2024年, 第43卷, 第7期　
刊出日期：2024-04-15

  

• 全选
  |

论文
• Select
  大跨度双幅非对称平行主梁涡激振动干扰效应研究

  宋玉冰，遆子龙，杨凌，李永乐，李泽腾

  振动与冲击. 2024, 43(7): 1-9.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  在双幅式桥梁的建设中，公路与铁路同层并排布置的大跨双幅非对称主梁属于较特殊的设计。由于公路桥与铁路桥的动力特性不一致、主梁尾流特性差异较大以及非对称双梁间存在特殊且显著的气动干扰，使得非对称双幅主梁的涡激振动特性更为复杂。为系统探究干扰效应对主梁涡振性能的影响，本研究以一座大跨度公铁两用双幅桥为研究背景，开展了双幅主梁涡激振动风洞试验与流固耦合数值模拟，其中公路梁为Π型叠合梁，铁路梁为流线型箱梁。研究结果表明：（1）公路梁位于迎风侧时出现了较大幅值的竖弯和扭转振动，且风速区间与结构振动频率具有典型涡振“锁定”特征，而位于背风侧时振动现象基本消失。（2）铁路梁位于迎风侧时未见明显振动现象，而位于背风侧时，试验观察到了大幅振动，且振幅具有迅速上升又迅速下落的特点，无明显“锁定”区间。（3）数值流场表明，公路位于不同位置处（迎背风侧）时，主梁附近涡结构的尺度与分布均有明显不同。位于迎风侧时下桥面腔内大尺度漩涡的存在以及涡结构的周期性变化是位于迎风侧时产生涡振的主要原因；位于背风侧时，受干扰效应影响，下桥面腔内漩涡尺度减小，升力振荡频率改变，涡振锁定现象消失。（4）铁路附近流场及压力分布表明，铁路位于迎风侧时，主梁附近流场稳定，自激升力近似为直流力；位于背风侧时受公路尾流的干扰，铁路表面存在较大面积的负压区，公路尾流的脉动导致了铁路气动升力的振荡，因而产生了大幅振动。本文系统研究了双幅非对称平行主梁间气动干扰效应对涡振性能的影响，揭示了涡振及气动干扰机理，为类似桥梁的工程设计提供了参考依据。
• Select
  二维声学黑洞应用于压电振动能量收集

  陈兵，张杨坤，任江，尹忠俊

  振动与冲击. 2024, 43(7): 10-17.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  声学黑洞（Acoustic Black Hole，ABH）效应可以产生强烈的能量集中，能够将高频率低振幅的低品质振动能量转化为高振幅的高品质振动能量，从而便于利用。本文提出并研究了一种环形二维声学黑洞压电能量收集装置。有限元分析结果表明，环形二维ABH结构能在宽频域内显著提高能量收集效率。搭建了环形二维声学黑洞压电能量收集器实验测试平台，通过实验验证了仿真结果的正确性。与经典二维ABH结构相比，环形二维ABH结构具有更好的能量收集效率和结构强度。分析了压电片几何尺寸等因素对装置能量收集效率的影响，得到了能获得较高输出功率的几何尺寸范围，并进行了正交试验设计，研究了截断厚度、压电片尺寸、中央平台直径、幂指数等多因素的综合影响。
• Select
  基于滑窗OPTICS算法和DATA-SSI算法的桥梁模态参数智能化识别

  陈永高1，钟振宇1,2，罗晓峰1,2

  振动与冲击. 2024, 43(7): 18-29.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对现有基于数据驱动的随机子空间算法（Data-driven Stochastic Subspace Identification-DATA SSI）存在的不足，无法实现稳定图中真假模态的智能化筛选，提出了一种新的模态参数智能化识别算法。首先通过引入滑窗技术来实现对输入信号的合理划分，以避免虚假模态和模态遗漏现象的出现；其次通过引入OPTICS密度聚类算法（Ordering Points To Identify the Clustering Structure）实现稳定图中真实模态的智能化筛选，最后将所提算法运用于某实际大型斜拉桥主梁结构的频率和模态振型识别过程中。结果表明，所提改进算法识别的频率值结果与理论值（MIDAS有限元结果）以及实际值（现场动力特性实测结果）间的误差均在5%以内，且识别的模态振型图与理论模态振型图具有很高的相似性。
• Select
  基于广义条件强度参数的水平和竖向地震动联合选取研究

  王晓磊1，王浠铭1，阎卫东1，吕大刚2

  振动与冲击. 2024, 43(7): 30-41.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为了合理地考虑竖向地震作用和实现水平和竖向地震动的联合选取，本文提出了基于广义条件强度参数的水平和竖向地震动联合选取方法：扩展广义条件强度参数的基本理论，提出水平和竖向地震动广义条件强度参数分布的构建方法，并与“无条件分布”对比，提出基于广义条件强度参数的水平和竖向地震动联合选取方法的基本理论，给出以水平强度参数作为条件的实际算例，利用现有水平-水平、水平-竖向强度参数相关系数模型构建水平和竖向地震动广义条件强度参数目标分布，对目标地震动数据库进行联合选取，将选取结果与传统选取方法进行对比，说明该方法的合理性。结果表明：构建出的水平和竖向广义条件强度参数分布与“无条件”分布之间存在一定差异；水平和竖向地震动联合选取结果与目标理论分布匹配良好；与仅考虑水平向广义条件强度参数地震动选取方法相比，联合选取方法能够考虑竖向地震动特性，并且不会对水平向造成影响，本文提出的水平和竖向地震动联合选取方法能够更加合理地、全面地考虑水平和竖向地震动特性，为工程结构在水平和竖向地震动作用下的抗震性能研究提供地震动输入基础。
• Select
  小净距隧道先行洞爆破开挖对后行洞围岩稳定性影响研究

