集成次数，得到各阶IMF分量；采用欧氏距离对分解的IMF分量进行谱系聚类分析以避免模态混叠现象；采用峰度统计参数的有效权重峰度指标方法滤除含噪IMF分量，提取有效IMF分量并重构为有效IMF分量和；利用变异系数统计参数、二阶中心差分法和泰勒展开式推导损伤定位指标，根据四阶统计矩峰度统计参数推导损伤定量指标。用所提方法对某斜拉桥进行损伤识别研究，结果表明：仿真分析的损伤定位识别精度为100%，损伤定量最大误差为1.80%；在高斯白噪声干扰下，损伤定位不受影响，损伤定量最大误差为1.88%；进行实桥的损伤识别，结果表明实桥主梁无损伤。

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刊出日期：2024-10-15

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