振动与冲击

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黄群贤1,2，林聪颖1,2，刘洋1,2，黄军3

振动与冲击. 2024, 43(6): 1-10.

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基于强脊机制、损伤控制和可更换等理念，提出新型震后功能可快速恢复强脊框架结构体系。为考察功能可恢复强脊框架结构抗震性能及震后可恢复性能，运用Sap2000软件对5个结构模型进行推覆分析，重点研究强脊框架结构的损伤机制、损伤演化、变形特征、抗震性能和震后可恢复性能等。提出不同水平地震作用下结构残余变形两阶段计算分析方法，以此评估结构震后的可恢复性能。计算结果表明，强脊系统可有效控制结构侧向变形，结构的层间位移角和损伤分布均匀，有效避免薄弱层破坏机制的形成，提升结构的抗震性能和抗倒塌性能。强脊系统能有效调动整体结构部件的能力储备，使结构具有更好的整体性。设置强脊系统的框架结构刚度、承载力、耗能能力等均得到明显提升，推覆曲线未出现承载力软化行为。经合理分级损伤设计，在强脊框架中设置可更换耗能件在地震中起到第一道防线作用，有效减小主体结构损伤和残余变形，显著提升结构的震后可恢复性能。

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不确定性简谐激励下连续体结构可靠性拓扑优化

王选1,2，时元昆1，陈翔1，龙凯3

振动与冲击. 2024, 43(6): 11-18.

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针对不确定性简谐激励下连续体结构设计问题，提出了一种有效的考虑载荷振幅和频率不确定性的谐响应可靠性拓扑优化方法。建立了概率可靠性约束下结构体积比最小化的可靠性设计优化模型，其中极限状态函数定义为所关注自由度振幅平方和。利用伴随变量法推导了极限状态函数关于设计变量和随机变量的解析灵敏度列式，采用功能度量法(Performance Measure Approach, PMA)实现结构可靠性分析，并基于移动渐进线方法(method of moving asymptotes, MMA)实现设计变量的更新。最后，通过三个数值算例及蒙特卡罗仿真，验证了所提方法对不确定性简谐激励下连续体结构设计问题的有效性和稳定性，并讨论了简谐激励的振幅大小和频率不确定性、可靠度指标及变异系数对优化结果的影响。

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非堆积型多颗粒阻尼器等效力学模型及其减振性能分析

李小军1，田超杰1，黄绪宏2

振动与冲击. 2024, 43(6): 19-28.

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为考虑颗粒群碰撞过程中时间效应对非堆积型多颗粒阻尼器(non-packed particle damper,NPPD)减振性能的影响，在现有考虑惯容的等效单颗粒力学模型(equivalent inertia single-particle model, EISM)研究基础上，提出了基于接触单元法的等效单颗粒力学模型(equivalent inertia single-particle model based on contact element method, EISM-CE)，并基于Runge-Kutta算法建立了NPPD单自由度结构运动状态求解算法。设计进行附加NPPD单层钢框架结构振动台试验，探究不同填充率对结构顶层位移频响曲线的影响规律，提出了EISM-CE参数取值原则，进而进行力学模型试验验证及模型对比分析。在模型验证合理性基础上，基于EISM-CE依次进行了自由振动、简谐激励及记录强震动下减振性能及能量变化规律分析。研究结果表明，与现有EISM相比，提出的基于接触单元法的EISM-CE模型及参数取值原则更加合理有效。减振性能数值分析结果表明，不同激励下NPPD均具有较好的减振性能；考虑碰撞时间效应后EISM-CE与EISM对应减振性能及机理分析结果存在一定的差异。

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基于高斯小波函数和线性表达法的开口板自由振动特性研究

郭文杰，柴天建，颜建伟，洪显

振动与冲击. 2024, 43(6): 29-37.

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研究开口板自振特性的求解方法，将开口部位视为厚度为零的板，引入局域化特性的高斯小波函数作为位移形函数来捕捉厚度突变的情况，提高解的精确度。本文提出线性表达方法解耦位移形函数与边界条件，基本思路是通过高斯消元法找到约束条件矩阵中线性无关的列向量，将位移形函数中的未知系数转变为线性无关系数列向量的线性表达，从而将有约束问题转变为无约束问题。对四边简支和四边固定的开口板进行分析，结合有限元方法计算结果，讨论解的收敛性和准确性。研究了不同开口尺寸、开口形状对自振频率的影响，得到开口尺寸、开口形状与自振频率关系曲线，对影响的原因进行了解释。最后计算了不同边界约束条件下多开口板的自振频率。

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基于串并行双分支网络的冲击波信号重构方法

孙传猛1,2，陈嘉欣1,2，原玥1,2，裴东兴1,2，马铁华1,2

振动与冲击. 2024, 43(6): 38-49.

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通过有限测点数据重建冲击波场内压力分布、通过残缺数据重构完整的冲击波压力曲线，对武器威力以及目标毁伤评估具有重要价值。针对爆炸冲击波信号重构问题，建立Res-GRU分支以串行方式捕捉冲击波超压信号局部时序依赖关系；建立Transformer分支以并行方式分析信号全局潜在特征；建立特征融合单元进行高阶特征融合，实现不同阶段信息逐层互补；进而构建了基于门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)和Transformer模型的串并行双分支网络(记为G-TNet)。实验研究表明，G-TNet综合考量了信号的时序关系、数据变化规律等特征信息；在基于有限测点数据的冲击波场压力分布重构实验中，重建的模拟、实测超压数据与原始值之间均方误差（mean-square error, MSE）分别为5.0×10-6、1.2×10-3，平均峰值误差分别为0.49%、27.01%，平均正压时间误差分别为15.62%、15.91%，平均比冲量误差分别为17.66%、19.33%；在基于残缺数据的冲击波压力曲线重构实验中，重构的模拟、实测信号的缺失值与原始值之间MSE分别为5.0×10-6和5.0×10-4，平均绝对误差(mean absolute error,MAE)分别为0.0010和0.0171；G-TNet重构结果优于主流方法，满足爆炸冲击波压力重构指标要求。

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悬吊多质量摆体系力学机理及减振性能试验研究

孙澔鼎，何浩祥，程扬，张耀源，曹青

振动与冲击. 2024, 43(6): 50-63.

