振动与冲击

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刘勇1,2，李兴1,2，郭鑫辉1,2，魏建平1,2，宋大钊3

振动与冲击. 2024, 43(8): 1-10.

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为揭示粒子冲击下围压对岩石裂隙形成及扩展机制的影响，开展了粒子冲击破岩实验和微纳米工业CT扫描实验，明确了围压对粒子冲击作用下岩石裂隙扩展特征的影响；并对不同围压条件下的粒子冲击进行数值模拟，分析了岩石的应力场和裂隙场演化过程，揭示了围压影响裂隙扩展的内在机制。结果表明：粒子冲击岩石后，在岩石内部形成破碎区和晶间主裂纹扩展区。压应力导致形成的剪切应力和拉应力是破碎区形成的主要原因，而晶间主裂纹扩展区形成的主要原因是切向衍生拉应力。围压使岩石颗粒间产生预应力，导致切向衍生拉应力需克服颗粒之间的初始压应力才能形成张拉裂隙；围压的增大导致岩石颗粒间剪切裂隙比例和摩擦效应提升，产生相同裂隙数目消耗能量增大，抑制了晶间主裂隙扩展区和破碎区的形成，破碎效果降低。

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轴流式水轮发电机组不对中-碰摩耦合故障振动特性分析

张雷克1，蔚建辉1，王雪妮2,1，张金剑3，马震岳3，邓显羽4

振动与冲击. 2024, 43(8): 11-18.

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针对轴流式水轮发电机组因联轴器偏角不对中引起的碰摩转子-转轮系统振动问题，基于修正的LuGre摩擦模型，本文推导了联轴器不对中故障下转轮叶片碰摩力表达式。在此基础上，搭建了综合考虑不平衡磁拉力等外激励作用下系统动力学模型。采用数值方法研究了不对中角度对系统振动特性的影响，并结合Floquet理论分析了以转速为控制变量的系统周期解稳定性。结果表明：不对中的存在增大了系统发生失稳可能性，显著改变了系统动态特性。此外，不对中角度对转子与转轮振动响应的影响具有较大差异，随着不对中角度的增加，转轮振动变化明显且碰摩程度较为恶劣。本文研究结果可为轴流式水轮发电机组安全运行及稳定性分析提供有益借鉴。

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基于压电筒状叠堆的无线金属腐蚀探针设计及性能研究

王建军1，刘鸿辉2，曹亚雷1，符轩铭3，李伟杰3，罗明璋4，兰成明2

振动与冲击. 2024, 43(8): 19-33.

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基于压电筒状叠堆和压电阻抗技术提出了一种由压电筒状叠堆和金属杆组成的新型金属腐蚀探针。建立了多层结构探针纵向振动的传递矩阵模型，导出了电学阻抗方程，求得了第一阶谐振频率和反谐振频率，并与已有文献的特例结果进行了对比，验证了理论求解的正确性。此外，采用理论分析、人造定量腐蚀试验、温度敏感试验、加速腐蚀试验和无线阻抗测试试验系统地研究了探针的性能。研究结果表明，探针的第一阶谐振频率和反谐振频率随着杆长减小而增大，随着腐蚀天数的增加而增大，随着温度的增大而减小；无线阻抗系统测量的阻抗谱与传统阻抗分析仪的测量结果一致性较好。研究成果为开发无线定量测量的新型金属腐蚀探针提供重要参考。

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火箭捆绑机构热力耦合模型修正与虚拟验证方法

贺揆 1，张薇 2，李长龙 2，裴长浩 2

振动与冲击. 2024, 43(8): 34-42.

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在缺少试验数据的情况下，为得到精确的火箭捆绑机构热力耦合有限元模型，提出了一种考虑建模不确定性的模型修正与虚拟验证方法。所提出的方法充分利用前期型号已有的实验数据，对尚无实验数据的在研新型号火箭捆绑机构基于通用化摩擦热理论公式进行虚拟映射、验证及修正。首先，建立前期型号的捆绑机构有限元模型，基于已有实验数据，使用贝叶斯修正算法对有限元模型进行修正；然后，建立通用化摩擦热理论模型并标定其中的待定系数，使理论模型与有限元的计算结果一致；最后，建立在研型号的有限元模型，以标定后的理论计算值为依据，验证并修正在研型号的有限元模型。将该方法用于缺少实验数据的某新型火箭捆绑机构的数字化建模及验证问题，结果表明，修正后的有限元模型具有较高的精度及可靠性。

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核电工程异形水箱流固耦合分布式参数模型与效用研究

李建波1,2，刘佳1,2，李志远3，林皋1,2

振动与冲击. 2024, 43(8): 43-51.

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在流固耦合动力分析领域，传统的Housner模型在工程设计中发挥重要作用。但其理论推导仅适用于规则水箱，采用集中质量总体模型描述液体晃动的整体效应，难以有效模拟异形水箱储液结构的局部精细响应，亟需建立适用于不规则水体晃荡的分布式附加质量模型。基于势流理论推导了一种模态综合法模型，实现了分布质量与储液器壁激振加速度的解耦。该模型能够有效剥离分布式的脉冲质量与对流质量；同时，实体网格的振型分析适用于任意形状水体的动力分析。通过算例的形式将该模型与精细CAS模拟法进行了比较，验证了模型的精确性与可靠性。最后，基于本文的模型研究了核电异形的安全水箱在不同水位和减晃格栅分布下的动力响应规律，并检验了其在工程中的适用性。

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基于IMSGP-WEDI的水电机组故障预警方法

曹超凡1，李明亮2，蒋双云1，张广涛3，李中梁1，卢娜1

振动与冲击. 2024, 43(8): 52-60.

