振动与冲击

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王诗杰1, 孙敏哲1, 高峰1, 季奕1, 2, 3, 孙光辉1, 2, 董富祥4

振动与冲击. 2025, 44(11): 1-11.

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百米级大型环柱天线卫星作为地球静止轨道上的关键空间结构，其任务是在该轨道上提供高速信息传输和稳定的通信服务。这要求卫星具备精确的轨道保持和姿态控制能力。鉴于此类卫星通常具备更大的质量和特殊的结构设计，该研究利用高精度轨道预报算法，通过精细建模分析了太阳光压、非球形摄动和三体引力等关键空间环境因素对此类航天器空间运行的影响规律。进一步地，参考编队飞行重力场测量卫星的设计理念，该研究针对此类航天器提出了基于推力器布局优化的分布式全推力控制策略。在此基础上，还提出了一种基于Laguerre函数的改进显式模型预测控制算法，将设备能力限制和性能需求转化为输入、输出约束，结合多参数规划实现了对此类大型环柱天线卫星的姿轨一体化控制。仿真结果表明：在稳定运行期间，该百米级大型环柱天线卫星的位置保持误差可控制在米级范围内，姿态角误差优于0.03°，该研究提出的控制算法的计算效率显著高于标准模型预测控制算法和基于Laguerre函数的模型预测控制算法，且占用的硬件内存远低于显式模型预测控制算法。通过理论分析和数值验证，该研究为算力有限的星载计算机实现大型环柱天线卫星在复杂空间环境中的全推力器集成控制提供了一种有效解决方案。

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大型空间平面相控阵天线的振动主动控制

史江, 蔡国平

振动与冲击. 2025, 44(11): 12-18.

摘要 ( 69 ) PDF全文 ( 46 )

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大型天线在对地观测、天基预警等航天工程领域有着重要的应用背景，由于天线尺寸大、柔性高且阻尼小，在轨运行时极易产生大幅的非线性振动，研究了大型空间平面相控阵天线的非线性动力学与振动主动控制。首先，采用非线性有限元方法对天线结构的几何非线性动力学问题进行求解；其次，采用绳索作动器对天线结构的振动进行控制，给出考虑绳索控制力单向性和饱和性的控制律设计方法；最后，通过数值仿真对理论研究成果进行验证。仿真结果显示，该控制策略能够有效地对天线结构的振动进行抑制。

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基于冲击回波特征深度学习的混凝土缺陷分类识别方法研究

汪魁1, 陈泳江1, 范正强1, 2, 李鹏飞1

振动与冲击. 2025, 44(11): 19-28.

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准确识别与定位内部缺陷对于确保混凝土结构的安全性和耐久性至关重要，冲击回波法针对只具备单一检查面的混凝土结构具有独特优势，利用冲击回波法进行混凝土结构内部缺陷测试时，其难点在于冲击回波信号特征的分析及缺陷分类识别。提出基于冲击回波信号时频图深度学习的混凝土内部缺陷识别方法：首先，对含不同缺陷类型（孔洞、蜂窝、裂缝）混凝土面板开展冲击回波试验；然后，将原始冲击回波信号通过短时傅里叶变换和连续小波变换转换为时频图；最后，将两类时频图组合起来进行数据扩充，构建包含缺陷类型、孔洞大小、裂缝深度时频图的数据集，采用Swin Transformer、Vision Transformer、ResNet18三类深度学习模型进行训练，根据深度学习模型相关评估指标，分析不同数据集下不同深度学习模型的表现情况，对比模型对缺陷的分类识别效果。结果表明，三种模型中Swin Transformer表现最佳，在缺陷类型分类中准确率超过95.00%，识别性能良好。

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梁板式高桩码头水下爆炸试验及数值模拟研究

刘靖晗1, 2, 高屹1, 唐廷1, 李凌锋1, 董琪3, 韦灼彬1, 张裕1

振动与冲击. 2025, 44(11): 29-38.

摘要 ( 43 ) PDF全文 ( 21 )

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为研究水下爆炸荷载作用下梁板式高桩码头的毁伤机理和破坏特性，进行了梁板式高桩码头模型水下爆炸试验，通过数值模拟分析了冲击波和气泡脉动对高桩码头的破坏过程和毁伤机理，为战时高桩码头毁伤评估和战损修复提供参考。研究表明：水下爆炸时冲击波瞬时作用和气泡膨胀的持续荷载是造成码头桩基破坏的主要原因，气泡膨胀产生的滞后流和水冢冲击是造成码头上部结构破坏的主要原因，桩基的中部和顶部、梁板连接区域为水下爆炸下梁板式高桩码头的易损部位。通过足尺码头数值模拟研究发现，炸药入水深度直接决定了高桩码头的破坏区域，随着炸深的增加，高桩码头的破坏区域由码头面板向水下桩基发展，桩基的最大水平挠度呈现先增大后减小的变化规律，水域中部爆炸时桩基水平挠度最大。近水面爆炸时高桩码头面板局部破坏形成破口，桩基水平挠度较水域中部降低了75.77%；近水底爆炸时，码头上部结构没有损伤，桩基底部局部毁伤，此时各桩基最大水平挠曲部位\分布最广，各桩基最大挠曲深度偏差为近水面爆炸的4.18倍，毁伤勘测和修复更加困难。

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接触爆炸下玄武岩纤维混凝土板毁伤特性研究

赵小华1, 3, 李亚男1, 赵浩楠1, 王高辉2, 杜雪明1, 3, 方宏远1, 3

振动与冲击. 2025, 44(11): 39-49.

