振动与冲击

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李书进1, 2, 杨益博1, 赵源2, 王瑞勃1

振动与冲击. 2025, 44(16): 1-11.

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考虑到海上浮式风机(floating offshore wind turbine，FOWT)因存在整体晃动导致背景响应强烈，在频域上有时表现为激励主导，会随载荷频率的变动而变化，在使用传统调谐质量阻尼器(tuned mass damper，TMD)对其进行振动控制时出现频率失调，效果不佳等现象，该研究设计并提出了一种带碰撞的磁流变弹性体变刚度调谐质量阻尼器(magnetorheological elastomer-pounding tuned mass damper, MRE-PTMD)对FOWT实施半主动控制。在该装置中，利用MRE的刚度可调特性，通过半主动控制技术实现阻尼器频率的实时调节，保持对FOWT结构的最优控制，同时引入限位挡板对MRE材料加以保护并实现碰撞耗能。以驳船型FOWT为例建立了包含控制装置的17自由度动力方程，对其在风浪联合作用下的减振性能及参数影响进行了研究，并与传统TMD进行了对比。结果表明，所提控制装置能通过对结构响应的实时跟踪适时调节阻尼器的控制参数，相比传统TMD有更佳的减振性能和适应性。参数分析表明，增大阻尼器质量比是提升MRE-PTMD工作性能的有效途径，通过对阻尼器质量比及碰撞参数的合理设计可在不过多影响减振效果下实现对MRE的保护及装置小型化。

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梯度超材料梁减振性能分析及参数优化

王红艳1, 2, 李红庆1

振动与冲击. 2025, 44(16): 12-20.

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采用谱元法对梯度超材料梁进行数学建模和振动传递特性计算，理论分析了局域振子质量和位置梯度参数改变对超材料梁减振性能的影响关系，并利用非支配排序遗传算法II对梯度超材料梁进行多目标优化设计，获得了基于局域振子质量和位置梯度参数变化量的Pareto解集。通过与常规配置和单参数最优梯度配置情况进行对比；探究了多参数优化配置的优势性能。结果表明：通过适当选取Pareto解集参数，双参数梯度配置可以获得比常规配置和最优单参数梯度配置更宽的衰减带宽和更高的平均衰减强度。当局域振子质量梯度变化量Δm=-0.002 6 kg、位置梯度变化量Δa=0.077 m时，梯度超材料梁衰减带宽524 Hz，平均衰减强度-26.1 dB，相比于常规超材料梁，性能分别提高了59.0%和39.6%。该研究可为带局域振子的梯度超材料梁优化设计提供理论指导。

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上游圆角对小间距比串列双方柱绕流影响的数值模拟研究

袁颖1, 2, 张宗涛1, 杨雄伟1, 3, 靖洪淼4, 任磊1, 2

振动与冲击. 2025, 44(16): 21-28.

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为研究上游方柱角部圆角化处理对小间距比下串列双方柱绕流特性的影响，该研究采用非定常雷诺平均Navier-Stokes法，进行了雷诺数Re=22 000，上游方柱分别为0、5%、10%、15%、16%、17%和20%圆角率的串列双方柱绕流数值模拟，分析了上游方柱圆角率对串列双方柱气动力特性和绕流流场的影响规律。结果表明：随着上游方柱圆角率的增大，上游方柱阻力系数逐渐减小，下游方柱阻力系数基本不变，上、下游方柱升力系数呈现先减小后增大的趋势，圆角率在16%附近时串列双方柱的气动力特性较好；上游方柱圆角率增大会导致上、下游方柱的平均风压系数降低，上、下游方柱脉动风压系数呈现先减小后增大的趋势；与无圆角化方柱相比，上游方柱圆角化处理使剪切流扩散角变小，分离涡更贴近方柱壁面，导致下游方柱的流动再附提前，并加快了旋涡的脱落速度。

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摆式三稳态摩擦纳米发电机低频振动能量收集研究

谭栋国1, 2, 黄丹丹1, 欧旭1, 覃凌云1, 王凯2, 周加喜2

振动与冲击. 2025, 44(16): 29-40.

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针对传统能量收集装置难以高效收集低频振动能量的问题，本文利用磁铁之间的相互作用设计了一种磁致式负刚度机构，并将其拓展至摩擦纳米发电，提出一款摆式三稳态摩擦纳米发电机(pendulum-type tristable triboelectric nanogenerator ，PT-TENG)，用于收集低频振动能量。首先，介绍了摆式三稳态摩擦纳米发电机的模型设计与工作原理。其次，建立了该发电机的机电耦合模型。随后，利用数值方法研究了该发电机的力学特性和电学性能。进一步，分析了系统关键参数对该发电机性能的影响。最后，制备了该发电机的实验样机，进行了验证实验和应用演示实验。结果表明，摆式三稳态摩擦纳米发电机可以高效地将低频振动能量转化为电能，最高输出功率可达0.27 mW，能够驱动LED阵列。此外，通过选择合理的系统参数可以有效拓宽该发电机低频俘能频带。因此，本文对低频振动能量收集以及自供电装置设计具有一定指导意义。

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多轴实时混合试验分散式UKF两阶段自适应时滞补偿方法

王涛, 贺林慈, 龚越峰, 张佳辉, 孙立飞, 周雨晨

振动与冲击. 2025, 44(16): 41-49.

