2025年, 第44卷, 第1期 
刊出日期:2025-01-15
  

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    论文
  • 王涛, 张佳辉, 孟丽岩, 浩杰敦, 郑欢, 贺林慈
    振动与冲击. 2025, 44(1): 1-9.
    摘要 ( 118 ) PDF全文 ( 74 )   可视化   收藏
    传统的力修正迭代混合试验方法采用了固定的模型进行恢复力修正,存在模型不够精准导致迭代轮次增加的问题。针对该问题,提出基于自适应模型的力修正迭代混合试验方法。该方法采用迭代所有轮次的恢复力修正值与每轮迭代物理子结构的真实恢复力搭建自适应模型进行迭代恢复力修正,提高了迭代收敛速度与迭代收敛精度。本文以单层框架粘滞阻尼器减震结构为例,分析了不同的权重分配系数与初始模型参数对于迭代收敛速度和收敛精度的影响;通过对不同自振周期的结构分别验证,分析结构自振周期对该方法的影响。结果表明:不同的权重分配系数和模型参数对迭代收敛速度与收敛精度有较大影响;在权重分配系数为0.025,初始模型参数为0.8时,迭代收敛速度和收敛精度远高于传统力修正迭代混合试验方法;基于自适应模型的力修正迭代混合试验方法在不同的单层框架结构迭代收敛速度与迭代收敛精度远优于传统力修正迭代混合试验方法,对于自振周期小于1 s的结构,该方法优势更明显。
  • 李佰洲1, 韩建鑫1, 2, 黄仪1, 崔良玉1, 2
    振动与冲击. 2025, 44(1): 10-19.
    摘要 ( 57 ) PDF全文 ( 28 )   可视化   收藏
    应用非线性动力学理论定性研究了考虑边缘效应的静电驱动微机械振子的非线性主共振问题。首先,应用微分求积法的空间离散处理得到了系统的单自由度动力学方程;其次,应用分岔理论研究了系统的静态分岔特征,推导并定义了无量纲临界立方刚度、一次吸合电压和二次吸合电压;第三,应用多尺度方法得到了系统的频响函数,定义了小幅振动频响软硬特性转换的无量纲临界电压;最后,结合动态吸合条件与软硬转换临界控制方程,讨论了系统的主共振以及阱间跳跃的动态规律。研究对于定性掌握静电激励微机械振子的静动态吸合及主共振响应规律具有理论及工程参考价值。
  • 崔晓璐1, 王仕琦1, 卜涵1, 徐晓天1, 赵晓波2, 张富贵2
    振动与冲击. 2025, 44(1): 20-29.
    摘要 ( 52 ) PDF全文 ( 30 )   可视化   收藏
    车轮多边形和钢轨波磨作为高速铁路典型轮轨周期性磨耗均会加剧轮轨振动,影响行车安全。为探究极端条件下当车轮多边形和钢轨波磨共存时的相互作用:首先,考虑高速铁路典型轮轨周期性磨耗建立了轮轨系统的有限元模型,探究了具有频率相关性的轮轨周期性磨耗竞争机制。然后,对比研究了具有频率相关性的轮轨周期性磨耗同/异相位接触时的轮轨摩擦耦合振动特性。最后,研究了具有频率无关性的轮轨周期性磨耗相互作用时的轮轨摩擦耦合振动特性。研究发现:在具有频率相关性的车轮多边形和钢轨波磨共存时的极端条件下轮轨系统最不稳定;具有频率相关性的轮轨周期性磨耗处于同相位时会加剧轮轨系统的不稳定,且同异相位之间轮轨摩擦耦合振动的差距会随着波深的增加而增大;具有频率无关性的轮轨周期性磨耗的振动频率越接近对轮轨系统稳定性的影响越大。
  • 杨帆1, 姜彬1, 成远清2, 毕刚2, 范丽丽1, 赵培轶1
    振动与冲击. 2025, 44(1): 30-40.
    摘要 ( 52 ) PDF全文 ( 32 )   可视化   收藏
    受铣削振动影响,铣刀及刀齿瞬时切削位姿复杂多变,导致铣刀与工件的瞬时接触关系不断改变,使得加工过渡表面形成过程具有多变性和不确定性。利用振动作用下的铣刀及刀齿瞬时切削位姿解算模型,揭示铣刀瞬时切削位姿偏置对加工过渡表面形成过程的影响特性;基于切削刃瞬时切削位姿与加工过渡表面的映射关系,利用表面形貌检测结果,获取铣刀瞬时位置偏置与角度偏置的变化特性;提出铣刀瞬时切削位姿偏置特性识别方法,利用铣刀瞬时切削位姿偏置的响应分析和表面形貌解算进行实验验证。结果表明,采用上述模型与方法,可有效识别出振动作用下铣刀瞬时切削位姿的偏置特性。
  • 朱圣涛1, 邹璐1, 2, 邹早建1, 2, 邹明1
    振动与冲击. 2025, 44(1): 41-50.
