振动与冲击

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冯林兆1,2，康丽霞3，赖亮庆1,2，陈高升1,2，赵晓健1,2，苏正涛2，刘嘉1,2

振动与冲击. 2024, 43(3): 1-6.

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为了探究材料性能参数对液弹阻尼器动态特性的影响规律，采用电液伺服动态试验机研究了液弹阻尼器的载荷—位移曲线、弹性刚度、阻尼刚度和损耗因子随橡胶硬度和阻尼液粘度的变化。试验结果表明：液弹阻尼器91.5%以上的弹性刚度由橡胶部分提供，并且弹性刚度随橡胶硬度的增大而增大。液弹阻尼器84.8%以上的阻尼刚度由阻尼液提供，并且阻尼刚度和损耗因子随阻尼液粘度的增大而增大，随剪切振幅的增大而减小，阻尼液粘度越大阻尼刚度和损耗因子下降幅度越大。当阻尼液粘度由2000mm2/s增大到10000mm2/s时，液弹阻尼器的阻尼刚度由2420N/mm增大到5163N/mm；当剪切振幅由0.2mm增大到1.5mm时，阻尼刚度分别减小18.5%和40.1%。以上结论可为液弹阻尼器的选材提供依据。

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静风荷载下大跨斜拉桥上无缝线路受力与变形

张鹏飞，温月，李兆泉

振动与冲击. 2024, 43(3): 7-13.

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大跨度斜拉桥在自然风场中易因自身柔度特性发生位移变形。为研究静风荷载作用下大跨斜拉桥上CRTS双块式无砟轨道无缝线路桥梁及轨道结构在空间三向的力学性能分布规律，参照某一四线预应力混凝土斜拉桥工程实例，基于有限元法建立了大跨斜拉桥上无缝线路精细化空间耦合模型，分析了横桥向静风荷载作用下桥梁体系及桥上轨道结构的力学性能。分析结果表明：桥梁及桥上轨道结构三向（应）力最大值基本分布在斜拉桥跨中及边墩附近；各结构三向（应）力中，底座板、桥梁结构纵向应力峰值最大，约为横向应力峰值的8倍左右，约为竖向应力峰值的7倍、15倍左右，轨道板结构表现为横向应力峰值最大，且与其余两向应力峰值之间差距较小；各结构三向位移中，横向、竖向位移均在跨中及附近达到最大值，纵向位移在斜拉桥边墩附近达到最大值，其中，横向位移峰值是其余两向位移峰值的20余倍；桥梁两侧构件竖向、纵向位移方向相反，即桥梁表现为静风作用下的倾覆、弯曲倾向。研究成果可为风环境中大跨斜拉桥上线路设计、维护检修以及健康监测提供理论依据。

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考虑非线性行为相似的高层结构动力试验模型简化设计方法研究

王睿，董志骞，李钢，余丁浩，张晗

振动与冲击. 2024, 43(3): 14-26.

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随着物理试验技术的快速发展，结构模型试验可较准确获得结构在环境荷载作用下的动力响应，但在土-结相互作用、区域群体结构、大型复杂结构的风洞、拟静力及动力等模型试验问题研究中，简单、实用、准确的结构试验简化模型仍是研究的重点。针对现有模型简化方法中非线性力学参数标定复杂、试验可行性不足等问题，提出了一种考虑非线性行为相似的高层结构动力试验模型简化设计方法，将模拟高层结构的弯、剪恢复力模型分解为线性和非线性行为的组合，其中结构非线性行为采用库仑摩擦模型模拟，因其参数简单，具有一定物理意义，可直接适用于缩尺模型动力试验研究中。基于上述理论方法，将弯剪耦合模型和平扭摩擦装置有效结合，提出了用于缩尺动力试验的物理模型设计方法及等效刚度、屈服后刚度和承载力等参数的计算方法，并建立了对应的“层间双剪切、双弯曲弹簧”力学计算模型，可通过模型试验结果较好地预测原型结构弹性及非线性阶段的动力响应。以某高层结构为例，通过数值模拟和振动台试验验证了该方法的准确性和可行性。

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一种局域共振型声学超材料的半解析建模与带隙机制研究

赵振成1,2，张涵柯1,2，郑玲1,2

振动与冲击. 2024, 43(3): 27-36.

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基于声学黑洞（acoustic black hole，ABH）弧形梁体积小且模态频率丰富的特点，将声学黑洞弧形梁作为附加结构周期分布在直梁上，达到促进局域共振效应和拓宽低频带隙的作用，由此构建一种新的局域共振型声学超材料。针对局域共振型超材料，采用高斯展开法，建立其半解析理论分析模型，基于零空间法处理其内部连接以及周期边界条件，并通过有限元法验证半解析理论分析模型的准确性。分析和计算其能带结构，研究结构参数以及ABH效应对布拉格带隙以及局域共振带隙的影响机理。研究结果表明，该半解析理论模型能够对结构的带隙进行有效计算，附加弧形ABH的陷波机制能够促进结构的局域共振效应并对主梁进行有效减振，为声学黑洞声学超材料的应用提供了新的思路。

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考虑液体晃荡的部分充液圆柱壳受迫振动分析

韩越洋1,3，朱翔1,2,3，李天匀1,2,3，张帅1,3

振动与冲击. 2024, 43(3): 37-45.