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水电机组故障预警指标对于机组早期故障预警时间影响较大，而当前预警指标多基于单传感器信息构建，且其特征信息单一，难以更全面地表征机组运行状态，针对此问题，提出了一种基于集成多传感器遗传规划（Integrated Multi-Sensor Genetic Programming, IMSGP）与权重欧式距离指标（Weighted Euclidean Distance Index, WEDI）的水电机组故障预警方法。首先，将多传感器信号进行预处理，剔除干扰信息；然后从预处理后的信号中提取多元特征，构建原始预警特征集；接下来利用复合检测指数（Composite Detection Index, CDI）进行特征选择，并利用IMSGP进行特征构造；最后结合主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）与欧式距离构建WEDI，判别机组异常状态。通过对水电机组实测数据的分析，证明了提出的方法可及时发现早期故障，实现故障预警。

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横向振动作用下螺栓连接节点松动规律数值模拟

赵卫平1，常昊坛1，籍春雷2，郭新锁1，何宇翔1

振动与冲击. 2024, 43(8): 61-69.

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输电铁塔螺栓连接节点因常常受到横向往复荷载作用发生松动，从而导致输电铁塔的损害。目前许多在紧固件振动试验机上进行的单个螺栓试验与有限元研究因螺栓约束条件问题并不适用于角钢-螺栓群节点的实际工作情况，针对这一问题在ABAQUS中建立考虑螺纹升角的精细化螺栓模型，根据紧固件试验结果验证有限元模型的适用性，再将螺栓模型推广到复杂的单肢、单包及双包的角钢-螺栓群节点模型，分析螺栓群节点在横向振动荷载下松动机理与预紧力变化过程。分析结果表明：在横向循环载荷作用下，预紧力出现交替的上升与下降；螺纹接触面先于螺头承压面进入滑移状态；螺栓预紧力随摩擦系数、预紧扭矩的增大而降低，随着振动幅值的增大而增大，振动频率对螺栓松动影响不显著；单包与双包节点螺栓松动程度从外侧到内侧逐渐递减，施加预压力在一定程度上可降低螺栓的松动趋势，双肢单包节点螺栓松动程度下降了16%~23.24%，双肢双包节点下降了2.63%~3.80%。因此在实际工程要做好对易松动部位螺栓的监测，保证节点的承载能力。

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基于勒让德-扫描法的机械结合部法向接触刚度区间分析

刘勇1，渠杰1，张青1，王大伟1，闫方超2

振动与冲击. 2024, 43(8): 70-77.

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由于机械结合部实际接触时存在诸多不确定因素，利用传统接触刚度模型对机械结合部进行分析时，难以确定其法向接触刚度的合理区间。为此，将微凸体曲率半径、分布密度和微凸体高度方差视为不确定性参数，基于KE弹塑性接触刚度模型和勒让德-扫描法，建立结合部法向接触刚度区间模型并进行求解。之后，通过与接触刚度试验数据及传统模型求解结果的对比，验证了该模型的有效性和准确性。基于该模型对结合部法向接触刚度进行分析，结果表明：勒让德-扫描法具有较高的求解精度，粗糙表面形貌参数不确定性对于结合部法向接触刚度有着明显影响，且随着无量纲接触距离的减小，影响程度逐渐增加，其中微凸体高度方差的不确定性对粗糙表面法向接触刚度影响程度最大。机械结合部法向接触刚度区间模型的建立与分析，可为结合部的研究提供参考。

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水轮机调节系统与轴系耦合模型对系统参数的敏感性分析

章志平1，张送校1，杨雄1，秦程1，孙洁2，冯陈3，张玉全3

振动与冲击. 2024, 43(8): 78-88.

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抽水蓄能电站频繁的暂态过程对轴系振动有重要影响，建立一个能够反应水电机组暂态响应的调节系统与轴系的耦合模型对于研究抽水蓄能电站的安全运行至关重要。本文以拉日朗日公式推导的扭矩方程为纽带，构建了水轮发电机组调节系统与考虑多振动诱发因素的轴系系统的瞬态耦合模型。计算了甩不同负荷下轴系的动态响应过程，分析了发电机偏心质量以及发电机励磁电流对轴系暂态过程的影响。研究发现：甩去的负荷越多，轴系在动态响应的过程中振动越剧烈，甩30%负荷，甩60%负荷，以及甩100%负荷后，发电机转子在x方向上的振幅较甩负荷前分别增加了68.7%，109.3%，以及126.3%。发电机的偏心质量越大，水轮发电机组轴系在动态响应过程中的幅值越高，系统越不稳定，而励磁电流越大，轴系在响应过程中的幅值越小，越有利于系统稳定运行。本文的目的是为水轮发电机组调速系统-轴系系统瞬态耦合模型的建立提供一种方法，探讨和评价甩负荷下瞬态耦合模型的参数敏感性，保障机组暂态下的安全稳定运行。

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二级齿轮非线性动态特性同伦摄动法分析

荀超，吴海轩，王云龙

振动与冲击. 2024, 43(8): 89-97.