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传统悬吊质量摆有悬吊单摆、串联式悬吊多摆和并联式悬吊多摆，这几种类型摆构造简单、机理明确，但调谐频带较窄，应用在低频率超高层结构下摆长过长、高频率高层结构下摆长过短，限制其在实际工程中的应用。为此，提出装有弹簧的串、并联式悬吊多摆结构，建立装有串、并联式悬吊多摆的结构体系动力学方程。为研究这两类悬吊摆的减振性能，通过数值模拟对比分析传统悬吊质量摆与装有弹簧的串、并联悬吊摆对受控结构的减振效果，并对受控结构与非受控结构进行一系列振动台试验，验证悬吊单摆、悬吊串、并联式无弹簧双摆、悬吊串、并联式弹簧双摆在传统地震动下以及四类场地地震动作用下对被控结构减振控制的有效性。数值模拟与振动台试验结果均表明，装有弹簧的串联式悬吊多摆减振效果最优，其具有增大调谐频带、实现多阶振型控制、灵活调节摆长的优点，适用于工程实际中。

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基于混合裁剪失衡数据增强与SwinNet网络的滚动轴承故障诊断

火久元1,2，李宇峰1，常琛1，李超杰1，许继豪1

振动与冲击. 2024, 43(6): 64-74.

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针对在滚动轴承故障诊断领域中存在的故障样本较少，健康样本丰富所导致的故障类别失衡问题以及环境中存在噪声与人为噪声标签干扰等问题，提出了一种基于混合裁剪失衡数据增强与SwinNet网络相结合的故障诊断模型（SwinNet-MCIDA）。首先，借鉴图像分类数据增强方法，利用混合裁剪失衡数据增强算法对失衡类别的数据进行裁剪、混合处理生成新的故障样本来增加样本量，构造出增强数据集，然后对增强数据集进行小波变换转换成时频图像，将所得图像输入到卷积神经网络与Swin Transformer编码器相结合的SwinNet网络模型中，进行特征提取和故障分类，从而实现滚动轴承故障的高效诊断。实验结果表明，本文所提出的SwinNet-MCIDA故障诊断方法不仅可以很好地解决滚动轴承故障诊断领域故障类别失衡问题，而且也可以很好地应对故障数据中存在环境噪声问题与人为噪声标签干扰问题。

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内凹-星型三维负泊松比结构设计及冲击吸能特性

王玮婧1,2，张伟明2，郭孟甫3，杨金水1，马力2

振动与冲击. 2024, 43(6): 75-83.

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负泊松比结构因其反常的变形机制在缓冲吸能领域具有可观的应用前景。本文设计并表征了一种参数可调的新型负泊松比结构。采用理论和数值模拟相结合的研究手段，系统地研究了结构的静/动态力学性能和吸能特性。研究结果表明：新结构具有较好的力学性能和参数可调性。在静态压缩条件下，新型蜂窝结构具有更高的刚度和更优异的吸能性能，其比吸能值是内凹型蜂窝结构的2.64倍，是星型蜂窝结构的3.89倍。在动态冲击条件下，内凹-星型结构的吸能性能在低速时优于两种传统蜂窝结构（内凹和星型），在中高速时其吸能优势有所退化，与内凹型蜂窝结构相当，但远高于星型蜂窝结构。

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基于双注意力机制的MSCN-BiGRU的滚动轴承故障诊断方法

王敏1,2，邓艾东1,2，马天霆1,2，张宇剑1,2，薛原1,2

振动与冲击. 2024, 43(6): 84-92.

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针对滚动轴承故障诊断模型在变工况和环境噪声干扰下诊断精度降低的问题，提出一种基于双注意力机制的多尺度卷积网络(Dual attention and Multi-scale convolutional networks，DAMSCN)与改进的双向门控循环单元(Bidirectional gated recurrent unit, BiGRU)组成的故障诊断模型 DAMSCN-BiGRU。首先，多尺度特征融合模块(Multi-scale feature fusion module, MSF)使用不同大小的卷积核，获得多种感受野，从而提取到轴承原始振动信号的多尺度特征信息，并根据重要性对其进行自适应融合，然后利用通道注意力和空间注意力组成的双注意力模块(Dual attention module, DAM)对多尺度特征进行重新标定，分配注意力权重，削弱融合特征中的冗余特征；然后，增加注意力层和利用分段激活改进BiGRU进而挖掘信号的时域特征，以提高轴承故障诊断的性能；最后，通过Softmax层完成对不同故障的分类。实验结果表明，与其他智能诊断模型相比，DAMSCN-BiGRU在变工况环境下，平均诊断精度达到98.2%，在强噪声背景下仍然有着85.3%的准确率，且在不同程度的噪声强度下效果均优于其他常用模型，有利于促进滚动轴承的智能故障诊断研究和实际应用。

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桥墩沉降下齿轨-超大坡度桥梁系统适应性及安全性研究

兆玮1，张梦琪1，王浪1，李世辉1，袁密奥1，陈志辉2，杨吉忠2

振动与冲击. 2024, 43(6): 93-103.