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充液圆柱壳结构广泛存在于在工程中，在外部激励作用下，圆柱壳会与流体产生耦合振动，且未充满的液面也会产生晃荡，这种耦合振动响应分析在工程中具有重要意义。本文提出了一种求解考虑内部液体小幅晃荡的弹性圆柱壳振动响应的半解析法。首先分别在壳体建立结构坐标系、在自由液面建立液体坐标系，各自用来描述结构及内部液体的运动。基于Flügge壳体理论建立了圆柱壳的运动控制方程。将液体视为为无粘、不可压缩的理想流体，根据线性水波理论和液体自由表面运动边界条件，得出了内部液体的速度势函数。通过流固耦合界面的连续性条件，结合坐标变换推导得到流固耦合系统的运动控制方程。研究了壳体在径向点力激励下振动响应，并得出了对应的液面晃荡响应。和有限元法对比验证了方法的正确性，然后改变相关参数讨论了考虑内部液体晃荡的弹性圆柱壳振动响应特性。

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BTA深孔加工镗杆的横向随机振动

赵武1，张全斌1，李亚敏1,2，荆双喜1

振动与冲击. 2024, 43(3): 46-57.

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研究采用随机方法分析了蕴含轴向流动流体的BTA深孔镗杆在随机力下的横向随机动力行为。建模时考察了流固耦合镗杆承受的弯曲、拉伸和扭转变形；经Galerkin method离散化处理，分析了BTA镗杆在有、无随机激励两种情况的特征值和特征频率对振动特性的影响；利用响应方差最大值和谱密度解析了BTA镗杆横向振动的临界转速与临界失稳频率；明确了镗杆随转速、刚度、初始轴向总力和剪切模量等参数变化对系统振动特性的影响机制：镗杆转速变化对系统稳定性不再具有单调性，随BTA镗杆转速持续增加，系统可历经两次转速的临界失稳，相继出现二次失稳和二次稳定；增加系统等效刚度和等效剪切模量会促进工作过程的稳定，改变轴向力对工作过程稳定的影响不明显；并以随机振动物理实验信号的功率谱分析，验证了理论仿真结果与实验结果的一致性。本项研究在一定程度上揭示了BTA深孔工艺系统运动状态的复杂性，这种研究模式为进一步分析在复杂状态下的运动演化提供了更多的可能。研究结论为更好地理解BTA深孔镗杆工作时的随机动力行为提供了依据，也为BTA深孔工艺过程的振动控制和参数优化奠定了理论基础。

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基于分离变量算法的静压止推气体轴承节流孔特性研究

张建波1，陈策2，邓志芳1，张坤1，金海良1，曹逸韬1，苏志敏1

振动与冲击. 2024, 43(3): 58-68.

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本文首先基于分离变量算法（separation of variables，MSV）求解了单节流孔静压气体轴承的层流边界层方程，研究了节流孔附近流场特性，阐明了节流孔出口附近压降现象是由于惯性效应导致的原因，并研究了轴承几何参数和供气参数对压降现象的影响规律。最终提出了压降现象产生的临界条件为压比为0.9409，也即压比大于临界压比时，压降现象消失。其次基于质量流量相等原则，结合层流边界层的MSV方法及雷诺方程的解析算法，提出了一种计算节流孔系数的新方法，并研究了轴承的几何参数及供气参数对节流孔系数的影响规律。结果显示，节流孔系数存在着参数敏感和不敏感区域，这是由于当压比小于等于0.6左右时，节流孔系数趋近于一个常数0.86左右导致的。

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基于LSTM和响应分解的冲击载荷识别方法研究

黄大伟，陈立昆，高亚东

振动与冲击. 2024, 43(3): 69-76.

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同一量级的冲击载荷所产生的动响应要远大于静态响应，因此准确识别冲击载荷对于航空器结构件的动强度设计、校核与结构健康监测都具有重要意义。本文提出的方法主要针对一般线性结构的冲击载荷识别问题，从实测冲击响应应变信号出发，主要解决了冲击载荷与响应信号样本长度不一致这一突出矛盾。首先基于冲击响应信号分解方法来进行振动信号特征提取，然后基于长短期记忆神经网络（LSTM）对载荷和响应信号样本特征进行映射，从而实现冲击载荷识别。通过对挂架模型实测冲击载荷信号进行识别，结果表明四种工况下，该方法识别的冲击载荷的均方根相对误差小于0.6，相关系数大于0.94。结果初步表明，在理想的试验环境中，该方法具备一定的识别精度。

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基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化设计

占金青1，王啸1，蒲圣鑫1，刘敏1，2

振动与冲击. 2024, 43(3): 77-85.

