2024年, 第43卷, 第4期　
刊出日期：2024-02-28

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  社区尺度复杂斜入射波场作用下场地-建筑群耦合作用模拟方法：FK-SE-MDOF方法

  巴振宁1,2,3，付继赛1，王方博1，梁建文1，牛嘉琪1

  振动与冲击. 2024, 43(4): 1-11.

  摘要 ( 498 ) PDF全文 ( 2076 )   可视化   收藏

  场地-城市相互作用(SCI效应)会显著改变场地地震波场分布及建筑反应，本文基于SCI效应理论计算研究方法的发展现状，发挥谱元法(SEM)可快速高效求解三维地震波场传播和多自由度(MDOF)模型计算量小且可同时模拟大量建筑的优势，同时，结合频率波数域(FK)方法，以等效地震荷载的方式施加地震波场，建立了FK-SE-MDOF耦合方法，实现了SE-MDOF耦合模型中多种波型(P、SV和SH)的斜入射输入，解决了当前三维SCI效应研究方法中未能同时考虑建筑非线性、频谱特性、地震波波型及入射角度影响的问题。文章首先对方法原理进行了介绍；然后，通过与振动台试验的对比，验证了方法的正确性；进而，采用该方法建立理想场地-城市建筑群相互作用耦合模型，主要探讨了入射角度和地震波波型对SCI效应的影响，得到了一些有益结论。该方法较为真实地反映SCI效应影响的同时，可反映建筑基础轮廓对地震波场的影响，适用于需考虑建筑轮廓信息的社区尺度SCI效应研究，可为城市规划、抗震设计、风险评估以及震后救援等工作提供定量指导。
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  含预紧弹簧碰撞系统的两参数动力学

  吕小红，王继培，张锦涛

  振动与冲击. 2024, 43(4): 12-19.

  摘要 ( 392 ) PDF全文 ( 146 )   可视化   收藏

  考虑含预紧弹簧机械碰撞系统，构建由光滑流映射和不连续映射复合的Poincaré映射，给出Floquet乘子计算的数值方法。数值仿真系统在两参数平面的周期吸引子模式及其参数域，应用延拓打靶法和胞映射法研究周期1吸引子的分岔特征以及不连续擦边分岔、擦边和周期倍化诱导的分岔、亚临界周期倍化分岔和激变等不连续分岔行为，揭示迟滞域和亚谐包含域的形成机理。不连续擦边分岔在相邻1–m与1–(m+1)吸引子的转迁过程中产生迟滞域和亚谐包含域。然而，当预压量等于0时，擦边诱导的鞍结和周期倍化分岔分别产生迟滞域和亚谐包含域。研究结果能够为工程实际含预紧弹簧机械碰撞系统的参数设计与优化提供参考。
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  超声导波目标模式的激励方法研究

  丁涛涛1,2,3，郭宇1,2，项延训3

  振动与冲击. 2024, 43(4): 20-26.

  摘要 ( 352 ) PDF全文 ( 348 )   可视化   收藏

  超声导波检测过程中不同模态导波信号与各类损伤之间的相互作用存在差异性，直接影响了损伤检测及定位成像结果的可靠性。因此，系统研究导波目标模式的激励方法从而获得理想的导波信号，有助于实现多类型损伤的精准检出以及获得高分辨率定位成像结果。本文基于理论分析、有限元仿真和实验测量开展了超声导波目标模式的激励方法研究。理论分析导波目标模式激励的条件，并且构建二维多物理场仿真模型进行导波目标模式激励方法的验证。实验过程中将梳状换能器与PZT压电片进行比较分析，结果表明，梳状换能器相较于PZT压电片具有良好的模式选择能力。另外，设计制作四分之一全向和全向梳状换能器，使其进行目标模式导波信号激励的同时实现传播方向的调控。
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  平面SV波入射下地上建筑群-地铁隧道群动力相互作用研究

  刘中宪1,2，王建旭1，金立国3

  振动与冲击. 2024, 43(4): 27-37.

  摘要 ( 279 ) PDF全文 ( 128 )   可视化   收藏

  本文采用一种高精度间接边界元方法（IBEM），研究了平面SV波入射下地上建筑群-地铁隧道群的动力相互作用问题。研究表明：“建筑群-隧道群”系统存在显著的动力相互作用，其规律与入射波性质、建筑物和隧道数量排布等因素密切相关。通过对比不同建筑物数量对隧道动力响应的影响，能够发现：低频波作用下，建筑物对下穿隧道的动力响应不仅有放大作用，而高频波作用下则会削弱隧道的动力响应，最多可以降低37.5%左右。从频域分析中可以看出：隧道对地震波有较强的屏蔽作用，从而降低了其上建筑群的地震响应。建筑群的存在降低了各个单体建筑的动力响应，但在高频波作用时位于建筑群来波一侧的建筑会产生较大的动力响应。本论文研究成果可为城市建筑群-地铁隧道群的动力相互作用分析以及地上建筑和地铁隧道的抗震设计提供理论依据。
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  水下爆炸载荷下舰船板架边界撕裂损伤相似准数研究

  高鹏1，闫明1，张权2，杜志鹏3

  振动与冲击. 2024, 43(4): 38-44.