    摘要 ( 41 ) PDF全文 ( 19 )   可视化   收藏
    为构建粘聚单元物理参数与海冰弯曲强度之间的关系,提出一种基于神经网络的回归模型用于海冰弯曲强度计算参数的确定。首先,基于有限元法及粘聚单元法对海冰三点弯曲试验进行数值模拟并验证方法的有效性。然后,选择五个影响参数,采用拉丁超立方抽样算法生成427个样本,通过数值模拟得到其对应的海冰弯曲强度,构建神经网络的数据集。在此基础上,采用多层感知器神经网络对所有样本预报结果进行训练,得到预报海冰弯曲强度的回归模型。以此建立与试验海冰弯曲强度相近的层冰数值模型,并考虑流体浮力和拖曳力对碎冰的作用,对不同参数影响下的锥体层冰相互作用进行数值模拟及分析。结果显示:锥体受到层冰纵向力的均值、标准差以及峰值均随碰撞速度、锥体水线面直径和锥体角度的增加而增大。
  • 袁心怡, 苏焱
    振动与冲击. 2025, 44(1): 51-60.
    摘要 ( 37 ) PDF全文 ( 16 )   可视化   收藏
    本文利用高精度的Boussinesq方程建立数值模型,并结合实验手段,深入分析了矩形水箱内部浅水晃荡运动的载荷特性。研究结果显示,当无因次外部激励频率接近液体固有频率时,晃荡运动与载荷时历曲线表现出相似的非线性特征,随着激励频率的增加,呈现出多种不同的形式。通过对载荷时历曲线进行傅里叶分析,得到了不同外部激励频率下载荷的频域分布特征。基于晃荡载荷与自由液面波高频响曲线的相似性以及载荷特性的分析结果,建立了晃荡载荷的近似计算方法。该方法在不同水深及激励幅值下表现出优良的泛化性能,能够修正共振状态下线性近似对壁面载荷的过高估计,使跳跃频率处误差减少了50%以上。利用所提出的近似方法能够在已知波高的情况下快速估计壁面载荷,为工程设计提供技术支持。
  • 刘易奕1, 黄华1, 王志刚2, 王海涛3, 卢超1, 李秋锋1
    振动与冲击. 2025, 44(1): 61-69.
    摘要 ( 47 ) PDF全文 ( 16 )   可视化   收藏
    基于稀疏分解匹配追踪算法将装配式钢结构防护涂层超声检测信号表示在过完备Gabor时频库中,进一步提取涂层的时域信息来获得涂层的厚度信息。针对匹配追踪算法复杂度高、计算量庞大的问题,利用动态多群粒子群算法收敛快寻优能力强的特性对匹配追踪算法进行优化。基于混沌策略生成惯性权重,并将学习因子和惯性权重通过三角函数关系联立在一起,而在位置更新中增加时间因子和混沌扰动策略的影响因素,平衡了算法的局部寻优和全局寻优能力。仿真与实验表明,改进后的算法检测精度得到较大提升,能够满足实际应用,并且极大地提升了稀疏分解运算的效率,与金相检测结果对比,防火涂层检测相对误差为-4.65%,防腐涂层的检测相对误差为1.33%。 
  • 杨晓峰1, 2, 汪伟1, 2, 李谕1, 刘昌宁1, 2, 沈钰杰2, 3, 刘雁玲1, 2, 张天一1, 2
    振动与冲击. 2025, 44(1): 70-81.
    摘要 ( 42 ) PDF全文 ( 21 )   可视化   收藏
    针对轮毂电机驱动汽车(Hub motor driven vehicle,HMDV)因开关磁阻电机自重和电机气隙偏心导致产生的垂向振动负效应严重恶化车辆的平顺性和操稳性的问题,提出一种基于分数阶滑模控制的HMDV可控动惯性悬架优化设计方法。首先,在轮毂驱动电机气隙偏心产生的不平衡径向力基础上,建立HMDV四分之一混棚动惯性悬架,理论证明二阶混棚正实网络的优异性能;进而,采用HMDV二阶混棚正实网络作为参考模型,构建基于分数阶滑模控制理论的HMDV协调控制系统,在随机路面下进行平顺性仿真和分析;最后,进行HMDV四分之一悬架台架试验。试验结果表明,HMDV可控动惯性悬架与HMDV传统被动悬架相比,车身加速度均方根值、悬架动行程均方根值以及轮胎动载荷均方根值最大降幅分别为7.72%、30.64%以及11.54%。验证了所设计的HMDV可控动惯性悬架对于由开关磁阻电机造成的垂向振动负效应有优异的抑制性能。
  • 周涛1, 肖正明1, 2, 余世科3, 段俊杰1
    振动与冲击. 2025, 44(1): 82-89.