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为了满足多相材料结构动态性能要求，提出一种基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化设计方法。采用序列固体各向同性料插值模型惩罚刚度矩阵和质量矩阵，以多个动载荷作用的多相材料结构总动态柔顺度最小化为优化目标，以结构质量和成本为约束条件，构建多相材料结构动态拓扑优化模型，利用等效静态载荷法将多相材料结构动态拓扑优化问题转化为多工况下的多相材料结构静态拓扑优化问题，以降低灵敏度分析的复杂程度；采用移动渐近线算法求解多相材料结构动态拓扑优化问题。数值算例结果表明所提方法是有效性的，与传统的拓扑优化方法相比，基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化求解时间节省了75%，大大地提高了计算效率；与单相材料拓扑优化结果相比，多相材料结构动态拓扑优化设计获得的结构具有更好的动态性能。

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低频非线性浮筏隔振装置设计及特性研究

李步云1, 2，帅长庚1, 2，马建国1, 2

振动与冲击. 2024, 43(3): 86-92.

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低频振动噪声影响水下装备声隐身性能。在原气囊隔振装置基础上，通过结构改进设计，使得侧向气囊能够为系统提供负刚度，通过与垂向气囊并联，设计了一种新型非线性浮筏隔振装置，提升了隔振装置的低频隔振能力。新型隔振装置由“侧向气囊-万向节-垂向气囊”非线性隔振器组和浮筏组成。分析了侧向气囊为系统提供负刚度原理，建立了非线性浮筏隔振装置六自由度动力学模型，设计了新型隔振装置样机并开展了相关性能试验。理论分析和试验结果表明，新型非线性浮筏隔振系统垂向一阶固有频率约为原系统的50%，垂向隔振性能提升了约6dB，侧向隔振性能与原系统相当。此外，也研究了非线性浮筏隔振系统的摇摆稳定性。研究结果表明，在重载情况下，新系统能够具备较好的摇摆稳定性。

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爆炸荷载作用下砌体填充墙对RC框架结构损伤破坏的影响

陈公轻，吴昊，吕晋贤，陈德

振动与冲击. 2024, 43(3): 93-104.

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砌体填充墙作为非结构构件在建筑结构抗爆分析中常被忽略，而实际爆炸事故中填充墙多发生严重破坏，从而影响爆炸波的传播及其与结构的相互作用，以及结构的损伤破坏等级。基于精细化数值仿真方法评估外部爆炸作用下砌体填充墙对钢筋混凝土（reinforced concrete ，RC）框架结构损伤破坏的影响。首先，采用LS-DYNA有限元分析软件分别对典型砌体填充墙和含填充墙RC框架的近区爆炸试验进行复现，验证所采用的填充墙简化微观建模方法、材料本构模型和参数，以及任意拉格朗日欧拉（ALE）爆炸荷载施加方法和爆炸波-结构流固耦合（FSI）算法的适用性。进一步结合结构混合单元建模方法，开展了美国联邦应急管理署规定的普通轿车炸弹（454kgTNT当量）在底层边柱位置爆炸下，6、7和8度抗震设防烈度的典型6层纯框架和含填充墙框架结构动力行为的数值仿真分析，考察了爆炸波传播路径，以及结构的动态响应、损伤破坏和抗倒塌机制。结果表明：本文工况中填充墙能够有效阻挡爆炸波的传播，作用于目标柱相邻内柱上的超压峰值降低95%，减轻了内部构件的损伤程度。但同时加剧了结构迎爆面的损伤破坏，如三种抗震设防烈度的含填充墙框架目标柱柱中侧向位移较纯框架分别增加21.4%、31.1%和14.8%；不同抗震设防烈度的纯框架和含填充墙框架的顶层目标柱竖向位移基本相同，即抗震设防烈度及砌体填充墙对框架结构整体倒塌行为的影响可以忽略。

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基于等效模型的砖石古塔有限元模型修正方法

杨庆山，张源浩，刘纲，王晖

振动与冲击. 2024, 43(3): 105-109.

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针对砖石古塔实体有限元模型节点众多导致修正效率低下问题，提出了一种将实体模型和杆系模型相结合的有限元模型快速修正方法。基于古塔结构的测试输出信号，使用随机子空间法识别了塔的自振频率。使用整体连续式方法建立了ABAQUS有限元模型，基于实测结果，使用萤火虫算法修正了塔的弹性模量、密度。修正后的有限元模型的计算结果与实测结果对比，能够较好吻合，说明修正后的模型可靠，可以作为后续抗震性能分析的基础。

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双功能梯度石墨烯片增强金属-陶瓷基圆柱壳的行波振动分析

徐宏达，王宇，菅泽，李学辉，于晓光

振动与冲击. 2024, 43(3): 110-119.

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采用Halpin-Tsai微观力学模型和传递矩阵方法，开展了旋转态双功能梯度石墨烯片增强复合材料(DFG-GPLRC)圆柱壳体的行波振动特性研究。描述了金属-陶瓷功能梯度基体和五种石墨烯片分布模式的材料属性，基于Love壳理论和传递矩阵方法，考虑转速影响推导了任一截面状态向量的常微分方程和整体传递矩阵关系。以固支-自由(悬臂)边界条件为主，对动力学微分方程进行求解计算，验证了分析方法的合理性。结果表明，低阶模态以轴向半波数为1和周向模态的振动为主，转速引起的科氏力使行波曲线出现分离现象；行波频率随着石墨烯重量分数的增加而增大，分布模式对振型顺序的影响较小，基体体积分数指数对振动特性的影响较大，而石墨烯片层数对振动特性的影响很小，不同倍频激励对共振特性的影响不同。

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基于改进Elman神经网络的CFRP补强钢板界面脱粘预测研究

王庆松1，张玉1，张洪雨1，陈柏桦2

振动与冲击. 2024, 43(3): 120-127.