摘要 ( 36 ) PDF全文 ( 20 )

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玄武岩纤维因具有优异的物理力学性能，掺入混凝土中可以增加材料的抗拉和抗弯强度。本文通过开展不同长度和体积掺量的玄武岩纤维混凝土板接触爆炸试验，探究了纤维长度和体积掺量对混凝土板抗爆性能和毁伤模式的影响。在此基础上，采用LS-DYNA有限元软件建立了玄武岩纤维混凝土板接触爆炸全耦合模型，并通过与现场试验结果的对比，验证了所建数值模型的有效性。通过仿真分析，进一步研究了接触爆炸下玄武岩纤维混凝土板的动态毁伤过程，概化了纤维长度、纤维体积掺量、炸药质量对混凝土板毁伤模式的影响规律。结果表明：纤维长度的增加能更好地发挥桥接作用来提高混凝土板的抗裂能力；纤维体积掺量的增大能有效减小混凝土板的毁伤；纤维长度40mm、体积掺量0.5%是提升混凝土板抗爆性能的最优组合之一。

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新型功能梯度变截面双六边形吸能盒耐撞性多目标优化设计

熊锋1, 2, 4, 曾书朋1, 王占飞1, 张帅3, 王登峰4, 徐红玉3

振动与冲击. 2025, 44(11): 50-60.

摘要 ( 33 ) PDF全文 ( 15 )

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为协同提升车身耐撞安全性与轻量化水平，本文设计并提出一种新型功能梯度变截面双六边形吸能盒，提取其下端形状规则子结构—功能梯度变截面双六边形管（functionally-graded section double-hexagonal tube，FS-DHT）为对象并进行了参数化几何建模；建立了FS-DHT轴向压溃有限元模型并进行了试验验证；比较研究了FS-DHT与传统双六边形直管（straight DHT, S-DHT）、双六边形锥管（conical DHT, C-DHT）轴向压溃耐撞吸能特性优劣；探究了FS-DHT管壁厚、内/外六边形管上、下端面外接圆半径差及梯度指数对其轴向压溃耐撞吸能特性作用规律；结合最优拉丁超立方采样、响应面代理模型和NSGA-II优化算法对FS-DHT进行了耐撞性多目标优化设计及验证，并进一步建立了“保险杠-吸能盒”总成轴向压溃有限元模型并验证了FS-DHT优化前后对集成其结构的功能梯度变截面双六边形吸能盒耐撞性提升效果。结果表明，FS-DHT优化后其比吸能提升了17.69%且初始峰值压溃力降低了10%，同时促成功能梯度变截面双六边形吸能盒吸能量提升了22.25%且保险杠处对应初始峰值压溃力降低了9.14%，取得了良好的耐撞性多目标协同优化效果，为协同提升车身耐撞性与轻量化水平提供了一种行之有效的新结构与新思路。

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层级尺寸比对自相似层级蜂窝材料面内冲击力学性能的影响

赵蓉1, 刘颖2, 张海强1, 吴鹤翔1

振动与冲击. 2025, 44(11): 61-69.

摘要 ( 33 ) PDF全文 ( 21 )

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为了探索层级蜂窝材料的最优层级尺寸比，提高层级蜂窝材料的能量吸收性能。基于经典蜂窝材料，并以自相似蜂窝代替蜂窝壁的方式建立了分层级蜂窝材料模型。采用数值模拟方法研究了不同冲击速度条件下，自相似层级蜂窝材料的变形模式、破碎力和能量吸收特性，重点讨论了层级尺寸变化对自相似层级蜂窝材料面内动态破碎行为的影响。研究结果表明，自相似层级蜂窝材料比蜂窝材料的力学性能和能量吸收能力优异。自相似层级蜂窝材料的破碎力随着层级尺寸比的增加呈现出先增大后减小的变化趋势。H-18型自相似层级蜂窝材料的破碎力最大，在低速冲击条件下，H-18型自相似层级蜂窝材料比H-0型蜂窝材料的平均破碎力高600%。此外，层级尺寸比不同，自相似层级蜂窝材料自适应冲击速度变化的能力不同，且给出了最优层级尺寸，为层级蜂窝材料的系统研究和应用提供了理论基础。

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爆破扰动对滑移式危岩体稳定性劣化影响分析

魏俊豪1, 邓正定1, 刘昊2, 刘顺圆1

振动与冲击. 2025, 44(11): 70-79.