    摘要 ( 40 ) PDF全文 ( 14 )   可视化   收藏
    针对工业机器人关节运动启停阶段,减速器柔性作用下连杆侧振动过大的问题。提出了一种期望动力学与输入整形相结合的抑振控制方法,基于双惯量模型建立了机器人柔性关节系统动力学方程,以零振动为目标推导了输入整形器的计算公式,同时根据系统期望参数设计了控制器力矩环和位置环的控制律,将期望动力学控制器与输入整形器相结合,探究了两者参数之间的对应关系,并与传统方法对比,验证了控制方法的可行性和有效性。结果表明,期望动力学与输入整形相结合的抑振控制方法,有效简化了输入整形器的设计过程,得到了更好的残余振动抑制效果;同时,该控制方法可以稳定柔性关节系统模态参数,使输入整形器在不同负载条件下均能保持较高的抑振性能,极大地高了抑振控制方法的鲁棒性;所提抑振控制方法能提高机器人运行精度,增加关节使用寿命。
  • 王时1, 2, 王想1, 2, 胡磊3, 周旭彤4
    振动与冲击. 2025, 44(1): 90-101.
    摘要 ( 34 ) PDF全文 ( 12 )   可视化   收藏
    近海台站往往难以获得台站场地资料,并且海域场地工程特性是海洋重大工程设计、建造和运维的基础,也是研究海域地震动场地放大的重要参数。为了解决这一问题,本文基于日本海沟区域的S-net台网的150个台站的强地震动数据,得到了埋置和未埋台站的H/V谱比曲线并进行了场地分类。结果表明:海域的H/V谱比曲线有较大谱比值;各个场地类别的埋置和未埋台站的H/V谱比曲线在谱比值和谱比形状存在着巨大差异;震级和震中距对长周期的H/V谱比曲线有较大影响,震源深度对H/V谱比曲线几乎没有影响。研究成果可为海域地震动模拟、海域场地效应研究和海洋工程建设等提供参考。
  • 陆怡宇1, 2, 3, 张元标1, 2, 3, 杨松平1, 2, 3, 聂楚昕1, 2, 3
    振动与冲击. 2025, 44(1): 102-112.
    摘要 ( 41 ) PDF全文 ( 12 )   可视化   收藏
    利用工况传递路径方法(OTPA, Operational Transfer Path Analysis)分析随机振动不同激励谱型、不同振动等级下产品包装系统的振动传递特性,结合非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ, Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II)进行包装系统优化设计。实验结果表明,产品关键元件实测振动加速度响应曲线与OTPA方法合成的加速度响应曲线吻合良好,验证了OTPA方法的正确性;通过OTPA方法量化各传递路径的振动贡献量,对比识别出产品包装系统的主要振动传递路径;保持非主要传递路径的缓冲衬垫材料不变,应用NSGA-Ⅱ算法优化产品包装件系统中主要振动传递路径处的缓冲衬垫分配,有效降低了关键元件的加速度响应,减少在振动过程中的能量聚集,促使各传递路径的振动贡献量趋于均衡。实现了以缓冲性能为主导,同时兼顾环保性能与成本的包装系统优化设计,验证了优化方法的有效性,为产品包装系统设计提供参考。
  • 邹松1, 董绍江1, 2, 夏宗佑1, 牟小燕3
    振动与冲击. 2025, 44(1): 113-120.
    摘要 ( 36 ) PDF全文 ( 13 )   可视化   收藏
    针对变工况环境下采集到的滚动轴承振动数据特征分布不一致及待诊断样本标签难获取,导致轴承故障难诊断的问题,本文提出一种基于特征解纠缠和联合域对齐的滚动轴承多源域迁移诊断方法。首先,为更好提取源域和目标域的通用特征,利用卷积自编码器和正交约束实现域共享特征和域私有特征的解纠缠,筛除域私有特征并保留域共享特征进行域间对齐;其次,为缩小源域与目标域间的特征分布差异,采用多核最大均值差异(Multiple Kernel Maximum Mean Discrepancy, MK-MMD)和相关对齐方法(CORAL)构建融合度量准则;最后,为避免多源域差异带来的负面影响导致诊断精度下降的问题,采用源对抗模块和迁移对抗模块实现源域间及源域与目标域间的域混淆增强,并采用协同决策方式进行特征加权融合,降低弱相关域特征的干扰,实现最终的故障诊断识别。通过两种跨工况下的滚动轴承故障数据集对所提方法开展试验验证,并与单源域诊断方法及其它多源域诊断方法进行了对比分析,证明了所提方法的有效性和优越性。
  • 李灿1, 2, 王广斌1, 2, 赵树标1, 2, 钟志贤1, 曾东3
    振动与冲击. 2025, 44(1): 121-133.