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针对碳纤维复合材料（carbon fiber reinforced polymer, CFRP）补强钢结构出现内部界面脱粘损伤后难以观测的问题，结合Lamb波检测方法和神经网络提出了一种界面脱粘预测方法。搭建了基于Lamb波的CFRP补强钢板信号分析实验平台，利用ABAQUS软件建立了CFRP补强钢板的机电耦合有限元模型，并通过实验验证了有限元模型的准确性。将长方形和圆形两种脱粘形状的信号在时域和频域内进行分析，基于自适应遗传算法改进的Elman神经网络建立了CFRP补强钢板脱粘预测模型，并将与脱粘面积相关性较高的信号特征数据作为预测模型的特征数据。对预测模型进行性能测试，脱粘形状为长方形和圆形预测值的平均绝对百分比误差分别为3.03%和8.06%，结果表明改进的Elman网络对于脱粘损伤具有较好的预测精度。

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直接基于位移的非规则减隔震桥梁抗震设计

武少威1，项敬辉2，李建中1，陈旭1

振动与冲击. 2024, 43(3): 128-135.

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根据基于性能抗震设计的思想，提出一种高低墩减隔震桥梁直接基于位移的抗震设计方法，该方法可设计各桥墩配筋率及支座参数，使纵桥向地震作用下各墩保持弹性、各支座达到相同的损伤状态，并实现地震剪力或墩底弯矩的均匀分配。以某工程背景桥梁为例进行直接基于位移的设计，并建立有限元模型进行非线性时程分析，比较两者结果，验证所提方法的有效性。此外，对比了剪力均匀和墩底弯矩均匀这两种地震力分配方式下桥梁的地震响应。对于各墩采用相同截面尺寸和配筋的减隔震桥梁，按照本文方法进行设计时，推荐采用墩底弯矩均匀的地震力分配方式，该分配方式能更好的发挥材料性能、节约工程造价，但同时应保证墩高较低的桥墩有足够的抗剪能力。

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输电铁塔在冰风耦合作用下失效概率分析

李嘉祥1,2,3，王文瑞1，付兴2，江文强3，董志骞2

振动与冲击. 2024, 43(3): 136-146.

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覆冰灾害严重威胁输电线路的安全运行。在冰灾过程中，往往伴随着风荷载的作用，为提高输电塔抵御覆冰灾害的能力，本文提出了一种基于Jones覆冰模型的输电铁塔失效概率评估框架。首先以湖南郴州、永州、邵阳三市气象站数据为基础建立了超级站，在此基础上利用Copula函数建立了考虑冰厚-风速、风速-风向相关性的联合概率分布，最后以一条实际输电线路为算例，计算了该线路铁塔在冰风荷载耦合作用下倒塌状态的失效概率。结果表明：本文提出的方法可以有效地评估输电塔在冰风耦合作用下的失效概率，考虑冰厚-风速、风向-风速相关性后，输电塔失效概率的计算更加科学合理。受风向概率的影响，输电塔失效概率的最大值出现的角度并不固定，本文可为输电线路抗冰灾设计提供参考。

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局部贴敷阻尼层空间管路有限元建模及贴敷位置优化

李家鑫1,2，王栋1,2，孙伟1,2

振动与冲击. 2024, 43(3): 147-157.

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为了降低处于服役阶段的航空发动机管路的有害振动，这里描述了一种在管体表面局部贴敷粘弹性阻尼层对管路进行减振的方法，主要包括阻尼层-空间管路系统动力学有限元建模及阻尼层贴敷位置优化。在建模上，基于ANSYS平台建立了满足寻优算法调用的阻尼层-空间管路参数化有限元模型。同时，整个模型引入了两种阻尼，分别是卡箍的支撑阻尼和粘弹性阻尼层的材料阻尼。在贴敷位置优化方面，创建了以阻尼层贴敷位置为设计变量、以1阶最大共振响应最小为优化目标的优化模型，并给出了采用遗传算法对该优化模型进行求解的流程。最后进行了实例研究，用搭建的贴敷阻尼层空间管路实验系统校验了所创建的阻尼层-空间管路分析模型的合理性。在此基础上，执行了阻尼层位置优化，获得了在可移动范围内使共振响应最小的阻尼层贴敷位置方案，并通过与5种随机方案的数值比较证明了优化结果的合理性。

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融合CNN和ViT的声信号轴承故障诊断方法

宁方立，王珂，郝明阳

振动与冲击. 2024, 43(3): 158-163.

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针对轴承故障诊断任务数据量少、故障信号非平稳等特点，提出一种短时傅里叶变换、卷积神经网络和视觉转换器相结合的轴承故障诊断方法。首先，利用短时傅里叶变换将原始声信号转换为包含时序信息和频率信息的时频图像。其次，将时频图像作为卷积神经网络的输入，用于隐式提取图像的深层特征，其输出作为视觉转换器的输入。视觉转换器用于提取信号的时间序列信息。并在输出层利用Softmax函数实现故障模式的识别。实验结果表明，该方法对于轴承故障诊断准确率较高。为了更好解释和优化提出的轴承故障诊断方法，利用t-分布领域嵌入算法对分类特征进行了可视化展示。

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基于自适应LMS算法的跨声速风洞模型系统辨识

李斌斌1，寇西平1，2，吕彬彬1，余立1，杨兴华1，路波1，曾开春1

振动与冲击. 2024, 43(3): 164-170.