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与传统的实时混合试验相比，多轴实时混合试验（multi-axis real-time hybrid simulation，maRTHS）具有更真实地模拟复杂结构在多维动态载荷下的优势。然而，在解决时滞补偿问题方面，多轴伺服加载系统的时滞问题需要采用多输入多输出的控制策略，这比以往的实时混合试验时滞补偿问题更加复杂困难。本文提出分散式无迹卡尔曼滤波两阶段自适应时滞补偿（D-UKF-TAC）方法，该方法将控制任务分配给各个作动器进行独立补偿，降低了时滞补偿计算的复杂度，具有补偿精度高，易于实现的特点。本文以多轴实时混合试验Benchmark问题为基准，开展maRTHS仿真试验，验证D-UKF-TAC方法的有效性。结果表明：在标称模型下，D-UKF-TAC方法可以将时滞补偿至0ms，消除了时滞影响，显著提高补偿精度。在不确定模型下，相较于基准问题中的LQG控制方法，D-UKF-TAC方法评价指标的标准差最大值减少了94.07%，并且在引入不同测量噪声水平的情况下D-UKF-ADC方法也依然表现出良好的精度和鲁棒性。

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拉压分流型空气阻尼弹簧动态特性研究

杨树军1, 高浩铭1, 刘新峰1, 陈俊杰2

振动与冲击. 2025, 44(16): 50-57.

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针对节流管式空气阻尼弹簧拉伸段与压缩段管内气流状态的差异，构建了拉压分流型空气阻尼弹簧动态力学模型，给出了拉压分流下其等效刚度和等效阻尼系数数学表达式。基于MTS试验台开展了拉压分流型空气阻尼弹簧静、动态特性试验，结果表明静态迟滞环及其面积、等效刚度和等效阻尼系数的最大相对误差分别小于2.4%、7.2%、9.67%和9.03%，验证了拉压分流型空气阻尼弹簧模型的有效性，分析了节流管关键设计参量对其静、动态特性的摄动规律。研究结果为双节流管空气阻尼弹簧的创新设计提供了新思路。

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基于交替状态打靶法的非光滑非线性系统幅频响应分析

江旋浩, 汪利, 吕中荣, 杨达豪

振动与冲击. 2025, 44(16): 58-65.

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为求解非光滑非线性系统的解析雅可比矩阵，实现该系统的幅频响应分析，提出一种基于时域打靶法的交替状态法。首先推导非光滑非线性力的状态转换条件，使用二分法求解该状态转换点并将非光滑非线性系统划分为若干个光滑非线性系统。接着，推导光滑非线性系统的响应灵敏度方程，建立非光滑非线性系统在状态转换点前后的响应灵敏度映射方程，以表征其响应灵敏度跳跃关系，发展一种交替状态法求解响应灵敏度映射方程，以获得系统的雅可比矩阵。最后，基于打靶法建立周期响应边值问题，通过雅可比矩阵和牛顿迭代实现周期响应分析，结合延拓法实现频域响应分析。数值研究表明，所提方法可以有效地求解含间隙、时变刚度干摩擦系统的幅频响应及其稳定性，具有较好的工程应用前景。

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基于仿生锯齿结构的喷水推进泵流噪声特性研究

叶曦1, 王献忠2, 徐龙龙2, 黄为北2, 王维伟2, 何俊泽2

振动与冲击. 2025, 44(16): 66-73.

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本文以轴流式喷水推进泵作为研究对象，基于仿生原理对喷水推进泵叶轮叶片进行仿生降噪设计，并通过CFD/CAA混合计算方法对仿生设计前后的喷水推进泵水动力和流噪声进行数值计算，通过对结果进行分析对比，发现：叶轮尾缘仿生泵的效率低于原型泵，但却具有较好的降噪效果，最多降低泵在25-4000Hz频率范围内的流噪声总声压级为4.96dB；最后，对原喷水推进泵和仿生泵的水动力和流噪声进行了实验测量，仿生泵在10-4000Hz频率范围内实验流噪声总声压级比原型泵小3.84dB，验证了仿生设计对喷水推进泵的实际降噪效果。

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光纤拖线阵分级刚度隔振模块设计及性能研究

王力求, 李东明, 黄颖淞, 孙佳宾, 徐浩哲

振动与冲击. 2025, 44(16): 74-78.