  李旭哲1，李文杰1，毕志刚2，梁斌1

  振动与冲击. 2024, 43(7): 42-49.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为研究小净距隧道先行洞爆破开挖对后行洞围岩稳定性的影响，以浙江义东高速防军隧道项目为工程背景，根据能量衰减规律推导出爆破施工中围岩振速计算公式，采用有限元软件MIDAS GTS NX模拟不同净距条件下围岩振速及应力的变化规律，将围岩振速数值结果与理论值进行对比分析，验证了振速计算公式的准确性。根据振速与应力之间关系，提出保证隧道安全施工的振速阈值。结果表明：（1）后行洞围岩振速大小理论值与模拟值最大相对误差为5.9 %，与现场监测数据最大相对误差为7 %，验证了理论公式的准确性。（2）后行洞隧道振速峰值与先行洞隧道爆破中心距呈负相关，围岩迎爆侧面监测点振速峰值大于背爆侧，2D为防军隧道爆破施工时最小安全净距（D为隧道净距），此时上台阶开挖最大振速峰值约为下台阶的1.2倍。（3）爆破开挖后围岩应力峰值与振速峰值主要集中在拱腰及拱脚附近，随着净距增大，先行洞对后行洞的影响逐渐减弱，最终忽略不计。（4）爆破作用下，围岩应力峰值和振速峰值具有一定线性关系，保证隧道爆破安全施工的振速控制阈值为1.9 cm∙s-1，研究成果可为今后类似小净距隧道工程爆破施工提供借鉴。
• Select
  节流槽结构参数对阀开启压力冲击及空化特性的影响研究

  陈远玲，欧阳崇钦，彭卓，陈承宗，石浩，王梦乔

  振动与冲击. 2024, 43(7): 50-56.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  液压控制阀阀芯节流槽的结构对阀的动态特性影响强烈，不良节流槽结构将导致极大的液压阀开启瞬间压力冲击。针对某型号负载敏感多路阀在甘蔗联合收割机的应用中出现啸叫和液压冲击的问题，结合动网格与RNG-K-ε湍流模型，对U+T型节流槽和V型节流槽的压力冲击及空化进行了对比分析，发现同等条件下V型槽的阀芯较U+T型槽的阀芯的压力冲击下降了19.37% ,最大空化程度降低了43.7%。选取V型节流槽开展进一步研究，通过正交试验获取不同节流槽结构参数下的压力峰值；采用BP神经网络建立V型节流槽结构参数与压力冲击的代理模型，结合灰狼算法（GWO）得到节流槽结构参数的最优配置；依据优化结果制作阀芯并进行试验，结果显示，抑制压力冲击效果显著，系统压力超调下降至原来52.4%。
• Select
  周向进气畸变对篦齿封严环气弹稳定性影响研究

  苏国征1,2，孙丹1,2，王志1,2，李玉1,2，王文3，徐梅鹏3

  振动与冲击. 2024, 43(7): 57-66.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对航空发动机篦齿封严环在周向进气畸变状态下的气弹稳定性问题，采用三维插值和非定常动网格技术，建立了基于能量法的篦齿封严环气弹稳定性求解模型，在验证求解模型准确性的基础上，研究了对称进气与非对称进气、进气畸变程度对篦齿封严环气弹稳定性的影响规律，分析了气动功在齿腔不同区域分布特性，揭示了周向进气畸变对篦齿封严环气弹稳定性影响机理。研究表明，周向进气畸变可改变气动阻尼比，对篦齿封严环气弹稳定性影响较大。非对称进气时，篦齿封严环气弹稳定性随畸变度的增加先降低后增加再降低。对称进气时，篦齿封严环气弹稳定性随畸变度的增加先增加后降低，相对于非对称进气畸变，对称进气方式对气弹稳定状态影响较小。篦齿封严环在发生气弹失稳时，周向进气畸变对气动功影响最大的区域位于首级篦齿迎风区域，是流场周向压力均匀性最差的区域，周向进气畸变的影响随相对距离增加而降低；篦齿封严环所有齿腔底部的总气动功受周向进气畸变影响较大，在进行结构设计时可改变齿腔底部尺寸、形状等，以降低周向进气畸变对篦齿封严环气弹稳定性的影响。
• Select
  基于车桥耦合理论的斜拉桥拉索动力冲击系数及影响因素分析

  李子超1,2,3，黎剑安1,2,3，冯东明1,2,3

  振动与冲击. 2024, 43(7): 67-74.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为了分析车辆荷载对斜拉桥拉索产生的冲击效应，以国内某在役斜拉桥和某型五轴重车作为研究对象，通过有限元方法分析不同工况下的拉索动力响应和冲击系数，将计算结果与国家现行规范进行比较，提出了拉索动力冲击系数的建议值。仿真案例考虑了车速（50km/h-120km/h）、路面等级（光滑、A级、B级、C级）以及车辆横向位置对结果的影响。研究结果表明：经有限元分析出的拉索动力冲击系数大于现行规范中的取值；随着路面等级的增加，冲击系数越大；边缘车道上车辆产生的冲击效应大于中间车道的冲击效应；车速变化对不同位置处的拉索动力冲击系数影响并不相同；在相同工况下，短拉索的动力冲击系数较大。研究发现路面等级是影响拉索动力冲击系数的主要因素，因此建议根据路面等级对冲击系数进行取值，具体建议值为：光滑路面取0.08，A级路面取0.15，B级路面取0.25，C级路面取0.4。
• Select
  基于声子晶体的声发射波源检测概率研究

  李红豫，曾祥兴，张璐

  振动与冲击. 2024, 43(7): 75-83.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  声发射（Acoustic Emission，AE）检测就是利用采集和分析声发射现象所产生的信号从而实现对材料进行无损评价的技术，该技术具有实时监测并定位破坏源的能力但是由于检测过程中声发射源信号未知，因此评价检测可靠性的检测概率（Probability of Detection，POD)研究仍然是空白。进一步来说，在利用声发射监测损伤过程时，声发射波源直接决定其检测结果的可靠性，因此波源的检测概率可以成为量化声发射检测有效性的一个重要指标。本文为了确定声发射波源的检测概率，利用声子晶体（Phononic Crystals，PCs）的特性，通过部署声子晶体形成物理带隙，滤除噪声信号，从而获得铝合金试件在紧凑拉伸试验下由于疲劳裂缝活动而引起的声发射信号，最终确定声发射源的检测概率及其影响因素。结果表明，检测概率会随着疲劳裂缝扩展而提高，但裂缝长度达到一定值后开始下降，最终趋于一个平稳值，另外通过设置阈值和选择适当的滤波器，能有效提高检测概率，保证声发射评价结构损伤的有效性。本研究对声发射源识别和检测可靠性评价具有重要意义。
• Select
  变转速下 范数与张量核范数联合约束的TRPCA滚动轴承故障特征提取方法

