振动与冲击

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田源, 高树国, 孙路, 刘浩宇

振动与冲击. 2025, 44(13): 1-10.

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因外部短路引起的变压器绕组损坏通常不仅与单次短路过程相关，历次短路冲击可能导致绕组逐渐发生变形，进而产生不可逆的累积变形，从而降低其抗短路能力。首先，对一台额定电压为110.0 kV的变压器进行改造，并开展多次短路冲击试验，通过测量绕组电抗和轴向压紧力的变化，验证了短路冲击对绕组机械状态破坏的累积效应；然后，通过对油箱表面的振动信号及绕组轴向冲击力进行时频分析，揭示了累积效应对绕组振动特性的影响规律；最后，采用Wigner-Ville分布方法对振动信号进行处理，构建时频矩阵并实现特征提取，基于模糊C均值聚类算法计算绕组机械状态的隶属度，提出一种量化绕组变形累积效应的方法，并确定了绕组严重变形的判据。由试验结果可知，振动特征参量变化规律与绕组电抗和轴向压紧力具有较高的一致性。该研究成果可应用于绕组机械状态评估与早期故障预警，为变压器的安全稳定运行提供重要的工程参考价值。

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地垒构造带聚能爆破弱化综采面硬岩损伤特征试验研究

刘健1, 2, 黄猛猛1, 2, 薛勇林1, 2, 朱家亮1, 2, 孙安祥1, 2

振动与冲击. 2025, 44(13): 11-21.

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针对综采面遇硬岩地垒阻碍回采、普通爆破易造成围岩过度破碎丧失支护强度的问题，通过理论分析、爆破相似试验、现场应用相结合的研究方法，探究普通爆破与聚能爆破弱化作用下地垒构造带裂纹扩展特征、应变演化特征以及损伤特征。结果表明：聚能方向上，聚能爆破粉碎区半径是普通爆破的0.82倍，应变峰值是普通爆破的1.43倍，爆生气体静载作用时间较普通爆破延长了47.37%；非聚能方向上,较普通爆破,聚能爆破静载作用时间缩短了33.33%，地垒构造带的存在使两组试验的3#、4#测点均受反射拉伸应力波的作用，出现两个应变上升波峰；波速检测发现，聚能爆破在聚能方向上损伤与波降率大于普通爆破，而非聚能方向上均小于普通爆破，表明聚能爆破能量集中释放，避免了非目标方向上围岩破坏。最后，开展了现场试验，聚能爆破后，硬岩得到定向断裂，回采路径上方煤岩仍具有较好的支护强度，回采期间未见漏顶现象，地垒构造带推进期间截齿消耗减少了45.45%，基本达到爆破弱化硬岩地垒的目的。

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基于CFD-FEM方法的弹性楔形体入水砰击特性分析

崔杰, 胡翔宇, 李季阳, 韩鸿阳

振动与冲击. 2025, 44(13): 22-31.

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在舰船的结构强度设计中，耦合入水砰击荷载受到很大的重视。采用计算流体动力学-有限元法（computational fluid dynamics-finite element method，CFD-FEM）双向耦合数值方法，研究重力作用下弹性楔形体于不同流场环境下入水时的流固耦合问题。首先，以静水中楔形体砰击为例，将其仿真结果与试验进行对比验证该耦合方法的准确性；而后，分析了不同入水速度和底部斜升角的弹性楔形体在静水、流和波浪等不同流场环境中入水时所受砰击荷载以及结构响应和流场的变化。结果表明：静水中楔形体入水砰击与模型试验结果相吻合，证明该数值模拟具有可靠性和可行性；均匀流作用下楔形体入水时由于结构物对来流产生壁面反射，导致楔形体附近在靠近来流侧与远离来流侧流速不同从而产生压力差，楔形体底部向来流方向偏移，不同波浪位置下入水时，模型在波浪速度向上的平衡位置，因波浪与楔形体的相对冲击速度增加，所产生的砰击荷载比静水中大，高应力区主要集中在楔形体底部及焊缝位置。研究结果对舰船结构设计以及入水砰击研究提供了指导依据。

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不同负温条件下模拟月壤的动力学特性与能量耗散研究

马芹永1, 2, 张波波1, 2, 简伟强1, 2, 杨金辉1, 2, 凌创宇1, 2

振动与冲击. 2025, 44(13): 32-43.

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研究月球极区含冰月壤的动力学特性和能量耗散规律对探月工程四期任务中探测器的着陆冲击特性、极区含冰月壤的冲击钻进采样具有重要的参考意义。本文以玄武质模拟月壤制备的含冰月壤样本为研究对象，利用直径50mm的分离式Hopkinson压杆测试装置，研究了不同负温、不同含水率在不同冲击荷载作用下模拟含冰月壤样本的动力学特性、动态破坏形态特征和能量耗散规律。结果表明：(1)当温度降低至-25℃、-45℃和-65℃时，动应力-应变曲线初始增长时无压密阶段，负温对模拟月壤样本的变形特性有着显著影响；峰值动应力随温度的降低和冲击气压的增加而增大，表现出明显的温度效应和应变率效应；温度的降低使得冲击载荷所诱发的瞬态温升效应减弱；动态强度增长系数ηd和平均应变率保持着正相关关系，含水率对模拟含冰月壤ηd的影响较大。(2)在相同冲击荷载作用下，模拟含冰月壤的动态破坏机制主要为块状滑面粉碎破坏、脆性断裂破坏和剪切边界破坏。(3)模拟含冰月壤在冲击压缩破坏过程中入射能、反射能和吸收能均呈现先上升后不变的趋势，能量反射系数的增长变化与负温条件、冲击荷载大小有关，能量吸收率与平均应变率随破坏程度的增大而增大。

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FRP筋/钢筋混合配筋混凝土梁冲击响应简化分析与预测

张仁波, 李昕晨, 金浏, 杜修力

振动与冲击. 2025, 44(13): 44-53.