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考虑时变啮合刚度、脱齿、各级齿轮啮合间的耦合关系，建立了二级齿轮传动机构的刚柔混合模型，采用同伦超越摄动法分析了机构的非线性动态特性，得到了二级齿轮机构主共振、超谐共振和亚谐共振的频响表达式。与多尺度法不同，同伦法的分析精度不受脱齿程度的影响。与数值积分结果的对比表明，在脱齿率达到30%以上时，同伦法较多尺度法具有明显的计算精度优势。本研究为复杂齿轮传动机构的非线性动态特性分析提供了更为精确的理论分析方法。

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变滞回性能阻尼器的抗震性能及其在RC排架墩中的应用

董慧慧，李艳玲，韩强，杜修力

振动与冲击. 2024, 43(8): 98-108.

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为了实现分级保护主体结构同时减小传统耗能阻尼器在强震作用下的残余变形的目的，本文提出一种基于形状记忆合金（shape memory alloy，SMA）板环的新型变滞回性能阻尼器（variable hysteresis performance damper based on shape memory alloy，SMA-VHD）。首先阐明了新型阻尼器的基本构造，揭示了其变滞回性能工作机理和自复位原理。通过对SMA板材进行材性试验确定了SMA板材的关键性能参数，进而建立阻尼器精细化有限元模型，系统研究阻尼器的滞回性能及参数影响规律。最后将新型阻尼器应用于RC排架墩中，通过动力时程分析研究附加阻尼器桥墩结构的分阶段抗震性能。研究结果表明：SMA板材应力应变关系呈“旗帜型”，具有良好的自复位能力；SMA-VHD滞回曲线呈现明显分级平台，随着阻尼器变形的增加，其滞回曲线由饱满的矩形变为具有自复位功能的“旗帜型”，表明该阻尼器具有变滞回性能的特性；将SMA-VHD应用到RC排架墩中，可有效实现结构的分级抗震，提高桥墩结构的抗震性能水平。

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耦合边界元法和等效源法的稳健CHIEF法

包英超1,2，向宇1,2，陈洁1,2，石梓玉3

振动与冲击. 2024, 43(8): 109-118.

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针对声学边界元法中解的非唯一性和奇异积分问题，基于（combined helmholtz integral equation formulation，CHIEF）法思想，将常规边界元方程和等效源方程进行联立，并利用两者方程系数矩阵间的耦合等价关系，间接替换计算常规边界元法中的奇异系数矩阵，进而提出一种具有全频域唯一解、高计算精度和高稳定性的耦合CHIEF法。该方法将等效源方程作为补充方程，不仅解决了传统CHIEF法内点补充方程失效的问题，而且矩阵的间接替换计算避免了直接计算奇异积分，显著提高了计算效率和精度。通过声辐射和声散射的典型算例对比了所提方法、常规边界元法、常规Burton-Miller法和等效源法的计算效果。结果表明，所提方法不仅在全波数域内均能获得唯一解，且其计算精度和效率均优于常规边界元法和常规Burton-Miller方法，其系数矩阵条件数远低于等效源法。

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制动工况下重载货车车轮扁疤对轮轨振动响应分析

祁亚运1,2，张文谦1，张良威2，姜瑞金2，刘凤伟2

振动与冲击. 2024, 43(8): 119-126.

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随着我国重载铁路的发展，重载货车轴重不断增加，车轮扁疤问题也日渐突出，该问题会导致轮轨动载荷急剧增大。本文建立了重载车辆-轨道刚柔动力学模型，在考虑了重载货车不同制动工况下，探究车轮扁疤对轮轨之间垂向冲击力和纵向蠕滑的影响，并进行了扁疤限值计算。结果表明：车辆的P1和P2力随着扁疤长度和速度的增大而增加，且紧急制动工况下大于正常制动工况。空车状态下轮轨垂向力远远小于重车状态，但在扁疤的作用下空车状态下的垂向轮轨力产生的波动会更大。车辆进行制动会导致纵向蠕滑率和纵向蠕滑力发生改变，同时在扁疤的作用下纵向蠕滑率和纵向蠕滑力都会产生波动，扁疤越大波动幅度越大。根据标准中的轮轨垂向力和轮重减载率的限值，对车辆在不同工况下进行扁疤限值计算，结合空重车以及制动工况，得到重载货车扁疤限值为38mm。该研究将为重载货车运维提供相关指导。

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新型双重自复位摩擦阻尼器试验及数值模拟

屈俊童，白宇翔，张超，李昱衡，王文彬，浦钧翔

振动与冲击. 2024, 43(8): 127-135.