摘要 ( 32 ) PDF全文 ( 17 )

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滑移式危岩体稳定性的关键在于岩桥段岩石能否有效发挥其抗剪强度，然而岩桥段岩石常受临近爆破扰动的影响，导致其抗剪切性能劣化进而降低危岩体的稳定性。首先，考虑岩桥段岩石黏聚力的劣化和衰减后爆炸应力波的影响，基于极限平衡理论构建爆破扰动作用下危岩体稳定性评价模型；其次，将岩体损伤视为无损岩石面积的削弱，对Maxwell体进行改进建立爆破扰动作用下岩桥段岩石黏聚力劣化模型，并结合试验验证了模型的合理性；最后，将稳定性评价模型应用于危岩体工程算例，同时利用工程算例对相关参数进行了敏感性分析。研究结果表明：岩石弹性模量、初始孔隙率越大，危岩体岩桥段岩石的黏聚力损伤速率越快；爆破作用产生的垂直荷载和切向荷载对危岩体稳定性影响显著，爆破应力波传播方向与结构面夹角大于90°时，结构面上切向应力对危岩体稳定性起正向作用；危岩体稳定性的劣化速率随爆破距离的减小而增大，且爆破产生的冲击荷载相较于黏聚力劣化对危岩体稳定性的影响更显著。该评价模型能为频繁爆破开挖临近危岩体的科学防灾减灾工作提供理论依据。

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基于深度学习的深海天然气水合物开采立管非线性振动预测模型

郭晓强1, 李莹伟2, 李琦2, 吕俊霖1, 杨恪伦1, 李欣业1

振动与冲击. 2025, 44(11): 80-91.

摘要 ( 40 ) PDF全文 ( 27 )

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针对复杂环境下深海水合物开采立管传统振动力学模型预测结果精度低的问题，利用基于深度学习的长短期记忆（Long Short-Term Memory, LSTM）网络，建立了深海水合物开采立管的三维振动预测模型，该模型可以借助现场获得的开采立管振动数据进行训练，实现对开采立管后期振动响应的提前预测。采用相似原理，研发了内外流激励下开采立管振动模拟实验系统，构建了实验数据集。采用所提出的深度学习模型，对多因素影响的立管顺流向及横流向振动位移进行预测，将预测结果和实验测试数据对比，决定系数（R2）达到99%，验证了预测模型的正确性。此外，为了进一步验证该模型可以实现深海开采立管的振动预测，采用能量法和哈密顿原理，建立了深海水合物开采立管气-液-固三相流致振动理论模型，将后期预测结果与理论模型计算结果进行比较，决定系数（R2）达到94.59%，进一步验证了深海水合物开采立管振动深度学习预测模型的有效性。研究成果为智能油田的建设提供了模型基础。

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斜盘式轴向柱塞泵配流副油膜特性分析

岳星岐1, 王慧2, 赵国超2, 周国强2, 宋宇宁3

振动与冲击. 2025, 44(11): 92-100.

摘要 ( 29 ) PDF全文 ( 14 )

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为探究斜盘式轴向柱塞泵振动的发生机理，建立了斜盘式柱塞泵配流副油膜有限元模型，通过试验验证了模型具有高度的准确性，并采用等间距试验法分析了排油口负载压力、缸体转速和斜盘倾角等工况参数对配流副油膜的压力场特性、温度场特性、正压力特性和空化特性的影响规律。研究结果表明：柱塞在吸油区与排油区相互转换阶段，随着排油口负载压力、缸体转速和斜盘倾角等工况参数增大，配流副油膜的局部高压和高温区域面积均增大，油膜正压力增大，油膜空化程度增大，油膜气相体积分数峰值分别由5.61%增至6.32%、2.24%增至3.94%、5.61%增至6.37%，均会加剧斜盘式轴向柱塞泵的振动现象；随着吸油口压力的增大，油膜空化程度降低，油膜气相体积分数峰值由2.99%降低至1.51%，在实际设计柱塞泵时各工况参数的取值存在最优区间。

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考虑非线性机电耦合的振动台前馈控制研究

钱一珉1, 侯祥雨1, 李鸿光2, 孟光2, 刘显波1

振动与冲击. 2025, 44(11): 101-110.

摘要 ( 36 ) PDF全文 ( 17 )

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电动式振动台被广泛应用于振动测试领域，其本质是一个机电耦合换能系统。电动式振动台在低频率大位移工况下，其悬挂系统刚度和励磁电流产生的磁场分布均会随动圈位置变化而呈现显著非线性变化。这些非线性因素会导致振动台在低频或超低频振动测试时产生严重的谐波失真，并进一步导致振动台低频振动难以控制。为实现动圈低频运动的精确控制，采用基于模型的前馈控制对驱动电流进行精准补偿。为此，首先建立了考虑振动台非线性刚度及非线性力系数的集总参数模型，分析并阐述了振动台工作过程中产生非线性现象产生的机理。其次，根据集总参数模型建立了振动台的动力学方程，并结合控制目标和自治方程求解得到系统中状态变量的变化情况，利用非自治方程反推出所需的前馈控制电流。最后，将前馈控制作用下动圈的运动与控制目标进行对比分析。数值算例表明，调整后的驱动电流能够大大缩小低频或超低频工况下振动台动圈的运动状态与跟踪目标之间的差距，有效地抑制了在振动台工作过程中非线性因素带来的谐波失真。本文提出的振动台前馈控制方法能够大大提高振动台的工作精度，同时扩大振动台在低频测试时的工作行程和工作频率范围，为振动台控制设计提供了新思路。

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轮径差耦合下电机弹性架悬转向架横向稳定性影响研究

祁亚运1, 敖鹏1, 戴焕云2, 刘华1, 贺星1, 李良昫1

振动与冲击. 2025, 44(11): 111-118.