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针对目前试验和数值模拟方法复杂且低效的问题，本文研究了纤维增强聚合物（fiber-reinforced polymer，FRP）筋/钢筋混合配筋混凝土梁在冲击荷载下的动态响应的简化分析与预测方法。首先，建立了混合配筋混凝土梁的动态弯-剪抗力模型。其次，基于此模型并考虑应力波传播效应，提出了一种改进的双自由度简化分析模型来预测混合配筋混凝土简支梁的冲击响应，并验证了该模型的准确性。最后，基于量纲分析，通过对双自由度模型计算的120组冲击工况的结果进行回归分析，建立了混合配筋梁的峰值位移和冲击力时程曲线的经验性预测模型。结果表明：该模型的预测误差基本在20%以内，可为混合配筋混凝土简支梁在冲击荷载作用下的工程实践提供一种有效的简化计算方法。

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GFRP 夹砂管低速冲击响应及剩余压缩强度实验研究

石华旺, 赵健斌, 王佳伟, 葛杏

振动与冲击. 2025, 44(13): 54-63.

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层合结构与夹砂层共同提升了玻璃纤维增强塑料夹砂管(Glass fiber reinforced plastic sand pipe )的抗冲击性能与轴向抗压强度。为了研究GFRP夹砂管的抗冲击性能和剩余压缩强度，开展了不同管径的GFRP夹砂管在不同冲头和不同能量的低速冲击(low-velocity impact, LVI)试验，分析了GFRP夹砂管的低速冲击响应及损伤失效特性。然后，对损伤试样开展冲击后压缩试验(compression after impact, CAI），结合三维数字图像相关技术，分析了不同冲击能量下GFRP夹砂管的冲击后压缩性能和压缩屈曲演化行为。试验结果表明，半球形冲头冲击造成的损伤面积和吸能高于锥形冲头冲击，但冲击造成的内壁凸起高度低于锥形冲头。在压缩载荷的影响下，GFRP夹砂管在受到冲击的一侧沿着损伤区域发生了完全断裂，裂纹沿着横向扩展，直至材料发生屈曲。其中，纤维断裂和层间分层成为GFRP夹砂管的主要损伤形式。以上试验研究可为GFRP夹砂管的轻量化设计和安全性评估提供参考。

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露天矿抛掷爆破技术发展现状及应用前景

张曌, 张瑞新, 付士根, 付搏涛, 王有湃

振动与冲击. 2025, 44(13): 64-78.

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抛掷爆破因工程规模大、效率高，且在一定程度上可以节约采剥生产成本，所以备受美国、澳大利亚等发达国家露天开采行业的青睐。通过对国内外露天矿山抛掷爆破技术发展历程的梳理与分析，明确了抛掷爆破技术的生产特点。从强可控、弱可控以及不可控等层面分析了在露天煤矿生产过程中影响抛掷爆破质量的指标因素，并剖析了抛掷爆破技术在露天开采环节中的适用性条件。基于平面药包法理论和爆破地震效应理论，对抛掷爆破技术的岩石爆破机理进行了深入分析，明确了炸药起爆后岩石抛掷的四个阶段和岩层内部演化特征，同时分析并总结了抛掷爆破技术的地震响应特征。以黑岱沟露天矿为案例，对抛掷爆破技术的应用现状进行了详细阐述，系统化剖析了抛掷爆破技术应用的作业流程，解析了抛掷爆破-拉斗铲无运输倒堆工艺的内部结构和运行机制，并对当前抛掷爆破技术应用存在的瓶颈问题进行了分析和凝练。针对抛掷爆破技术的智能化改造升级问题，分别就地质信息透明化、爆破设计智能化、爆破施工精细化、安全管理信息化、爆破效果精准化等抛掷爆破全系统流程进行了分析和凝练，从学科支撑、技术支撑以及待解决问题等多层面，构建了抛掷爆破技术知识体系及智能化系统架构，提出了未来抛掷爆破技术的研究趋势，并对抛掷爆破技术在国内外其他露天矿的应用和推广进行了适用性分析，研究结果可为其他行业爆破工程技术的升级和改造提供参考和依据。

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管内压强下Timoshenko输流微管的非线性振动研究

税波1, 李云东1, 2

振动与冲击. 2025, 44(13): 79-89.

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采用弱形式求积元法对管内压强影响下的Timoshenko可伸缩输流微管的非线性振动进行了分析。研究了管内不同压强、管道外径和管道内外径比下的无量纲频率、横向位移、截面转角位移和轴向位移。证明了轴向位移对微管的非线性振动的影响较大，不应该被忽略。发现输流微管所受管内压强的影响比输流管所受管内压强的影响更大。本文所得的部分数值结果同已有文献进行了比较，验证了弱形式求积元法在Timoshenko输流微管上非线性动力学分析的可行性。

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高低温环境下船舶管线金属超结构减振支架设计

王蕊果1, 2, 杨德庆1, 2, 刘西安3

振动与冲击. 2025, 44(13): 90-96.