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本文提出一种新型光纤拖曳线列阵分级刚度隔振模块，将隔振模块内单根大刚度粗弹性绳用多根低刚度细弹性绳代替，并设计每根细弹性绳的长度余量。工作时隔振模块拉伸，每根细弹性绳依次受力，刚度逐渐增大，可实现不同拖速下隔振模块刚度的自适应变化，从而达到最佳的减振隔振效果。对该隔振模块建模并进行仿真分析，结果表明该隔振模块低拖速时减隔振量比普通隔振模块大约5.2dB@0.66Hz。湖上拖曳比对试验表明，分级刚度隔振模块在2m/s拖速时拖曳噪声低约2-3dB@100Hz，3m/s拖速时拖曳噪声降低约1-2dB@100Hz，6m/s拖速时拖曳噪声降低约0.5dB@100Hz。

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吊装重物脱钩后承重索的跳跃振动分析

许斌林1, 郭范波1, 何根1, 田仲初2

振动与冲击. 2025, 44(16): 79-89.

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缆吊系统在吊装过程中由于吊钩突然跳舌或断裂会导致重物脱钩坠落，从而会使承重索产生跳跃振动，针对这类多跨连续悬索结构的跳跃振动问题，仍有待探究。为此，该文首先基于单跨索随时间变化的振动规律与多跨连续索相同的原则，将承重索在支承处进行切分，使其成为多个单跨索结构，从而建立各单索结构的振动微分方程，根据各单跨索结构的动态平衡和变形协调原则，推导了承重索含固有频率的特征方程和振型函数，再以脱钩前的位置为初速条件，构建了重物突然脱钩后的滑动—跳跃模型，建立了承重索的主振动式和自由振动式，最后结合梅溪河特大桥施工用的缆吊系统进行分析。结果表明：重物脱钩后，前3个周期内承重索频率和幅值随时间增加逐渐减少，从而产生了跳跃式振动，后面承重索频率开始趋于稳定，且1阶振动波形起主导作用，各点均是以相同的姿态进行简谐振动；吊重重量的变化不会改变承重索的非线性运动形式，但是会明显影响非线性振动频率和幅值；通过对主振动特征变化规律进行分析，发现缆吊系统的最不利脱钩位置位于十分点、二分点和四分点处。

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颗粒运动状态假设对多颗粒阻尼器减振性能影响对比分析

黄绪宏1, 2, 胡保庄1, 赵玉亮1, 苗吉军1, 2, 刘俊伟1, 李小军3

振动与冲击. 2025, 44(16): 90-100.

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为清晰多颗粒阻尼器复杂非线性特性，国内外学者在分析多颗粒运动状态基础上提出了不同等效单颗粒力学模型，然而不同力学模型假设条件的差异性对于正确认识颗粒阻尼器减振机理具有一定影响。为此，在充分解析实际单颗粒运动状态基础上，提出全状态等效单颗粒力学模型，并建立对应数值仿真分析方法。在此基础上，对比分析不同等效力学模型对减振效果的影响，并基于全状态等效单颗粒力学模型进行参数影响分析。研究结果表明，自由振动下多颗粒阻尼器附加阻尼比随结构位移衰减具有一定的非线性，且不同运动状态假设对非线性特性亦具有一定影响；简谐激励下减振效果对比分析结果表明，激励幅值对模型减振效果影响显著，且不同等效力学模型对应减振性能受激励幅值影响的变化规律存在差异；地震动记录下减振效果分析结果表明，运动状态假设对减震性能具有一定影响，不同力学模型对应减震性能随加速度峰值的变化规律与简谐激励下具有一定的相似性；参数影响分析结果表明，不同参数均对颗粒阻尼器减振效果具有一定影响，其中滚动摩擦影响并不明显。上述不同力学模型减振性能对比分析及参数影响分析对于进一步认清颗粒阻尼器复杂非线性特性具有较好的研究意义。

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刚度特征对振子链能量传递非互易性的影响

王继康1, 2, 孙敏3, 陈建恩1, 2

振动与冲击. 2025, 44(16): 101-107.

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为明晰刚度特征对振动能量传递非互易性的影响，设计了由三个质量相同的振子构成的振子链，通过试验研究了不同刚度特征的振子链（振子仅通过线性弹簧连接、振子仅通过纯非线性弹簧、振子同时通过线性弹簧和纯非线性弹簧连接）在正反两个方向上的振动能量传递差异。分别对振子链沿正反两个方向施加扫频和定频激励，对比了两种激励情况下的加速度和位移响应。研究结果显示，当振子链中仅使用线性弹簧时，其非互易性较弱，在此基础上加入纯非线性弹簧后，非互易性显著增强。当仅使用纯非线性弹簧时，振子链表现出了最强的非互易性。试验表明，非线性部分在回复力中所占比重越大，振动能量传递的非互易性越强。

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双相介质波动方程系数矩阵对称化及其SBP-SAT差分模拟

孙铖1, 2, 3, 刘泰玉1, 蒋关希曦4, 张剑伟2, 3, 5, 杨在林2, 6

振动与冲击. 2025, 44(16): 108-118.