  王冉1，曹徐1，张军武1，余亮2

  振动与冲击. 2024, 43(7): 84-93.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  滚动轴承作为旋转机械设备的重要部件之一，其工作状态直接影响旋转设备的运行安全，因此其故障特征的有效提取对于保障机械设备正常运行具有重要的意义。实际应用中滚动轴承通常以变化的速度运行，并且单一传感器采集的轴承的非平稳信号往往被严重的背景噪声覆盖，使得故障特征的提取非常困难。为了解决这一问题，本文提出一种变转速下 范数与张量核范数联合约束的TRPCA的滚动轴承故障特征提取方法。首先，使用时频表示（Time-Frequency Representation，TFR）作为正向切片构建张量，分别探讨滚动轴承时变故障特征在张量域中的管稀疏性和背景噪声在张量域中的低管秩性。进而使用 范数与张量核范数联合约束的张量主成分分析（Tensor Robust Principal Component Analysis, TRPCA）对故障特征张量进行提取，得到管稀疏的故障特征张量。最后将提取的故障特征张量在通道索引中进行融合，得到能够有效表征故障特征的时频表示。仿真和实验分析验证了该方法在轴承故障特征提取中的有效性。
• Select
  基于改进麻雀搜索算法的变电构架优化方法

  张迎春 1，2，姜岚 1，2，唐波 1，2，陈曦 3，胡辉 4

  振动与冲击. 2024, 43(7): 94-101.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为了解决变电构架设计中的优化问题，采用改进麻雀搜索算法对其进行优化设计。在基本麻雀搜索算法中引入Circle混沌映射，以提高种群的多样性和算法的全局搜索能力；引入萤火虫算法对麻雀搜索算法进行扰动更新，使其易于跳出局部最优。建立尺寸优化的数学模型，采用罚函数法处理约束条件。先将改进后的算法用于典型桁架算例分析，证明其稳定性与有效性，再将其用于变电构架的优化设计，结果表明，采用改进后的麻雀搜索算法能够有效提升变电构架的优化效果。
• Select
  保持架兜孔形状对高速角接触球轴承保持架动态性能的影响分析

  陈世金，邹冬良，王亚坤，蔡东明

  振动与冲击. 2024, 43(7): 102-114.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  分别建立了方柱形、圆柱形和球形兜孔保持架的角接触球轴承动力学数值仿真模型，试验结果验证了模型的准确性。对三种不同兜孔形状的保持架在不同间隙比下进行了分析，结果表明：球形兜孔保持架运动稳定性显著优于方柱形和圆柱形兜孔保持架，而在间隙比小于1时，圆柱形兜孔保持架运动稳定性优于方形保持架，反之则方柱形保持架更稳定；球形兜孔保持架的运动由球引导，方柱形和圆柱形兜孔保持架则由套圈引导；随着间隙比的增大，保持架的轴向摆动范围逐渐增大，且方柱形、圆柱形和球形兜孔保持架的轴向摆动范围依次减小；保持架的磨损率与其运动稳定性呈负相关，且球形兜孔保持架的磨损率高于其他两种保持架。
• Select
  采用T型钢连接的可拆换钢梁抗震性能试验与数值研究

  门进杰1，张谦1,，李家富2，王家琛1，张辉煌1，徐超2

  振动与冲击. 2024, 43(7): 115-125.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  提出了一种采用T型钢连接的可拆换钢梁，在地震作用下T型钢集中耗散地震能量，并在震后通过更换T型钢实现使用功能的恢复。通过合理设计T型钢连接、钢梁中间段和悬臂段的抗弯承载力关系，定义设计承载力削弱系数的取值范围，从而实现T型钢集中损伤耗能，钢梁中间段和悬臂段保持弹性的屈服机制。为了使T型钢连接件实现预期的损伤和最优的耗能效果，本文设计了4个腹板采用不同截面和材料的T型钢连接件，并对T型钢连接的可拆换钢梁试件进行了低周往复加载试验和有限元分析。结果表明：T型钢连接的可拆换钢梁可以实现预期的屈服机制，达到T型连接件集中耗能的目的；T型钢腹板的残余变形和螺栓应力可以满足拆换条件，拆换后结构功能不变，实现了较为理想的可更换机制。狗骨式腹板截面的T型钢连接件塑性变形更均匀，耗能区域更大，耗能效率提高约30%，拆换时间和残余变形与普通截面相差不大，建议腹板采用狗骨式截面；采用低屈服点钢材可以提高T型钢的耗能效率约40%，在设计承载力系数取值合理的情况下，T型钢腹板可以选择低屈服点钢材。最后，基于试验和有限元结果，考虑到T型钢连接件的可拆换性和钢梁材料利用率，建议设计承载力削弱系数取值为0.65~0.85。
• Select
  基于大涡模拟的CAARC模型角区开槽气动优化研究