  摘要 ( 253 ) PDF全文 ( 78 )   可视化   收藏

  为研究舰船板架在水下爆炸冲击波载荷作用下的变形及破损，结合现有试验数据，采用仿真和数据拟合的方法，展开了均布载荷下板架边界撕裂损伤的相似准数研究。首先，结合理论和数据分析得出，板架边界撕裂时的初始响应速度与破坏模式密切相关，且可清晰描述板架的不同毁伤模式；进一步通过仿真得出断裂应变、板厚、长宽比是影响板架边界撕裂的重要参量；最后，基于量纲理论建立了用于判定板架边界撕裂毁伤的拟合函数，并根据战场舰船损伤实例验证了该函数的有效性。研究结果表明，基于初始响应速度和考虑断裂应变等参量的无量纲数构建板架边界撕裂毁伤判据的方法是可行的，为舰船板架的毁伤相似研究提供了参考。
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  智能约束层阻尼结构动力学建模及振动主动控制研究

  黄志诚1，黄帆1，王兴国1，褚福磊2

  振动与冲击. 2024, 43(4): 45-51.

  摘要 ( 246 ) PDF全文 ( 119 )   可视化   收藏

  本文基于耗散坐标与GHM模型建立智能约束层阻尼悬臂梁结构的动力学模型，并研究智能约束层悬臂梁结构的振动主动控制。针对结构模型自由度过高问题，分别在物理空间和模态空间对结构模型进行联合降阶处理。先通过具体算例验证了本文建模方法的正确性，然后比较研究了压电片和粘弹性层铺设位置对系统振动控制效果和控制成本的影响。最后验证了结构简化模型的普遍适用性。研究结果显示，在控制器反馈增益相同的条件下，压电片和粘弹性层的位置越靠近固定端，系统控制效果越好，控制成本越小。简化的模型对含有噪声的输入信号也有较好的控制效果。
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  高速列车轴箱轴承载荷反演模型及关键参数优化匹配

  唐嘉1，池茂儒1，杨晨1，马子魁2，姚雪松2，罗赟1

  振动与冲击. 2024, 43(4): 52-60.

  摘要 ( 262 ) PDF全文 ( 78 )   可视化   收藏

  卡尔曼滤波作为状态最优估计算法，可应用于高速列车轴箱轴承载荷反演中，准确建立反演模型的同时，滤波参数的选取也是反演的关键。本文首先推导了转臂轴箱装置的17自由度垂向和横向车辆动力学模型，提出并验证了基于卡尔曼滤波算法的轴承载荷反演方法，分析并确定了模型关键参数的选取，采用自适应小生境遗传算法对其进行多目标多参数优化，最后利用SIMPACK建立一致的车辆动力学模型，计算模拟车辆在施加有轨道随机不平顺的直线上恒速运行，验证反演效果。结果表明：优化了的参数可大幅提升反演效果，验证了轴承载荷反演模型和自适应小生境遗传算法对滤波参数优化方法的正确性，为高速列车轴箱轴承载荷反演及关键参数优化提供方法和经验。
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  基于精细传递矩阵法的气囊隔振器横向刚度特性分析

  成玉强1,2，蔡存光1,2，高华1,2，帅长庚1,2

  振动与冲击. 2024, 43(4): 61-68.

  摘要 ( 267 ) PDF全文 ( 141 )   可视化   收藏

  构建并求解了预载条件下气囊隔振器的囊体力学模型，提出了一种气囊隔振器横向刚度特性的参数化计算方法。在考虑囊体预应力的条件下构建了囊体力学模型，引入位移中间向量并采用精细积分法推导了囊体状态向量间的传递矩阵，利用迭代法解析了囊体状态向量、内部压力以及结构参数之间的耦合变化关系，基于边界条件完成了囊体刚度的参数化求解，结合理想气体刚度模型完成了气囊隔振器横向刚度特性的计算分析。对比试验结果，验证了横向刚度特性计算方法的正确性，探究了主要设计参数对刚度特性的影响规律。
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  百万千瓦二次再热汽轮发电机刚性框架基础动力性能研究

  杜林林1, 岳方方1, 王进沛1, 王浩1, 邵晓岩1, 胡云霞2, 李伟科2

  振动与冲击. 2024, 43(4): 69-75.

  摘要 ( 256 ) PDF全文 ( 43 )   可视化   收藏

  1000MW超超临界二次再热机组在降低能耗、减少污染方面具有显著优势，近年来这类机组投运量增长显著。汽轮发电机作为电厂的关键核心动力装备，其基础结构振动控制是保障电厂安全可靠运行的重要环节。二次再热机组汽轮发电机轴系长、转子重，为降低振动影响确保机组平稳安全运行，以往1000MW超超临界二次再热机组汽轮发电机基础普遍采用弹簧隔振基础。本文围绕1000MW超超临界二次再热机组汽轮发电机刚性框架基础的动力性能开展数值分析和模型试验研究，结果表明：1000MW超超临界二次再热机组汽轮发电机刚性框架基础具有良好的动力性能，正常运转阶段各扰力点振动线位移响应幅值不大于20μm，满足我国标准限值要求。研究成果可为1000MW超超临界二次再热机组汽轮发电机基础结构选型和设计提供技术支撑。
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  轴向预紧作用下的组合转子轴系模态特性研究

  李维博 1, 王维民 1, 2, 李铭 3, 王威 1, 张帅 1

  振动与冲击. 2024, 43(4): 76-86.