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波动方程系数矩阵对称化是整合不同类别波动方程、降低波传播模拟难度的有效方法，目前已成功应用于声波方程、各向同性与各向异性介质弹性波动方程。本文将推导出双项介质波动方程的系数矩阵对称式；随后，引入多轴完全匹配层，采用迎风格式分部求和-一致逼近项(summation by parts―simultaneous approximation terms,SBP-SAT)差分方法离散波动方程，并通过能量法进行稳定性评估。通过数值仿真，表明所提出的离散框架具有整合度高、稳定性好和拓展性强等特点。此外，本文方法可以稳定模拟曲线域中的波传播并降低其实现成本，表明了波动方程系数矩阵对称化方法及其离散框架在波传播模拟领域具有广泛的应用前景。

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局域共振星形弹性波超材料设计与振动抑制性能研究

姜鼎一1, 李清1, 2, 3, 杨德庆1, 3, 陈灏4, 刘西安4

振动与冲击. 2025, 44(16): 119-125.

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周期性超材料中的弹性波传递特性由其能带结构所表征，星形负泊松比力学超材料因其能带的宽带隙性质具有优良的减振降噪应用前景。为进一步提高星形超材料的低频减振性能，优化设计了一种基于箭头形振子的可承载局域共振星形弹性波超材料微结构。基于结构有限元法结合两类周期性边界条件分别计算了附加振子前后基元的微观承载特性和能带特性，采用结构有限元法分析了其序构超结构的振动抑制特性，3D打印制造了超结构的钛合金试件，并对其减振性能开展了动力学试验。结果表明，附加振子破坏了星形超材料在45°弹性波波矢方向上本征模态的对角旋转对称性，额外打开了一条局域共振型低频带隙。本研究在保证星形超材料微观承载性能的同时强化了其低频振动抑制性能，对新型弹性波超材料的能带结构设计与调控具有参考意义。

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基于多实例学习算法的机械系统模式识别模型

栗云昊, 郭茂祖, 段然, 刘晓龙

振动与冲击. 2025, 44(16): 126-136.

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模式识别（Pattern Recognition）是机械系统在建模与应用中的关键步骤，也是工业化流程的关键。然而，机械系统的高稀疏性和噪声给模式识别带来了新的挑战，这些问题使得很多隐含的模式难以使用传统物理方法证明。这时，使用机器学习方法可以通过算法归纳和推理得到隐含的模式，从而发现机械系统在具体表达量上的表现形式和规律。但是在实际工作，训练样本中不可避免的会存在的大量的未被发现的模式，即假阴性样本。针对这一问题，多实例学习这一弱监督学习算法拥有巨大的优势。本文将多实例学习方法引入机械系统的模式识别之中，建立混合深度学习模型对模式进行推测，并证明多实例学习思想在解决这一弱标签问题时可以在降低数据集精度要求的同时，显著提高模型稳定性。

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集中信息融合与域深度迁移的谐波减速器故障诊断

石超1, 郭世杰1, 2, 吕贺1

振动与冲击. 2025, 44(16): 137-150.

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针对谐波减速器在不同工况下源域与目标域故障数据分布存在显著差异，以及难以有效刻画故障信号的非线性和非平稳性，所导致诊断精度低的问题。提出了一种集中式信息融合结合深度迁移学习网络的谐波减速器故障诊断方法。首先，通过基于蜻蜓优化算法(dragonfly algorithm, DA)的变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)提取复杂信号的模态分量，结合希尔伯特时频映射得到单轴向时频图。其次，通过小波变换将三轴向时频图进行集中信息融合，构造融合图像样本。再次，在残差网络(residual network, ResNet)的基础上融入卷积块注意力机制(convolutional block attention module, CBAM)，并引入联合最大平均偏差（joint maximum mean discrepancy, JMMD）方法来衡量不同域之间的联合分布差异，构建域迁移深度网络，实现对变工况下谐波减速器迁移故障诊断。最后，通过搭建的谐波减速器实验平台进行实验验证。实验结果显示，所提方法在变工况诊断任务中，最高识别率可达98.75%，平均诊断结果为95%，可实现变工况谐波减速器的故障诊断。

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考虑管道-设备耦联效应的竖向混合框架结构地震响应分析

石韵1, 代建波1, 张晓宇1, 任凯凯1, 王家琛1, 康灵果2, 刘佳2, 兰官奇1

振动与冲击. 2025, 44(16): 151-159.