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我国规划了多条含有超大坡度桥梁的齿轨铁路线路，随着服役时间增长，桥墩沉降问题难以避免，易造成齿轨结构局部应力过大，严重时还会导致连接螺栓断裂，威胁齿轨系统的安全性和稳定性。针对该问题，详细考虑齿轮-齿轨非线性啮合行为、轮轨非线性接触行为以及桥墩沉降等复杂因素，建立桥墩沉降下齿轨车辆-齿轨(轨道)-超大坡度桥梁系统耦合动力学模型，研究列车通过时桥墩沉降对齿轨垂/纵向变形、应力、加速度以及连接螺栓应力的影响，最终提出山区大坡度齿轨铁路桥墩沉降安全控制值。研究表明：在齿轮齿轨啮合作用和轮轨作用等多荷载综合作用下，桥墩沉降极有可能导致齿轨连接螺栓发生断裂；当桥墩沉降量达到6.76mm时，连接螺栓剪切应力达到其许用剪切强度235MPa，可能发生断裂，严重威胁结构稳定性和行车安全；齿轨结构应力远小于齿轨抗拉强度；齿轨最大变形量可达桥墩沉降量的140%；齿轨振动主频位于70~80Hz；桥墩沉降对连接螺栓应力和齿轨变形的影响较为显著，而对齿轨振动、应力的影响较小。

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基于混合正则化方法的结构载荷识别与响应重构

彭珍瑞，周雪文

振动与冲击. 2024, 43(6): 104-112.

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针对结构载荷识别与响应重构问题中存在的不适定性，提出一种最小平方残差(least square minimal residual, LSMR)算法与Tikhonov正则化方法相结合的混合正则化方法，实现利用结构有限测点的加速度响应识别载荷并重构未知的各类型响应。首先，基于时域状态空间模型构建结构的传递矩阵，并建立载荷识别与响应重构方程；其次，采用混合正则化方法改善载荷识别问题的不适定性，得到载荷的正则化解，并结合响应重构方程的传递矩阵对结构的位移、速度和加速度响应进行重构；最后，通过简支梁数值仿真和试验分析验证所提方法的可行性。结果表明，所提方法能改善重构方程的不适定性，从而对结构未知载荷和各类型响应进行有效重构。

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正交铺设复合材料层合圆柱壳自由振动分析的辛空间波方法

韩少燕1，李榆银2，高汝鑫3,4

振动与冲击. 2024, 43(6): 113-120.

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针对正交铺设复合材料层合圆柱壳的自由振动分析，提出了基于辛空间的波方法。首先基于Kirchhoff-Love薄壳理论，选取合适的状态向量，推导了复合材料层合圆柱壳在辛体系中的振动控制方程；其次利用分离变量法将正交铺设复合材料层合圆柱壳的自由振动问题转化为Hamilton体系下的辛本征值问题；最后根据辛空间波形与圆柱壳模态的对应关系，得到不同边界条件下的自由振动波数，进而得到圆柱壳自由振动问题的代数方程组，求解即可得到正交铺设复合材料层合圆柱壳的固有频率和模态。数值算例对比了本文方法和其他方法的计算得到的圆柱壳固有频率，验证了本文方法的有效性和准确性。

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泸定县6.8级地震村镇建筑震害调查与分析

陈云1，董金爽1，张奉超2

振动与冲击. 2024, 43(6): 121-131.

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为分析泸定县6.8级地震中村镇建筑的震害，对震中附近的磨西镇、得妥镇、燕子沟镇的村镇建筑开展了震害调查，总结村镇结构中砖木结构、砖混结构和框架结构的典型震害特征，对震中附近评估烈度为Ⅸ度区域的村镇建筑进行地震破坏等级评估、统计与分析。调查结果显示：整体上，砖木结构及砖混结构是此次地震中震害现象较为明显和严重的结构形式；框架结构震害整体较轻，基本未破坏数量占调研框架结构的为72.5%。砖木结构及砖混结构震害特征主要表现为地基的不均匀沉降、墙体开裂、楼（屋）面破坏、非结构构件破坏及整体倒塌；框架结构震害特征主要表现为梁、柱及节点破坏、非结构构件的破坏。此次地震中，砖木结构、砖混结构严重破坏及倒塌的房屋占该两类房屋整体震害的比例较高，严重破坏砖木及砖混结构约为框架结构的6倍，且框架结构未出现倒塌，基本未破坏的框架结构占比较高。三种结构抗震能力由强到弱依次为：框架结构、砖混结构、砖木结构。针对不同结构形式的震害特征，应通过抗震加固全面提升可修复震害房屋及既有农房抗震防灾能力，以提高村镇建筑抗震防灾能力，减少地震伤亡及损失。

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基于生成对抗网络的跨分辨率拓扑优化方法的比较研究

朱赫鹏1,2,3，丁喆1,2,3，张严1,2,3，李小白1,2,3

振动与冲击. 2024, 43(6): 132-140.

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拓扑优化的迭代过程涉及大量有限元分析与灵敏度更新步骤，且随着划分网格数目的增加，其优化过程将耗费大量的计算成本。利用深度学习方法，通过建立低分辨率中间构型与高分辨率拓扑结构之间的映射关系，可实现结构的跨分辨率拓扑优化设计，从而大幅提高其计算效率。本文基于两种不同的生成对抗网络，构建了可实现跨分辨率预测的拓扑优化方法，并将其扩展至三维结构的优化预测。首先,以柔顺度最小化为目标函数，利用SIMP法生成不同载荷条件、初始位移和体积分数下的优化结构数据集；然后，分别利用Pix2pix和Esrgan网络解决其跨分辨率预测问题，其中对于Pix2pix网络，使用了残差模块代替其生成器内部的卷积模块，以增强网络对低层信息的复用；最后，通过二维和三维算例验证了所提方法的有效性，并与现有基于CGAN网络的方法进行了比较研究。结果表明：综合考虑计算精度和计算效率，基于Esrgan网络的方法表现更优，最适合应用于跨分辨率拓扑优化设计。

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高烈度震区大跨径中承式钢箱系杆拱桥减隔震技术研究

孙建鹏1,2，李进斌1，徐伟超1，王毅3，于超2

振动与冲击. 2024, 43(6): 141-150.