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LNG运输船及核动力破冰船中部分管路工作于超低温或高温环境，现有橡胶类、塑料类和液压类减振支架由于材料低温脆性、高温软化、高温老化和液压油冻结而难以发挥使用功能。本文基于超材料理论设计了一类适用于高低温环境的母材为耐低温H500钢的管线金属超结构减振支架解决此难题。该超结构减振支架含有特殊设计的星型胞元，通过反相力自动生成效应和带隙特性获得低频及宽频段减振性能。通过调整胞元的环向及径向序构数目来适配不同型号管路及其承载性能。采用有限元法计算了超材料胞元的能带结构，对比分析了不同管径超结构支架安装于板架时的承载与隔振性能，通过试验验证了数值计算结果的正确性。研究表明，针对三种管径的不同金属超结构支架在250Hz以下频段的总振级落差均保持在20dB以上。金属超结构减振支架能够在在保持承载性能的同时实现舰船管路的超低频宽频段振动抑制，为高低温极端环境下船舶减振设计提供参考。

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高架桥段高铁与地铁列车荷载共同作用下地面振动特性实测研究

陈娟1, 2, 宋耀1, 2, 高广运3, 邱大鹏1, 2, 毕俊伟4

振动与冲击. 2025, 44(13): 97-105.

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为了解我国东部沿海地区高架桥段高铁与地铁列车共同通过时地面振动特性的变化，在常州北站附近京沪高架桥与常州地铁1号线交汇处布置测点，实测高架桥段单向、双向列车通过和高铁与地铁列车相继通过产生的地面振动响应，并对比分析了不同通过工况下的地面时频振动特性。研究结果表明：进出站列车相向运行会引起地面振动持时变长、振幅变大，沿轨道方向振动放大现象更明显，且振动放大现象主要发生在主频附近，个别频段存在振动减小现象；地铁和高铁相继通过时，在距离轨道中心线的5.5 m范围地面振动主要由高铁作用引起，而在5.5 m范围外呈现地铁高铁共同作用引起振动放大的现象，较高铁单独作用时振级增量达18.2 dB。测试结果可为多振源共同作用引起的环境振动研究及数值验证提供参考。

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混合时滞反馈下分数阶Shimizu-Morioka系统的稳定性分析

陈聚峰1, 2, 左慧云2, 申永军1, 3, 张静4

振动与冲击. 2025, 44(13): 106-112.

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本文主要研究了具有离散时滞和分布时滞的分数阶Shimizu-Morioka系统在平衡点处的稳定性以及Hopf分岔发生的条件。首先将三维系统转化为四维系统，以时滞作为分岔参数，基于特征值理论研究了在这两种时滞反馈下的分数阶Shimizu-Morioka系统在平衡点处的稳定性。其次，在一定条件下，计算了时滞的临界值，得到Hopf分岔发生的条件。最后，选取了系统参数进行数值仿真，验证了理论结果的正确性。

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浮放包装件运动状态与摇摆响应分析

朱大鹏 1, 祁振民 1, 2, 李国芳 3

振动与冲击. 2025, 44(13): 113-121.

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浮放包装件在运输过程中会产生多种运动状态，包装件摇摆响应可能会导致包装件倾覆，它们影响着浮放包装件的运输安全。本文研究在水平振动载荷作用下，浮放包装件摇摆响应过程中，包装件底部和车辆的碰撞，构建浮放包装件碰撞运动方程，根据碰撞点处法向速度突变参数在不同条件下的演化，分析包装件可能产生的响应状态，总结出影响包装件运动状态的参数条件。在摇摆响应条件下，采用时间转换法，研究包装件非光滑连续摇摆响应过程，分析表明，在s=0所对应的时刻包装件和车辆发生碰撞。根据碰撞时刻，将包装件的非光滑摇摆运动划分为多个光滑摇摆响应区间，提高了包装件摇摆响应数值分析效率。分别在正弦激励和随机振动激励条件下分析浮放包装件的摇摆响应，分析结果表明，该方法具有准确性好、效率高的优点。

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悬索桥串列双索附加矩形亮化灯具的气动干扰机理研究

谢吟沣1, 2, 李斌1, 雷旭2, 沈炼2, 许家陆2, 潘小旺2

振动与冲击. 2025, 44(13): 122-130.