  摘要 ( 256 ) PDF全文 ( 165 )   可视化   收藏

  组合转子轴系结构是空天动力装备中发动机转子系统的主要结构，由于轴系中各部件接触面的存在使得转子系统动力学特性难以准确掌握，当涉及转子工作转速裕度时会产生一定的设计风险。针对组合转子轴系单主轴多部件轴向预紧结构特点，考虑转子不同接触面之间非线性连接参数，提出一种综合利用薄层单元和零长单元建模的两步模型修正方法，采用基于响应面优化的静态结构非线性分析以及基于随机统计学模型的粗糙表面接触分析进行薄层单元材料参数以及零长单元接触刚度系数识别，建立组合转子轴系动力学模型。根据某型发动机氢涡轮泵转子结构特点设计制造转子试件，对其自由模态进行试验研究，得到了不同螺纹预紧状态以及轴向预紧作用对组合转子轴系前两阶模态特性的影响。对比试验数据可知所提模型优化方法可以很好地反映出不同轴向预紧作用下组合转子轴系前两阶模态频率的变化趋势，在转子模态参数线性变化范围内计算误差小于1%，验证了该方法的正确性和有效性，为组合转子轴系精细化建模提供了参考依据。
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  列车荷载作用下压实花岗岩残积土累积变形特性试验研究

  尹松1,2，刘鹏飞2，孙玉周2，李新明2，闫盼2，王志留2

  振动与冲击. 2024, 43(4): 87-95.

  摘要 ( 168 ) PDF全文 ( 36 )   可视化   收藏

  为研究列车荷载作用下应力及湿化条件对压实花岗岩残积土累积变形特性的影响，以围压、动应力幅值、含水率为变量，对压实花岗岩残积土进行循环空心扭剪和循环定向加载试验。结果表明：循环扭剪应力路径下主应力轴旋转效应增加了试样的累积变形量，甚至改变了累积变形的发展模式，该影响程度随试样含水率的增大而增大；试样的累积应变发展速率在加载初期（N＜100）时完成大幅度衰减，围压增大可加快累积应变发展速率的衰减，动应力幅值的增加会延长累积应变发展速率的衰减时间，循环扭剪加载时试样的累积应变发展速率衰减程度小于循环定向加载试验，含水率越高该效应越显著。通过预测模型能够对两种动力加载应力路径下的稳定型和发展型累积应变发展曲线能够进行拟合，对压实花岗岩残积土的累积变形作出较好预测。
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  基于柔性包袋阻尼器的蜂窝芯子暴露平台降冲击研究

  肖望强1，黄自杰1，刘汉武2，钱海鲲2

  振动与冲击. 2024, 43(4): 96-104.

  摘要 ( 177 ) PDF全文 ( 134 )   可视化   收藏

  暴露平台作为搭载火工分离装置和载荷适配器等精密仪器的构件是航天飞行器中重要组成部分，暴露平台在火工冲击环境下会产生高频、瞬态和高量级特点的火工冲击响应。高量级的火工冲击易对星载设备中的敏感元器件造成损伤从而产生难以估量的损失，故有效地控制星箭暴露平台在火工环境下的高频冲击对航空航天领域具有巨大的意义。本文运用蜂窝芯子式的柔性包袋阻尼技术对暴露平台进行降冲击研究，通过对柔性包袋阻尼系统模型进行离散元耗能仿真设计，分析粒子材质、粒径、填充率及包袋膜厚度对柔性包袋阻尼器降冲击性能的影响，获取柔性包袋阻尼器的最优特征参数。通过冲击实验得出安装不同参数柔性包袋阻尼器暴露平台的冲击响应谱并与仿真结果进行对比，验证了模型的正确性和柔性包袋阻尼技术的有效性。仿真和实验结果表明，柔性包袋阻尼器降冲击性能最佳的粒子材质为铁基合金，最优粒径为2mm，最优填充率为95%，最优膜厚为0.2mm。最优参数的柔性包袋阻尼器降冲击效果达到了58.13%，达到了梦天载荷仓暴露平台的降冲击要求。
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  星型-三角形负泊松比结构的面内压缩刚度可调控特性

  魏路路1,2，许世维1，朱国华2，赵轩2

  振动与冲击. 2024, 43(4): 105-114.

  摘要 ( 244 ) PDF全文 ( 212 )   可视化   收藏

  通过准静态面内压缩试验揭示星型-三角形结构（star-triangular honeycomb，STH）的刚度可调控特性。利用有限元模拟的方法研究非均匀壁厚STH的面内压缩刚度可调控机制，分析不同类型胞壁厚度比(("t" _"1" "=" "t" _"3" ))⁄"t" _"2" 及胞壁角对其面内压缩刚度的影响。结果表明：STH在面内压缩载荷下呈两个线弹性阶段，且强化刚度比初始刚度显著增大。适当地增大内凹胞壁和垂直胞壁的厚度可同时提高STH的初始刚度及强化刚度；当(("t" _"1" "=" "t" _"3" ))⁄"t" _"2" >"1.575" 后，初始刚度仍持续增大，而强化刚度反而逐渐减小，最终不再具有强化刚度阶段。胞壁角"α"≤"40°" 时，增大胞壁角可提高STH的初始刚度及强化刚度，反之，初始刚度及强化刚度对应的应变随胞壁角的增大逐渐增大，而强化刚度逐渐减小并趋于消失。该研究将为可调节刚度负泊松比结构的设计提供新的思路。
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  异形多腔钢管混凝土分叉短柱抗震性能试验及数值计算

  武海鹏1，崔舒蓉1，钟志伟1，王晓蒙1，甘迈1，曹万林2

  振动与冲击. 2024, 43(4): 115-124.