摘要 ( 24 ) PDF全文 ( 15 )

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车轮出现轮径差会加剧转向架蛇行失稳，电机弹性架悬结构能有效改善其稳定性。为了探明轮径差与电机弹性架悬转向架横向稳定性关系，建立轮轨非线性接触模型和电机弹性架悬转向架横向动力学模型，分析轮径差与电机悬挂参数对转向架横向稳定性影响，研究轮对在不同轮轨接触下Hopf分岔特性。研究结果表明：在同相轮径差下，转向架系统稳定性随电机横移频率增加呈现先增后减趋势，存在最佳频率约为3Hz。当电机振动频率和转向架蛇行频率一致，且幅值越低于后者，电机架悬减振效果越好，但轮径差的产生会降低这一效果；当车辆速度过高且轮径差值超过1.2mm时会导致轮轨发生轮缘接触，短期内提升转向架稳定性，但长期会加剧轮轨磨损。轮径差值越大，轮对平衡中心线越偏离轨道中心线，轮对系统越容易从亚临界Hopf分岔转变为超临界Hopf分岔。同相轮径差工况下轮径差临界值为0.5mm，前轮对轮径差临界值为1.5mm。

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考虑时变啮合刚度的行星滚柱丝杠动力学建模与振动特性分析

卢夏沁1, 2, 陈换过1, 2, 吴建伟3, 彭雨浩1, 2, 汤佳辉1, 2

振动与冲击. 2025, 44(11): 119-128.

摘要 ( 37 ) PDF全文 ( 15 )

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针对行星滚柱丝杠（Planetary Roller Screw Mechanism，PRSM）动态特性研究中的不足，特别是对传动副啮合刚度时变特性和非线性因数考虑不充分的问题，提出了一种考虑间隙、摩擦阻尼和时变啮合刚度的PRSM“扭转-平移-轴向”动力学建模方法。通过集中质量法构建动力学模型，基于达朗贝尔原理推导出运动微分方程；根据机构传动副特点，构建了齿轮副悬臂梁模型与螺纹副轴向刚度模型，结合势能法、直接刚度法和赫兹接触理论提取出啮合刚度参数。最后，采用Runge-Kutta数值积分法求解系统微分方程，通过与刚体动力学模型对比验证模型准确性，并获取了PRSM的振动特性。研究成果为PRSM的故障特性分析和智能诊断奠定了理论基础。

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含惯容器的调谐垂荡板半潜式平台垂荡抑制研究

唐雪1, 2, 韩世昌1, 2, 石奕玮1, 2

振动与冲击. 2025, 44(11): 129-138.

摘要 ( 36 ) PDF全文 ( 13 )

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为了减轻浮式风力发电机半潜式平台在波浪力作用下的非定常垂荡响应，基于调谐质量阻尼器减震原理，研究加入惯容器后的调谐垂荡板结构对半潜式平台垂荡响应的影响。建立调谐垂荡板惯容系统-半潜式平台的动力学模型，并以半潜式平台的垂荡运动均方根值作为评价标准，确定了调谐垂荡板惯容系统的最优设计参数。对比分析了4种不同海况下，调谐垂荡板惯容系统半潜式平台与传统半潜式平台、固定垂荡板板半潜式平台和调谐垂荡板半潜式平台的垂荡响应。结果表明，在4种海况下，调谐垂荡板惯容系统抑制浮式风力机半潜式平台的垂荡运动效果最好，即基于惯容器的装置的引入有助于抑制半潜式平台的垂荡运动。

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基于状态转移算法的燃气管道微小泄漏定位研究

翟庆波1, 2, 宁方立2, 黄丛慧3, 韦娟4, 苏兆婧5

振动与冲击. 2025, 44(11): 139-148.

摘要 ( 34 ) PDF全文 ( 15 )

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针对当前基于传声器阵列的燃气管道泄漏定位算法中有网格法存在的基不匹配问题、无网格法不能计算泄漏源声功率以及易受环境噪声影响的问题，提出了基于状态转移算法的燃气管道微小泄漏定位算法。由于燃气管道出现微小泄漏时会产生泄漏超声，通过声传播模型计算传声器阵列测量到的泄漏声信号并计算互谱矩阵的理论值，同时根据传声器阵列实际测量的泄漏声信号计算互谱矩阵的实际值，由互谱矩阵的理论值与实际值建立能量函数并通过状态转移算法对能量函数做全局寻优实现泄漏定位。搭建了燃气管道微小泄漏试验平台并设计了垫片泄漏和阀门泄漏定位试验，试验结果表明所提算法能准确定位包括垫片及阀门泄漏在内的燃气管道微小泄漏，与常规波束形成算法相比，所提算法空间分辨率更高，同时在不同定位频率下垫片泄漏的声压级误差均至少降低了25 dB、阀门泄漏的声压级误差均至少降低了20 dB，在不同定位距离下垫片泄漏的声压级误差均至少降低了15 dB、阀门泄漏的声压级误差均至少降低了20 dB，表明所提算法对泄漏源的声压级预测更加准确。

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基于移动可变形组件法的格栅平板隔振结构自振频率拓扑优化

周锦航1, 商超2, 王强勇2, 代成名2, 李刚1, 3

振动与冲击. 2025, 44(11): 149-156.