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为了研究悬索桥串列吊索安装矩形亮化灯具后外形改变引起的气动干扰效应变化规律，基于计算流体动力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)仿真平台，采用重叠网格划分方法并嵌入考虑结构振动的用户自定义函数(UDF,User Define Function)建立了灯具-吊索系统二维数值模型，实现了安装灯具后的串列双索流固耦合精细化分析。对比计算了无灯具（方案一）与两种常用灯具布置方案（方案二：单索外侧加灯具、方案三：双索外侧加灯具）下不同风攻角作用时的吊索气动力与振动响应变化规律。结果表明，安装矩形灯具会使吊索气动力对风攻角的变化极其敏感，并使串列索的最大横风向和顺风向振幅分别增大至无灯具方案的1.4倍和2.3倍。加装灯具后不同攻角下的上游索尾流形态改变对于下游索气动干扰效应有极大影响，当尾流脱落形态为“2S”模态（每半个周期脱落单个漩涡）时会削弱其干扰效应，导致其振幅减小且小于不加灯具的索，当尾流脱落形态为“2P”模态（每半个周期脱落一对漩涡）时，双索尾涡发生交融，此时会增大横风向振幅，当上游索尾涡直接附着于下游索时，横顺风向振幅均大幅增加。

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无模型自适应控制在海上漂浮风电机组中的实现与优化

袁嘉旺 1, 2, 何山 1, 2, 杜新 3

振动与冲击. 2025, 44(13): 131-138.

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随着风电机组叶片尺寸的不断增大，非对称载荷逐渐成为影响风电机组运行稳定性和安全性的关键因素。非对称载荷具有周期性特征，长期运行中可能引起部件的反复疲劳，进而增加维护成本，甚至可能导致部件损坏或风机倾覆的风险。针对这一挑战，本研究提出了一种基于贝叶斯优化的无模型自适应独立变桨距控制方法，通过高斯过程模型捕捉目标函数与控制参数之间的关系，实现对控制器参数的优化，利用风机仿真软件FAST软件对15MW海上风电机组的模拟评估，表明该方法能够有效缓解非对称载荷引起的周期性振动，并显著减少载荷波动，提高风电机组的运行稳定性和安全性，降低维护成本。

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基于自适应泡泡法的结构动力学破损-安全拓扑优化设计

李顺, 蔡守宇, 卫洪涛, 徐文涛, 段德路

振动与冲击. 2025, 44(13): 139-147.

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为克服动力学拓扑优化设计结果因无冗余结构，而在振动载荷下对局部破损异常敏感的不足，本工作结合自适应泡泡法 ( adaptive bubble method，ABM)和破损-安全设计理念，发展出一种结构动力学破损-安全拓扑优化设计框架。自适应泡泡法相较于传统拓扑优化方法（变密度法、水平集法等），不仅具有设计变量少、优化结果边界光滑清晰且可直接导入到CAD系统等优点，还能在动力学拓扑优化中有效避免因存在弱单元而导致的局部模态现象。破损-安全设计理念早已引入到静力学拓扑优化设计中以避免局部破损引发的结构整体失效，但尚未用于解决工程中更为普遍的振动失效问题。鉴于此，本工作结合自适应泡泡法将破损-安全设计理念拓展应用于动力学拓扑优化设计：首先，采用一种通用的引孔准则实现基于自适应泡泡法的结构动力学拓扑优化；然后，全面考虑各种破损情况，通过移除不同区域的材料以模拟结构局部破损；进而，使用KS( Kreisselmeier-Steinhauser )函数对所有破损情况下的结构基频或动柔顺度进行凝聚，将其作为优化目标；最后，建立考虑破损-安全的结构动力学拓扑优化模型，结合灵敏度分析结果开展优化设计。通过两个代表性算例验证了本方法在提升结构振动安全性方面的有效性。

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张力作用下部分浸液带钢振动特性研究

王兴东1, 张祖锋1, 吕成2, 胡朝阳3, 吴宗武1, 杨芃2

振动与冲击. 2025, 44(13): 148-157.

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热镀锌带钢正向薄和宽方向发展，沉没辊和塔顶辊间带钢处于部分浸液，振动特性复杂，需研究其柔性特征与流固耦合效应的振动机理。本文针对弹性支撑的部分浸没带钢，建立了面外振动的动力学模型，分析了模态频率灵敏度影响因子；搭建实验平台，开展了计及张力的不同浸没深度带钢模态实验，建立并验证了部分浸没带钢的有限元模型有效性。依据部分浸没带钢仿真模型，对比分析了其振型特性，定量分析了不同厚度、液体、张力及浸没深度对带钢模态灵敏度的影响。结果表明，随张力和浸没深度增大，各阶模态频率值及宽度方向振型节线分别增大和减小，灵敏度变化与之相反，振型节线更趋向于浸没部分；液体A中频率为液体B中的2.47~2.53倍；n=3阶模态灵敏度较大，浸没更深带钢的(0，3)阶模态频率对张力变化的灵敏度更低。

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传统民居馒头榫节点受力性能及影响因素分析

沈银澜1, 2, 向师杰1, 2, 聂子扬1, 2, 张涛3, 张利朋4, 戴俭1, 2

振动与冲击. 2025, 44(13): 158-169.