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为了研究高强度地震作用下大跨径中承式钢箱系杆拱桥地震响应及减隔震技术，以西双版纳黎明大桥为工程背景，选取类似场地的实际地震动记录作为输入地震波，采用非线性时程分析法，研究支座类型及参数变化对拱桥结构的减隔震效果。结果表明：相比于普通支座，减隔震支座能大幅降低结构内力，但纵向位移有所增加，且摩擦摆支座的减隔震效果要强于铅芯橡胶支座；摩擦摆支座+粘滞阻尼器联合抗震体系能够有效降低纵向和横向位移，进一步能提升桥梁的抗震性能；对联合抗震体系进行参数敏感性分析可知，最佳的参数范围是：摩擦系数为0.04，曲率半径在3200~4200mm之间，阻尼系数为6000，阻尼指数在0.2~0.4之间；在最优抗震体系下，结构位移和内力均显著降低，最大减震率分别达到了75.3%和82.3%，表明该体系大幅提高了拱桥抵抗地震的能力，为同类桥梁减隔震设计提供参考。

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场地均质性对浅埋地铁车站地下结构地震易损性的影响

蒋家卫1，李文彪1，赵雅芝1，陈国兴1，杜修力2

振动与冲击. 2024, 43(6): 151-156.

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场地条件是影响地下结构地震响应的关键因素之一，本文旨在研究场地均质性对于地铁车站地下结构地震易损性的影响。以两层两跨地铁车站为研究对象，基于ABAQUS/standard软件平台建立了考虑土-结构相互作用的二维有限元分析模型。模型考虑了循环动力荷载作用下土体的非线性与钢筋混凝土的弹塑性力学行为。采用IDA方法分别计算了结构在层层场地条件下与均质场地条件下结构的地震响应，并以层间位移角为损伤指标与PGA为地震动强度指标绘制了地铁车站结构的地震易损性曲线。结果表明，层层场地条件下结构的响应均值要显著高于均质场地，但两者标准差一致。在地震动作用下，结构处于层层场地下的破坏概率要明显高于均质场地，这主要归因于层层场地中毗邻结构的土体产生了较大的剪切变形。上述结论可为地下结构基于性能的抗震设计提供科学参考。

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弹丸定心部-身管接触模型及其应用

缪伟 1，尹强1，钱林方1,2

振动与冲击. 2024, 43(6): 157-170.

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研究弹丸定心部与炮膛的接触现象对于理解弹丸膛内运动规律具有重要的意义，为此提出一个弹丸定心部-身管接触模型。假设定心部与阳线间的接触应力只沿阳线长度方向变化，将阳线表面简化成空间曲线；用阳线围成的笼形结构描述内膛的几何，提出了定心部与阳线的接触检测算法。将弹丸和身管沿着圆周方向展开，使用一个二维接触问题的解析解计算接触应力。针对接触应力的方根奇异性，采用Chebyshev-Gauss积分公式计算定心部与阳线的接触载荷。给出了确定模型参数的拟合方法和参数辨识方法。理论分析表明定心部与炮膛的接触刚度随着弹丸膛内行程变化。根据数值算例分析了弹丸质心偏移量对定心部与炮膛接触方式及前定心部磨损刻痕形成的影响。计算结果表明定心部受力的等效接触点并不位于定心部中心或棱线上。

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带有拼缝阻尼器的自复位预制双肢剪力墙的耗能能力研究

鲁正1,2，汪晏1，严德裕1

振动与冲击. 2024, 43(6): 171-178.

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为提升自复位预制双肢剪力墙的耗能能力，本文针对预制双肢剪力墙提出了一种拼缝阻尼器，该阻尼器可适应接缝附近的大变形，帮助结构同时实现自复位和耗能的性能。通过拟静力试验，获得了该阻尼器的滞回曲线，验证了所提阻尼器具备良好的耗能性能；使用Opensees把阻尼器放入预制双肢剪力墙中进行数值分析，发现所提阻尼器在不降低结构原本自复位性能的同时，大大提升了结构的耗能能力。同时，耗能主要由拼缝阻尼器承担，结构自身的耗能和损伤较小，有利于实现结构在震后的快速修复。

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考虑桩身横向惯性效应和桩周土竖向支承作用的楔形管桩纵向振动特性

李振亚1,2，潘云超1,2，张存3,4，何先斌1,2，吕冲1,2

振动与冲击. 2024, 43(6): 179-188.

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本文研究考虑桩身横向惯性效应和桩周土竖向支承作用的楔形管桩纵向振动特性。首先，根据楔形管桩特殊的桩身结构和桩周土的成层性，将桩-土系统沿纵向划分为若干微元段，采用Voigt体模型模拟桩周土对楔形管桩桩段的竖向支承作用；基于考虑土体竖向波动效应的三维轴对称模型建立桩周土纵向振动控制方程并求解，得到桩-土之间的侧摩阻力；然后，基于Rayleigh-Love杆模型建立桩的纵向振动控制方程以考虑其横向惯性效应，求解桩的振动控制方程并结合Laplace变换和阻抗函数递推，得到考虑桩周土竖向支承作用的桩顶复阻抗和速度导纳解析解，进一步地，通过卷积定理和Fourier逆变换得到桩顶时域响应半解析解；最后，通过与已有解的对比验证了本文解的合理性，并通过参数分析的方法研究了桩身横向惯性效应、桩周土竖向支承作用及桩身参数对桩顶动力特性的影响。

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分体箱梁中央隔涡板涡振抑制机理研究

檀忠旭1,2，郭国和3,4，朱乐东1,2，朱青1,2，权红烈5

振动与冲击. 2024, 43(6): 189-195.