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为研究管道-设备耦联效应对石化设备竖向混合框架结构地震响应的影响，取几何相似比1:10，设计石化设备竖向混合框架结构振动台试验缩尺试件。并利用有限元软件ABAQUS建立了不考虑设备耦联效应、考虑设备耦联效应、考虑管道-设备耦联效应下的三类工况，共4个试件模型。通过时程分析法对比分析多遇及罕遇地震作用下管道-设备耦联效应对竖向混合框架结构动力特性、破坏形态及损伤的影响。结果表明：ABAQUS模型与PKPM计算结构前3阶模态吻合，周期误差在2%以内，ABAQUS计算结果能较好反映结构动力响应特性。考虑设备（管道-设备）耦联效应后结构基本自振周期显著增加，层间位移角增大1.48倍~2.79倍，在多遇地震下，底层层间位移角超过规范要求，各楼层水平加速度放大系数呈增加趋势，设备主体的加速度放大系数较所在楼层的地震反应强烈，结构下层损伤明显加剧，无法保持主体结构处于“小震弹性”状态。考虑多点支撑跨层管道耦联效应影响后，由于多点支撑跨层管道与楼层变形不一致，相比于仅考虑设备试件，结构动力响应更为显著；考虑设备间管道耦联效应影响后，结构动力响应略有降低。结合以上结论，现阶段结构设计时，可参考ASCE规范，当设备质量占系统总质量的25%以上时对耦联作用予以考虑，建议增加考虑设备模型的弹塑性时程分析。

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基于IDA方法水平非均匀场SV波斜入射综合管廊易损性分析

王惠跃1, 黄德龙1, 许昌路1, 余沙沙1, 岑航1, 黄子渊2, 汤爱平2

振动与冲击. 2025, 44(16): 160-171.

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综合管廊是一种将多个市政管道系统集中在地下通道中的基础设施。作为长线性结构，难免会穿越非均匀土体。为准确评估浅埋管廊在非均匀土体中的地震损伤，本文基于粘弹性人工边界，推导适用于水平非均匀场的等效节点力公式，并通过有限元软件构建管廊-土三维模型，同时开发插件实现水平非均匀场SV波三维斜入射。以管廊最大层间位移角为损伤指标，以PGA作为地震动强度指标，采用增量动力分析（incremental dynamic analysis，IDA ）方法进行结构易损性分析。考虑SV波入射角度、地震波类型及非均匀场地对管廊抗震性能的影响。研究结果表明：管廊破坏超越概率随入射角和PGA增加而增大；脉冲波作用下超越概率高于非脉冲波；当入射角为30°且PGA大于0.6g时，严重破坏（LS）和倒塌（CP）概率增大；非均匀区的超越概率大于砂土和粘土区；最大层间位移角随入射角增加而增大，并伴随PGA的离散性加大。本文提供的易损性曲线可为地下结构抗震设计提供参考。

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基于耐震时程法的近断层脉冲型地震动下斜拉桥动力响应分析

许莉1, 江正航1, 张广达1, 温佳年2, 韩强2, 杜修力2

振动与冲击. 2025, 44(16): 172-184.

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耐震时程分析法（Endurance Time Analysis, ETA）作为结构响应分析领域的有效简化方法，基于频域地震动反应谱合成的耐震时程曲线无法准确反映时域的脉冲特性，限制了其在近断层脉冲型地震中的应用。为将ETA法应用到近断层脉冲型地震动作用下斜拉桥动力响应分析中，本文基于增量动力分析法（Incremental Dynamic Analysis, IDA）研究了不同峰值下脉冲、高频分量对斜拉桥动力响应的贡献程度，构建了考虑脉冲和强度特性的斜拉桥动力响应预测模型，利用ETA法模拟高频分量下的斜拉桥动力响应并结合预测模型，预测了近断层脉冲型地震动下斜拉桥的动力响应。结果表明：建立的预测模型可以精确表达不同强度下高频分量与原始地震动响应之间的定量关系；基于ETA分析模型和IDA法计算出0.6g下的平均动力响应最大相对误差不超过10%，具有良好的预测精度。研究成果为高效合理的计算近断层脉冲型地震动下斜拉桥的动力响应提供了技术支撑。

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基于Light-GBM算法的地震动显著持时预测模型

崔铭钊1, 2, 公茂盛1, 2, 左占宣1, 2, 赵一男1, 2, 贾佳1, 2, 张孔1, 2

振动与冲击. 2025, 44(16): 185-192.

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地震动持时对地震结构反应有显著影响，因此对考虑持时效应的工程结构抗震设计和区域地震危险性分析具有重要意义。本文提出了一种基于 Light-GBM算法的地震动显著持时预测模型，基于NGA-West2数据库，筛选了其中15541条地震动记录并计算其显著持时，随后通过特征重要性筛选输入参数并利用贝叶斯优化方法调整模型超参数，最终构建了地震动显著持时的预测模型，并与其他传统模型和深度学习模型对比，从而对模型的准确性和鲁棒性进行验证。结果表明，本文所建立的地震动显著持时预测模型具有良好预测性能、极高的计算效率和通用性，结果可供地震动持时预测及地震危险性分析等工作参考。

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馆藏文物展柜用通用型水平隔震装置振动台试验研究

黄文瀚1, 杨维国1, 2, 刘佩1, 2, 王萌1, 2

振动与冲击. 2025, 44(16): 193-203.