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现存的北京四合院木构民居中，梁柱的连接节点多为馒头榫节点。本研究开展了2个2/3缩尺馒头榫节点模型的低周往复试验，建立了ABAQUS有限元模型，并将模拟与试验结果进行对比校核。在此基础上，探讨了竖向荷载、摩擦系数、横纹和顺纹弹性模量和强度，以及榫头的残损等因素对馒头榫节点转动性能的影响规律。研究结果表明，馒头榫节点的破坏模式表现为榫头拔出、榫头根部挤压变形，以及木柱摇摆机制下端面对卯口附近木材的挤压。竖向荷载的增加提升了馒头榫节点的转动弯矩和刚度。在24 kN竖向荷载下，馒头榫节点模型提供的抗弯承载力为1.5 kN﹒m，抗弯刚度为101.4 kN﹒m/rad；10 kN竖向力导致其抗弯刚度降低了36.09%，最大弯矩承载能力降低了31.25%；20 kN竖向力导致其抗弯刚度降低了7.89%，最大弯矩承载能力降低了12.50%。摩擦系数的增加可导致馒头榫节点转动强度能力的提升。木材横纹弹性模量对馒头榫节点转动刚度的影响微小，但对抗弯承载弯矩有一定的影响。顺纹弹性模量对馒头榫节点初始抗弯刚度和承载力的影响也很小。横纹强度的增加导致馒头榫节点的抗弯能力表现出不同程度的提升，最大弯矩对应的转角也有不同程度的增加。榫头残损导致馒头榫节点抗弯能力不同程度的减弱。研究成果为四合院木结构民居的保护和修缮提供了参考和理论基础。

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接近理论吸声带宽极限的微穿孔板分离式构型研究

蒋从双, 户文成, 盖晓玲, 赵俊娟, 李贤徽

振动与冲击. 2025, 44(13): 170-177.

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微穿孔板 (micro-perforated panel，MPP) 吸声结构是建筑声学和噪声控制领域的基本声学结构，具备可观的理论吸声带宽极限。该研究设计了3组接近理论吸声带宽极限的MPP传统式构型，分析了几何参数对峰值吸声系数和有效吸声频程的影响。针对3组传统构型因几何参数苛刻而难以大规模应用的难题，提出将MPP分离为支撑部件和吸声部件，在大孔基板上复合微缝薄膜构建微裂缝吸声板。建立了其声阻抗理论计算模型，仿真分析了孔缝内外声学行为和结构的传递阻抗，讨论了薄膜振动的影响以及结构的机械强度。试验验证了微裂缝板的吸声性能，理论、仿真和试验结果一致性良好。研究表明，采用分离式设计的微裂缝吸声板兼具接近理论极限的吸声性能和良好的机械强度。

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轴向运动自转输流管道的非线性振动研究

姜玄1, 唐有绮1, 毛永恒2

振动与冲击. 2025, 44(13): 178-183.

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深孔加工系统中的刀具和石油钻进系统中的钻具均可模型化为轴向运动自转输流管道，这种模型广泛应用于军工、新能源装备、航空航天等高新技术领域。本文提出了一种轴向与自转运动相结合的输流管道模型，全面评估了内外环流对系统稳定性的影响。该模型综合考虑了黏弹性、几何非线性和双陀螺效应，通过Galerkin方法将复杂的偏微分方程简化为常微分方程，以降低求解难度。利用Runge-Kutta算法对系统的时域响应、相位分析、频谱图和Poincaré映射进行了详细分析，深入探讨了系统的动态行为，包括分岔和混沌现象。结果表明：管道系统的振动对内部流速脉动幅值系数、内部流速脉动频率均极为敏感。

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两轴两框架光电稳定平台不平衡力矩辨识方法研究

党子杰, 胥青青, 董典, 王凯迪, 程兴瑞

振动与冲击. 2025, 44(13): 184-189.

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针对光电稳定平台不平衡力矩难以精确测量的问题，建立了两轴两框架稳定平台的不平衡力矩数学模型，对稳定平台施加线振动激励并测量平台在加速度的激励下产生的角加速度响应，根据辨识算法获得光电稳定平台的质心相对于平台回转中心的偏移量，开展设计和实验，实验表明，辨识出的稳定平台的质心偏移量与理论值平均误差0.058 mm，该方法能够精确评价稳定平台质心的位置，对提升光电平台的稳定精度有较大贡献。

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基于MR的推进轴系全工况变刚度变阻尼减振控制

吴源良1, 2, 李雨铮1, 2, 黄惠1, 2, 陈淑梅1, 2

振动与冲击. 2025, 44(13): 190-199.

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针对磁流变液吸振器在推进轴系纵振控制应用时面临的单频、多频及刚度阻尼超范围等问题，该研究基于变刚度变阻尼磁流变液吸振器提出了一种能够实现频率同调且阻尼寻优的半主动控制方法，以拓宽推进轴系减振频宽。首先构建推进轴系-MR吸振器耦合模型并建立动力学方程，分析推进轴的纵振特性；以刚度阻尼最优控制准则为约束和被控对象位移零追踪为控制目标，设计积分滑模控制器，并进行Lyapunov稳定性分析；对推进轴系进行振动控制仿真，分析半主动吸振效果，验证积分滑模控制的有效性；搭建实验平台进行缩比吸振实验。实验表明：该吸振方法能使不同工况下的推进轴系快速达到稳态，并且有效降低推进轴系激振频率6~30 Hz内传递至推力轴承基座的振动加速度级。该吸振新方法不仅有望突破变工况下推进轴系减振瓶颈，也将丰富振动控制领域理论基础，为同类吸振问题提供共性理论指导。

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基于IHHO算法的柔性关节机械臂奇异摄动控制

吴启亮1, 冯韵哲2, 李明远3

振动与冲击. 2025, 44(13): 200-209.