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本文借助风洞试验和计算流体力学（CFD）对分体钢箱梁的涡振性能及中央隔涡板的抑振效果与机理开展研究,对比不同形式（水平隔涡板、一道竖向隔涡板、两道竖向隔涡板）和尺寸中央隔涡板的抑振效果，并根据流迹与速度云图对不同形式中央隔涡板的抑振机理进行分析。结果表明：开槽顶部水平隔涡板能够阻碍开槽处的气体对流，降低开槽内部及断面周围气流速度，增加旋涡移动和脱落难度，从而在一定程度上抑制涡振，抑振效果随隔涡板宽度增大而增加；开槽内部竖向隔涡板能够将旋涡稳定在隔板分隔出的几个小区域内，避免产生稳定的旋涡脱落，进而有效抑制涡振，设置两道半高竖向隔涡板比设置一道全高竖向隔涡板效果更好，但需对两板间距进行优化。

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新型竖齿摇摆自复位剪力墙抗震性能研究

朱广治，刘建明，孙家腾

振动与冲击. 2024, 43(6): 196-205.

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底端固结在基础上的剪力墙，在地震中墙角最易损伤破坏，且耗能较差,震后不宜修复等问题。本文提出了一种新型竖齿摇摆自复位剪力墙（SCVT-SW）体系。SCVT-SW体系由钢筋混凝土墙体、碟簧复位装置、软钢阻尼器以及竖齿摇摆支座等组成，所有部件均通过高强螺栓相连，便于施工和震后对受损部件更换。SCVT-SW体系的工作原理是：在地震过程中，由墙体两侧的竖向碟簧复位装置提供墙体摇摆复位弯矩，软钢阻尼器消耗地震能量，竖齿摇摆支座在提供水平抗剪能力并将墙体受到的水平作用力传递到墙体基础的同时起到固定铰支座的作用。理论分析给出了SCVT-SW体系中墙体截面的正截面承载力计算公式。通过非线性数值模拟，对新型剪力墙与普通剪力墙的受力性能进行了对比，设计了9组不同工况的对比参数。结果表明：与普通剪力墙相比，SCVT-SW骨架曲线没有明显下降段，残余变形更小；SCVT-SW体系的正截面承载力随着墙角两侧碟簧装置的预压力的增大而提高，最大提升27.8%；残余变形随碟簧装置刚度增大而减小，工况7比工况5减小了19.4%，工况8比工况5减小了46.9%，因此通过增大碟簧装置预压力与碟簧装置刚度来减小SCVT-SW的残余变形，提高复位能力的效果是显著的。

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基于声学黑洞波动控制技术的槽型轨动力吸振器减振降噪特性研究

师多佳1，赵才友1，易强2，张明凯1，高鑫1，王平1

振动与冲击. 2024, 43(6): 206-215.

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轨道交通引起的环境振动噪声问题持续增加，即使目前具有多种控制效果良好的减振降噪措施，但仍有望做进一步的提升。在本研究中提出了一种新型的槽型轨道动力吸振器，将声学黑洞波动控制技术与动力吸振原理相结合。该吸振器设计的目标是保证主结构强度与刚度的前提下，采用附加的声学黑洞阻尼振子作为吸能单元，对主结构的振动能量进行传递、吸收与耗散。为了研究声学黑洞型动力吸振器对槽型轨道振动特性和声辐射特性的影响，利用仿真分析对不同类型的动力吸振器下槽型轨道的位移导纳和振动衰减率进行了评估；采用滚动噪声预测模型计算分析了声学黑洞型动力吸振器的降噪效果并探究了其参数对轮轨振动噪声的影响规律。结果表明：槽型轨在800-1000Hz频段范围内的一阶pinned-pinned在未采取措施的情况下振动响应显著，振动衰减率仅为0.68dB/m，在安装了声学黑洞型动力吸振器之后轨道结构的振动衰减率上升到1.80dB/m，提高率可达265%。

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顺向正弦来流条件下圆柱气动力和绕流流场数值模拟研究

于春放1，靖洪淼1,2,3，王仰雪1，张记涛1，邵林媛1，刘庆宽1,2,3

振动与冲击. 2024, 43(6): 216-224.

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为深入了解顺向阵风来流对圆柱气动力和流场特性的影响，开展了雷诺数（Re）为1000的圆柱绕流三维大涡模拟，研究了不同频率顺向正弦来流对圆柱气动力和流场结构的影响规律，详细分析了升阻力系数、斯特劳哈数（St）、回流长度、分离角和尾流结构等参数的变化规律。顺向正弦来流速度为 ,其中来流频率f的变化范围为0 ~ 0.3Hz，U0为平均速度，A为竖向正弦来流的振幅，设为0.15 U0。研究结果表明：圆柱阻力系数卓越频率（即主导频率）与正弦来流频率基本一致，升力系数存在三个明显的频率峰值，分别对应涡脱频率与来流频率之差，涡脱频率，涡脱频率与来流频率之和。随着正弦来流频率f增大，St先减小后增大，在f = 0.25Hz时达到最小值，而回流长度先增大后减小，且在f = 0.15Hz时达到最大值。当f <= St时，分离角不变，而顺流向最小速度逐渐增大；当f > St时，分离角逐渐增大.