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文物种类繁多、外形各异，为提高抗震措施对不同文物的适用性，提出了一种馆藏文物展柜用通用型水平隔震装置，通过振动台试验和有限元模拟验证了该隔震装置的通用性。研究结果表明：设计的隔震装置具有良好的隔震效果，能适用于质量在8kg以下，质心高宽比在3以下的多种文物，选用的六种不同类型且质量差异较大的文物在PGA=0.62g的单向地震作用下均未受到损害，且隔震装置最大行程在设计范围之内；隔震装置在PGA=0.2g地震作用下开始启动，隔震率保持在80%左右，基本不随输入地震波PGA和文物类型的变化而变化；随着输入地震波PGA的提高，隔震装置残余位移也有所增加，减小导轨摩擦系数或增加弹簧刚度能进一步减少残余位移，增强隔震装置自复位能力。

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基于IPSO-BPNN自适应未知输入离散卡尔曼滤波器的桥面不平顺识别

李韶华1, 吕壮 2, 张宇1, 3

振动与冲击. 2025, 44(16): 204-217.

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为实现车辆行驶过程中对桥面不平顺的准确识别，提出了一种基于改进粒子群优化（Improved Particle Swarm Optimization，IPSO）反向传播神经网络（Back propagation Neural Networks，BPNN）自适应未知输入离散卡尔曼滤波器的桥面不平顺识别算法。基于车桥耦合模型，以轮胎-桥面接触点处竖向位移为未知输入，以车轮位移、加速度及车身加速度作为观测向量，设计未知输入离散卡尔曼滤波器；通过改进粒子群算法得出各桥面等级下的测量噪声协方差矩阵的最优值，通过BP神经网络分段实时对桥面不平顺进行等级分类，二者结合实时更新卡尔曼滤波器中的测量噪声矩阵，从而自适应识别不同桥面不平顺。在不同行驶速度、不同桥面等级、不同车桥质量比等工况下进行了仿真分析，并设计了通过振动台进行车桥耦合实验的方案，根据振动台提取的车身加速度和车轮加速度等参数，通过二重积分去趋势项得到车轮位移，整理数据作为观测向量设计滤波器。为匹配振动台的四分之一悬架模型，等比例缩尺二自由度车辆模型参数和桥梁模型参数，以保证缩尺后桥梁的挠曲线和竖向位移的相似性。仿真和实验结果表明：基于IPSO-BPNN自适应未知输入离散卡尔曼滤波器能够在多种工况下自适应调节，相较于传统卡尔曼滤波器，识别的桥面不平顺均方根误差、最大绝对误差和相关系数分别提高11.29%、33.52%、2.84%，该算法不仅识别精度高，而且有很强的鲁棒性。

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交通振动作用下砖石古塔动力响应及疲劳寿命分析

毛筱霏1, 王文喆1, 李东波1, 任瑞2, 赵冬1, 张炜3

振动与冲击. 2025, 44(16): 218-227.

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为研究交通振动在古塔内传播规律，基于实测交通荷载数据，利用有限元分析软件建立了八云塔的全局模型与局部精细化模型，开展了时程分析，研究了不同振源距离对塔体动力响应及疲劳损伤的影响。研究表明：八云塔的水平振动主频为5～15 Hz，竖直振动主频为3～10 Hz，振动主要集中在低频段；随着楼层的增加，塔体的水平和竖直振动速度均呈上升趋势，尤其是水平振动速度表现出明显的鞭梢效应，而竖直振动的增幅则逐渐减小；当振源距离增加时，水平振动速度整体降低，但局部存在振动放大现象；当振源距离接近2.5米时，塔体最大承重处的水平振动速度接近振动容许限值，存在潜在安全隐患。通过局部精细化建模，进一步分析了塔体应力分布及关键部位的疲劳寿命，研究成果可为类似文物建筑的预防性保护提供参考依据。

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带地锚索的新型回转缆式悬索桥风致抖振竖向变形响应研究

丁德豪1, 许健1, 朱玉1, 王雨2, 杨宏永2, 孙华怀3, 蔡舜尧4

振动与冲击. 2025, 44(16): 228-238.