  徐洲洋，罗凯文，杨易

  振动与冲击. 2024, 43(7): 126-133.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  超高层建筑属风敏感结构，对建筑外形进行适当气动优化可有效降低结构风荷载及风致响应。本文基于大涡模拟（LES）方法，采用作者团队建议的一种新的入口湍流生成方法——NSRFG方法，进行超高层建筑标准模型（CAARC）角区开槽的气动优化研究。首先进行了CAARC高层建筑标准模型绕流模拟，并将模拟结果与风洞试验结果对比，以验证NSRFG方法的适用性；然后以CAARC模型为基础，设计了4种开槽气动优化方案，通过LES模拟得到基底弯矩功率谱，以估算建筑顶部位移响应和顶部峰值加速度响应。结果对比显示：（1）对于矩形截面高层建筑标模，无论原型还是4种开槽气动优化方案，横风向脉动响应和峰值加速度响应整体比顺风向大（2）与全封闭原型相比，采取不同开槽方案均能降低顺风向和横风向风振响应，其中角区开槽对顺风向响应的优化效果最好，周向开槽对横风向响应的优化效果最好；（3）4种开槽方案对于横风向响应的优化效果明显优于顺风向，其中相对而言周向开槽优化效果相对最好，使横风向脉动位移响应和横风向峰值加速度响应分别降低28.4%、32.8%。因此，从减小矩形截面超高层建筑结构横风向响应角度考虑建议采用周向开槽方案。
• Select
  不同连接构造的预制拼装钢管混凝土桥墩数值模拟与地震响应特点

  陈挺地1，王胜斌2，冯克岩3，李建中1

  振动与冲击. 2024, 43(7): 134-143.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  无粘结预应力节段拼装钢管混凝土桥墩主要包括承插连接与混合连接两种承台连接方式。为比较两种不同连接构造下桥墩的地震响应特点，本文采用OpenSees软件分别建立了桥墩有限元模型，其中，承插连接钢管混凝土桥墩模型能够考虑插入承台部分钢管与周围混凝土的粘结滑移、钢管局部屈曲以及屈曲后撕裂等过程，而混合连接钢管混凝土桥墩模型能够再现出接缝的摇摆行为；并通过与相关拟静力试验数据结果进行对比，验证了两种数值模型的有效性；随后，以一座4跨连续梁桥为背景，分别研究了采用混合连接、无预应力承插连接和预应力承插连接桥墩桥梁结构在地震作用时的响应特点。结果表明：两种承插连接桥墩的墩底钢管在地震动峰值加速度（PGA）约0.4g时发生屈曲，并伴随水平刚度下降和残余位移增大，且配置无粘结预应力的承插连接桥墩钢管屈曲引起的损伤程度更大，随着地震动输入进一步增大，预应力为桥墩提供的自复位能力逐步增加，在PGA = 0.6g时，预应力承插连接桥墩的残余位移仅为无预应力桥墩的62%。此外，配置混合连接桥墩的桥梁在地震作用下损伤较小，残余漂移比小于0.2%，比承插连接桥墩更优的自复位能力。
• Select
  一次强风作用下大跨度桥梁主梁非平稳抖振可靠性分析

  孙博1，叶泽毅1，阮伟东1，张新军1，杨名冠2

  振动与冲击. 2024, 43(7): 144-154.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  抖振可靠性评估对保障大型桥梁结构在强风作用下的安全性具有十分重要的意义。在已有研究基础上，基于非平稳风场模型和精细化的抖振时域分析方法，并考虑抖振响应的非平稳性和非高斯特征，构建了大跨度桥梁主梁非平稳抖振可靠性分析的方法流程。非平稳脉动风速的模拟基于进化谱理论采用谐波合成法并引入均匀调制函数来实现。静风力荷载采用规范公式求解，非平稳抖振力采用准定常气动理论并引入气动导纳公式来修正其误差进行模拟，气动自激力通过引入单元气动刚度矩阵与气动阻尼矩阵实现。对于精细化有限元分析得到的抖振响应，采用Winterstein修正模型对其进行高斯转换，并考虑响应方差的时变特性，采用基于Poisson假定的首次超越概率来求解非平稳抖振动力可靠性。应用所提出的方法流程对某大跨度斜拉桥在一次强风作用下的抖振可靠性进行了分析评估，证明了其有效性。
• Select
  基于RBFNN-ISSA的特大跨径悬索桥有限元模型修正

  王祺顺1,2, 何维3, 吴欣1,2，郭伟奇1,3，雷顺成1,2

  振动与冲击. 2024, 43(7): 155-167.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对大跨径悬索桥一类复杂结构的有限元模型修正问题，提出了一种基于径向基神经网络（Radial Basis Function Neural Network，RBFNN）子结构代理模型与改进麻雀搜索算法（Improved Sparrow Search Algorithm, ISSA）的有限元模型修正方法。首先，基于桥梁图纸数据采用通用有限元软件建立一座大跨悬索桥的初始有限元模型，并根据拉丁超立方抽样原则生成子结构材料参数-结构响应的训练样本，通过RBF神经网络和子结构模拟方法对初始有限元模型进行解构重组和样本学习，拟合关于材料参数-结构响应的代理模型。其次，建立考虑主梁挠度和模态频率误差最小的有限元模型参数修正数学优化模型，采用Tent混沌映射及黄金正弦策略改进标准麻雀搜索算法，引入柯西分布函数和贪心保留策略对每一代麻雀种群进行扰动，以用于求解联合静、动力特征的有限元模型修正数学优化问题。最后，以杭瑞高速洞庭湖大桥为工程背景，进行了悬索桥荷载试验，利用实测桥梁响应数据验证了该方法的可行性。研究结果表明：本文提出的基于RBF神经网络与子结构法的模型修正方法，可以建立拟合精度较高的悬索桥结构代理模型；基于子结构RBF神经网络与改进麻雀搜索算法修正后的有限元模型相较于整体RBF神经网络、支持向量机和Kriging模型，大幅提升了对于实际结构的模拟精度，与实测数据相比，修正前后有限元模型在两级静力加载工况下13个有效测点挠度的平均相对误差降低了25%以上，前8阶模态频率的平均相对误差由-6.83%降至-2.38%，MAC值结果表明修正后模型能够准确的反映出大桥的的实际振动状态，有效改善了初始有限元模型计算失真的情况；此外，基于混合策略改进后的麻雀搜索算法对于有限元模型修正参数的寻优具有更佳的收敛效率和稳定性。
• Select
  含平方阻尼项的Mathieu-Duffing系统混沌与分岔研究