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本文针对模型不确定的柔性关节机械臂轨迹跟踪问题，提出了一种基于奇异摄动理论和改进哈里斯鹰算法（Improved Harris Hawk optimization ，IHHO）的轨迹跟踪方案。利用奇异摄动理论将原系统解耦为慢子系统和快子系统，针对快子系统，采用速度差值反馈控制以抑制柔性关节引起的振动；针对慢子系统，考虑饱和转矩输入的同时设计固定时间控制器，并采用径向基神经网络逼近模型的不确定部分，以实现机械臂的轨迹跟踪。为了解决控制算法中参数整定耗时且难以实现理想控制效果的问题，提出了一种采用circle映射初始化种群，融合互利共生策略和自适应柯西变异的改进哈里斯鹰算法，并通过改进的哈里斯鹰算法自动整定出最优的控制参数。通过仿真实验可知，本文所提控制方案能有效抑制振动，具有良好的轨迹跟踪能力。

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卧式冷室压铸机压射速度的变增益迭代学习控制及实验

舒颂龙1, 娄军强1, 冯光明1, 2, 彭文飞1, 李国平1

振动与冲击. 2025, 44(13): 210-217.

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卧式冷室压铸机具有适用性好、生产效率高且压铸质量好等优点，在航空航天及新能源汽车领域应用广泛。但压铸机本身结构复杂，耦合因素多且非线性强，导致其压射速度难以精确控制，影响了铸件的形位精度和力学性能，加大了模具等零件产生裂纹和破损的风险。为提高卧式冷室压铸机压射速度的控制精度，提出了一种变增益迭代学习控制器，设计了基于误差指数项变化的增益调整曲线来提高迭代收敛的速度和精度，并基于压缩映射原理推导出了控制器迭代收敛的条件。最后，在某卧式冷室压铸机上开展了压射实验，分析了控制前后不同压射速度精度及动态特性的改善效果。实验结果表明：相较于固定增益的迭代控制，所提出的变增益迭代学习控制方法能使得迭代完成后压射速度最大误差降低50%，峰值时间减小10%左右，且压射过程中速度的超调量和冲头位移变化幅值明显降低。验证了所设计变增益迭代控制方法的有效性，提高了卧式冷室压铸机压射速度的控制精度和压射过程的稳定性。

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RC双柱式桥墩横桥向抗震性能及塑性铰区高度的试验研究

董慧慧, 郑子成, 封文昊, 韩强, 杜修力

振动与冲击. 2025, 44(13): 218-229.

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为研究钢筋混凝土 (RC) 双柱式桥墩横桥向的抗震性能及塑性铰区高度，本文设计了四个不同墩高的RC双柱式桥墩，对其开展了恒定轴力作用下的水平循环往复拟静力加载试验。系统的分析了RC双柱式桥墩的损伤状态、失效机理、滞回性能和塑性铰区高度的影响规律。试验结果表明：随着墩高的增加，RC双柱式桥墩破坏模式由剪切破坏转为弯剪以及弯曲破坏；桥墩的墩顶和墩底均产生明显的塑性损伤区域，特别的，墩顶和墩底的塑性损伤状态出现明显的不对称现象，同时，每个塑性损伤区域的受拉和受压两侧的损伤状态也明显的不同。RC双柱式桥墩的滞回曲线饱满，但是展现出了明显的刚度和强度退化现象。随着墩高的增加，RC双柱式桥墩的刚度和强度明显降低，但是耗能能力、残余侧移率和延性系数没有一致的变化规律。RC双柱式桥墩的临界塑性铰区高度与墩高基本呈正相关的变化规律，且基于现有的反弯点假定以及等效塑性铰模型 (EPHM) 计算结果远低于RC双柱式桥墩的塑性铰区长度实测值。本文研究结果可为RC双柱式桥墩进一步损伤、失效机理的研究以及其抗震设计提供参考。

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跨逆断层碳纤维加固海底管道抗错动性能研究

余杨1, 2, 周志远1, 2, 黄明哲3, 李振眠1, 2, 4, 徐启龙1, 2, 余建星1, 2

振动与冲击. 2025, 44(13): 230-238.

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我国海洋油气区块位于环太平洋地震断裂带，长输管道常不可避免地穿越地震断层活跃区。本文以跨逆断层海底管道作为研究对象，首先建立考虑几何、材料和接触非线性的屈曲失效分析模型，通过文献断层试验和数值模拟结果对比证明了非线性有限元模型的正确性。提出了跨断层管段的碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastic，CFRP)包层加固方法，模拟逆断层作用下加固前后海底管道屈曲失效过程，量化分析了碳纤维包裹长度、包裹层数、包裹角度对海底管道抵抗错动性能的影响。结果表明：逆断层作用下海底管道将出现拉伸失效、屈曲失效和横截面过度变形等失效模式。在断层破裂面附近区域包裹碳纤维增强复合材料能够明显增强海底管道抵抗错动性能；包裹角度为±60°，包裹长度为1.4m，包裹层数为4层的CFRP包层效果较佳。

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倾斜角度对上覆冻土层液化场地地震反应的影响研究

朱奎源, 张熙胤, 曾宇, 郑采奕

振动与冲击. 2025, 44(13): 239-247.