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针对风洞试验模型系统辨识不准确的问题，本文利用自适应LMS（Least Mean Square）滤波器模型对跨声速风洞模型进行系统辨识。由于实测信号中存在多模态耦合，为了提高系统辨识精准度，首先对输入输出信号作了FRF(Frequency Response Analysis)分析得到试验模型俯仰方向前两阶模态，其次利用快速Fourier变换进行模态解耦，接着利用自适应LMS滤波器模型、传递函数模型、多项式模型对俯仰方向单模态进行系统辨识，最后得到了基于自适应LMS滤波器模型的俯仰方向一、二阶模态滤波器系数。通过对比不同数学模型的输出与输入之间的相关系数和均方误差及辨识结果，表明自适应LMS滤波器模型具有更高的系统辨识精准度和更简洁的数学模型结构。为后续风洞试验模型振动主动控制计算法的设计提供有力支撑。

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基于微缝折叠空间结构的宽带吸声超材料设计

陈应航1,2,3，徐驰1,3，黄唯纯2，解龙翔2，张建翔1,3，汪双君1,3，孙薇薇1,3

振动与冲击. 2024, 43(3): 171-178.

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如何实现低频宽带吸声，设计具有亚波长厚度的吸声超材料一直是一项具有挑战性的任务。提出了一种微缝折叠空间超材料结构，建立结构的理论解析模型与数值仿真模型，深入研究其声学特性和吸声机理，分析了典型结构参数对吸声特性的影响规律，基于此探究实现低频宽带吸声的可能性。研究表明，通过调整折叠空间厚度及折叠通道数目，可以在较大的频带范围内调节结构的峰值频率，同时不改变其近完美的吸声性能。最后，提出了一种宽带吸声超材料，在500Hz ~ 2000Hz频率范围内获得平均吸声系数达0.931的连续高效吸声带宽。结构厚度为5.68cm，仅为最低共振频率对应波长的1/12，实验结果良好。研究成果可为实现宽带吸声提供借鉴。

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铝合金三角形波纹夹芯板抗平头弹冲击的损伤特性研究

任光辉1，赵鑫2,邓云飞2，杨笑岳2

振动与冲击. 2024, 43(3): 179-188.

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为研究铝合金三角形波纹夹芯板受到平头弹冲击后的损伤形式与抗冲击性能，利用一级气炮对铝合金三角形波纹夹芯板的两种冲击位置进行冲击试验。根据试验数据，对比分析三角形波纹夹芯板及等面密度单层板的弹道极限速度与耗能，并结合有限元仿真分析夹芯板的动态损伤过程、动态载荷响应及损伤机理。研究结果表明，三角形波纹夹芯板损伤形式为剪切破坏、撕裂破坏与弯曲变形。波纹板的抗冲击性能低于等面密度的单层板，并且波纹板节点位置的抗冲击性能高于基座位置。弹体冲击速度较低时，波纹板的耗能低于单层板，随着冲击速度增加，波纹板节点位置的耗能高于单层板，基座位置的耗能与单层板相近。此外，波纹板的动态载荷响应与失效机理均受到冲击位置与弹体冲击速度的影响。

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带局域共振单元液固混合介质隔振器的动力学特性研究

谭鑫

振动与冲击. 2024, 43(3): 189-193.

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针对被动振动控制技术中大载荷设备的低频振动隔离难点，提出了带有附加质量单元体的液固混合介质隔振方案。基于双质量振子的单元体模型，建立了液固混合介质隔振装置的整体动态方程，推导出隔力和隔幅两种隔振情形下的传递率理论公式，计算出传递率曲线上的解析极值点。在给定隔振器参数下，比对考虑附加质量单元体与仅考虑弹性的一般性单元体对传递率特性的影响，结果表明：附加质量不影响隔振装置的静态承载能力，但会降低共振频率；更重要的，附加质量的存在使得传递率曲线出现了最小极值点，即最佳的隔振频率点，这大幅提升了对应频段的隔振性能；解析结果证实，有效面积比、单元体数量是调控隔振性能的重要参数。

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基于深度残差收缩迁移网络的复杂工况下滚动轴承故障诊断

陈仁祥1，张晓1，朱玉清1，徐向阳1，杨宝军2

振动与冲击. 2024, 43(3): 194-200.