  解加全1,2, 王海军1,2, 师 玮2,3, 张佳乐1,2, 霍逸婷1,2, 曹佳琳1,2, 高 蔷1,2

  振动与冲击. 2024, 43(7): 168-174.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  本文旨在研究含平方阻尼项Mathieu-Duffing系统的共振与混沌。利用多尺度法探究系统在参数和受迫联合激励作用下主共振的幅频与相频特性。基于Lyapunov 第一方法给出定常解的稳定性条件并判定系统存在的周期解支。依据系统异宿轨道参数方程推导系统出现异宿轨道横截相交及系统发生混沌的必要条件。根据分岔图、相轨迹图以及Poincare截面研究激励幅值与激励频率对系统进入混沌运动性态的影响，证实激励频率与激励幅值的变化均可导致系统经倍周期分岔进入混沌状态。
• Select
  采用模糊补偿滑模控制器的空间柔性机械臂振动抑制方法

  尚东阳1，李小彭1，尹猛2，李凡杰1，周赛男1

  振动与冲击. 2024, 43(7): 175-185.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  空间柔性机械臂可以安装于空间站协助宇航员开展在轨维修、航天器交会对接和太空垃圾捕获等任务。空间柔性机械臂因其细长的结构在运动过程中会出现振动现象，进而影响操作精度和飞行安全。为了减弱空间柔性机械臂的振动，本文采用模糊补偿滑模控制策略对空间柔性机械臂的旋转运动进行控制。通过提高空间柔性机械臂的转动控制精度间接的减弱振动。本文首先根据假设模态法描述空间柔性机械臂的变形，使用拉格朗日原理建立了考虑了二维变形的模态和转角耦合的动力学方程。然后，利用模糊规则的万能逼近特性辨识、补偿包括柔性非线性项和外界干扰的动力学模型的不确定成分。接下来，根据李雅普诺夫函数设计模糊补偿滑模控制策略的控制律和自适应律以保证空间柔性机械臂的闭环稳定性。最后，开展了空间柔性机械臂的仿真和物理样机控制实验。实验结果表明模糊补偿滑模控制策略可以有效的提高空间柔性机械臂的转动控制精度，间接的减弱振动幅值。与传统的滑模控制策略相比，本文提出的控制策略可以使转角跟踪误差绝对值的平均值下降17.86%，使横向加速度的标准差下降31.91%。
• Select
  低转速航空发动机滚动轴承故障深度异常检测方法

  康玉祥1 陈果2, 盛嘉玖1 王浩3 尉询楷3

  振动与冲击. 2024, 43(7): 186-195.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对航空发动机滚动轴承在低转速状态下故障难检测的问题，提出了一种基于Transformer框架的深度支持向量描述方法用于检测低转速滚动轴承的故障。首先，构建了基于Transformer模型的振动特征提取主干网络。然后，将所提取的特征输入一个三层自编码器结构，用于计算网络模型的损失函数。为减少网络计算量，提高训练速度，在预处理中将滚动轴承的振动加速度时域信号通过快速傅里叶变换(FFT)得到的 频谱结果作为网络的输入，且仅依靠正常数据完成模型的训练。最后，在带机匣的航空发动机转子试验器和某型真实的航空发动机上分别进行了试验验证。结果表明，所提方法能够准确的实现对低转速滚动轴承故障的检测，且检测精度分别为93%和100%，充分表明本文方法具有很好的异常检测能力及应用价值。
• Select
  基于改进经验小波变换的海洋平台结构模态参数自动识别方法

  冷建成1,2，刁凯欣1，庞哲1，冯慧玉1

  振动与冲击. 2024, 43(7): 196-204.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对经验小波变换(empirical wavelet transform，EWT)方法在处理低信噪比信号中频谱分割边界容易产生误判的问题，提出了一种改进经验小波变换(improved empirical wavelet transform，IEWT) 的结构模态参数自动识别方法。首先计算信号的互功率谱矩阵，采用奇异值分解(SVD)及尺度空间(SSPP)方法确定频谱的分割边界，将信号分解为若干固有模态函数(IMF)分量，再结合随机减量技术(RDT)和希尔伯特变换(HT)实现模态参数的自动识别。使用IEWT方法对自由振动响应信号及ASCE Benchmark模型信号进行模态参数识别，并分别与EWT方法、基于自回归功率谱的经验小波变换(AR-EWT)方法及小波变换(WT)方法进行对比，结果表明IEWT方法能够自适应确定频谱分割边界，对结构的频率及阻尼比等模态参数具有较高的识别精度；进一步将该方法应用到实验室海洋平台模型的模态参数识别中，证明该方法可用于复杂噪声环境下的低频结构的模态参数识别。
• Select
  基于微分法的大跨度桥梁三维颤振敏感性分析

  翁祥颖1, 董 锐2, 葛耀君3

  振动与冲击. 2024, 43(7): 205-213.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  桥梁颤振敏感性表征设计参数对颤振临界风速的影响，是探究桥梁颤振机理与提升颤振性能的重要工具。为帮助设计人员在设计阶段高效精准地获取结构动力特性及颤振导数对大跨度桥梁颤振性能的影响规律，提出一种基于直接微分法的桥梁三维颤振敏感性分析方法。该方法基于系统矩阵的左右特征向量正交特性，构建在设计参数小幅摄动时桥梁多模态耦合颤振规格化条件，结合颤振临界条件得到系统特征值及颤振临界风速对设计参数的敏感性。为检验本文方法，以理想薄平板断面简支梁桥为算例，与有限差分方法进行比较，表明本文方法具有较高的精度和计算效率。将本文方法用于一座大跨度悬索桥的颤振敏感性分析，结果表明：对于采用闭口流线型主梁断面的大跨度桥梁，一阶对称竖弯和一阶对称扭转模态对桥梁颤振影响最大；增大桥梁结构的阻尼比、模态质量及基础扭弯频率比，均会提升桥梁颤振临界风速；颤振导数中， 影响最显著， 、 和 的影响次之，其它颤振导数的影响则基本可以忽略。
• Select
  基于热流固耦合的液膜密封动态追随性分析