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累计冲击荷载作用下GFRP-混凝土组合梁动态响应分析

杨丽辉1，周文波1，王岩2，张浩天3，巩勋勋1

振动与冲击. 2024, 43(6): 225-237.

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为探究玻璃纤维复合材料（glass fiber reinforce plastic，GFRP）-混凝土组合梁在多次落石冲击荷载下的动态响应，采用摇臂式落锤试验机，对1根纯GFRP梁及4根GFRP-混凝土组合梁进行累计冲击试验，得到了不同工况下试验梁位移、冲击力、应变时程曲线及裂缝开展状态，并分阶段讨论了梁体损伤演化过程。试验结果表明，纯GFRP梁具有优异的抗冲击性能，但冲击荷载作用下变形过大；组合梁的破坏特征均为混凝土主裂缝贯通，GFRP-混凝土界面发生剥离，良好的界面黏结性能是确保GFRP-混凝土组合梁抗冲击性能提升的关键；竖向冲击荷载下，混凝土厚度的增大，可明显减小同一冲击高度下梁体跨中的变形响应；试验梁抵抗侧向冲击的能力优于其抵抗竖向冲击的能力。采用显示动力分析软件LS-DYNA建立了GFRP-混凝土组合梁累计冲击模型，并基于该模型分析了冲击锤质量、冲击速度及截面高度比等参数对GFRP混凝土组合梁动态响应的影响规律。

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铅黏弹性阻尼器增强钢管约束钢筋混凝土柱节点抗震性能研究

王秋维1,2，景烜光1，史庆轩1,2，李雪梅1

振动与冲击. 2024, 43(6): 238-247.

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针对钢管约束钢筋混凝土（steel tubed reinforced concrete，STRC）柱节点抗震性能薄弱的现状，提出采用改良的铅黏弹性阻尼器进行增强。基于ABAQUS工作平台对铅黏弹性阻尼器试件建立有限元模型，将数值计算所得滞回和骨架曲线、耗能性能及疲劳性能与试验结果进行对比，两者吻合较好。在此基础上探讨了铅芯直径、铅芯布置形式及复合黏弹性体厚度比值对铅黏弹性阻尼器力学性能的影响。结果表明：相较于扇形铅黏弹性阻尼器，改良后的四边形铅黏弹性阻尼器表现出更好的力学性能；随着铅芯直径的增大，阻尼器的耗能能力指标均得到大幅提高；建议铅芯个数取2个，铅芯面积与复合黏弹性层面积比值取6%~8%，复合黏弹性体厚度比值约为0.67。建立不同布置方案的铅黏弹性阻尼器增强STRC柱节点试件模型，对其破坏形态、滞回特性和箍筋应力进行对比分析，给出合理的布置方案，为实际工程提供参考。

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均载组合式小轮径货车转向架车轮型面优化设计研究

曹玉峰1,2，张卫华1，祁亚运1,3，池茂儒1，王洪昆2

振动与冲击. 2024, 43(6): 248-254.

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小轮径转向架技术是驼背运输车辆的关键技术，小轮径低地板驮背车车轮型面磨耗问题严重，对其动力学性能造成严重影响，为了进一步提升其服役性能，对小轮径低地板驮背车车轮型面进行优化设计。首先建立小轮径低地板驮背车动力学模型，然后利用轮径差反向设计方法对车轮型面进行优化，最后利用车辆动力学模型对优化后型面的车辆动力学性能和磨耗特性进行验证分析。结果表明：优化后型面进一步降低了车轮等效锥度，同时减小了轮轨法向接触应力。通过对比优化前后动力学特性，优化后车轮型面有效提升了空重车状态下的临界速度，空车临界速度较LM踏面提高23.3%，重车临界速度较LM踏面增大17.54%。同时优化后型面有效提升了车辆的平稳性和曲线通过性能，最后利用车轮磨耗模型计算了直线段和曲线段的车轮磨耗，优化后曲线外侧车轮磨耗最大深度减小54.8%，曲线内侧车轮磨耗最大深度减小48.13%，型面优化可以有效减小小轮径低地板驮背车直线段和曲线段的车轮磨耗，为抑制车轮磨耗，提升服役性能具有重要作用。

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弱约束条件下氢气含量对甲烷/空气燃爆特性的影响研究

张蓓蓓1，程扬帆1,2，夏煜2，钱家祺2，韦箫2

振动与冲击. 2024, 43(6): 255-261.

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本研究采用自制的可视化气体爆炸实验设备，以乳胶气球为反应容器模拟弱约束空间，研究不同氢气添加量对甲烷/空气预混气体的爆炸火焰温度场、爆炸压力以及火焰传播速度等特征参数；结合实验测试和Chemkin软件模拟结果，详细分析了氢气浓度对甲烷/空气爆炸特性的影响规律。结果表明：随着氢气含量的增加，混合气体燃爆火焰温度场内部温度变低，火焰边缘温度升高；混合气体的峰值超压和最大压力上升速率均逐渐增大；由于H、O和OH自由基的摩尔分数随着氢气的添加而增加，加速了火焰传播速度。同时，通过对混合气体的敏感性分析发现，甲烷的存在在一定程度上抑制了氢气的燃烧。研究结果可为弱约束空间内氢气/甲烷/空气预混气体的意外爆炸防控提供基础数据，也可为其他可燃气体爆炸特性的研究提供实验方法。

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模块化建筑阵列多调谐质量阻尼系统的实现与减震研究

何晴光1,2，张释佺1，朱前坤1,2，洪祺凯1

振动与冲击. 2024, 43(6): 262-272.