  摘要 ( 235 ) PDF全文 ( 66 )   可视化   收藏

  针对某超高层巨型框架结构中异形截面多腔钢管混凝土分叉柱，为研究截面加强构造对分叉短柱抗震性能的影响，进行了4个试件在竖向轴压力及水平往复两次的低周反复荷载下的抗震性能试验研究，试件上部为五边形四腔体钢管混凝土双柱肢，下部为八边形十三腔体钢管混凝土单柱肢，以此形成分叉柱；研究的截面构造包括四种：基本构造，钢管钢板整体加厚构造，距中和轴较远的钢管角部钢板内表面贴焊等肢角钢的局部钢板加厚构造，距中和轴较远的钢管腔体内置圆钢管构造。基于试验结果及截面构造特点，进行了数值计算。试验及数值计算结果表明：异形截面多腔钢管混凝土分叉短柱的破坏主要发生在上柱根部分叉截面处，表现为距离中性轴较远处的钢板撕裂以及局部焊缝开裂引起的整块钢板撕裂；内置圆钢管的加强构造承载力提高7.6%、变形能力提高14.4%，综合耗能能力最强，局部钢板加强构造承载力提高9.2%、变形能力下降18.7%，钢管钢板整体加厚构造承载力略有提高、但变形能力下降较多；提出的异形多腔钢管混凝土柱简化建模方法计算效率较高，精度满足工程设计要求。
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  非圆弧拱面内自由振动实用解析

  胡常福，朱顺顺，张鑫，罗文俊

  振动与冲击. 2024, 43(4): 125-133.

  摘要 ( 252 ) PDF全文 ( 180 )   可视化   收藏

  针对非圆弧拱面内线性自由振动没有解析的现状，本文提出了一种变系数平衡微分方程近似解析方法来解决该问题。基于笛卡尔直角坐标系下非圆弧拱线性应变与Hamilton原理，推演了非圆弧拱面内自由振动变系数平衡微分方程；基于陡拱与浅拱面内振型没有显著差异的基本假定，将该变系数平衡微分方程对应的常系数平衡微分方程的通解，代入变系数平衡微分方程，得到该变系数平衡微分方程的不平衡差；当该不平衡差沿全拱积分为零时自振频率误差最小，进而得到非圆弧拱面内自振频率高精度实用解析。基于所提出的变系数平衡微分方程近似解析方法，推演了非圆弧两铰拱与无铰拱面内自振频率实用解析，并阐明了非圆弧拱与同参数直梁面内自振频率的逻辑关系。抛物线、悬索线、悬链线与组合线等常用非圆弧两铰拱与无铰拱自由振动算例结果表明：本文的基本假定得到了严格检验；本文方法自振频率与有限元结果吻合较好，非圆弧拱前十阶自振频率中，两铰拱自振频率最大相对误差为7.71%，无铰拱自振频率最大相对误差为4.34%；非圆弧拱与同参数直梁面内自振频率的比例系数，可为行业规范条文修订提供参考。
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  基于SSA和双稳随机共振的车削颤振微弱特征提取

  吴飞，栾天宇，农皓业

  振动与冲击. 2024, 43(4): 134-141.

  摘要 ( 180 ) PDF全文 ( 38 )   可视化   收藏

  围绕车削颤振激发过程，针对车削颤振过渡阶段特征微弱且存在噪声和转频干扰的问题，提出一种基于麻雀优化算法(Sparrow search algorithm，SSA)和双稳随机共振(Bistable Stochastic resonance，BSR)系统的车削颤振微弱特征提取方法。该方法利用SSA优良的寻优特性，以信噪比作为优化指标确定最佳双稳随机共振(BSR)系统参数，用优化后的参数对车削颤振信号进行滤波处理，提取颤振特征频率。仿真实验表明SSA-BSR方法可以实现对强噪声背景下微弱特征信号的提取与增强，同时兼顾寻优速度快和获得全局最优解概率高的优点。开展车削颤振检测实验，颤振激发过程的加速度信号图谱分析结果验证了车削颤振特征频率幅值与颤振激发程度之间的相关性；不同模型在车削颤振过渡阶段特征提取的对比结果验证了SSA-BSR模型的有效性和优越性，并且能够满足车削颤振检测对实时性的要求，实现在进入剧烈颤振阶段前发出预警，为量化车削颤振和车削颤振在线监测提供一种新思路。
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  不同倾角裂隙混凝土试件动态力学破坏特性试验研究

  武旭1，方慧1，潘继良2，席迅2，孙景来2，张英才3

  振动与冲击. 2024, 43(4): 142-149.

  摘要 ( 241 ) PDF全文 ( 81 )   可视化   收藏

  为了探讨含不同倾角裂隙的混凝土试件在冲击荷载作用下的力学特性及破坏规律，采用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar，SHPB）对含有5种不同倾角裂隙的混凝土试件进行了冲击试验，借助高速摄像系统实时捕捉了裂纹扩展和动态破坏过程。结果表明：倾角为30°的裂隙试件的反射波波幅相对最大，倾角为0°的裂隙试件的反射波波幅相对较小。当预制裂隙倾角为0°时，冲击波耗散较少，透射波波幅较大；当预制裂隙倾角为60°时，冲击波耗散较多，即当应力波传播方向与预制裂隙夹角为60°时试件最容易发生破坏。冲击荷载下新形成的裂纹整体上均沿着预制裂隙尖端起裂、扩展和贯通，破坏模式主要为压应力作用下的张拉破坏；在相同预制裂隙宽度下，长度为20mm预制裂隙的破坏形式比10mm长度预制裂隙试件更加简单，形成新裂纹的数量相对较少，且更容易沿预制裂纹尖端方向向外起裂；巴西圆盘试件在冲击荷载的破坏形式与预制裂隙长度密切相关，与裂隙宽度关联性较弱。
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  基于教师-学生网络的半监督故障诊断模型

  高玉才1，付忠广1，谢玉存2，王诗云1

  振动与冲击. 2024, 43(4): 150-157.