摘要 ( 26 ) PDF全文 ( 16 )

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隔振结构在工程结构中主要用于设备与主体结构的连接，其动力学特性对隔振效果有着显著影响。通过移动可变形组件方法，针对典型的格栅平板隔振结构，解决其基频拓扑优化问题。首先，使用梁单元对格栅平板隔振结构进行模型简化。其次基于简化后的优化对象的梁单元结构进行移动可变形组件框架的改进，加入基于改进框架的冗余梁单元自适应修剪，提升计算效率。最后计算不同工况下设备布局以及以单频和多频作为优化目标的拓扑优化结果并进行比对。该方法对隔振结构设计中如何提升结构基频并兼顾结构轻量化，避免在工作频率范围上共振现象的产生有实际意义。

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气动巨量转移机构刺晶减振控制

刘强1, 2, 樊竞超1, 牛萍娟2, 陈云喆2, 孙海威3

振动与冲击. 2025, 44(11): 157-162.

摘要 ( 31 ) PDF全文 ( 12 )

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针对气动针刺式巨量转机构在高速、高频刺晶过程横梁扭转振动影响转移精度问题，提出了一种基于动态平衡法的双边侧挂直线电机主动减振方案，基于同步反向运动的针刺系统和随动系统，建立了横梁扭转振动幅值的数学模型，并使用有限元法对运动过程进行瞬态分析。直线电机电流控制上采用了BP-PID (Back Propagation- Process Identifier)方法调控参数，提高了电流函数收敛速度，降低了启动电流超调量，优化了电机推力的控制方法。试验表明，在不间断加速模式与高速启停模式下分别减小横梁振幅86.74%与84.47%，证明了动态平衡法主动减振结构对抑制气动针刺巨量转移装置横梁扭转振动效果明显，对巨量转移精度提升具有重要意义。

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平行互质阵的虚拟插值酉变换二维DOA估计方法

王绪虎, 孙高利, 冯洪浩, 贺劲松

振动与冲击. 2025, 44(11): 163-171.

摘要 ( 21 ) PDF全文 ( 11 )

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针对现有二维波达方向(direction of arrival，DOA)估计方法对阵列接收信息利用不充分导致估计性能下降的问题，提出了一种平行互质阵列下对虚拟阵列插值的二维DOA估计方法。该方法通过对平行互质阵列扩展后的虚拟阵列进行插值，利用内插虚拟阵列的协方差矩阵与虚拟测量值之间的关系，提出一个关于等效虚拟测量向量的最小化问题，通过凸优化工具箱重构插值后的虚拟阵列协方差矩阵，结合酉变换和总体最小二乘方法进行DOA估计。仿真结果和湖上试验表明，该方法充分利用了非匀虚拟阵列中的所有虚拟阵元，提高了自由度和估计精度，具有有效性。

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考虑转轮质量涨落的水轮发电机组分数阶动力分析

郎嵩涛1, 荆岫岩2, 孙尔军3, 谭志锋4, 郝国文5, 孙万泉1

振动与冲击. 2025, 44(11): 172-177.

摘要 ( 32 ) PDF全文 ( 17 )

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水轮发电机组在运行过程中，其振动过程相互影响，具有明显的历史记忆性。并且转轮处压力脉动频繁波动，也导致其具有明显的附加质量涨落现象。针对以上问题，在分析机组实测振动记忆效应的基础上，建立了考虑质量涨落的水轮发电机组轴系分数阶非线性动力学模型，并基于MWORKS平台对模型进行了仿真计算。研究了分数阶阶次、质量涨落对机组分数阶非线性动力学特性的影响。结果表明：水轮发电机组振动具有明显的历史记忆性和长相关特性；分数阶阶次对系统记忆性和运动状态影响较大，阶次越高系统记忆性越好，分数阶模型能够更准确更灵活地模拟机组不同工况的历史记忆特性；转轮质量涨落能在一定程度上减小机组振幅，提高系统稳定性，对系统建模和响应分析有较大影响。

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基于改进乘性一致HFLPRs-TOPSIS的FMEA风险分析

刘子辉1, 2, 方艳红1, 2, 锁斌1, 2

振动与冲击. 2025, 44(11): 178-187.

摘要 ( 28 ) PDF全文 ( 14 )

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在可靠性评估的故障模式与影响分析(FMEA)中，专家评分的不确定性和群决策的冲突性显著影响了风险分析结果的准确性。为此，本文提出了一种基于改进的乘性一致犹豫模糊语言偏好关系集(HFLPRs)与逼近理想解(TOPSIS)的风险分析方法。该方法首先引入HFLPRs，系统捕捉指标偏好度；其次，通过改进乘性一致公式并构建HFLPRs的去模糊最优化模型，结合IOWA算子修正专家权重，完成群决策信息的有效提取与聚合；最后，采用改进的TOPSIS对各故障模式进行风险排序。以列车裙板的风险分析作为实例，完成所提方法的敏感性分析与对比性分析。结果表明，所提方式能够更有效的保存专家原始信息，降低来自群体不确定性与冲突性对结果的影响，获得更为准确、客观、稳定的风险分析结果。

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超声能场激励下轧机辊系垂直振动特性研究

郭昊1, 徐慧东2, 王涛1, 3, 任忠凯1, 3

振动与冲击. 2025, 44(11): 188-195.

摘要 ( 20 ) PDF全文 ( 14 )

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为了研究超声能场激励下轧辊垂直方向的振动特性，建立了一种超声能场耦合作用下的轧机辊系垂直振动模型以及相应的非线性动力学方程。基于轧机实际参数，通过与有限元模型的时间响应曲线进行对比分析，验证了动力学方程的准确性。采用多尺度法求解了该系统的主共振、亚谐波共振及超谐波共振幅频特性方程，分析了轧机非线性刚度系数、阻尼系数、超声振子振动幅值等参数变化对轧机幅频特性的影响。研究成果为超声振动辅助轧制问题的研究提供了理论支撑。

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薄膜-质量型声学超材料隔声性能及带隙研究

江立1, 2, 夏利娟1, 2

振动与冲击. 2025, 44(11): 196-202.