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为提升阻尼器的复位性能，提出了由复位弹簧与形状记忆合金（shape memory alloy，SMA）组成的双重复位驱动体系，设计了新型双重自复位摩擦阻尼器，概述了其构造及工作原理。通过往复加载试验，考察了预紧力、加载位移幅值及复位弹簧组件刚度对阻尼器复位性能及耗能性能的影响；确定了阻尼器简化力学模型并进行数值模拟分析。结果表明：增大预紧力虽能提高阻尼器耗能性能，但同时增大了残余变形率；在预紧力和加载位移幅值较大的情况下，双重复位体系对阻尼器卸载后残余变形率的降低更加显著，有利于提升有高耗能需求的阻尼器的复位性能；简化力学模型与OpenSees有限元模拟得到的阻尼器滞回曲线、力学性能参数与试验结果吻合程度较高，验证了力学模型的准确性。通过有限元模拟分析了各功能部件对阻尼器整体性能贡献，分析结果反映了摩擦耗能装置对阻尼器整体耗能性能的贡献较好，并且复位弹簧对阻尼器复位性能的贡献随着预紧力的增大而愈加明显。

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基于听觉特征融合的煤矸识别方法研究

杨政1，王世博1,2，饶柱石3，杨善国1,2，杨建华1,2，刘送永1,2，刘后广1,2

振动与冲击. 2024, 43(8): 136-144.

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针对强噪声背景下综放开采过程中垮落煤矸难以识别问题，提出了一种融合低级听觉特征Mel频谱和高级听觉特征听觉神经递质发放率的煤矸识别方法。首先，根据煤矸垮落冲击液压支架尾梁声音信号频谱特点，基于听觉神经滤波器组模型构建了适用于煤矸识别任务的听觉模型；然后，利用听觉模型对煤矸垮落声音信号进行分析，获得听觉神经递质发放率；再次，将听觉神经递质发放率与通过Mel频谱提取的峰值特征进行融合，得到煤矸声音听觉感知图；最后，基于所构建的听觉感知图，利用ConvNeXt模型进行煤矸识别。实验结果表明，采用融合听觉特征的煤矸识别方法在不同信噪比下均具有较高的识别准确率；其优越性在背景噪声较大的工况下（信噪比为-5dB）尤为明显，准确率仍能达到91.52%，显著优于以低级听觉特征和频谱图作为识别特征和利用时频域特征结合机器学习的煤矸识别方法，验证了融合听觉特征的煤矸识别方法对噪声具有优越的鲁棒性。

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考虑环境改变的部件核密度剩余寿命预测

赵彬，李佳娟，石慧，任谦力，康辉

振动与冲击. 2024, 43(8): 145-154.

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针对风机关键部件运行过程中剩余寿命预测精度受环境变化影响的问题，提出一种考虑环境冲击影响的核密度估计剩余寿命预测模型。首先采用自适应核密度的非参数估计方法对部件的连续自然退化过程建模；其次假设恶劣环境对部件的影响为部件受到的随机冲击，在考虑改变运行环境条件下建立其部件所受冲击与连续退化随机相关的剩余寿命预测模型，并分析其可靠性，最后通过风电机组退化数据及齿轮箱磨损实测数据进行了实验分析，验证了所提模型的准确性和有效性。

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振动作用下平直翅片管结霜初期微液滴运动过程数值模拟

关维娟1，陈清华2,3，张斌3，季家东3，王建刚3,4，刘萍3

振动与冲击. 2024, 43(8): 155-161.

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平直翅片管换热器在低温高湿环境中工作极易发生结霜现象，造成能耗增加、故障率升高，而对结霜初期的微液滴施加振动作用可以加速微液滴的滑落过程从而达到抑制结霜的效果。对结霜前期微液滴的生长过程进行数值模拟分析，并通过文献值验证了数值模拟的可靠性，然后利用不同时刻的微液滴数据，通过数值模拟的方式，研究不同振动频率作用下微液滴的运动特性，最后搭建实验平台进行验证。研究结果发现，不同体积的微液滴对应的最优振动频率有所不同，当微液滴体积较小时，较高的振动频率使微液滴在基管壁面来回振荡，不易滑落，当微液滴体积较大时，较高的振动频率有利于微液滴克服壁面摩擦力，有利于液滴滑落。

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基于孪生神经网络的楔形环连接结构预紧状态辨识

盛俊杰，王九龙，李树勇，文勇

振动与冲击. 2024, 43(8): 162-168.

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楔形环连接结构由于其连接简单可靠、同时兼具节省空间及减重的优势，常被应用于鱼雷、航天飞行器等武器装备。针对楔形环连接结构预紧状态辨识方面存在的机理模型复杂、样本量小且类别不平衡的问题，提出了一种基于孪生神经网络模型的预紧状态辨识方法。为提高模型训练效率和效果，首先利用时频处理技术进行孪生神经网络模型特征增强，基于增强特征建立了3层孪生神经网络分类模型，实现楔形环预紧状态宏观分类。同时，为指导楔形环精密装配，通过特征可视化技术，深入分析了孪生神经网络训练过程特征聚类效果，并基于二维特征建立了预紧状态定量表征模型，引入目标状态聚类中心与接受域参量，用于实现楔形环连接结构预紧状态定量评估。通过试验验证了所提方法的有效性，该方法可为楔形环连接结构定量辨识提供新的技术途径和思路，具有一定工程应用价值。

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考虑泄漏和温度效应的黏滞阻尼器性能演变研究

杨孟刚1，曹恺悦1，李新2，胡尚韬 1

振动与冲击. 2024, 43(8): 169-177.