  摘要 ( 284 ) PDF全文 ( 73 )   可视化   收藏

  本文针对神经网络模型在有标签样本数量较少的情况下，容易产生网络过拟合、故障诊断精度低、不能充分利用大量无标签样本数据等问题，提出一种基于连续小波变换和教师-学生网络的半监督学习方法用于旋转机械的故障诊断。该方法以改进的LeNet5卷积神经网络模型为基础，建立具有相同结构和初始化参数的学生网络模型和教师网络模型。首先，将旋转机械振动信号进行连续小波变换，将其转换为三维时频图像。接着，利用教师模型的预测结果生成伪标签，将这些伪标签和真实标签结合起来，训练学生网络。同时，通过指数加权移动平均算法更新教师网络模型参数。实验结果表明，相对于纯监督学习模型，所提出的算法能够在有标签样本数量较少的情况下显著提高模型训练过程的稳定性和故障诊断的精度。
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  一种含特殊限位器的柔性连接转子碰摩响应研究

  李诗图1，白宇杰1,2，杨璇1,2，吴庭苇1,2

  振动与冲击. 2024, 43(4): 158-165.

  摘要 ( 180 ) PDF全文 ( 59 )   可视化   收藏

  以一种柔性连接两节式转子-限位器系统为研究对象，利用拉格朗日方法建立考虑陀螺效应的转子系统动力学方程，采用Hooke接触模型及Coulomb碰撞模型，描述变刚度限位器与转子的相互作用，并利用数值方法求解碰摩响应，分析了不同碰摩刚度与摩擦系数下的碰摩行为，引入碰摩稳定域概念，并计算了碰摩稳定域曲线，开展了不同激励强度下的碰摩试验，与理论分析情况进行对比。研究结果表明：转子碰摩响应存在有限次碰摩后恢复稳定、拟周期运动、同步全周碰摩三种典型碰摩行为；摩擦力是导致转子失稳的关键因素，限位器碰摩刚度存在最优区间；限位器碰摩模型可为工程设计提供参考。
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  二维层状盆地地震动附加放大特征研究：SV波入射

  于彦彦，丁海平，芮志良

  振动与冲击. 2024, 43(4): 166-178.

  摘要 ( 208 ) PDF全文 ( 233 )   可视化   收藏

  首先发展了一种基于谱元法和多次透射边界的平面SV波入射下二维复杂场地波动数值模拟方法。基于该方法，模拟分析了31条地震波输入下二维典型层状沉积盆地中的各场点相比其对应的一维土层模型的模拟地震动的附加放大特征，分析了放大系数对于输入地震波的敏感性。结果表明，本文方法具有较高精度和良好的高频稳定性。不同地震波输入下，盆地地面运动及其放大特征存在较大差别。水平分量上平均反应谱放大系数的较大值（最大1.2左右）集中在盆地边缘区域及周期等于0.5~0.7倍自振周期附近，垂直分量上较大放大系数（最大0.9左右）紧邻盆地角点且周期为0.3倍自振周期处。同时，盆地对不同周期地震动的放大特征，以及不同位置点的谱放大系数随周期的变化规律均表现出明显不同，相对短周期地震动的盆地边缘效应最为强烈，而相对长周期地震动的放大作用明显减弱。此外，盆地边缘区域的放大系数对输入波最为敏感，不同地震波输入下放大系数值在较大范围内变化；而盆地中间区域的放大系数对输入波不敏感，其值的变化范围相对较小。
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  融合多工况功率谱密度函数的工作模态分析方法

  曾舒洪，康杰，孙嘉宝，罗杰

  振动与冲击. 2024, 43(4): 179-189.

  摘要 ( 236 ) PDF全文 ( 52 )   可视化   收藏

  频域分解(Frequency Domain Decomposition，FDD)方法是开展环境激励下结构工作模态分析(Operational Modal Analysis,OMA)的常用方法。但是，现有的FDD方法存在一些不足：(1)无法剔除非白激励及谐波激励引起的虚假模态；(2)无法区分结构密集模态与不相关非白激励产生的虚假模态。通过研究发现功率谱密度(Power Spectral Density，PSD)矩阵的秩是FDD方法性能的决定性因素。在此基础上，提出一种新的工作模态识别OMA方法，该方法结合了不同激励工况下的响应PSD函数矩阵，并分别对单个激励工况下的响应PSD矩阵与多工况下的增广响应PSD矩阵进行奇异值分解，通过对比单工况PSD矩阵与增广PSD矩阵在奇异值峰值处秩的变化，识别出包括密集模态在内的结构模态参数，并消除由非白激励产生的虚假模态。采用桁架结构仿真算例和广州塔的工程数据集验证所提方法的有效性。
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  基于能量转化原理的地铁板式轨道自密实混凝土本构行为

  陈俊豪，曾晓辉，谢友均，龙广成，唐卓

  振动与冲击. 2024, 43(4): 190-198.

  摘要 ( 197 ) PDF全文 ( 36 )   可视化   收藏

  为了掌握地铁板式轨道充填层自密实混凝土（SCC）在车辆荷载作用下的本构行为，通过对SCC进行单轴抗压试验，研究了不同应变率、橡胶掺量和尺寸对力学性能和能量演化规律的影响，建立了SCC的本构模型。结果表明：峰值应力的应变率敏感系数绝对值最大，弹性模量次之，峰值应变最小；橡胶延缓了能量的早期增长，而在峰值应力之后，橡胶则阻碍了弹性应变能的耗散，延长了总应变能和耗散能的快速增长；应变率越大，总应变能和耗散能增长越快，弹性应变能在峰值应力前的积累速率越快，峰值应力后的释放速率越快；建立的本构模型可以用于描述SCC在不同应变率条件下的应力-应变关系。
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  搭载给水管的宽幅流线型钢箱梁涡振性能及抑振措施研究

  李春光，李赫佳，陈赛，韩艳

  振动与冲击. 2024, 43(4): 199-206.