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针对噪声和不同转速的复杂工况下滚动轴承故障诊断问题，提出一种基于深度残差收缩迁移网络的复杂工况下滚动轴承故障诊断方法。在深度残差收缩网络中加入领域适配层构建出具备降噪与适配能力的深度残差收缩迁移网络，从而减小噪声带来的干扰及转速变化导致的分布差异。首先，利用注意力机制学习经卷积层后各特征通道的重要性自动设定一组阈值，借助软阈值化将阈值范围内的特征置为零，减少噪声带来的干扰；然后，通过边缘分布适配对齐两域特征分布，减小转速变化带来的分布差异；最后，在Softmax分类层下实现端到端的复杂工况下的滚动轴承故障诊断。复杂工况下滚动轴承故障诊断实验验证了所提方法的可行性和有效性。

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基于声电类比的低频消音结构优化设计

李奇1，王晓明1，梅玉林2

振动与冲击. 2024, 43(3): 201-208.

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基于声电类比，设计了与电滤波器性能相似的低频消音结构，并结合传递矩阵法和模拟退火法，构造了声学结构的优化设计策略。首先，采用归一化方法，以四阶切比雪夫高通电滤波器为基准，设计了电学带阻滤波器；然后，基于声电类比，将电路中的电感电容转换为声学结构中的细管和圆柱腔，构造了消音结构原型，并利用传递矩阵法，建立其数学模型，推导声波传递损失表达式；最后，结合声学结构的数学模型和模拟退火法，以有效衰减带宽最大为目标，以消音结构的尺寸参数为变量，对原型结构进行优化设计。结果表明：基于声电类比，能获得合理的消音结构原型，克服了仅依靠经典消音结构进行设计的局限；结合推导的传递损失数学模型和模拟退火法，对消音结构原型进行参数优化，能显著提高其消音效果，表现在传递损失超过20dB的带宽拓宽至410Hz-2165Hz，是优化前带宽的202%，特别是优化后的结构克服了原型结构在466Hz-537Hz频率范围内不能实现有效消音的缺陷，获得了连续的大跨度有效带宽，且传递损失曲线平均增幅达22.8%。

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随动压电磁耦合能量采集器的组合共振分析

石慧荣，左存胜，高全福

振动与冲击. 2024, 43(3): 209-217.

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压电磁耦合能量采集器能够实现较宽频带振动能量转化，但输出功率受激励方向影响较大，为使能量采集器实时获取较大机械能，设计了一种利用摆锤惯性力实时调整压电悬臂梁和磁铁相对位置的新型能量采集装置，通过对其运动特性分析，利用能量法建立了系统的动力学模型，并应用多尺度法和数值计算方法对系统进行求解，分析了外加激励作用下系统的组合共振特性，讨论了外加激励幅值、磁铁间距、摆臂长度、悬臂梁长度和宽度对有效采集频带宽度和输出电压的影响规律。结果表明摆臂能够使系统在较大加速度激励下获取较高的机械振动幅值，并有效拓展能量采集频带；同时改变磁铁间距、摆臂长度和悬臂梁结构参数可有效提升能量采集性能。

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风洞模型-支撑系统多维振动特性辨识与实验研究

孙晨晋1，周孟德1，任宇航1，张新雨1，赵麒1，闫欢欢2，刘巍1

振动与冲击. 2024, 43(3): 218-226.

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针对风洞模型-支撑系统振动特性不明导致控制有效性差的问题，首先基于风洞模型-支撑系统的结构与原理，设计了系统振动特性辨识整体方案；其次建立了系统的等效动力学模型，通过引入动刚度对系统的俯仰、偏航维度振动特性进行了理论分析；进而提出了“正弦扫频-频谱细化-频响函数”振动特性辨识方法，并依据辨识结果建立了振动状态估计模型，将其引入控制闭环形成了基于辨识的控制方法；最后开展了脉冲响应实验与锤击实验，并对比了传统方法与基于辨识的控制方法的抑振效果。实验结果表明：俯仰、偏航维度频率响应辨识结果的均方根误差分别为0.0840g/V、0.0075g/V，且基于辨识的控制方法相较于传统控制方法将俯仰、偏航维度的等效阻尼比分别提升了1.48、3.00倍，具有明显优势。

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冰雹形状及重复加载对叶表皮细胞壁仿生结构撞击损伤影响分析

王海文，徐丹，陈墨林，叶仁传，任鹏

振动与冲击. 2024, 43(3): 227-232.

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为了提高纤维轻量化构件的冰雹载荷防护性能，基于高垂直刚度特性的叶表皮细胞壁仿生结构(bio-ITCLC)，构建基体为涤纶纤维层合材料的仿生夹层结构数值模型，分析了冰雹形状、速度及重复撞击对叶表皮细胞壁仿生夹层结构力学行为及动态损伤的影响。结果表明，撞击接触力随冰雹形状的变化而改变，在相同撞击速度条件下，接触力峰值、初始上升率均随冰雹接触面的增大而提高，但加载时间减小。柱形及锥形冰雹的接触力峰值随撞击速度的增大而线性增长，半球形冰雹的接触力峰值与撞击速度呈抛物线关系。bio-ITCLC仿生夹层结构在柱形、半球形和锥形冰雹下的损伤模式分别为撞击区域屈曲压溃而引起纤维断裂、压痕导致的纤维断裂及基体开裂、仿生芯层与上层面板的分层失效。重复撞击并不改变仿生结构的失效模式，但bio-ITCLC仿生夹层结构的基体分层及累积损伤范围随冰雹重复撞击次数的增加而显著增大。

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基于变分模态分解的多缸柴油机缸套振动差异分析

李林涛1，曹恒超2，朱桂香2，李国兴1，刘东1，刘培毓1，史威威1

振动与冲击. 2024, 43(3): 233-240.