摘要 ( 32 ) PDF全文 ( 19 )

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薄膜-质量型声学超材料结构质量轻，低频段隔声性能优越，在船舶等领域的噪声控制上有着较好的应用前景。结合隔振原理和超材料简化模型从理论上解释了其在低频段优越隔声性能的产生机理，并在有限元模型中得到了验证。从基础构型出发，研究了质量块密度等结构参数对隔声性能的影响。提出了水平和垂向多胞元组合设计来提升隔声带隙宽度的新型超材料结构，通过数值仿真模型计算研究了组合设计下隔声带隙的叠加规律。结果表明，薄膜-质量型声学超材料的隔声性能受结构参数影响，超材料胞元的组合设计可以显著提升隔声带宽。本研究可以为声学超材料轻量化设计与隔声性能提升提供参考。

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功能梯度二维壁板的非线性颤振特性分析

汪卫东, 韩明君, 冯瑞龙

振动与冲击. 2025, 44(11): 203-214.

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基于Von Kármán非线性应变-位移关系和一阶活塞气动理论研究功能梯度壁板的非线性颤振特性分析。考虑不同梯度指数和孔隙率下功能梯度壁板，采用Galerkin法将功能梯度壁板的控制方程在整个气动弦长上进行积分变换得到非线性方程，再利用Routh-Hurwitz系统稳定性判据，将Hopf分岔化为非线性方程求根问题，求解出无量纲临界频率和无量纲临界流速。通过算例，分析了各参数变量对壁板气动弹性的稳定性影响，最后通过Runge-Kutta法对系统的气动弹性稳定性进行理论验证，其研究结果将为功能梯度壁板的设计优化提供理论依据。

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旋转惯性双调谐质量阻尼器对结构减震的参数解析优化及分析

罗一帆, 郜健博, 赵文韬, 孙洪鑫, 刘巴黎, 温青

振动与冲击. 2025, 44(11): 215-224.

摘要 ( 36 ) PDF全文 ( 20 )

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在被动控制装置中，经典调谐质量阻尼器（Tuned mass damper, TMD）是应用最为广泛的。然而经典TMD在实际安装使用中往往需要较大的附加质量和较大的安装空间，给实际应用带来不便。旋转惯性双调谐质量阻尼器（Rotational inertia double tuned mass damper, RIDTMD）是一种新型的、高效的振动控制装置，它利用了惯容的表观质量增效功能、以及调谐质量和调谐惯容的双重调谐效果，具有较好的减振性能和轻量化控制的特性。然而，当考虑到RIDTMD对基础激励下的主结构控制进行优化设计时，目前的设计方法基本都为数值法，不便应用。为解决上述问题，本文基于H_2优化理论，以主结构位移均方根值为目标函数，推导了RIDTMD减震系统的参数解析设计公式。在解析公式的基础上，通过频域和时域两种数值仿真方法分析了RIDTMD的减震性能和轻量化效果，验证了解析公式的准确性和适用性。仿真结果表明，在频域中，RIDTMD对主结构位移频响峰值控制和减震带宽均优于TMD，并具备轻量化和工作行程小的优势；在时域中，以5MW陆上风机为例，在实际地震波激励作用下，RIDTMD对塔筒一阶纵弯的均方根值和峰值减震均优于TMD，在相同性能指标下能实现较好的轻量化效果。

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基于负刚度放大阻尼器的基础隔震储液罐减震性能提升

唐子桉1, 孟硕1, 罗浩1, 2, 翁顺1, 2, 朱宏平1, 2

振动与冲击. 2025, 44(11): 225-233.

摘要 ( 30 ) PDF全文 ( 26 )

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为提升强震作用下基础隔震储液罐结构的减震性能，本文提出了一种基于负刚度放大阻尼器的组合隔震方法，并基于拓展定点理论推导了负刚度放大阻尼器的优化设计方法。通过建立考虑前三阶晃动模态的储液罐简化质点模型并进行数值模拟，研究了增设不同阻尼器的隔震储液罐的地震响应，对比分析了本文与传统方法在常规短周期和极端长周期地震动下的减震性能。结果表明：相较于传统方法，本文方法可在短周期地震动下更有效地综合控制储液罐的晃动波高、底部剪力和倾覆弯矩，效果分别提升45%、16%、43%。在长周期地震动下，本文方法亦能有效提升对基底位移、晃动波高、底部剪力和倾覆弯矩的控制，效果分别提升10%、37%、31%、37%。

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双面聚丙烯网聚合物砂浆面层加固砖墙抗震性能试验研究及效费比分析

高亮1, 申梦涛2, 张风亮2, 3, 刘祖强2, 薛建阳2, 安占义3

振动与冲击. 2025, 44(11): 234-244.