  摘要 ( 136 ) PDF全文 ( 111 )   可视化   收藏

  为研究给水管不同设置位置对宽幅流线型钢箱梁的涡振性能影响及涡振抑制措施，以某大跨度扁平钢箱梁斜拉桥为研究对象，制作缩尺比为1:50的钢箱梁刚性节段模型进行风洞试验和数值模拟计算。首先对比分析了风攻角为0°、±3°时，给水管设置在主梁风嘴内（I型）和设置在桥面上（II型）两种不同断面形式的主梁涡振特性；并采用数值模拟探究了给水管对主梁涡振性能影响的作用机理。其次，研究了结构阻尼比对I型断面主梁涡振性能的影响；最后，通过试验测试了栏杆透风率、栏杆抑流板等气动措施对I型断面主梁涡振性能的影响。实验结果表明：给水管是涡振敏感构件，对于I型断面，风攻角为-3°时，主梁未出现涡振现象；风攻角为0°时，有小幅涡振响应；风攻角为+3°时，出现明显的涡振现象; II型断面主梁无涡振现象发生。数值模拟结果显示，给水管放置在主梁外部可以有效降低上表面旋涡的尺寸，从而抑制涡振的产生。增大结构阻尼比可以有效抑制主梁的涡振；改变栏杆透风率抑振效果不明显；设置抑流板对抑振效果明显。
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  新型双体波浪能转换装置多自由度耦合水动力特性研究

  顾兴远1,2，牛玉博1,2，郑阳1,2，何培杰1,2，陈启卷1,2

  振动与冲击. 2024, 43(4): 207-214.

  摘要 ( 216 ) PDF全文 ( 39 )   可视化   收藏

  本文提出一种新型双体波浪能转换装置，其主体由浮标和可调节质心的摆体构成。利用AQWA进行频域仿真，获取装置的水动力参数，建立含黏性项的多自由度耦合的时域模型，并将水动力参数代入模型，分别开展规则波、不规则波的仿真，研究质心位置、PTO（Power Take-Off）阻尼对装置性能的影响，最终根据真实海况划分若干不规则波并分别开展仿真，研究装置在真实海况下的发电性能。结果表明：装置可通过调节配重位置在不同周期的波浪中高效发电，且装置在小波高情况下也可以有效利用波浪能量，具有持续的发电能力。
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  基于全局敏感性的自适应模型更新混合模拟方法

  陈再现1，王纪伟1,2，钟炜彭1，刘铖1，李明刚1

  振动与冲击. 2024, 43(4): 215-221.

  摘要 ( 168 ) PDF全文 ( 53 )   可视化   收藏

  基于全局敏感性（GS）的模型更新混合模拟方法可以有效提升混合模拟精度并拥有较高的计算效率，然而该方法易陷入局部最优值。为解决此问题，在GS方法的基础上引入了动量和自适应步长的概念，提出了基于全局敏感性的自适应（GS-A）模型更新混合模拟方法。以钢框架模型为例，对8个本构参数和模型几何参数进行参数识别，利用均匀设计试验方法，建立11个模型更新案例，分别进行了不更新、GS方法和GS-A方法的数值模拟分析。33组数值模拟案例参数识别过程、位移时程的对比分析表明：GS-A方法相对于GS方法，解决了参数组合陷入局部最优的问题，具有较高参数识别的精度和稳定性，提升了模型更新效果。
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  基于IA-VMD的浮环密封声发射信号降噪与特征提取

  张帅1，丁俊华1，丁雪兴1，力宁2

  振动与冲击. 2024, 43(4): 222-229.

  摘要 ( 311 ) PDF全文 ( 55 )   可视化   收藏

  针对航空发动机浮环密封运行时，声发射信号易受外界噪声干扰，且特征信号难以提取的问题，提出一种基于免疫算法（Immune Algorithm，IA）和变分模态分解（Variational mode decomposition，VMD）的声发射信号处理方法。首先应用免疫算法对变分模态分解中的模态数K和惩罚因子α进行优化，采用样本熵为亲和度函数，得到VMD算法中的最佳参数组合。其次，对原始信号进行分解得到若干模态分量（Intrinsic mode function，IMF）并计算出各个分量的相对熵，选取差异小的分量进行重构得到降噪信号。仿真信号分析表明，IA-VMD方法可以获得最佳参数，在抗噪声干扰方面具有明显优势。最后，对浮环密封声发射信号降噪并进行特征提取，结果表明，采用IA-VMD方法能够在降噪的同时最大限度保留有效信息，获得表征浮环密封主密封面碰摩状态的声发射信号，为今后浮环密封故障诊断奠定基础。
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  内衬结构对活性破片高速驱动影响规律研究

  焦晓龙1，王媛婧1，吴宗娅2，徐豫新3

  振动与冲击. 2024, 43(4): 230-238.

  摘要 ( 326 ) PDF全文 ( 228 )   可视化   收藏

  为实现活性破片在高速驱动下的完整性，研究内衬结构对活性破片高速驱动的影响规律。根据能量守恒定律建立了考虑内衬伸长率的破片初速计算模型，选择2A12铝、20号钢与20号钢/芳纶复合结构三种内衬，基于物态方程分析了内衬与破片接触面上的界面压强，设计了2A12铝和20号钢/芳纶复合结构内衬战斗部方案，通过静爆试验对活性破片破碎情况及计算模型进行了验证。结果显示：20号钢伸长率较2A12铝提高了145.83%，20号钢/芳纶复合内衬战斗部较2A12铝内衬战斗部装填比降低了14%，破片初速提升了10.85%；所建立模型的计算结果与试验吻合较好，计算精度较现有模型提高了8%以上。基于试验结果和理论分析，表明20号钢/芳纶复合内衬实现了对活性破片2300m/s以上速度的爆炸完整驱动。
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  月球车与月壤交互作用的离散元-多体动力学耦合建模与分析

  徐鸿，雷波，刘锦阳

  振动与冲击. 2024, 43(4): 239-249.