    摘要 ( 49 ) PDF全文 ( 14 )   可视化   收藏
    针对当前的无监督域自适应算法应用于滚动轴承故障诊断领域时,源域数据不平衡,且两个域之间存在域偏移,导致故障识别率低的问题,提出了一种基于多重流形标签传播的滚动轴承故障诊断方法,旨在将源域和目标域的数据多重投影到共同的子空间,减少域内以及跨域的差异,同时平衡样本分布,进而提高变工况轴承故障诊断的精度。首先,提出域内局部保持平衡映射方法,将源域和目标域数据映射到一重流形子空间,得到域内对齐后的样本数据,并对源域数据进行平衡处理,得到平衡后的源域数据;然后提出跨域流形结构细化对齐方法,将数据进一步映射到二重共享子空间,得到细化对齐后的样本数据;最后通过动态加权伪标签域适应传播方法,得到准确度高的伪标签。分别在CWRU和自建的轴承数据集上进行故障诊断试验,实验结果表明,所提方法不仅对多故障类型多故障尺寸、复合故障上有着较好的识别能力,且当标签样本稀少时,模型也表现出优秀的诊断效果。
  • 李阳, 靳畅, 李天舒, 顾鼎元
    振动与冲击. 2025, 44(1): 134-142.
    摘要 ( 31 ) PDF全文 ( 11 )   可视化   收藏
    针对车辆蠕动颤振主观评价方法效率低、耗时长、测试流程复杂的问题,研究了蠕动颤振信号的时序特征和时频域特征提取方法,将2D-CNN的空间处理能力与1D-CNN的时序处理能力相结合,提出一种融合特征下的双流卷积神经网络(DSCNN)的蠕动颤振评价方法。一条支路的输入为经过变分模态分解提取的时间序列特征,另一条支路的输入为经过快速傅里叶变换提取的图像特征,将一维时序特征与高维图像特征融合,训练模型进行评分。该方法通过融合不同模态的信息,充分捕捉蠕动颤振的局部波形特征和空间纹理特征。结果表明,融合两种特征的评分模型的八分类准确率达87.13%,验证了特征融合方法在蠕动颤振评价上的有效性。
  • 周启迪, 张忠伟, 王根全, 王延荣, 张利敏, 许春光
    振动与冲击. 2025, 44(1): 143-150.
    摘要 ( 38 ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    柴油机传动机构振动信号具有强耦合、强冲击及强干扰特征,准确的信号特征提取是振动源识别及抑制的关键。针对变分模态提取(Variational Mode Extraction,VME)方法在处理柴油机振动信号存在自适应性及准确性不足的问题,本研究以振动信号的峰值频率为中心频率的初始值,考虑分解信号与原始信号的相关性,以分解分量的峰峰值、均方根值及峰值因子为判定指标,提出一种参数自适应VME(Parameter Adaptive Variational Mode Extraction,PAVME)算法,并通过构建强干扰环境下柴油机振动特征的模拟信号验证了该方法的准确性和鲁棒性。基于PAVME和功率谱密度函数(Power Spectral Density Function, PSD)识别出齿轮箱异常振动源为齿轮啮合激励。综合激励源和传递路径两个维度考虑,最后提出了通过轴系扭振控制进行传动机构振动抑制的方案。
  • 陈子旭1, 2, 余文念1, 2, 杜伟涛3, 林正宇1, 2
    振动与冲击. 2025, 44(1): 151-162.
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    针对旋转机械不同工况下数据分布不同,以及故障数据稀缺使得样本类别不均衡,导致故障诊断模型性能退化这一问题,提出一种基于拓扑感知和双视图分类器的故障诊断方法。该方法以一个图卷积网络为诊断框架,提出的非参数化拓扑感知模块能自适应更新图数据拓扑结构,约束不同域数据获取近似的消息传递路径,通过图卷积网络有效提取域一致故障特征;利用二分类器和多分类器构建双视图分类器,并计算二元输出和多元输出的相似度对训练数据进行重加权,避免了类别不均衡下模型的有偏训练以及对少数类样本识别能力不强的现象。利用公开的西安交通大学齿轮故障数据集、MAFAULDA旋转机械故障数据集及自制的滑动轴承故障模拟数据进行实验。结果表明,提出的方法能有效提升类别不均衡下变工况故障诊断的性能。
  • 姜岚1, 2, 叶卿辰1, 2, 唐波1, 2, 程若恒3, 陶文心1, 2, 黄荥1, 2
    振动与冲击. 2025, 44(1): 163-176.
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    索类构件在输电线路中广泛分布,其张力值及变化情况是影响输电线路本质安全的关键因素,因此也是输电线路工程施工及运维期间状态监测的重点。传统的索张力测量方法存在精度低、环境要求高、难以带电监测等问题,在输电线路中不具备普适性。本文提出宽带相位运动放大方法(The Broad-Band Phase-Based Motion Magnification,BPMM)与深度学习语义分割结合的图像张力测量方法,通过增强图像振动幅度,实现环境激励下输电线路索类构件微振动图像的放大。为去除BPMM算法对于振动视频处理后出现的噪音伪影问题同时提升识别精度,提出基于深度学习U-Net网络与水平集损失熵的联合分割方法来提取索类构件形心,实现了微振动像素变化量的准确拾取,进而通过频域分析得到自振频率并计算索张力。试验及工程应用表明:基于微振动放大的输电线路索类构件张力测量方法能有效识别环境激励下索微小振动变化,测得的索张力值与传感器测量值相比,误差在6%以内,实现了输电线路索类构件张力的高精度、非接触测量,解决了输电线路张力带电测量困难的问题。
  • 吴昊1, 杨琳珂1, 彭琦2
    振动与冲击. 2025, 44(1): 177-189.