摘要 ( 34 ) PDF全文 ( 16 )

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为研究双面聚合物砂浆聚丙烯网面层加固砖墙的抗震性能，进行了6个试件的低周反复加载试验，变化参数包括有无聚丙烯网、不同加固材料、有无黏结构造和加固面数。获得了试件的破坏形态和滞回曲线，分析了试件的承载能力、延性、刚度退化、耗能能力等抗震性能。结果表明：双面聚合物砂浆聚丙烯网面层加固砖墙在低周反复荷载作用下发生的是剪摩破坏+弯曲破坏，滞回曲线饱满，延性好，耗能能力强，抗震性能优于单面聚合物砂浆聚丙烯网加固砖墙；聚丙烯网在加固中作用显著，能够极大提升加固砖墙的抗震性能；与传统加固方法相比，双面聚合物砂浆聚丙烯网面层加固方法对砖墙耗能能力改善最显著，对延性和初始刚度提高较大；未采用黏结构造的加固砖墙尽管没有发生加固面层与砖墙之间的黏结破坏，但其抗震性能相对较差。最后，根据试验结果进行了效费比分析，与传统加固方法相比，双面聚合物砂浆聚丙烯网面层加固方法基于砖墙承载能力、延性、耗能能力和极限位移角的效费比均较高，可推广应用于砌体结构的抗震加固，尤其是经济不发达的农村地区。

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钢纤维和养护制度对超高性能混凝土材料阻尼性能及机理的影响

陈昭晖1, 陶然1, 2, 汪瑶杰1, 3

振动与冲击. 2025, 44(11): 245-253.

摘要 ( 34 ) PDF全文 ( 21 )

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考虑钢纤维参数和养护制度等因素，研究了超高性能混凝土（UHPC）的阻尼性能和机理。结果表明：掺入钢纤维提升了UHPC阻尼性能，纤维体积掺量为2.5%时UHPC阻尼比较未掺时增加了54.9%；减小钢纤维长径比、采用标准养护可使UHPC具有更好的阻尼性能。合理选择钢纤维参数和养护制度可制备出兼顾阻尼、强度和经济成本的UHPC材料。考虑钢纤维对UHPC阻尼性能的正负效应，建立了UHPC材料阻尼的半经验预测公式。微观层面上，随钢纤维掺量增加、长径比减小以及采用标准养护制度，UHPC基体中掺入钢纤维形成的纤维-基体界面过渡区、微孔隙和微裂缝等内部缺陷会增多，但有利于UHPC材料通过钢纤维的形变、钢纤维-基体界面间摩擦、微裂缝开合、微孔隙变形以及微孔隙内部空气的柔性缓冲等机制产生阻尼耗能。

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栏杆对钝体箱梁人行桥涡振性能影响的试验研究

王维红1, 李乐岩2, 李嘉煜3, 陈明4, 李宇2, 李加武2

振动与冲击. 2025, 44(11): 254-267.

摘要 ( 33 ) PDF全文 ( 17 )

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随着我国城市化进程的推进，人行桥建设规模显著增加。栏杆作为人行桥设计的必要设施，在气动外形设计中起重要作用。并且由于人行桥主梁尺寸较小，栏杆显著影响其气动外形和涡振性能。为研究栏杆对人行桥涡振性能的影响，采用测振试验研究了无栏杆原始断面的涡振性能，以及直线栏杆透风率β、透风宽度T与曲线栏杆波长W、振幅Z和安装位置对主梁涡振性能的影响。通过分析各个工况下主梁涡振响应的规律，探讨了直线栏杆和曲线栏杆设计参数的改变影响主梁涡振性能的机理。结果表明：透风率β越小，主梁涡振振幅越小。选择合理的栏杆透风率可显著改善主梁涡振性能。在相同透风率下，直线栏杆透风宽度T对涡振振幅的影响可忽略不计。增大曲线栏杆的波长W和振幅Z可减小甚至完全抑制涡振现象。主梁涡振性能对曲线栏杆透风率和安装位置较敏感，降低透风率或将栏杆安装位置向梁外侧移动，可起到抑振效果。

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基于二次分解时频图和SE-DSMC-BSA的轻量化有载分接开关机械故障识别方法

李思奇1, 夏卯1, 鲁思兆1, 毕贵红1, 黄一超1, 阮彦俊2, 李良创2

振动与冲击. 2025, 44(11): 268-279.

摘要 ( 34 ) PDF全文 ( 20 )

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有载分接开关（On-load Tap-Changer，OLTC）是有载调压变压器中唯一可动的部件，其频繁切换易导致机械故障。为了实现OLTC机械状态的在线监测，文中提出一种结合二次分解时频图、深度可分离多尺度卷积(Depthwise Separable Multiscale Convolutions，DSMC)、SE注意力机制和广播自注意力机制(Broadcast Self-Attention Mechanism, BSA)的轻量化OLTC故障识别方法。首先，建立OLTC故障模拟实验平台获取振动信号。在此基础上，引入二次分解和Hilbert变换，将两次分解的分量全部转换为时频图。然后，利用SE-DSMC对时频图进行多尺度的特征提取，并进行通道特征增强。最后，引入BSA对全局特征进行提取，以提升故障识别的准确率。与现有方法相比，该方法特别是在小样本情况下具有识别速度快、准确率高和轻量化等优势。

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基于改进基线重构的复合材料T型接头导波损伤监测

刘国强, 王莉, 王霞光, 刘钢

振动与冲击. 2025, 44(11): 280-287.