  摘要 ( 329 ) PDF全文 ( 880 )   可视化   收藏

  目前，对于散体颗粒物质与复杂机械系统的耦合作用研究，面临着跨尺度、计算规模庞大以及非光滑表面的接触检测困难等问题。为了探究月球车与月壤交互作用，首先对颗粒-多体耦合系统动力学建模与接触算法进行研究。分别用离散元方法和多体动力学笛卡尔方法建立了散体球形颗粒和含约束多体系统的动力学模型，并基于Hertz-Mindlin模型计算颗粒与刚体的接触力，在此基础上给出顺序耦合策略，建立了离散元和多体耦合的动力学模型。针对月球车齿状车轮的非光滑表面与颗粒之间接触检测规模庞大的问题，提出了非光滑形状物体的分区域局部检测方法，降低了局部检测的规模。通过对比圆柱体冲击颗粒的实验和仿真结果，验证了离散元-多体耦合模型的准确性。在耦合动力学建模和接触算法研究的基础上，对具有齿状车轮的月球车在月壤上行驶过程进行动力学仿真，研究不同驱动参数下的系统动力学特性以及不同轮胎形状对行驶运动的影响，研究结果表明，交错形轮齿的月球车相较直齿形轮齿前进距离多14%，前进效率较高，该研究对月球车的设计具有理论指导意义。
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  基于振动台试验的鱼线固定梅瓶文物响应规律性研究

  杨维国1，高雅巍1，王萌1，刘佩1，葛家琪2，邹晓光1

  振动与冲击. 2024, 43(4): 250-260.

  摘要 ( 157 ) PDF全文 ( 143 )   可视化   收藏

  为了探索鱼线固定梅瓶文物在实际博物馆的地震响应以及抗震效果，首先选取了典型梅瓶文物，并在三层钢筋混凝土框架结构中开展了24种地震工况的振动台试验，然后建立了上述试验所用梅瓶文物的有限元模型，验证了有限元模型的准确性，最后采用增量动力分析法分析了该文物在两种常见直径鱼线保护措施下的运动响应。结果表明：鱼线固定梅瓶文物在地震作用下会产生滑移、摇摆、倾覆以及鱼线断裂等现象；不同楼层下的文物响应差别较大，尤其在大震作用下，高楼层的鱼线固定梅瓶文物易发生倾覆和鱼线断裂破坏，要重视高楼层文物的震前保护措施；在较强的地震作用下，仅依靠增大鱼线直径有时对控制文物的倾覆情况起不到关键性决定作用，需要进一步采取其它措施对文物进行保护。
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  改进注意力机制的航空发动机实验转子系统智能故障诊断

  伍济钢，文港，杨康

  振动与冲击. 2024, 43(4): 261-269.

  摘要 ( 251 ) PDF全文 ( 376 )   可视化   收藏

  考虑到航空发动机的工作环境十分恶劣，其故障的振动信号特征隐蔽且噪声干扰严重，为了加强网络对振动信号中关键特征的提取能力，提出了改进注意力机制的航空发动机转子系统智能故障诊断方法对航空发动机转子系统的不平衡和碰摩等故障进行诊断。提出局部池化改进的通道注意力机制，能够通过预提取局部极值解决现有通道注意力机制对航空发动机转子故障通道信息提取能力不足的问题；提出多评分机制改进的空间注意力机制，能够通过不同尺度的卷积评分解决现有空间注意力机制对航空发动机转子故障空间信息提取能力不足的问题；将二者结合构建改进的通道空间注意力机制模块，再导入一维卷积神经网络中构建改进注意力机制的一维卷积神经网络完成智能故障诊断，并且通过航空发动机转子系统故障数据集对比分析实验证明了该网络优秀的检测性能、抗噪性能和泛化性能等综合性能以及注意力机制改进方法的可行性。
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  液压泵和滚动轴承多种样本量的改进多任务故障诊断

  郑直1，曾魁魁1，何玉灵2，李克1，王志军1

  振动与冲击. 2024, 43(4): 270-278.

  摘要 ( 236 ) PDF全文 ( 72 )   可视化   收藏

  基于充足样本的多个设备元件导致多任务学习网络规模庞大，轻微和严重的跨元件零样本问题难度大。在多种样本量（充足样本和零样本）下，针对基于充足故障样本的多元件诊断网络规模过于庞大问题，引入MicroNet方法对多任务学习网络进行轻量化处理，然后利用热重启余弦退火算法优化上述网络，提出一种多任务轻量化学习网络模型，改善多任务学习网络的准确率和效率。针对更高难度的跨元件零样本问题，引入元学习方法进一步改进上述MT-MN-CA，进而提出一种改进多任务轻量化学习网络模型，解决轻微和严重的跨元件零样本问题。通过实测液压泵和滚动轴承故障验证所提两个网络模型的有效性和优越性，实验结果表明所提网络具有很高的实时性和准确率。
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  基于MsTCN-Transformer模型的轴承剩余使用寿命预测研究

  邓飞跃1，陈哲1，郝如江1，杨绍普2

  振动与冲击. 2024, 43(4): 279-287.