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新型回转缆式悬索桥结构体系较为轻柔，容易发生风致抖振，导致结构产生竖向变形。因此，研究该新型悬索桥结构体系风致抖振竖向变形响应至关重要。针对国内首座回转缆式悬索桥，利用ANSYS软件建立黄河三峡大桥三维有限元模型。同时，制作了钢桁主梁节段模型，进行了主梁节段模型风洞试验，确定了不同风攻角下钢桁主梁三分力系数。根据桥址区风场特性数据，采用谐波合成法建立钢桁主梁三维脉动风，并对模拟的脉动风进行了验证。对黄河三峡大桥非线性抖振响应进行时域分析，参数研究了脉动风参数对该新型悬索桥结构体系竖向变形响应的影响。研究结果表明，地锚索可以较为显著的控制风致抖振作用下新型回转缆式悬索桥向上的结构变形，可分别降低主梁和主缆跨中约7%和14%向上变形。风致抖振作用下，新型回转缆式悬索桥结构竖向最大变形随平均风速的增加而非线性增大，钢桁主梁和U型主缆跨中竖向最大变形的增速在平均风速19.5 m/s时发现显著改变。在10范围内，随风攻角的增加，新型回转缆式悬索桥结构竖向最大变形整体上先增大，再减小。钢桁主梁和U型主缆跨中向上最大变形在风攻角-4时达到峰值，向下最大变形在风攻角0时达到峰值。

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基于单轴车响应与改进Kalman滤波算法的桥面平整度识别

李智1, 2, 3, 杨永斌1, 王志鲁1, 刘珍1, 毛华健4, 唐钰昇5, 姚华5

振动与冲击. 2025, 44(16): 239-252.

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桥面平整度是车-桥动力耦合(vehicle-bridge interaction, VBI)的重要影响因素，其精准识别对基于移动车辆响应的桥梁动力参数识别与结构安全诊断至关重要。为此，提出了一种基于单轴车响应的桥面平整度识别新方法。相比以往基于车辆响应类方法，该方法仅需在单轴车上安装单个加速度计。所提方法的核心步骤包括：首先，建立以桥面平整度为未知激励的VBI系统状态空间模型；然后，对实测或数值模拟得到VBI系统响应进行组合和扩展，重构改进的VBI系统状态空间模型；最后，利用Kalman滤波算法从VBI系统中识别车辆状态和桥面平整度。研究结果表明：本方法具有良好的抗噪性，且对不同等级桥面以及公路路面的平整度识别均具有较高的精度。此外，建议低速测试，保证测试数据量充足且稳定。

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考虑颗粒破碎的路基粗粒土填料本构模型研究

刘安1, 张宗堂1, 周普2, 刘顺凯1, 刘泽1, 马缤辉1, 陈秋南1

振动与冲击. 2025, 44(16): 253-263.

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粗粒土在路基工程中应用广泛，但其在外荷载作用下易发生颗粒破碎，进而对其工程性质产生较大影响，所以研究路基粗粒土填料的颗粒破碎与本构关系具有重要意义。结合路基实际环境中影响较大的因素，本文开展了一系列红砂岩路基粗粒土填料大型三轴试验，研究了粗粒土试样的非线性应力应变关系，分析了粗颗粒含量变化时试样的应变软化与应变硬化现象。建立了二次分形维数级配方程用于描述试样的颗粒破碎演化，并基于此推导了颗粒破碎指标，分析了不同级配与围压条件下粗粒土试样的颗粒破碎规律。基于驼峰形三次曲线本构模型研究了红砂岩路基粗粒土试样的本构关系，分析了颗粒破碎率与围压、本构模型参数与破碎率之间的相关关系，进而建立了考虑颗粒破碎的红砂岩路基粗粒土填料本构模型，并验证了模型的正确性。研究结果对于认识粗粒土填料的力学性能演化及指导风化红砂岩粗粒土填料施工具有一定的参考价值。

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变工况下基于频率不变性的高速列车小幅蛇行识别方法

宁静1, 2, 洪梓轩1, 王铎颖1, 王子轩1, 张兵3, 陈春俊1

振动与冲击. 2025, 44(16): 264-272.

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高速列车蛇行会影响乘客的舒适度，损害列车部件，甚至危及列车运行的安全。识别蛇行状态，特别是蛇行失稳开始前的小幅蛇行状态至关重要。针对变工况下蛇行识别不准的问题，提出了一种基于频率不变性的小幅蛇行识别方法。首先，考虑到在轨道不平顺等外部因素的影响下，蛇行频率比时域特征更稳定，因此综合蛇行频率和时域信息，构建了频率不变特征融合模块（域内迁移）。然后，将该模块和域间迁移结合，直接从未标记的数据中提取更多的不变特征，从而提高蛇行识别的准确性。最后，将本文方法运用于高速列车实测数据中，几种不同迁移任务识别平均准确率均在95%以上，识别结果明显优于非迁移学习方法以及其他迁移方法。

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基于束角的独立车轮走行部导向性能研究

杨超1, 胡元杰1, 徐建改2, 徐宁1, 刘俞贤1, 吴林轩1

振动与冲击. 2025, 44(16): 273-279.