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    针对山区钢混组合梁桥上部结构面临落石冲击的威胁,开展了钢混组合梁桥桥面板动力行为及易损性分析。首先,基于已有冲击试验,提出并验证了适用于落石冲击桥面板的数值仿真分析方法。其次,建立了落石冲击某原型钢混组合梁桥桥面板的精细化有限元模型,分析了桥面板和剪力钉的损伤演化过程、破坏模式和动力响应。进一步,讨论了混凝土强度、纵筋屈服强度、直径和配筋率、横筋配筋率以及配箍率等设计参数对桥面板抗落石冲击性能的敏感性和影响规律。最后,综合考虑桥面板几何与材料特性以及落石冲击荷载的随机性,基于响应面法和蒙特卡罗模拟开展了桥面板的易损性分析。结果表明:提高混凝土强度及配筋率,可有效地增强桥面板抵抗400kJ能级落石冲击的性能;对于所考虑工况,当落石速度在10~25m/s时,桥面板跨中峰值挠度与板厚比值低于0.75。
  • 王天堉, 齐朝晖, 赵天骄, 徐金帅
    振动与冲击. 2025, 44(1): 190-197.
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    起重机中的滑轮绳索系统在作业过程中容易出现晃动、倾斜等问题,严重降低了作业效率且增加安全隐患。在处理滑轮与绳索接触状态实时变化的问题时,采用单元节点与物质点绑定的假设导致单元形函数不能精确描述各段圆弧曲线,需要缩小单元尺寸,降低了求解效率。引入空间描述方法,以滑轮上接触区域的边界点划分不同接触状态的绳索,采用离散角度的圆弧插值和Hermite插值分别描述接触段绳索和滑轮间绳索的形状,求得各节点物质速度与物质加速度。考虑绳索的轴向变形,依据虚功率原理建立了滑轮绳索系统的动力学方程。通过与动力学仿真软件ADAMS对比验证了本文所提方法的有效性,对起重设备中常见的滑轮绳索系统进行建模,研究不同绕绳方式、吊重质量和滑轮间距对滑轮架基体晃动和受冲击程度的影响。本研究所提出的滑轮绳索动力学建模方法为工程实践提供了必要的理论支撑。
  • 梅轩1, 赵众豪1, 周冠豪 2, 任浩乾1, 曹悉奥1, 朱国华1, 王振1
    振动与冲击. 2025, 44(1): 198-211.
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    铝合金/碳纤维混合材料是由低成本、高延展性的铝合金与低密度、高强度的碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fibers reinforced plastics,CFRP)组合而成。将该混合材料应用至车身结构设计中,能够有效应对轻量化、材料成本及碰撞安全带来的多重压力,并能够进一步拓展车身结构设计的思路和空间。本文将单向碳纤维增强复合材料(UD-CFRP)、机织碳纤维增强复合材料(WF-CFRP)与方形铝合金薄壁管组合,制备了一系列不同规格的混合材料薄壁结构,并开展轴向准静态压溃实验,揭示了混合材料薄壁结构的耐撞性能。基于实验结果,分析碳纤维增强方式、铺层数以及组分材料相对位置等因素对混合材料薄壁结构耐撞性能的影响,其中CFRP/AL混合材料薄壁结构展现出优异的压溃吸能特性。此外,通过建立有限元模型将UD/AL混合材料薄壁结构引入汽车前纵梁轻量化设计中。最后,采用多目标离散优化算法对UD/AL混合材料前纵梁的铝合金厚度以及碳纤维铺层角度进行优化设计。优化结果表明,与初始设计方案相比,优化后的UD/AL混合材料前纵梁减重34.26%,且比吸能提高42.05%。
  • 闫鹏1, 张云鹏1, 2, 周倩倩3, 杨曦1
    振动与冲击. 2025, 44(1): 212-220.
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    针对EMD算法存在端点效应和降噪效果不佳的问题,依据延拓—分解—聚类—降噪—重构思想,提出了改进EMD的爆破振动信号降噪方法。该方法联合了综合相似指数同时兼顾延拓信号的形状和幅值相似性的特点、K-means算法的聚类特性以及小波包的降噪优势,不仅可以有效抑制端点效应,也具有良好的降噪效果。研究结果表明:在仿真信号端点效应抑制试验中,与多项式拟合和边界局部特征延拓方法相比,改进EMD方法的能量误差和均方误差最小。在实测爆破振动信号降噪中,与EMD和VMD方法相比,改进EMD方法的信噪比(20.94dB)最大,均方根误差(0.0031)最小。改进EMD方法不仅可以较好保存中低频(0-200Hz)信号能量,对200Hz以上高频噪声也具有良好滤除效果。
  • 李涛1, 任会兰1, 宁建国1, 宋水舟2, 檀日晶1
    振动与冲击. 2025, 44(1): 221-231.