  宋勇1，于博1, 2，郝木明2，王陈寅2，李天照2，任宝杰3

  振动与冲击. 2024, 43(7): 214-222.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为研究热流固耦合下液膜密封动态追随特性，基于小扰动法及热动力润滑理论，考虑非补偿环轴向振动、角向偏摆，建立补偿环三自由度运动方程，对比并分析纯流场和热流固耦合模型下力学元件参数、操作工况参数、结构参数对动态追随性的影响。结果表明：在热流固耦合模型下求解的液膜密封扰动量略小于纯流场模型下求解的扰动量；增加激励振幅，弹簧刚度和O型圈阻尼均会导致扰动增大，动态追随性变差；减小转速、增加介质压力会导致动态特性系数增加，有利于提高动态追随性；减少槽数会提高动态追随性，且在槽数给定时，槽深17μm，槽坝比0.8，螺旋角22°的结构参数设定会得到更好的动态追随性。
• Select
  快压缩P1波在饱和冻土与弹性基岩分界面上的能量传输特性

  马强1,2，蒋汇鹏1，周凤玺3，蒋宁山1,2

  振动与冲击. 2024, 43(7): 223-238.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  基于弹性波在冻结饱和多孔介质与单相弹性介质中的传播理论，选取了饱和冻土中传播速度最大的快压缩P1波入射在饱和冻土与弹性基岩分界面上的能量传输问题。根据分界面上的边界条件，推导出了快压缩P1波从饱和冻土介质入射到弹性基岩分界面上透反射振幅比和能量率的解析表达式。研究了快压缩P1波入射在饱和冻土与弹性基岩分界面上的能量与入射角度，入射频率，温度（含冰量），孔隙率，胶结参数以及接触参数的关系。研究结果表明：当入射角度为0时仅存在压缩波，达到临界角后透射P波消失；各种波在达到临界角时出现不同程度的脉冲，其中反射P1波最为显著；随着胶结参数，孔隙率，接触参数的增大，临界角越早出现；入射频率仅对反射P2，P3和S2波的能量反射率影响较大；当温度和含冰量较低或较高时，均不利于反射S2波的能量产生。
• Select
  不同气流量下气泡帷幕对水下冲击波衰减特性研究

  马成帅1，吴红波1，王尹军2，陆少峰3，李基锐3，蔡心远1，陈正严1

  振动与冲击. 2024, 43(7): 239-244.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为了研究不同气流量下气泡帷幕对水下冲击波的衰减特性，采用高速摄像探究气泡帷幕在受到冲击波冲击后形态变化，结合冲击波压力时程曲线进行分析。结果表明，气泡帷幕中的气泡受到冲击波作用后会发生数次膨胀收缩行为，随着气流量增加，气泡膨胀的最大直径增大，第一次膨胀收缩周期变长；且气泡帷幕对水下冲击波压力有很强的衰减作用，气流量上升幅度越大，冲击波压力峰值衰减越明显，在气流量40L/min下，冲击波峰值衰减高达88.98%；气流量大于20L/min后，冲击波冲量衰减幅度均大于50%。针对气流量大小与压力峰值下降幅度的关系进行曲线拟合，提出适用于该工况下的经验方程，以期指导实际工程。
• Select
  地铁循环荷载下粘土污染圆砾的大型动三轴试验及动力特性研究

  马少坤1,2，田发派1，黄海均1，张加兵1,2，段智博3，龚健1,2

  振动与冲击. 2024, 43(7): 245-254.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为揭示地铁循环荷载作用下受粘土污染圆砾的长期动力特性，利用GDS大型三轴循环试验系统，开展了一系列饱和不排水动三轴试验，分析了不同围压及动应力幅值下粘土污染水平(VCI)对圆砾长期动力特性的影响。试验结果表明：随着VCI的增加，试样的累积塑性应变呈先增后减的趋势，污染粘土由润滑作用转变为填充作用，围压为100 kPa时，界限VCI=30%，围压为200 kPa、300 kPa时，界限VCI=20%；VCI对浅埋地铁隧道(σ3=100 kPa)影响较大，威胁行车安全，而对深埋地铁隧道(σ3=200 kPa、300 kPa)影响较小，地铁运行相对安全；随VCI的增加，试样的弹性应变和动孔压比先增大后减小，而回弹模量则先减小后增大，但三者的变化趋势均随围压的降低及动应力幅值的增大愈发明显。研究成果可为地铁路基结构设计及其工后沉降预估提供参考。
• Select
  基于迭代增强变分模态提取的滚动轴承复合故障诊断

  张家军 1，马萍 1，张海 2，张宏立 1

  振动与冲击. 2024, 43(7): 255-265.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对变分模态提取对多分量复合故障提取能力不足，且存在中心频率和平衡因子两个超参数优化等问题，提出了一种迭代增强变分模态提取(Iterative enhanced variational mode extraction, IEVME)的滚动轴承复合故障诊断新方法。首先，提出引入中心频率趋势收敛现象优化VME的初始中心频率，使其能自适应寻找合适的初始中心频率进行提取并加入新的收敛准则对信号进行迭代提取的迭代变分模态提取方法(Iterative variational mode extraction, IVME)；然后，通过优化IVME的平衡因子得到多个分量信号，再利用图拉普拉斯能量指数选取最优分量进行重构；接着，为全面提取复合故障信号中的主要周期，提出了结合加强运算减去运算的增强最小噪声幅值解卷积(Enhanced minimum noise amplitude deconvolution, EMNAD)方法，以降低噪声并增强相对较弱的周期信号；最后，通过融合平方包络谱实现对滚动轴承的复合故障诊断。将所提方法应用到滚动轴承复合故障诊断中，通过仿真和实例信号验证所提IEVME方法的有效性和鲁棒性，并将所提方法与现有多种方法进行对比，结果表明所提IEVME方法准确性更高，效果更优。
• Select
  混合联肢PEC墙结构基于合理失效模式的性能化设计方法研究