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多缸柴油机缸套振动噪声响应的差异导致缸套润滑、磨损及穴蚀现象不同，引起缸套可靠性差异并缩短整机使用寿命，研究差异的产生原因有助于柴油机的维护与设计优化。内燃机振动噪声的主要来源是燃烧冲击与活塞二阶运动引起的缸套敲击，而多缸柴油机缸套振动噪声的差异主要来源于活塞敲缸。以某重型六缸柴油机为研究对象，基于变分模态分解技术对多缸振动响应差异开展了溯源分析。建立了活塞敲缸动力学计算模型并通过试验验证了参数设置的合理性，通过变分模态分解（VMD）从振动响应中提取了主要频率成分与相关模态。结果表明：多缸柴油机各缸振动幅值分布趋势一致，缸套中上部的振动最剧烈。各缸振动差异与机体模态特性有关，缸套间振动差异与机体第7阶模态振型趋势一致，体现为第6缸振动最强，第2缸振动最弱。

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过渡循环对风力机疲劳评估的影响及修正

赵艳1,2，杨哲1，王新武2,3，李晓露3，陈枫4

振动与冲击. 2024, 43(3): 241-246.

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随着风力机的装机容量和尺寸的不断增大，其运行环境更为复杂，疲劳问题突出，需要准确预测风力机结构遭受的实际疲劳损伤。通过对1.5MW风力机的塔底应变进行长期监测，研究了不同方法在处理雨流计数后残余数据点问题上的准确性。首先，通过采用不同的计算时窗，分析过渡循环对疲劳损伤的影响，选择的计算时窗越短，得到的疲劳损伤误差越大，计算时窗为10min时，误差达到了20.7%。然后，使用残波串联法处理残余数据点，此时选择不同的计算时窗得到的损伤值均与将监测时段内所有数据作为连续序列得到的结果相同，证明了该方法在处理雨流残余数据时的准确性。该成果为风力机结构疲劳损伤在线预测提供了解决方法，可以更加准确的得到构件的实时损伤。

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柔性气囊弹射系统动力学特性研究

严松，姜毅，邓月光，杨宝生，文享华

振动与冲击. 2024, 43(3): 247-254.

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为了减轻导弹发射系统的重量和降低导弹发射的成本，研究了一种柔性气囊弹射系统，实现了对导弹做功。通过理论分析，试验验证和数值计算相结合的方法，对柔性气囊弹射系统的工作机理和弹射性能进行了研究。结果表明：通过粒子法计算柔性气囊展开过程的结果与试验测量结果吻合较好，误差不超过1.04%，验证了粒子法计算柔性气囊展开的准确性；柔性气囊弹射系统的弹射性能与弹射工质的种类、温度、柔性气囊的作用距离和作用面积等因素有关。在对弹射工质和柔性气囊结构参数的研究中发现：弹射工质的摩尔质量越小，温度越高，柔性气囊弹射系统的弹射性能就越好；当作用面积相同时，柔性气囊的长径比越大，柔性气囊弹射系统的弹射性能就越好；当作用距离相同时，柔性气囊的长径比越小，柔性气囊弹射系统的弹射性能就越好，导弹获得的动能就越大。

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斜入射地震波下单层球面网壳土-结构相互作用及其地震响应分析

韩庆华1,2,3，王月3，芦燕1,2,3，李亚明4，薛原5

振动与冲击. 2024, 43(3): 255-264.

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为分析斜入射地震波下单层球面网壳土-结构相互作用（SSI）及其地震响应，采用等效节点力实现地震波输入，通过粘弹性人工边界处理无穷远辐射条件，分析了地震波类型、土体参数、入射角度等因素对单层球面网壳结构的土-结构相互作用及其地震响应影响。结果表明：单层球面网壳结构在地震波入射一侧出现翘起，网壳总体沿入射方向发生旋转，P波(primary wave)斜入射时支座位移差最大达0.514m，为网壳跨度的1/250。P波斜入射时，软弱土情况下网壳顶点位移比中硬土和中软土大，顶点位移随入射角增大呈现先增大后减小的趋势；SV波(secondary wave)入射时，中软土情况下网壳顶点位移比中硬土和软弱土大，顶点位移随入射角增大而增大。斜入射地震波下，考虑土-结构相互作用后网壳顶点位移增幅最大达5.5倍，网壳外圈位移增幅大于网壳跨中增幅。

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边坡安全监测GPS-RTK信号的降噪算法研究

董是1,龙志友1,王建伟1,邵永军2,杨超2,左琛1,马少华3

振动与冲击. 2024, 43(3): 265-275.