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黏滞阻尼器作为一种广泛使用的被动减振/震装置，其力学性能在全寿命周期内会发生演变。为探究其力学参数改变模式，揭示其性能演变机理，以油液泄漏和温度效应为主要影响因素开展了试验及仿真研究。首先，对不同漏油程度和环境温度下的黏滞阻尼器分别开展了滞回试验研究和黏温关系分析；其次，对黏滞阻尼器进行了流体动力学仿真，获得其性能演变规律；最后，建立了漏油与温度联合作用下黏滞阻尼器性能演变的力学模型，并对其进行了验证。研究结果表明，油液泄漏将导致滞回圈出现零力平台段，且平台长度与漏油比例成正比；温度升高会导致阻尼系数的减小，从而影响阻尼力峰值；所建立的性能演变模型能够较为精确地反映黏滞阻尼器力学性能的改变。

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多层交通荷载下非对称一体化地下结构的动力响应

钱劲松1，陈正1，欧阳韦1,2，刘海洋1，周毅恒1

振动与冲击. 2024, 43(8): 178-185.

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地下结构在交通荷载作用下的动力响应对其运营期的安全稳定有重要影响。为了探究大断面非对称一体化地下结构在多层交通荷载作用下的动力响应特征，本文依据工程典型断面建立有限元模型，模拟施加路表、市政、轨道三层交通荷载，分析了非对称一体化地下结构的振动响应和应力分布特征，探究了多层交通荷载共同作用产生的结构动力响应叠加规律。结果表明：非对称一体化结构的振动响应在市政交通层的左幅顶板中部最大，达0.5~0.7m/s2，动应力在轨道交通层底角处最大，达0.08~0.1MPa；地铁列车荷载是结构动应力的主要影响源，但土钉支护与桩基支撑能够有效降低动应力的影响；作用于地面的车辆荷载会对一体化结构的振动响应产生较显著影响，运营期应重点关注位于地面车辆行驶密集路段的结构。研究结果可为地下非对称一体化结构的优化设计、运营期养护提供参考。

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某埋头弹机枪拨弹杠杆动力学分析及优化

刘强1，周克栋1，李东昊2，陆野1，赫雷1，任海钺1

振动与冲击. 2024, 43(8): 186-192.

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某埋头弹机枪使用了与传统枪弹结构完全不同的埋头弹，为了适应这种弹药，该埋头弹机枪与传统机枪在结构上也有很大的差异。其中，相较于传统机枪，该埋头弹机枪的输弹行程更为靠后，为了减小全枪长度，不得不缩短拨弹杠杆中曲线槽部分的长度。这使得枪机框上的导柱进入拨弹杠杆曲线槽时，对拨弹杠杆的冲击力很大，从而对整个输弹机构的可靠工作造成极为不利的影响，同时也会严重降低枪机框的动能，使得输弹动作难以完成。现以导柱与拨弹杠杆之间的最大冲击力为目标函数，选用5次函数曲线作为拨弹杠杆曲线槽理论轮廓线的形状，运用遗传算法对该理论轮廓线进行优化，使得导柱与拨弹杠杆之间的最大冲击力降为优化前的1/3。试验验证表明，枪机框在进入拨弹杠杆曲线槽的过程中，速度损失由原来的0.94m/s降低到0.28m/s，达到了优化目的，本文的研究结果为该枪的改进提供了可靠的理论依据。

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重复冲击下砂岩的动态响应实验研究

吴飞鹏1,2，赵志强1，颜丙富1，丁乾申3，刘静1,2，齐宁1,2，罗明良1,2

振动与冲击. 2024, 43(8): 193-201.

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高速动能水击压裂可借助聚能水锤效应实现强动载泄入性液压冲击，具有高峰值压力、高加载速率、重复多次渐进扩缝等优势，其中聚能流体贯入性冲击下岩石损伤-破裂的演化机制是该技术优化设计的核心问题。为此，本文采用岩石动态冲击损伤模拟实验装置，开展高速动能水击压裂破岩实验，分析不同加载速率、冲击次数、冲击组合等对岩石破裂形态的影响规律。结果表明：单次高速动能水击破岩中，随着加载速率的提高，岩石破坏依次呈现出近孔眼破碎损伤（8.5MPa/ms）、微裂缝聚并串联成宏观裂纹（13.4MPa/ms）、流体楔入形成脆性崩裂裂缝（15.5MPa/ms）三种模式；在小峰值压力、低加载速率重复冲击下，岩石损伤破坏呈现近孔眼损伤（1-2次）-裂缝起裂扩展（3-5次）-应力挤压破碎（6-10次）三个阶段，随着冲击次数的增加，孔眼周围损伤加剧，形成3mm-40mm（贯穿岩样）不等长的裂缝；“先低后高”组合加载速率冲击方式下，前期重复低速率冲击可在孔眼周围形成微裂纹损伤而又不会产生破碎压实，随后借助单次高加载速率聚能冲击，实现大体积高压流体在微裂纹内的快速楔入，激发多条径向深穿透裂缝，同时该组合冲击方法还可实现主裂缝两侧基质扩容增渗和相交分支缝网，实现改造效果的最大化。

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基于互信息和MiniRocket网络的CFST脱空识别

覃悦1，谢开仲1,2,3，郭晓1,2,3，王红伟4，王秋阳1，彭佳旺1

振动与冲击. 2024, 43(8): 202-212.