  周巧玲1, 2 赵仕兴1 苏明周2 石韵3

  振动与冲击. 2024, 43(7): 266-277.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  基于性能化设计理念，提出了混合联肢PEC墙结构基于合理失效模式的性能化设计方法：以结构达目标位移时实现合理失效模式作为性能目标，基于能量平衡原理确定结构设计基底剪力，并给出符合失效模式的侧向力分布；依据给定目标塑性耦连比分别求解钢连梁和PEC墙肢底部加强区内力需求；采用塑性设计方法设计钢连梁和PEC墙肢底部加强区截面，采用弹性设计方法设计PEC墙肢非加强区截面，保证结构实现预期性能目标。依据提出的基于合理失效模式的性能化设计方法，设计了12层混合联肢PEC墙算例结构，对其进行Pushover分析和弹塑性动力时程分析，验证了该方法的可行性。基于合理失效模式的性能化设计方法设计的混合联肢PEC墙结构抗震性能良好，地震作用下，各层钢连梁首先剪切屈服耗散能量，然后PEC墙肢底部形成弯曲塑性铰，塑性铰分布及发展过程符合预期，实现了“两阶段耗能体系”设计目标。
• Select
  二十辊轧机辊系耦合振动特性及振动控制

  孔祥岚1, 2 和东平1, 2 徐慧东1, 2 王涛1, 2 黄庆学1, 2

  振动与冲击. 2024, 43(7): 278-289.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  精密极薄带因具备高精度、耐腐蚀、优异表面光洁度等性能，被广泛应用于微制造、微电子等高技术领域。二十辊轧机辊系的耦合振动对极薄带的生产有着重要的影响。考虑到轧制工艺和润滑状态等变化形成非线性轧制界面，建立了一种二十辊轧机辊系耦合动力学模型。应用多尺度法求解主共振和内共振的幅频特性方程，分析了不同参数对幅频特性曲线的影响。基于奇异性理论探究了不同参数与系统分岔的关系。同时，根据李雅普诺夫一次近似稳定性判据，结合系统动相平面相轨迹图，对系统稳定性进行判断分析。然后，基于Washout filter控制器原理设计了一种状态反馈控制器，通过对系统进行状态空间表达式变换，分析了控制增益对幅频特性的影响。利用时域图、相位图、频谱图以及Poincaré截面图进行仿真对比，验证了所设计控制器的可行性和有效性，为二十辊轧机振动及其控制的研究提供了一定的理论指导。
• Select
  基于多源域自适应残差网络的滚动轴承故障诊断

  高学金1，2，3，4,张震华1，2，3，4,高慧慧1，2，3，4,齐咏生5

  振动与冲击. 2024, 43(7): 290-299.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对传统无监督领域自适应方法扩展到多工况滚动轴承故障诊断场景适用性较弱的问题，提出了一种多源域自适应残差网络（Multi-source Domain Adaption Residual Network, MDARN），通过对齐来自多个源域的相关子域，从而提高模型在多工况下的故障诊断性能。首先，利用ResNeXt残差网络从源域和目标域充分提取可迁移特征;然后,引入局部最大平均差异(LMMD)准则，以两个源域的子域为基础对齐目标域中相关子域，减少相关子域间和全局域间的分布差异；最后，利用美国凯斯西储大学轴承数据集和MFS机械综合故障实验台产生的真实的轴承振动数据集，对所提方法进行了实验验证。结果表明，该方法在多工况下的平均故障诊断精度高达99.76%。与现有代表性方法相比，所提方法具有更好的故障诊断效果。
• Select
  面向电磁水声换能器的高静低动型悬架动力学研究

  孙士涛，么宇辉，张希，李鸿光

  振动与冲击. 2024, 43(7): 300-307.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对目前线性悬架无法兼顾电磁水声换能器降低谐振频率与承载较大静水压力的难题，设计引入了高静低动型悬架装置，并分析其对换能器声辐射性能的影响。建立了系统动力学模型和动态特性微分方程组，仿真分析了引入非线性刚度前后换能器系统声源级及谐振频率的变化。研究了输入电压对不同系统谐振频率的影响，探究了不同高静低动系统之间的差异。通过锤击试验测得引入高静低动刚度前后悬架的固有频率和加速度导纳。研究结果表明：相较于原线性悬架，高静低动型悬架在承受相同负载时具备更低的固有频率，低频段内具有更高的加速度。在电磁换能器中引入具有高静低动刚度特性的悬架装置可以获得比原系统更低的谐振频率，使低频区域内的声源级得到提升。
• Select
  基于EOE_LMD和阶次跟踪分析的变转速轴承故障诊断

  张超，买买提热依木?阿布力孜

  振动与冲击. 2024, 43(7): 308-316.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  振动信号分析是轴承故障诊断中的重要技术手段之一。变转速工况下的滚动轴承振动信号是典型的非平稳信号，并且在转频变化较小的工况中还存在噪声干扰的问题，使传统的时频分析技术难以应用。为解决该问题，提出了一种基于经验最优包络(empirical optimal envelope, EOE)的局部均值分解(local mean decomposition, LMD)和采用分段线性插值的计算阶次跟踪(computing order tracking, COT)算法相结合的故障诊断方法。首先，确定低通滤波器的截止频率和滤波阶数，对滚动轴承振动信号进行滤波，并对滤波后的包络信号进行COT，以获得角域平稳信号。然后，利用EOE_LMD对重采样后的平稳信号进行处理，得到若干乘积函数(product function, PF)分量。最后，通过计算各分量的信息熵和相关系数，选取合适的分量进行阶次分析，以判断变转速滚动轴承的故障类型。结果表明，所提出的方法可以消除转速波动对故障特征提取的影响，在不同转速变化条件下对滚动轴承具有良好的故障诊断能力。
• Select
  功能梯度石墨烯增强多孔复合材料阶梯圆柱壳的振动特性