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地震作用下，倾斜砂土场地发生液化后土体会产生侧向扩展和滑移现象，相比于水平场地将造成更严重的震害。而当倾斜砂土场地上覆盖冻土层时，其地震反应将变得更为复杂。为探究冻土区液化倾斜场地地震反应特征及其规律，开展了上覆冻土层液化倾斜场地振动台模型试验，对比分析了在不同倾斜角度下场地沉降量、孔压比、加速度、侧向位移等地震响应特征。结果表明：冻土层的存在和倾斜角度变化对冻土覆盖下砂土地震液化反应具有显著影响。液化时，由于冻土层的弱渗透性，超孔隙水压受冻土层阻碍更多集中于坡脚处释放，上涌水分被阻挡而聚集与土层交界处，致使冻-砂交界面处易产生相对滑移。可以发现，15°倾角下砂土液化所需时间为4.89s，分别比10°倾角和5°倾角时快1.33s和3.31s，说明倾斜角度越大，地震时砂土越易发生液化；土体侧向位移同样受倾斜角度变化影响，倾斜角度每增加1°，砂土层平均最大侧向位移增大约5.7%。

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多重锚固墩-桩过渡接头抗震及临时加固性能研究

龚振华1, 2, 郑旭峰2, 康玲1, 牟廷敏1, 2, 邹圻1

振动与冲击. 2025, 44(13): 248-257.

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针对“钢管混凝土桁梁+预应力钢箱混凝土盖梁+钢管混凝土桥墩”的新型预制装配化结构体系，提出“多重锚固的墩-桩过渡接头”构造设计及基于高性能灌浆料的震后临时加固方案。依托四川某高速公路桥梁，对墩-桩过渡接头开展拟静力模式试验，通过与10项同类型研究的43组试件横向对比，研究墩-桩过渡接头的破坏模式、承载能力、延性、刚度和耗能能力。设置对照组，对桥墩钢管底部与桩顶预埋法兰盘是否焊接这一关键连接对墩-桩过渡接头的抗震性能影响规律。开展加固试验，评价基于高性能灌浆料的震后临时加固方案的加固效果。结果表明：所提出的墩-桩过渡接头属于高延性构件，在往复荷载作用下通过塑性变形及相对滑移进行能量耗散，破坏模式为套筒-基础连接区域失效破坏；桥墩钢管底部与桩顶预埋法兰盘是否焊接对墩-桩过渡接头的承载力、结构延性、整体刚度无明显影响，但焊接可提高试件16.4%的耗能能力；加固试件破坏模式与原试件相同，其最大承载力可达原试件的56%，初始刚度达原试件的45%。

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基于改进时变刚度的裂纹叶片非线性振动响应分析与试验验证

王瀚逸1, 冯坤1, 李泽骥2, 李迎丽3, 肖袁1

振动与冲击. 2025, 44(13): 258-265.

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叶片上的裂纹故障威胁着航空发动机等动力机械装备的安全运行，排查裂纹带来的非线性振动对于保障发动机的安全具有重要的意义。许多研究采用时变刚度来研究裂纹叶片的非线性振动，然而用传统的时变刚度描述的裂纹叶片非线性振动并不完全准确。针对这一问题，基于余弦函数提出了一种改进的时变刚度解析表达式，建立对数谱和综合非线性指标（NLI）研究了裂纹叶片的非线性振动响应。然后对不同程度的裂纹叶片进行了激振实验，并根据实验结果对改进后的时变刚度解析表达式做了进一步的改进完善。结果表明：时变刚度显著影响叶片的非线性振动形式，频谱上出现与刚度变化频率有关的高次谐波频率成分。结合对数谱和综合非线性指标能证明改进后时变刚度的有效性，相比改进前与实测结果更加一致。

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预紧力对陀螺电机轴承运动平稳性的影响

李朝阳1, 林碧华1, 2, 李畅3, 王恒迪1, 邓四二1

振动与冲击. 2025, 44(13): 266-276.

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陀螺电机作为航空航天广泛应用的精密惯性导航元件，其轴承预紧力的大小直接影响电机的导航精度与使用寿命。目前关于预紧力对陀螺电机轴承运行稳定性的研究较为匮乏，本文基于陀螺电机的结构，建立了陀螺电机角接触球轴承的动力学微分方程组，进而研究了轴向预紧力对轴承摩擦力矩及保持架碰撞力的大小、波动幅值的影响。研究结果表明，预紧力从4N增加到12N，轴承摩擦力矩的平均值增大而保持架与钢球碰撞力的平均值则保持稳定；摩擦力矩波动幅值和碰撞力的波动幅值随着预紧力的增大先减小后增大，在8N时摩擦力矩和保持架碰撞力的均方差值与波动幅值最小；选择合适的轴承结构参数能够有效的减小轴承摩擦力矩的波动性，保证轴承运行的稳定性。轴承保持架运行越稳定，轴承的摩擦力矩及保持架碰撞力波动幅值越小。

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基于残差收缩卷积和GSoP注意力机制的旋转机械故障诊断

刘保罗, 李晨, 聂雅琳, 王国勇

振动与冲击. 2025, 44(13): 277-287.