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基于建筑模块化和悬挂楼板减震的原理提出了悬挂楼板模块体系（modularized suspended floors system, MSFS）。利用楼板作为质量块，组成分布阵列式多调谐质量阻尼器（distributed array multiple tuned mass dampers, d-array-MTMDs）系统。通过输入32条远场和近场地震动记录进行时程分析，对平均调谐频率比η、调谐频带宽度系数β、调谐阻尼比ζT、TMD数量n以及主结构层数N，共5个参数展开研究。结果表明，d-array-MTMDs的减震效果优于普通MTMDs系统；ζT对系统减震性能影响较小，当η为0.7~1.0、β为2.0时，系统具有更好的减震效果；当n大于某阈值时，系统的减震效果趋于稳定，阈值与η线性正相关，与ζT非线性负相关。随着模块建筑层数的增加，系统也能维持较好的减震效果。

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金属橡胶桥梁支座疲劳试验研究

张恒1，夏修身1，乔鑫1，朱志杰1，戴胜勇2

振动与冲击. 2024, 43(6): 273-279.

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以某公路桥梁为工程背景，设计并制作了两个足尺金属橡胶桥梁支座试件，开展了200万次的竖向疲劳试验，探讨了疲劳前后支座力学性能的变化规律。在疲劳试验过程中每隔20万次进行了一次压缩试验，得到了一组支座竖向压缩滞回曲线。疲劳试验前后分别进行了支座压剪试验，得到了支座水平剪切滞回曲线。引入疲劳损伤因子对金属橡胶桥梁支座的疲劳损伤进行了定量表征。结果表明：金属橡胶桥梁支座疲劳损伤主要表现为内部金属丝之间的磨损、局部断丝、掉丝。疲劳损伤会显著降低支座一侧的水平承载力、屈服后刚度和等效剪切刚度，且使支座的水平剪切滞回曲线变得明显不对称，但会增大支座的整体耗能能力。支座竖向等效刚度及等效阻尼比随着疲劳加载次数先增大后减小然后再趋于稳定。200万次疲劳循环后的剪切等效刚度、竖向等效刚度及竖向等效阻尼比损伤因子均小于0.3，支座具有良好的疲劳性能。

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高雷诺数下串列粗糙三圆柱的流致振动试验研究

李怀军，孙海

振动与冲击. 2024, 43(6): 280-287.

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通过实验研究了高雷诺数下串列粗糙三圆柱的流致振动，分析与探讨了刚度、间距比对各个圆柱振幅响应、频率响应、位移频谱的影响，并与串列粗糙双圆柱的结果进行对比，揭示了干扰圆柱数量的增加对受扰圆柱流致振动的影响规律。研究结果表明：在初始分支，上游圆柱对下游圆柱有强烈的屏蔽作用，而在上端分支，出现下游圆柱振幅超过上游圆柱的现象；在上端分支和过渡区域，低刚度条件下，下游圆柱干扰数量的增加可以明显降低上游圆柱的振动频率；在涡激振动区域，下游干扰圆柱数量的增加几乎不影响上游圆柱的振幅；在驰振区域，上游圆柱干扰数量的增加降低了下游圆柱的振幅，并随着刚度的增加对下游圆柱振幅的降低程度下降；间距比对串列粗糙三圆柱的流致振动响应具有显著影响。

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基于混合消能减震技术非对称双塔连体结构抗震性能研究

蔡正1,2，潘文1,2，周强1,2，Ghafar Wahab Abdul1,2，杨静1,2

振动与冲击. 2024, 43(6): 288-300.

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以某非对称双塔连体超高层结构为研究对象，选取与建筑所在场地相匹配的地震波作为激励，通过对结构进行非线性动力时程分析，研究混合消能减震连体结构在各烈度地震作用下的消能减震效果，探讨了屈曲约束支撑(buckling-restrained brace, BRB)与黏滞阻尼悬臂桁架的位置变化对结构抗震性能的影响，同时对结构进行了全面的抗震性能评估。研究结果表明：在连体结构中、上部的加强层中布设阻尼器时，结构具有更佳的减震效果；在不同水准地震作用下，BRB与黏滞阻尼悬臂桁架耗能阶段不同且具有不同的耗能效率，混合消能减震技术可以综合不同类型阻尼器的优势作用，使连体结构具有更全面的抗震性能。在控制变形方面，其能够降低连体结构的扭转效应和层间位移角；在构件耗能方面，其减轻了主体构件进入塑性的程度，降低了结构主要受力构件的应力水平。将为混合消能减震技术在连体超高层结构中的进一步研究和应用提供借鉴。

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中低速磁浮最小曲线半径及缓和曲线长度研究

林远扬，李苗，马卫华，王波，张敏，左飞飞

振动与冲击. 2024, 43(6): 301-310.

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为研究中低速磁浮最小曲线半径及缓和曲线长度，本文基于磁浮交通线路参数的计算方法、相关要素，以及线路自身的特点，推导出适用于中低速磁浮的曲线半径、缓和曲线长度计算公式，在参考相关标准的基础上，对中低速磁浮列车以20~160 km/h速度运行时的最小平、竖曲线半径及缓和曲线长度进行了理论分析，进一步给出其建议值，并建立了考虑主动反馈控制特性的车辆模型，通过动力学仿真对取值的可靠性进行了验证。研究结果表明：最小平曲线半径取值受指向外侧的最大侧向加速度控制，最小竖曲线半径取值受凹曲线上最大法向加速度控制，列车运行速度一定时，横坡角越大，最小平曲线半径取值越小，而纵坡对最小竖曲线半径取值几乎无影响；当横坡角为2°，列车在正常条件下运行时，最小缓和曲线长度主要受最大侧向冲击控制，在困难条件下运行时，最小缓和曲线长度主要受最大法向冲击控制，当横坡角为4°、6°，列车在正常/困难条件下运行时，最小缓和曲线长度主要受最大法向冲击控制；按横坡角最大值6°考虑，列车以160 km/h在正常条件下运行时，建议最小平曲线半径及缓和曲线长度分别取970 m、120 m。本文研究成果可为中低速磁浮交通的选线设计提供理论依据和数据参考。

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地震动过程的时域降维建模

阮鑫鑫1,2，刘章军2，姜云木2

振动与冲击. 2024, 43(6): 311-319.