摘要 ( 27 ) PDF全文 ( 15 )

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结构载荷会影响导波传播，从而会增加导波损伤识别的不确定性，以致可能引起损伤误判。为了减弱结构载荷对导波损伤识别的影响，本文提出了改进的基线重构载荷补偿方法。该方法可以将基线信号相位补偿到与当前信号相位一致。通过铝板静力拉伸实验和复合材料T型接头在拉伸载荷下的损伤监测，对该方法的有效性进行了验证研究。研究结果表明：该方法可以有效地减弱载荷对导波监测信号相位的影响，且能对拉伸载荷作用下复合材料T型接头损伤进行准确地识别。

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基于IWOA-BERT的磨煤机故障预警

段明达

振动与冲击. 2025, 44(11): 288-294.

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实现磨煤机的故障预警技术可以降低事故发生率，针对其运行中随机扰动多，且故障早期阶段不易判断的特点，提出了一种基于改进鲸鱼算法优化BERT模型(IWOA-BERT)的故障预警方法｡首先,通过改进传统鲸鱼算法的收敛因子和引入高斯变异算子来增强算法的寻优能力;其次,选取与磨煤机故障相关的特征参数作为建模变量,利用改进鲸鱼算法优化BERT模型的超参数,建立故障预警模型;然后,计算正常状态数据中每个滑动窗口的相似度均值，选取最小值乘以阈值系数确定预警阈值;最后,根据专家系统推理预警时刻的故障类型并给出检修指导｡将所提方法应用于某350MW机组磨煤机的运行中,结果表明模型的预测准确率高,且能提前24秒给出预警信息,为工程应用提供了参考｡

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基于性能档案库规则杆系结构损伤识别方法研究

付伟庆1, 谭凯旋1, 张光槟1, 李春林2

振动与冲击. 2025, 44(11): 295-308.

摘要 ( 30 ) PDF全文 ( 19 )

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杆系结构具有构件数量大形式多样，损伤位置隐蔽巡查困难，损伤积累时间长和破坏突然等特点。常规识别方法存在识别精度低、无法评价损伤安全影响和预测损伤结构寿命等问题。本文提出一种通过建立性能档案库对规则杆系结构损伤状况进行识别的方法。建立档案库研究包括曲率模态变化率识别指标提出，分区域两步识别损伤样本库构建和密集连接型识别网络搭建三部分内容。通过三层框架结构验证了所提出损伤指标的准确性。通过对一桁架桥结构建立性能档案库后进行的不同组损伤构件测试试验表明，利用档案库进行的信息匹配可较为准确的对杆件损伤位置进行识别，损伤程度识别误差在5%以内。研究提出性能档案库损伤识别方法，还可用于结构损伤影响评估和寿命预测等多个方面。

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基于VMD-CAE的无监督结构损伤识别研究

王梦倩1, 康帅1, 李传飞2, 董正方1

振动与冲击. 2025, 44(11): 309-320.

摘要 ( 38 ) PDF全文 ( 22 )

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为了进一步扩展深度学习方法在基于振动信号的结构损伤识别中的应用，提出了一种基于变分模态分解(Variational Modal Decomposition,VMD)和卷积自编码(Convolutional Auto-encoder,CAE)相结合的无监督结构损伤识别方法。首先，利用VMD对振动信号进行分解，去除噪声和一些无关成分的影响，选取与结构自振特性相关的成分作为有效分量；然后通过叠加有效分量作为CAE模型的输入，进而重构信号，通过学习健康样本数据的特征，得到最大重构误差作为判断结构是否损坏的阈值。最后将该方法应用到IASC-ASCE SHM Benchmark结构试验数据和卡塔尔大学看台试验数据，并将结果与其他模型进行了对比，结果表明该方法在两个数据集上的识别结果都更加准确。即使当样本中含有噪声时，也能显著提高噪声样本的识别精度，具有较强的抗噪能力。

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自治水下机器人及其运动控制技术综述

孟繁贵1, 刘爱民1, 胡岩1, 王宇琛1, 乔路宽1, 张红奎1, 2

振动与冲击. 2025, 44(11): 321-338.

摘要 ( 51 ) PDF全文 ( 21 )

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自治水下机器人（AUV）因其机动灵活、鲁棒性强、运动范围广等优势广泛应用于水文监测、海底科考、巡逻侦察等领域。为保安全高效地完成各种作业任务，AUV的运动控制技术研究显得尤为重要。本文按照AUV发展的时间进程，重点从运动控制相关角度对国内外AUV的典型产品进行介绍，并展示了团队最新研制的“盛鲸一号”AUV及其运动控制技术。根据AUV的运动控制研究现状，AUV的运动控制可分为路径跟踪、轨迹跟踪和镇定控制三种类型，其研究内容主要集中在制导方案的设计和控制器的优化上。AUV模型不确定、外界干扰和执行器饱和是影响运动控制系统的三大主要挑战。为应对这些难题，深度强化学习、滑模控制、自抗扰控制、神经网络、自适应控制、S面控制和模糊控制等智能控制技术已得到广泛应用，能够有效抑制AUV动力学模型变化以及海浪、洋流等环境干扰对跟踪精度的影响。针对执行器饱和问题，模型预测控制、深度强化学习和滑模控制技术表现尤为突出。现有研究显示，信息型AUV的数量较多，AUV的运动控制系统在精确性和鲁棒性方面具有显著优势。未来AUV的发展将聚焦于采用可再生能源驱动的长航程AUV和具备自主操纵机构的多模式AUV。同时，AUV的运动控制趋势将向低功耗运动控制和集群运动控制方向发展。

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