  摘要 ( 468 ) PDF全文 ( 178 )   可视化   收藏

  剩余使用寿命（Remaining useful life, RUL）预测是PHM的核心问题之一，复杂的运行工况往往导致设备部件经历不同的故障退化过程，给RUL准确预测带来了巨大挑战。为此，本文提出了一种多尺度时间卷积网络（Multi-scale temporal convolutional network, MsTCN）与Transformer（MsTCN-Transformer）融合模型用于变工况下滚动轴承RUL预测。该方法设计了一种新的多尺度膨胀因果卷积单元（Multi-scale dilated causal convolution unit, MsDCCU），能够自适应地挖掘滚动轴承全寿命信号中固有的时序特征信息；然后构建了基于自注意力机制的Transformer网络模型，在克服预测序列记忆力退化的基础上，准确学习时序特征与轴承RUL之间的映射关系。此外，通过对轴承不同故障退化阶段所提取的时序特征可视化分析，验证了所提方法在变工况下所提取的时序特征泛化性较好。多种工况条件下滚动轴承RUL预测实验表明，所提方法能够较为准确地实现变工况下轴承的RUL预测，相比当前多种方法RUL预测结果准确性更高。
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  少量样本下基于PCA-BNs的多故障诊断

  王进花1,2,3，马雪花1，岳亮辉1，安永胜4，曹洁1

  振动与冲击. 2024, 43(4): 288-296.

  摘要 ( 200 ) PDF全文 ( 119 )   可视化   收藏

  针对一些工业设备因有标签故障样本数据少而导致诊断准确率低的问题，提出了一种PCA-BNs主成分分析和斯网络结合的多故障网络模型的建模方法。通过PCA对时序信号进行降维，得到相互独立的故障特征，提高提取故障关键信息的能力；利用融合单故障贝叶斯网络构建多故障贝叶斯网络结构的方法，解决BN建模过程耗时的问题；通过高斯分布与极大似然估计结合的方法确定网络参数，提高少量数据BN建模的精度，实现在少量样本下的故障诊断。实验结果表明，基于PCA-BNs的故障诊断方法在少量样本条件下，能实现高精度的故障诊断，并且有效缩减了算法运行时间。
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  结构动力学应用中若干基本概念的研究

  张开银，孙齐，熊驷东，蒋紫玲

  振动与冲击. 2024, 43(4): 297-302.

  摘要 ( 290 ) PDF全文 ( 354 )   可视化   收藏

  结构动力特性被广泛应用于结构振动控制、结构可靠性设计和健康监测，由此涉及到一些动力学基本概念的理解问题尚待深入探讨。采用一简支梁横向振动算例以及分别通过模态位移法和模态加速度法对多自由度系统的响应振幅进行分析计算，探讨结构位移响应与第一阶固有频率的关系、结构各阶位移模态的贡献与模态应变能的关系。基于模态正交性，通过分析多自由度振动系统的位移响应，论述了系统共振的必要条件，即在保证系统振动频率（某阶固有频率）等于激励频率的同时，其位移响应还应呈现出相应模态的形态；实现多自由度系统纯模态共振，可用于精确识别结构的模态参数。
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  Q460高强钢管柱-H形梁焊接节点循环拉伸性能试验研究

  梁刚1,2，陆志涵1，刘云贺1,2，郭宏超1,2

  振动与冲击. 2024, 43(4): 303-313.

  摘要 ( 199 ) PDF全文 ( 109 )   可视化   收藏

  为研究Q460高强钢管柱-H形梁焊接节点在地震作用下的力学行为，对11个梁翼缘板与柱段焊接组成的节点进行了低周循环拉伸性能试验，研究了梁翼缘板与钢管宽度比 α、厚度比 β 以及钢管宽厚比 λ 等参数对节点破坏模式、承载力、延性和耗能能力的影响规律。结果表明：在循环拉伸荷载作用下，Q460高强钢管柱-H形梁焊接节点的失效模式主要分为连接处焊缝断裂、连接处钢管面板断裂或梁翼缘板被拉断三种；高强钢梁翼缘板与钢管宽度比、钢管柱宽厚比对焊接节点的受力行为影响较大，当宽厚比 α 由25.0减小到18.75时，节点的应变能减小了134%；当节点破坏时，具有新型焊接通过孔构造的焊接节点极限位移超过传统构造节点近2倍，前者延性性能较好。研究成果可为高强钢管柱与梁焊接节点的抗震设计以及进一步的理论研究提供依据。
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  钻杆纵-扭耦合振动的实验研究

  李欣业1，李兴鹏1，李慨1，张华彪2，陈涛1

  振动与冲击. 2024, 43(4): 314-320.

  摘要 ( 239 ) PDF全文 ( 68 )   可视化   收藏

  本文提出了一种新型的模拟钻杆纵-扭耦合振动的测试系统。基于该系统设计了单因素实验，研究了驱动转速、进给速度、钻头直径、岩样强度和钻杆刚度对钻杆振动的影响规律，并通过正交实验探究了以上各因素对钻杆振动的影响程度。单因素实验结果表明，随着转速的增加，纵向振动幅值先减小后增大，但扭转振动幅值逐渐减小；随着进给速度的增大，纵向振动幅值逐渐减小，但扭转振动的幅值逐渐增大；转速增加导致扭矩和钻压下降，而进给速度增加导致扭矩和钻压上升；采用小直径钻头，低强度岩样，低刚度钻杆均有助于减小钻杆纵向振动幅值，但均导致扭转振动幅值增加。正交实验结果表明，转速对纵向振动的影响程度最大，进给速度对扭转振动的影响程度最大。实验结果与已有钻杆纵-扭耦合振动两自由度模型的数值仿真结果基本吻合。