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地震动建模是工程结构随机地震反应和动力可靠度分析的基础。为此，提出了一类新的地震动过程的时域降维模型，并建议了模型中确定性参数的取值及随机参数的概率分布。首先，从平稳过程时域表达的基本理论出发，导出了平稳和非平稳地震动过程的时域表达形式，通过引入随机函数的降维思想，实现了地震动过程的时域降维表达。同时，基于实测强震记录，给出了地震动时域降维模型的参数识别方法，进而获得模型中基本参数的确定性取值或概率分布。最后，通过地震动过程的降维模拟分析，并与实测强震记录的反应谱和傅里叶幅值谱对比分析。结果表明，地震动过程的时域降维模型具有良好的精度、收敛性和工程适用性，生成的代表性地震动时程能够反映地震动的自然变异性。

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基于Transformer-LSTM网络的轴承寿命预测

张帆1,2，姚德臣1,2，姚圣卓1，杨建伟1，2，王琰亮1，2，魏明辉1，2，胡忠硕3

振动与冲击. 2024, 43(6): 320-328.

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轴承是旋转机械设备中的重要部件，由于工况、材质、加工方式等原因，轴承寿命时长相差许多。传统的并行或串行神经网络预测方式，对数据集有一定要求。因此，需要一种能够适用于不同数据长短的轴承剩余使用寿命预测网络。为此提出了一种能够预测不同寿命时长的Transformer-LSTM串并行神经网络预测模型。通过将Transformer解码层进行重构，并与长短期记忆时序神经网络（long short-term memory, LSTM）网络结构融合，实现轴承寿命数据的串并行预测处理。实验结果表明Transformer-LSTM神经网络能够精准预测长、中、短不同寿命时长的轴承失效时间，具有较强的模型泛化能力，提升轴承寿命预测精度与模型的泛化能力。

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圆孔工字型蜂窝梁扭转模态自由振动研究

黄斌，张文福

振动与冲击. 2024, 43(6): 329-335.

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从能量等效角度，提出了一种圆孔工字型截面蜂窝梁连续型模型，应用新的薄壁构件扭转理论：板-梁理论，建立了构件扭转模态自由振动能量泛函模型，明确了圆孔工字型截面蜂窝梁名义约束扭转惯性矩（翘曲常数）、自由扭转常数、转动惯量。通过变分运算，获得了平衡微分方程模型。基于扭转模态试函数，推导了圆孔工字型截面蜂窝梁自由振动扭转模态振动圆频率，并与有限元结果对比校验理论模型预测精度。开展了悬臂圆孔工字型蜂窝梁受集中扭矩作用的端部截面转角理论分析与有限元计算，进一步检验了基于板-梁理论建立的蜂窝梁连续模型的适用性。应用板-梁理论对圆孔工字型截面蜂窝梁自由振动扭转的分析过程及推导步骤，为其他开孔类型工字型蜂窝梁扭转模态自由振动研究提供了直接参考。

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一种环境振动源强预测随机可靠度分析方法

张校恺，韦凯

振动与冲击. 2024, 43(6): 336-344.

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不同线路之间工程条件的差异导致18导则半经验模型环境振动源强预测准确度较低，致使后续减振工作浪费大量时间、经济成本。为了提高预测准确度，实现环境振动敏感点的精准筛选，节约减振成本。建立了可以反映隧道壁振动的车辆-轨道-盾构隧道耦合振动模型，基于蒙特卡洛（Monte Carlo,MC）法提出了一种环境振动源强预测随机可靠度分析方法，以半经验模型中的三个修正项CW、CR及CT为例，分析了导致修正项预测准确度具有随机不确定性的主要因素并提出了相应的标准化管理建议。主要研究结论如下：所建模型具有较高的计算效率和计算精度，单个工况计算时间为90s，可弥补MC法耗时的缺点，时域幅值误差在12%以内，源强误差在1dB以内；同种扣件不同弹性垫板之间非线性载频变刚度的差异是导致CW准确度具有随机不确定性的一个重要原因，该因素会导致源强预测存在-1~+3dB的误差；不同线路之间钢轨磨耗等级的差异是导致CR准确度具有随机不确定性的一个重要原因，该因素会导致源强预测存在-3~+3dB的误差；不同中硬土之间弹性模量的差异过大是导致CT准确度具有随机不确定性的一个重要原因，土体剪切波速在250~375m/s之间时CT的准确度较高，在375~500m/s之间时，CT的准确性较低，预测误差可达3dB；同时考虑多个修正项带来的误差时，源强预测误差范围可达-4~+9dB，设计时极有可能采取不符合断面实际要求的减振措施，从而浪费大量减振成本，因此建议严格控制扣件弹性垫板非线性载频变刚度、钢轨磨耗等级等因素的随机性，并以剪切波速375m/s为界将中硬土划为两类并给出相应的修正项。

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2024年, 第43卷, 第6期　
刊出日期：2024-03-28

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