  徐宏达，王宇，徐自强，贾小羽，于晓光

  振动与冲击. 2024, 43(7): 317-326.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  对功能梯度石墨烯增强多孔复合材料（FG-GPLRPC）阶梯圆柱壳的振动特性进行了研究。首先，采用Halpin-Tsai微观力学模型以及开胞体理论得到FG-GPLRPC阶梯圆柱壳的有效材料属性。其次，基于一阶剪切变形理论和惩罚参数法推导出壳体结构的能量表达式。最后，采用Jacobi-Ritz法建立壳体结构的振动控制方程，并求得结构的无量纲频率，验证了方法的有效性和正确性。结果表明，石墨烯质量分数、孔隙系数和边界弹簧刚度值对振动特性的影响显著，层数对振动特性的影响较小，尺寸参数对振动特性的影响不同，并得到了壳体频率随周向波数先减小后增大的变化规律。
• Select
  基于循环神经网络（RNN）的自适应滤波方法及应用研究

  任鸿燚1，刘翔宇1，咸甘玲1，兰景岩1,2

  振动与冲击. 2024, 43(7): 327-333.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对目前地震工程研究领域在滤波方法上存在人为因素、峰值突刺、噪声干扰等方面的缺陷，本文结合递归最小二乘算法（RLS）和和循环神经网络（RNN）模型，提出了一种自适应滤波的新方法。研究分析表明，该方法通过设置自适应调节滤波器参数以及算法的自我迭代等方式进行滤波，对噪声识别能力和滤波速度上均优于美国地质调查局(United States Geological Survey，USGS)所推荐的传统滤波方法，并可有效降低滤波后对原始波形的失真损坏以及相位提前等问题。同时，运用本文所提自适应滤波方法将其应用于不同场地类型台站的含速度脉冲近场地震记录，进一步验证了自适应滤波方法的有效性和适用性。研究成果为地震工程领域的滤波分析提出了一种新思路和新方法，也可为地震记录处理及相关应用工作提供参考。
• Select
  连续梁桥影响线识别与承载能力快速评估试验研究

  周宇1,2,3，尚稳齐1,2，狄生奎3，郑旭4，贺文宇5

  振动与冲击. 2024, 43(7): 334-344.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对桥梁静载试验过程存在的重载静置、交通阻误等问题，利用桥梁影响线具有完整反映结构各截面抗弯刚度的优势，提出一种基于影响线的桥梁承载能力快速评估方法。该方法仅利用单辆重车移动加载获取包含桥梁影响线信息、结构动力成分和车辆多轴效应的桥梁时程响应，首先采用变分模态分解剥离桥梁时程响应中的动力成分；其次根据采样频率及车辆轴距构建桥梁影响线识别数学模型，从而剔除桥梁时程响应中的车辆多轴效应，利用Tikhonov正则化解得桥梁影响线的稳定解；然后通过在桥梁影响线上开展虚拟加载，重构桥梁虚拟静力响应，并采用传统校验系数法评价桥梁承载能力。通过三跨变截面连续梁桥数值算例验证影响线识别方法的有效性，建立误差指标定量评价影响线识别结果的准确性，从而对某三跨连续钢混组合梁桥开展静载试验与承载能力快速评估试验研究，在预设车道实施车辆移动加载，识别桥梁中跨跨中截面挠度、应变影响线，进而开展虚拟加载研究，进一步验证所提承载能力快速评估方法的可行性与实用性，为桥梁承载能力“轻量化”快速筛检提供方法支撑与案例借鉴。
• Select
  直升机抗坠毁元件构形设计分析研究

  卢致龙

  振动与冲击. 2024, 43(7): 345-354.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为探究差异化的构形参数对复合材料波纹梁吸能性能影响，针对多种构形波纹梁，进行动态压溃试验，对试验现象分析及试验数据处理，给出了多种构形波纹梁的载荷-时间曲线和破坏模式。采用有限元软件（ABAQUS）模拟波纹梁的瞬态冲击过程，得到吸能特性参数比吸能(SEA)和平均载荷值等，并与试验结果对比，对比结果验证了数值模型的有效性。通过试验及数值分析结果讨论了波纹构形对波纹梁峰值载荷和吸能能力的影响，对不同构形波纹梁以及增加薄弱环节设计的吸能差异作出评估，为实际工程设计提供参考依据。结果表明，利用等截面剖面杆轴向压缩载荷作用下的临界应力方程将波纹梁梁高/波幅比、波长/波幅比设定在相应关系式时波纹梁结构表现出较为稳定的压溃过程，具有一定的应用价值；波纹腹板圆角R值除了对峰值载荷及平均载荷有影响，对波纹梁破坏模式改变也有一定关系，薄弱圆角r值能比较好的改善峰值载荷大小。
• Select
  卷破波冲击新型桩板桥梁结构水动力特性试验研究

  徐普1，张晟宇1，郑中凯1，刘秋江2，邱俊峰2

  振动与冲击. 2024, 43(7): 355-364.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  依托福建省滨海国道涉海浅滩段新型桩板桥梁结构工程，通过波浪水槽开展卷破波冲击桩板桥梁结构水动力特性试验，研究了三个阶段卷破波冲击作用下波浪爬高和桩板桥梁结构所受波浪力水动力特征，并与规则波冲击作用试验结果进行对比，分析了入射波高、波浪周期、水深对波浪爬高和波浪力的影响规律。结果表明：三个阶段卷破波冲击新型桩板桥梁结构的水动力特性显著不同，破碎前阶段和破碎中阶段卷破波会出现明显的波浪爬高现象，破碎前阶段卷破波爬高后的波面高程可达规则波的1.99倍；破碎前阶段的水平波浪力最强，是同阶段竖向波浪力幅值的4.48倍，可达规则波水平波浪力的3.08倍。波浪特征参数和水深对三个阶段卷破波冲击水动力特性影响显著，入射波高和水深的增加会使破碎中阶段卷破波的波面高程和竖向波浪力超过其他阶段；波浪周期的增加会使破碎后阶段卷破波冲击前波面高程和破碎前阶段的竖向波浪力超过破碎中阶段卷破波。