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全球定位系统实时动态差分技术（global positioning system-real time kinematic,GPS-RTK）是解决路基边坡安全监测问题的重要手段，但GPS-RTK信号易受到多路径误差和共模误差的影响。基于小波变换（wavelet transform,WT）和主成分分析（principal component analysis,PCA）分别可以有效去除多路径误差和共模误差，提出WT-PCA算法去除信号误差。首先设置仿真信号，通过参数调优进一步提高单一算法的降噪效果。其次提出组合算法WT-PCA改进单一算法的缺陷，并与其他组合算法进行对比分析。最后，对十天高速路基边坡的GPS-RTK监测数据进行实例分析。结果表明：WT-PCA算法的信噪比和均方根误差较于WT-VMD优于66%和50%左右，算法可以有效地消除GPS-RTK信号的多路径误差和共模误差影响。提高边坡位移监测信号处理精度，进一步评估边坡结构形变及安全状态。

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基于动态基准的低复杂度特种车辆行驶调平控制方法

张聪1,2，刘爽1,2，赵丁选3，姜思远1，刘世纪1

振动与冲击. 2024, 43(3): 276-286.

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针对特种车辆行驶调平问题，提出基于动态基准的低复杂度控制方法。整车被分解为由作动器驱动的带有相互耦合特性的悬架节点。建立悬架节点动力学模型，将基于整车行驶动力学模型的位姿混合控制问题，转换为基于全驱型悬架节点动力学模型的单纯位移控制问题。提出并构建动态基准和基准误差，解决现有方法对车身铅垂高依赖和限制的技术瓶颈，同时提高车辆的通过性能。建立基于基准误差的扩张状态观测器，实现动态解耦，并提出一种低复杂度行驶调平控制方法。借助汽车系统仿真软件Carsim验证本文方法的有效性。结果表明，与经典基于常值基准的整车型控制方法对比，在所提出方法作用下，车辆的行驶调平精度提高了1个数量级；特别是在路面激励幅度超过作动器行程的工况下，车辆的舒适性和安全性尤为改善。

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CMG框架伺服控制与隔振器耦合稳定性分析

潘望白1，吕亮亮1，王董华2，刘钰1，方贤亮1，吴琳娜1

振动与冲击. 2024, 43(3): 287-294.

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控制力矩陀螺（control moment gyroscope，CMG）是飞行器在轨姿态控制的重要执行机构之一，通过内部高速旋转的飞轮储存角动量，利用伺服机构驱动框架旋转输出力矩。安装隔振器可有效减少由高速旋转飞轮产生的不平衡力对飞行器上高精度载荷的影响。建立伺服机构三环控制模型和一个单自由度隔振器模型，揭示了隔振器引起伺服系统速度环耦合失稳的现象。通过分析隔振器频率、阻尼比、惯量等关键设计参数对速度环稳定性的影响，对隔振器进行详细设计，试验结果全流程验证了考虑伺服机构控制稳定性的CMG隔振器设计流程和隔振效果，为同类型产品设计提供了工程经验。

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用于电梯曳引机减振的MR-SRC减振器设计与分析

任志英1,2，刘荣阳1,2，黄伟3,李成威1,2,史林炜1,2，徐彩军3

振动与冲击. 2024, 43(3): 295-304.

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针对现有曳引机减振常采用的高分子减振垫因环境因素而引发性能大幅退化问题，本论文以电梯曳引机减振器的工程应用需求为导向，确定减振器所需阻尼元件的刚度后，采用真空渗流技术将硅橡胶填充入金属橡胶孔隙并形成包覆，研制出一款耐环境影响的高性能金属橡胶/硅橡胶连续互穿相复合减振材料（MR-SRC）。然后基于实际结构建立电梯曳引机的有限元数值模型。对加装MR-SRC减振器前后的电梯曳引机进行了模态分析，确定了整体结构的固有频率和振型。对MR-SRC减振器进行冲击响应分析，对比不同MR-SRC材料和冲击载荷对响应的影响，校核减振器的强度。接着，基于MR-SRC的近似等效，对减振器系统的冲击响应进行了理论计算，得出金属橡胶密度为1.8g/cm3的MR-SRC减振器对减振效果最佳。最后将所制备的MR-SRC减振器安装于实际电梯曳引机，按照电梯减振国标要求，测试电梯在运行过程中的加速度和速度变化，计算并校核电梯运行的相关特性参数。本论文提出的减振器为电梯安全可靠运行提供了一种新途径。

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预应力混凝土梁腐蚀断丝水下监测试验研究

商峰1，宋文杰1，韩金生2，杨波1，付垚3，徐龙海4

振动与冲击. 2024, 43(3): 305-310.

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采用人工通电加速腐蚀的方法模拟混凝土梁内预应力钢筋的自然断裂过程从而获得真实的断丝声发射信号，应用高频声发射传感器和分布式光纤监测系统从水下采集预应力钢筋断裂时产生的声信号，分析信号的时频域特征和时域统计特征参数，结果表明：断丝信号的超声波段在水中传播时发生频散，应采用20kHz以下的时域统计特征识别断丝信号；铠装光缆可以接收到在水中传播的断丝信号，其在时频图上表现为一条竖直的条带，并且能量主要集中分布于100~200Hz。采用时域统计特征参数分析光纤监测信号时，需要设定较小的门槛值截取信号进行分析；对于光纤水声监测工况来说，峰值指标的信噪比较低，裕度和峭度指标更适合于用来识别断丝信号。本研究为开发预应力混凝土结构断丝水下声光纤监测系统奠定了基础。

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2024年, 第43卷, 第3期　
刊出日期：2024-02-15

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