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针对强背景噪声与变载荷工作环境下，振动信号有效特征难以提取，故障诊断准确率低、泛化能力差的问题，提出了一种结合残差收缩卷积和全局二阶池化（Global Second-Order Pooling，GSoP）注意力机制的旋转机械故障诊断方法。该方法通过软阈值滤波技术与多通道、多尺度卷积相结合，构建残差收缩卷积，并在软阈值滤波基础上加入注意力因子，以抑制不相关特征并增强有效特征。此外，利用高阶统计建模思想，在残差收缩卷积层之后引入GSoP注意力机制，通过高层信道特征图的二阶统计信息提升模型判别性特征的提取能力。最后，利用凯斯西储大学轴承数据集和康涅狄格大学的齿轮箱数据集进行测试试验，所提方法在6dB信噪比条件下分别实现了98.84%和99.41%的诊断准确率，在变噪声和变负载条件下，诊断性能均优于对比组模型，试验结果表明，所提方法在复杂工作环境下具有较好的故障识别能力和泛化能力。

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基于LM-VMD和JRD指标的滚动直线导轨副退化状态识别方法

杨俏琛1, 梁医1, 程家俊1, 欧屹1, 冯虎田1, 吴小丰2

振动与冲击. 2025, 44(13): 288-295.

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针对滚动直线导轨副退化状态难以识别、缺少自适应识别的评估指标等问题，提出了一种基于局部均值变分模态分解（local mean variational mode decomposition，LM-VMD）和Jensen-Rényi divergence（JRD）指标的退化状态识别方法。首先对采集到的全寿命振动信号进行有效信息的提取，然后将信号进行局部均值分解得到模态分解数量K值，再根据K值进行变分模态分解，通过奇异值分解提取信号中的IMF-SVS概率分布特征，最后计算JRD指标，根据JRD指标的拐点，实现滚动直线导轨副退化状态的自适应识别，并与预紧拖动力和滚道形貌特征进行对比分析，结果显示所提出的方法能够准确识别导轨副的退化状态。

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基于多维信息协同神经网络的轴承跨工况故障诊断

李庆1, 2, 周公博1, 2, 周坪1, 2, 闫晓东1, 2, 韩链锋1, 2, 李强3, 马国庆1, 2

振动与冲击. 2025, 44(13): 296-308.

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目前大多数域泛化学习方法的实现依赖多源域和有标签数据，然而，在轴承的复杂运行工况下，对机械进行完整的监测数据采集非常困难。针对不完备信息下的跨工况故障诊断任务，提出了一种基于多维信息协同神经网络（Multi-dimensional information collaborative neural network, MICNN）的轴承跨工况故障诊断方法。MICNN包括协同归一化策略（Collaborative normalization, CNM）和多维时空特征融合模块(Multi-dimensional spatiotemporal feature fusion module ,MSTFF)。CNM通过集群和样本个体两种维度上的特征统一和信息融合来减少协变量偏移和过拟合现象；MSTFF通过通道和空间维度上的关键特征捕捉和信息交互来增强域不变特征的提取。所提方法在PU数据集、江南大学数据集和实验室自建数据集的6个不同跨工况任务中平均准确率分别达到了98.74%、96.59%和93.81%，与现有主流的方法相比，所提方法具有更好的故障诊断效果。

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基于多信息融合的INFO-VMD-CNN的齿轮箱故障诊断方法

吴胜利1, 郑子润1, 邢文婷2

振动与冲击. 2025, 44(13): 309-316.

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针对齿轮箱振动信号复杂多变，导致现有的齿轮箱故障诊断方法诊断精度不高、较弱故障特征容易被噪声淹没等问题，提出了一种基于向量加权平均优化算法（INFO）、变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）和卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）的齿轮故障诊断方法。该方法首先采用熵权法将不同位置的振动传感器信号信息进行融合，利用向量加权均值算法（INFO）对VMD算法中参数进行优化，并设计一个复合评价指标作为参数优化的评价标准，使用奇异峭度差分谱（SKD）的方法对敏感分量进行重构；其次，从重构的信号中提取时域、频域特征并输入到CNN模型中进行分类；最后通过Shap（Shapley Additive Explanations）值法对模型输入特征的重要性进行排序，分析不同特征组合对模型分类和特定故障识别的影响。在东南大学行星齿轮数据集上进行验证，结果表明，利用所提特征组合进行故障诊断，CNN模型故障诊断准确率为98.24%，高于其他特征组合，为行星齿轮箱的故障诊断提供了一组有效的特征指标。

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优化RVME参数的汽车传动轴轴承复合故障特征提取

于军1, 2, 张亚男3, 平静艳2, 沈涛4, 金哲明2, 林江2

振动与冲击. 2025, 44(13): 317-326.

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针对强背景噪声干扰下的汽车传动轴轴承复合故障特征难以提取问题，提出一种基于蜘蛛蜂优化算法(Spider wasp optimizer, SWO)优化递归变分模态提取参数的汽车传动轴轴承复合故障特征提取方法。利用SWO确定惩罚因子和中心频率的最优值，采用有效权重峭度指标选取模态分量进行信号重构，降低强背景噪声的干扰；引入二维切比雪夫-逻辑-无限折叠映射增加种群的多样性和随机性，避免SWO陷入局部最优，缩短运行时间，增大故障特征系数；根据快速非支配排序将种群划分为多个子群，采用自适应分组策略来加快SWO的收敛速度。仿真分析和实验验证结果表明，该方法能有效抑制信号中的干扰噪声，较好地兼顾收敛速度和寻优精度。

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2025年, 第44卷, 第13期　
刊出日期：2025-07-15

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