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为提高钢管混凝土（concrete filled steel tube，CFST）脱空检测的效率和精度，本文提出了一种基于快速傅里叶变换（fast fourier transform，FFT）、互信息（mutual information，MI）和MiniRocket神经网络的智能识别方法。首先，采用FFT将待测CFST敲击声波时域信号转换为频域信号；其次，采用MI建立频域信号与脱空状态的相关性，提取相关性最大的前30个特征建立数据集，避免了复杂的数学运算和冗余信息；建立MiniRocket深度学习网络，通过使用更少的参数量和更小的特征尺寸，提高分类的速度和精度。最后，考察了模型的噪音鲁棒性，并与其他算法、特征提取方法和识别方法进行对比。结果表明，在不同脱空深度和脱空宽度下，所提的方法在100次重复实验中获得了100%的平均预测精度。在高信噪比下，该方法受影响较小。此外，与其他算法、特征提取方法和识别方法相比，本方法具有更好的预测性能。因此，所提出的方法在未来实际CFST结构的智能脱空识别中具有较大的应用潜力。

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基于磁性阻尼动力吸振器的管道减振技术研究

周帅，高红波，林磊，陈志林，徐德城，陈明亚

振动与冲击. 2024, 43(8): 213-220.

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(五号黑体)（小五宋体）为研究磁性阻尼动力吸振器在管道减振方面的应用，本文根据定点理论开发设计了一款适用于三维管路的单向有阻尼动力吸振器，并基于visual basic编制了关键参数计算器。通过有限元仿真计算、安装位置参数优化和试验验证等方法，验证了该动力吸振器在三维管路减振中的有效性。得出如下结论：使用该套动力吸振器的设计方法开发的动力吸振器，可以有效降低三维管路的振动。试验验证的减振效果与仿真计算验证的减振效果相近。

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电磁阀半主动悬架线性变参数μ综合鲁棒控制

寇发荣1，李盛霖2，杨旭东2，邢龙龙2

振动与冲击. 2024, 43(8): 221-231.

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针对电磁阀半主动悬架系统中的非线性和不确定性问题以及多个性能目标之间的矛盾，设计了一种线性变参数(Linear Parameter Varying, LPV) μ综合鲁棒控制器。建立电磁阀非线性阻尼力力学模型并开展台架试验验证模型的准确性，构建了七自由度悬架系统的非线性LPV模型；对悬架参数不确定性和系统建模误差进行分析，并考虑传感器测量噪声的影响，设计了一种基于非线性和混合不确定性的LPV-μ综合鲁棒控制器；最后进行整车电磁阀悬架系统仿真和实车试验。仿真结果表明：在随机扰动下该控制器使车身垂向加速度均方根值降低46.47％，俯仰角加速度降低46.47％，侧倾角加速度降低50.68％，具有良好的抗干扰能力和可控性。试验结果表明：LPV-μ综合控制下车身垂向加速度、俯仰角加速度和侧倾角加速度均方根值分别降低36.6％、30.14％和39.47％，并且保证悬架动挠度小于0.06 m，验证了该控制策略的有效性。

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精密平台磁敏智能隔振系统自适应PI控制研究

钟灿，黄振，李旺，浮洁，韩锦聿，余淼，綦松

振动与冲击. 2024, 43(8): 232-237.

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为抑制精密平台存在的时变振动，提出一种基于磁流变弹性体（MRE）半主动自适应PI控制方法。首先针对MRE隔振系统，建立其动力学模型，并根据MRE变刚度隔振原理，推导半主动控制条件；其次以响应加速度和目标加速度偏差作为PI控制器输入，通过遗传算法获得不同频率、幅值激励下的最优PI控制参数，并基于被动参考模型获得频率幅值依赖自适应律。该方法无须通过复杂的傅里叶变换辨识频率，实时性高；最后通过仿真和试验验证了所设计控制器的有效性;结果表明与传统PI控制器相比，自适应PI控制器对40Hz-50Hz、1.0m/s2 -3.0m/s2时变振动具有更大的抑制。

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动车组头车声固耦合模态分析及多目标优化

于洋1,2，曹启军2，刘春艳1，陈秉智2，于春洋1

振动与冲击. 2024, 43(8): 238-247.

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目前针对高速列车领域声固耦合共振现象的产生机理和影响因素尚缺乏深入探讨，并且基于声固耦合共振理论的车体优化设计也需进一步开展。本研究基于模态等效和质量等效原则建立动车组头车有限元模型，分别进行结构模态、声场模态和考虑内外声场影响的声固耦合模态分析。分析结果表明：结构模态频率符合头车设计规范；声场模态存在与结构模态相近的特征频率，为后续耦合共振优化提供依据；内外声场的耦合作用导致结构和声场系统的模态参数变化，论证了模态分析中考虑声固耦合因素的必要性。基于模态分析结果，对动车组头车结构进行了两项优化设计：以车体质量最小化为目标，车身厚度为设计变量，在满足一阶垂弯模态频率约束条件下进行车体减重设计；为避免耦合共振影响，提取结构和声场固有频率值接近的模态阶次，将二者的频率差最大化作为优化目标，引入车体减重设计模型，形成头车轻量化与舒适性指标同步提升的多目标优化体系。

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地震波斜入射下水平成层覆盖层地基波动输入研究

王飞1,2，宋志强2，刘云贺2，李闯2，李正贵1，胡安奎1，田庆3

振动与冲击. 2024, 43(8): 248-256.