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    研究钢纤维混凝土劈裂破坏的细观损伤机制,对在役钢纤维混凝土结构的健康检测具有重要意义。通过多通道声发射系统,采集混凝土和钢纤维混凝土试件(钢纤维含量分别为15和45 kg/m3)劈裂破坏过程中的声发射信号,并结合主成分分析法和k-means聚类算法,对混凝土和钢纤维混凝土的损伤特征进行分析。结果表明,钢纤维的加入抑制了混凝土中裂纹扩展,有效地改善了混凝土的峰后韧性;声发射计数和能量参数变化特征反映了钢纤维混凝土试件宏观变形、破坏的细观损伤演化过程。最后,识别出了钢纤维混凝土中砂浆基体开裂和钢纤维拉拔的两种损伤机制。与砂浆基体开裂相比,钢纤维拉拔产生的声发射信号具有计数高、幅值高、能量强和持续时间长的特征。
  • 薛永志, 李俊, 丁亮亮, 罗旺, 赵耀
    振动与冲击. 2025, 44(1): 232-242.
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    超临界CO2直旋混合射流综合了超临界CO2射流和直旋混合射流的技术优势,是油气资源勘探开发的新型破岩工具。基于流-固-热耦合理论,建立了超临界CO2直旋混合射流破岩的三维计算模型,研究了超临界CO2直旋混合射流破岩机理。结果表明,超临界CO2直旋混合射流兼具正向冲击、径向张力、周向剪力和热应力作用;热应力的存在显著提升岩石所受的Mises应力,但增幅会随冲击时间的延续而变弱。将冲蚀作用和漫流作用作为重要参量,分析了不同喷嘴结构参数对射流流场特性的影响。发现螺旋槽开口角度为45°,中心孔直径为2 mm,螺旋槽个数为4个和叶轮螺旋角度为60°时,射流的流场特性呈最优状态。研究结果可为超临界CO2直旋混合射流的优化应用提供参考。
  • 周鹏飞, 张雍
    振动与冲击. 2025, 44(1): 243-251.
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    为解决码头结构健康监测领域的传感器优化布置问题,提出了一种基于改进多目标粒子群的传感器优化布置算法。针对传统方法寻优效率低、优化目标单一,难以同时满足模态识别、损伤识别等复杂的健康监测需求的问题,构建了以损伤敏感性和冗余性、损伤识别不适定性以及模态线性独立性的多目标优化函数;改进了多目标粒子群算法(IMOPSO)获取Pareto解集,利用TOPSIS熵权法确定最优传感器布置方案。在某高桩码头实验表明:与有效独立法和有效独立-模态动能法相比,IMOPSO得到的布设方案测点分布更均匀,在灵敏度矩阵条件数、MAC最大非对角元、损伤冗余性指标分别优化了45%、90%、5%以上;多种工况下的损伤位置和程度识别准确率在不同噪声下平均提高5%和7%以上。 
  • 郭文远1, 李世民1, 王志岗2, 高涛1, 3, 陶连金2, 谢霖1, 刘建功2, 刘华南1
    振动与冲击. 2025, 44(1): 252-261.
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    震害调查研究表明穿越活动断裂带隧道的破坏是极其严重的。本文以太原市城市轨道交通1号线一期工程区间隧道穿越交城断裂带为工程依托,通过Pasternak双参数地基模型建立力学分析模型并推导了正断层错动下地下管线纵向响应解析解,然后采用ABAQUS软件建立了三维精细化有限元模型。解析解计算结果与数值模拟计算结果吻合度较好,证明了解析解的正确性。最后,在设定的重点设防区域内采用节段衬砌+柔性接头组合形式,对比分析节段长度、接头纵向位置和柔性接头宽度对隧道结构整体减灾效果影响。结果表明:正断层错动下地下管线纵向响应的解析解计算结果可为重点设防区域的确定提供参考。采用节段衬砌+柔性接头组合形式可有效降低隧道结构的破坏程度和范围。正断层错动作用时,节段长度越短隧道结构破坏范围越小,柔性接头宽度的增加会降低隧道结构的破坏程度和范围,破坏区域集中在节段衬砌结构的端头部位。采用对缝模式设置柔性接头时可最大程度发挥接头的变形吸能作用,其减灾效果最优。研究可为穿越活动断裂带隧道工程采用节段+柔性接头组合形式的抗断设计和分析提供理论依据。
  • 尚继英, 娄东旭, 韩建平, 宋炳磊, 马润博
    振动与冲击. 2025, 44(1): 262-271.