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覆盖层具有土体动力非线性和结构成层特征，地震波斜入射下覆盖层地基自由场计算难度增大、人工边界吸能能力受到限制，制约了地震波动输入精度和应用。本文以水平成层覆盖层为研究对象，引入势函数理论，构建了地震波斜入射下顶层幅值矩阵与任意层幅值矩阵之间的动态传递关系，获得土体时域应变；基于二维应变状态理论，采用等效线性化法反映土体动力非线性，建立了地震波斜入射下非线性水平成层覆盖层地基自由场解析计算方法。利用作者发展的非线性黏弹性人工边界单元模拟远域辐射阻尼效应，近场波动分析中边界单元参数随内层土体单元动剪应变变化，边界单元吸能能力达到最优。结合解析自由场转换得到的等效输入荷载，建立了适用于地震波斜入射下非线性水平成层覆盖层地基地震波动输入方法。该方法能够依据深部斜入射波和地表地震动实现覆盖层地基波动输入，依据地表地震动实现波动输入是避免了通过基底地震动正演自由场等过程。研究了弹性水平双层和非线性水平多层覆盖层地基地震响应，结果表明：波动输入计算获得位移和应力均与解析解有较高拟合度，计算精度高，可为水平成层覆盖层地基上土石坝地震响应研究提供基础。

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基于容器内壁反射能量变化的液位超声检测方法

张跳跳，贺西平，刘昱

振动与冲击. 2024, 43(8): 257-262.

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置于液罐外壁液面高度附近处的收发探头发射声束透过罐壁在其内壁产生一投影面积，本文提出利用液体在该投影面积中的占比与能量之间的关系来检测液位的变化。计算探头接收到的回波信号能量，该能量值与液面高度成反比，由此定征液面位置。搭建实验系统，采集回波信号，将算得的接收能量值代入占比面积表达式得到相对探头的液面位置。计算的液面位置与实际液面位置相吻合，两者的误差仅小于2.465mm。有限元仿真计算也验证了探头接收能量与液位变化的关系。

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雨刮-风窗摩擦噪声声品质主动控制自适应均衡算法

范会志1，郭辉1，冯庆宝2，孙裴1，王岩松1，陆仲辉3

振动与冲击. 2024, 43(8): 263-271.

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雨刮-风窗摩擦噪声是影响车内声品质的重要因素之一，对其声品质主动控制有利于改善车内声学环境。为了实现对雨刮-风窗摩擦噪声声品质主动控制，提出一种基于集合经验模态分解的权重约束自适应噪声均衡(Ensemble-empirical-mode -decomposition Weight Constrained Adaptive Noise Equalizer, EWCANE)算法。首先通过集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)方法分解雨刮-风窗摩擦噪声得到非平稳度较低的固有模式函数分量，计算各分量的方差比以表征各分量对噪声的影响程度；然后基于输入信号和误差信号的欧式范数以自适应对滤波器权重进行约束来降低噪声的瞬态冲击；最后根据方差比调整声音增益因子以均衡各分量的声品质主动控制。经过仿真验证，实车雨刮-风窗摩擦噪声信号响度得到有效降低，改善了雨刮-风窗摩擦噪声的声品质。

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基于随机子空间识别的模态参数不确定性量化方法

罗杰，康杰，孙嘉宝，曾舒洪

振动与冲击. 2024, 43(8): 272-279.

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基于协方差驱动随机子空间识别(covariance-driven stochastic subspace identification，SSI-COV)方法的模态参数识别具有强鲁棒性、高精度的优势，在结构工作模态分析中应用广泛。为保证模态参数识别的准确性，新近提出的基于随机子空间(stochastic subspace identification,SSI)的模态参数不确定性量化方法，可有效估计模态参数的方差，但由于其计算各中间变量时，需显式表示出Jacobian矩阵，导致矩阵运算维度高、计算效率低。为此，本文提出一种基于SSI-COV的模态参数不确定度高效计算方法。首先，计算振动响应相关函数的方差，通过奇异值分解(singular value decomposition, SVD)，选取合适的奇异值截断阶数，由每阶奇异向量组装出多组Hankel矩阵的扰动。其次，根据一阶矩阵摄动理论，隐式计算SSI-COV算法各中间变量的一阶扰动，最终，由多组模态参数的扰动叠加计算出方差。最后，以桁架结构模型为例，采用所提方法辨识结构模态参数并计算模态参数方差，分析了Hankel矩阵维度及相关函数奇异值截断阶数对辨识结果的影响，结果表明计算得到的模态参数方差与MCS结果非常接近，且模态参数不确定度可作为剔除虚假模态的有效依据。

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诱导轮对高速液氧泵空化流场影响研究

窦唯1，蒋文山1，李超群2，高永新2，姚程2

振动与冲击. 2024, 43(8): 280-286.