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    针对传统摩擦复摆隔震桥梁支座位移过大、自复位能力不足等问题,利用变摩擦机制和形状记忆合金的超弹性特性,研发了一种新型铁基形状记忆合金变摩擦复摆隔震支座(iron-based shape memory alloy-double concave variable friction pendulum bearing, Fe-SMA-DVFPB)。构建其本构模型,并确定其等效分析模型。提出Fe-SMA-DVFPB隔震桥梁基于位移的抗震设计方法,以实际工程为背景,分别设计了应用不同类型支座的隔震桥梁,并对用不同类型支座隔震的桥梁抗震性能进行对比分析。研究表明:相比传统摩擦复摆支座隔震桥梁,Fe-SMA-DVFPB隔震桥梁支座相对位移最大减小量为23.79%,残余位移最大减小量为93.56%;应用Fe-SMA-DVFPB隔震支座能更有效地控制支座相对位移与残余位移;Fe-SMA-DVFPB隔震桥梁支座相对位移与残余位移减小量明显大于墩底弯矩和剪力增加量。Fe-SMA-DVFPB能够进一步提升桥梁的震后可恢复能力。
  • 吴阳, 张楠, 张欣刚, 张树翠, 毕皓皓, 姚文莉
    振动与冲击. 2025, 44(1): 272-280.
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    为研究摩擦摆隔震支座在地震作用下的黏滑摩擦响应问题,提出一种处理非光滑黏滑摩擦问题的光滑化模型。首先,基于线性互补理论构建摩擦力余量和相对滑移速度的互补方程。其次,在短时区间内对相对滑移速度进行时间平均,利用时均滑移速度代替时变滑移速度重构互补变量,并将其转化为一组非线性互补方程,从而将非光滑的黏滑摩擦问题进行光滑化处理。随后,将摩擦摆隔震支座等效为一种考虑恢复力效应的2维摩擦耦合模型,结合所提光滑化模型进行地震响应分析,并与经典的Coulomb摩擦模型和LuGre摩擦模型进行了对比验证。研究结果表明,所提模型既能够在宏观上反映黏滑摩擦的stick-slip切换,同时还能实现非光滑问题的光滑化分析,避免在非光滑事件中频繁切换动力学模型。采用不同摩擦模型对摩擦摆隔震支座的地震响应进行计算,验证了所提模型的准确性和有效性。
  • 孙洪鑫, 李青阳, 温青, 陈魏
    振动与冲击. 2025, 44(1): 281-287.
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    灯具会改变斜拉索的气动外形,可能诱发驰振现象。为研究不同灯具对斜拉索驰振性能的影响,以某大跨斜拉桥斜拉索为研究背景,开发了一种节段模型低频悬吊系统,开展了节段模型测振风洞试验,研究了0°~180°风攻角条件下安装抱箍式、贴合式和分离式三种灯具斜拉索的驰振性能,并分析了附加阻尼对安装灯具斜拉索驰振临界风速的影响。研究结果表明:灯具类型和斜拉索直径是影响斜拉索驰振性能的重要因素。安装抱箍式灯具斜拉索未发生驰振现象,而安装贴合式灯具斜拉索和分离式灯具斜拉索均在低风速下发生了驰振,说明贴合式灯具和分离式灯具会降低斜拉索的驰振稳定性。安装贴合式灯具时,直径200mm斜拉索的不利风攻角是160°,而直径260mm斜拉索的不利风攻角是30°和150°;安装分离式灯具时,直径200mm斜拉索的不利风攻角是20°,而直径260mm斜拉索未观测到驰振现象。增大阻尼能提高斜拉索的驰振临界风速。相关研究成果可为安装灯具斜拉索的驰振性能及减振控制研究提供重要参考。
  • 罗岚炘1, 宋明明1, 2, 钟华强5, 何天涛1, 4, 孙利民1, 2, 3
    振动与冲击. 2025, 44(1): 288-297.
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    现有大跨径桥梁有限元模型修正方法(Finite element model updating, FEMU)一般未考虑运营荷载对结构动力特性的影响,导致修正后模型的参数变异性大。鉴于此,本文提出了一种考虑运营荷载的层次贝叶斯有限元模型修正方法,该方法包含考虑温度和交通荷载的概率参数修正、概率响应预测和结构状态评估。首先,根据监测数据的相关性分析结果确定了计算理论频率时需要考虑的荷载。随后,建立了温度-弹性模量线性关系,并基于动态称重(Weigh-in-motion, WIM)数据,提出一种车辆荷载估计方法,以在有限元模型中定量考虑运营荷载对结构频率的影响。同时,引入两阶段马尔科夫链蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo, MCMC)采样方法和响应面代理模型,以提高概率模型修正的计算速率。该方法在一座采集了两年监测数据的大跨径拱桥上得到了验证。结果表明,在考虑运营荷载、参数不确定性和建模误差后,实测频率基本处于预测频率的95%置信区间内。最后,基于实测响应和预测响应置信区间提出了一个结构状态指标,并利用该指标检测出该桥的路面铺装更换过程。
  • 张彬1, 童晖1, 2, 周博文1, 杨道军1, 黄帆1
    振动与冲击. 2025, 44(1): 298-304.