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高抗空化诱导轮可以改善液氧泵的空化特性，提高大推力火箭的可靠性。本文基于计算流体力学方法，建立了高速液氧泵的流动仿真模型，通过三组试验工况验证了模型准确性，研究了诱导轮叶片数对液氧泵性能和空化特性的影响。结果表明，使用诱导轮可以减小离心轮空化面积，代偿离心轮的汽蚀，提高液氧泵扬程；在入口流量和出口压力不变的条件下，增加诱导轮叶片数，液氧泵的效率增加，扬程降低，离心轮空化面积增加，诱导轮代偿离心轮汽蚀能力削弱。综合考虑液氧泵性能参数和空化特性，三叶片诱导轮能够满足大推力液体火箭的高可靠性要求。

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雪花形二维耦合振动夹心式压电超声换能器的设计

许龙1,2，王威震1，龚涛2，李果3，赵伦2，周光平2，梁召峰2

振动与冲击. 2024, 43(8): 287-293.

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为了实现单个换能器的多方向超声辐射，提出了一种新型的雪花形二维耦合振动夹心式压电超声换能器，它由正六棱柱形金属块、6组压电陶瓷晶堆和6个金属盖板组成。基于耦合振动理论和力电类比原理建立了换能器等效电路模型，推导了其共振与反共振频率方程。通过等效电路法、有限元法和实验研究了换能器的二维耦合振动特性。结果表明，当压电陶瓷晶堆越靠近正六棱柱形金属块时，换能器的有效机电偶合系数越高；随着换能器轴向尺寸的增加纵向耦合共振频率降低；在纵向耦合共振模式下，换能器的6个输出端均可输出一致的纵向位移振幅；等效电路法、有限元仿真和实验测试取得了较为一致的结果。本文研究结果为该类换能器的工程应用提供了简明设计理论，研究成果有望应用于多维超声加工、多向超声辐射等领域。

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基于近场动力学方法的玻璃板冲击破坏数值模拟研究

李松波，王志良，申林方，华涛，李泽

振动与冲击. 2024, 43(8): 294-302.

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基于近场动力学方法，考虑刚体冲击作用下材料损伤发生断裂破坏影响，建立了刚球冲击玻璃板的三维数值计算模型，并结合Kalthoff-Winkler试验，验证了计算模型的有效性。最后，探究了刚球初始冲击速度、刚球直径和玻璃板厚度等因素，对玻璃板的冲击破坏结构形态演化以及裂纹扩展机制的影响。研究结果表明：当初始冲击速度较小时，玻璃板裂纹表现为辐射状，随着冲击速度的增加，环向裂纹出现并逐渐形成复杂的裂纹网络。同时，玻璃板的裂纹长度和裂纹占比均随初始冲击速度的增加而增大，且近似呈线性关系。随着刚球直径的增加，其与玻璃板的接触范围扩大，致使玻璃板的损伤程度加剧，且更易形成结构复杂的裂纹网络。此外，增加玻璃板的厚度会延长冲击持续时间，使得玻璃板承受更大的冲击能，从而导致板厚较小时局部结构损伤严重，但整体影响范围较小；而板厚较大时结构损伤的影响范围扩大，局部损伤则有所减弱。

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燃气轮机燃料控制阀气动噪声特性及降噪设计研究

朱志劼1，徐前1，范雪飞1，韦雪阳2，陈富强2

振动与冲击. 2024, 43(8): 303-309.

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燃料控制阀是燃气轮机中用于控制燃料流量的关键流程阀门，在全流程运行过程中因阀芯节流设计导致湍流程度增加、诱发气动噪声。为揭示燃料控制阀气动噪声形成机理、提出相应降噪设计方法，本研究采用流体-声学混合计算方法，以200℃甲烷(CH4)为工质，求解了10%-100%共5个开度条件下燃料控制阀的稳态流场；以稳态流场为初始解，求解了燃料控制阀气动噪声计算所需的瞬态流场参数；建立了气动噪声声传播模型，求解了燃料控制阀气动噪声特性；基于多孔消音理论，开展了燃料控制阀降噪设计。研究结果发现燃料控制阀的全方位气动噪声特性呈现出以中高频为主导的连续宽频特性，多孔消音节流设计可有效降低噪声。本研究为抑制控制阀气动噪声提供重要依据。

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考虑结合面接触刚度的机床床身动态特性分析

刘书晟1，史军2，孙建宏2，秦文强3，曾艳泓3，张松1

振动与冲击. 2024, 43(8): 310-318.

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床身结合面刚度是影响机床动态特性，进而影响机床加工精度的重要因素之一。为了获得精确的机床动态特性参数，运用接触刚度预测模型识别出了床身结合面的接触刚度并建立了等效动力学模型。首先，建立接触刚度预测模型；其次，通过预测模型识别出两种材料(铸铁和矿物复合材料)床身结合面的接触刚度；然后，利用结合面接触特性参数，基于弹簧单元约束建立有限元模型；最后，对比有限元模态频率和实验模态频率，发现基于弹簧单元约束的有限元模态频率与实验模态频率一致性较好，且该模型对铸铁和矿物复合材料均有效。研究表明考虑结合面接触刚度的机床床身有限元模型更具合理性，可以为分析机床动力学特性和优化机床结构提供理论依据。

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2024年, 第43卷, 第8期　
刊出日期：2024-04-28

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