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    低旁瓣宽带换能器可提高声呐系统的探测精度和抗干扰能力。本文综合采用1-3型压电复合材料压电相非均匀分布技术、匹配层多模耦合技术,设计了一款低旁瓣、宽带高频水声换能器。建立了其理论计算模型与仿真模型,结合数值计算、有限元仿真分析了频率与压电相体积百分比的变化规律、旁瓣级与圆环半径的变化规律。优选设计参数,完成制备并测量该款换能器,实测结果与仿真基本一致,试验验证了该设计思路可实现低旁瓣宽带换能器。换能器实测旁瓣级-23.9dB,较常规活塞阵最大旁瓣级降低6.3dB,中心频率300kHz,发射电压响应带宽(-3dB)达150kHz。
  • 徐驰1, 2, 陈应航1, 2, 王超1, 2, 刘宁宁3, 董晓日1, 2, 郭辉3, 刘春景1, 2
    振动与冲击. 2025, 44(1): 305-314.
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    将多通道结构逐层叠加构成一种声学超材料,采用理论分析、数值模拟和实验验证的方法研究了其消声特性和机理。为拓宽消声频带,运用遗传算法给出了腔体长度最佳组合方案并讨论了优化逻辑。结果表明,该结构可视为连接有多个旁支Helmholtz共鸣器的声波导管,其传递损失曲线上具有多个连续共振峰可实现宽频消声;适当调整腔体长宽、增加结构厚度、构建非均匀阵列可提高结构宽频消声性能;面向不同尺寸结构优化时,遗传算法始终通过尽可能多地创设具备更强消声能力的单体Helmholtz共鸣器,以获得最大消声带宽;实验结果验证了结构宽频消声有效性。上述结果可为局促空间下管道消声提供借鉴。
  • 赵慎1, 2, 李伟1, 覃业梅1, 2, 周开军1, 2, 李世玲1, 2, 石少锦1
    振动与冲击. 2025, 44(1): 315-324.
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    在基于传声器阵列的噪声源识别应用中,函数波束形成算法存在空间分辨率的性能瓶颈,为此提出惩罚函数波束形成声源识别算法。以归一化后的函数波束形成输出作为惩罚矩阵,计算其与加权矩阵的Hadamard积,调节加权矩阵中的导向向量;利用调节后的导向向量与互谱指数函数,计算惩罚函数波束形成输出,以此更新惩罚矩阵并实施迭代运算。通过惩罚迭代,可使点扩散函数接近狄拉克函数,改善空间分辨率性能。仿真和实验结果表明,所提算法的波束主瓣窄、旁瓣低,可有效解决函数波束形成算法空间分辨率不理想的问题。在压缩气体泄漏声源识别应用中,算法有效抑制了噪声干扰、缩减主瓣,表明其具有较好的工程应用前景。
  • 戴文舒1, 鲍凯凯2, 张国军1, 张文栋3, 陈新华4
    振动与冲击. 2025, 44(1): 325-331.
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    声层析成像模型慢时间维和快时间维空间分辨率均相同,仅取决于发射信号最高频率,分辨率较聚束合成孔径声纳性能更优。现有的水下层析成像多采用时域反投影算法,计算量大。本文根据投影切片理论,提出了一种分频带极坐标格式融合的波数域成像方法,将宽带发射下圆环空间谱的直角坐标系插值求逆傅里叶变换问题转换为单频点圆形空间谱的求逆后的融合问题,减小了常规宽带波数域圆环插值带来的估计误差,克服了圆环形空间谱进行插值逆变换时重建的目标分布函数为中空的问题,提高了计算效率,并且有效的抑制了单频波数域成像结果为贝塞尔函数时的高副瓣影响,相同条件下,较聚束合成孔径声纳成像精度有显著提高。
  • 程祎博, 王晓明, 梅玉林
    振动与冲击. 2025, 44(1): 332-342.
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    结合理论计算、有限元仿真和实验测量,研究了基于声学黑洞的声学迷宫结构的优化设计方法,给出了具有5.01和7.75个倍频程的小尺寸、宽频吸声结构。首先,基于传递矩阵法,建立声学黑洞的数学模型,计算声学黑洞的反射系数,并将理论计算结果与有限元仿真结果进行对比。然后,基于声学黑洞的导纳变化规律,设计单、双旁支管声学迷宫结构,通过优化设计,实现迷宫结构和声学黑洞导纳的匹配。最后,基于声学迷宫结构导纳的匹配结果,应用模拟退火算法构造优化模型,获得了宽频吸声的小尺寸声学迷宫结构,并打印3D样件进行实验验证。研究结果表明:应用双旁支管声学迷宫代替声学黑洞管道中的环腔,经优化设计,旁支管迷宫和声学黑洞的导纳可以实现完美匹配,并可以在保持吸声性能不变的前提下,实现结构的小尺寸设计,优化后的结构有效吸声带宽是优化前的13.36倍,倍频程是优化前的3.64倍。