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为了解决独立车轮由于左右车轮解耦导致的导向问题，将束角概念引入独立车轮走行部，首次提出了束角导向方法使独立车轮走行部重新获得自动回正能力。首先阐述独立车轮走行部的束角导向原理，然后通过第二类拉格朗日方程获得走行部横向动力学运动方程。最后采用多体动力学方法分析束角独立车轮走行部的稳定性、自动对中能力和曲线通过能力。结果表明，束角式独立车轮走行部的临界速度随着束角的增加，先减小后增加。束角小于0.2°时，独立车轮走行部无法自动对中。束角不小于0.2°时独立车轮走行部可以在通过激励区间后自动回到初始横向位置。束角式独立车轮走行部获得了自动对中能力。当束角不小于0.25°时，走行部通过曲线时左前轮冲角较小，具有良好的曲线通过能力。合适的束角可以改善独立车轮走行部在直线和曲线线路的导向性能。

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地铁中长波轨道不平顺敏感波长和管理限值研究

谢晨希, 杨泞瑞, 刘阳, 陶功权, 温泽峰

振动与冲击. 2025, 44(16): 280-290.

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轨道不平顺显著影响车辆运行安全性和平稳性，探明地铁线路中长波轨道不平顺的敏感波长和不平顺管理限值，对线路维护具有重要参考价值。针对某型地铁车辆建立考虑车体柔性的地铁车辆刚柔耦合动力学模型，并通过实测车体加速度对模型进行验证。采用多峰余弦波模拟高低、轨向、水平和轨距不平顺，仿真分析不同波长和幅值不平顺对车辆动力学性能的影响，并确定轨道不平顺的敏感波长范围。在此基础上，利用曲线拟合将仿真结果外推至各动力学性能指标的管理值，提出三个等级的轨道不平顺幅值管理限值。结果表明：地铁轨道不平顺敏感波长主要与车辆悬挂模态、车体弹性模态和转向架蛇行运动相关。四种不平顺应重点控制的波段及其最低幅值限值如下：高低（1.5～4 m和6～10 m，最低限值2.4 mm和4.7 mm）；轨向（10～30 m，最低限值1.6 mm）；水平（1.5～4 m和6～22 m，最低限值0.8 mm和5.2 mm）；轨距（10～15 m，最低限值5 mm）。

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基于实测传递函数法的地铁环境振动预测及验证

芦峙廷1, 赵斗2, 刘卫丰1, 叶少敏2, 刘鹏2

振动与冲击. 2025, 44(16): 291-298.

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为解决地铁运行引起的环境振动对某高校实验室精密设备的影响问题，提出采用实测传递函数法对实验室内外的振动响应进行预测。首先通过列车-轨道耦合解析模型计算得到列车运行作用于地铁车站结构上的频域轨下支点反力，其次在车站内进行原位锤击测试获得激励点到拾振点的地铁车站-土体-建筑物的传递函数，然后利用传递函数法计算得到地铁列车运行引起的地表及建筑物内的振动响应。采用此方法对普通整体道床轨道和钢弹簧浮置板轨道形式下的环境振动响应进行了预测，并与地铁开通运营后的现场振动实测结果进行了对比分析。结果表明：通过现场实测获取的传递函数能够准确反映隧道/车站-土体-建筑物系统的振动传播特性，该方法具有较高的预测准确性。

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刚柔耦合的齿轮系统多状态啮合-冲击能耗分析

石建飞, 叶超, 靳伍银, 陈国龙

振动与冲击. 2025, 44(16): 299-307.

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轮齿柔性变形诱发齿轮副冲击、碰撞，影响其传动质量和动态性能。本文考虑轮齿柔性，计算齿轮副实际啮合重合度，计算齿轮副刚柔耦合时变啮合刚度和载荷分配系数；建立考虑刚柔耦合的直齿轮系统啮合-冲击动力学模型和冲击-碰撞能量耗散模型。分析轮齿柔性对重合度、时变啮合刚度以及动态啮合力的影响；基于多初值分岔图研究系统共存运动随载荷变化的分岔和演化以及与能耗之间的影响关系，揭示双参数变化时系统最大能耗特性。发现轮齿柔性影响单双齿啮合区域，并增大重合度；轮齿的柔性降低动态啮合力，并使时变啮合刚度在单双齿啮合交替时平滑过渡；齿面、齿背碰撞加剧共存运动的冲击能耗，载荷的变化对系统共存运动的分岔演化影响较大，而共存运动的变化影响系统冲击能耗特性。参数与初值的合理匹配能有效避免较大的冲击能耗，提高传动系统的可靠性。

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钨球破片高速撞击下柴油箱的毁伤准则研究

彭明春1, 周兰伟1, 李向东1, 纪杨子燚2, 马世鑫1

振动与冲击. 2025, 44(16): 308-317.

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为了得到破片高速撞击下油箱的毁伤准则，开展了钨球破片撞击柴油箱的弹道试验，研究了不同工况下破片对油箱的破坏特性，建立了油箱穿孔漏油模型和引燃概率模型，并分析了破片质量、撞击速度、穿孔高度及油箱充液率等因素对油箱毁伤概率的影响。研究结果表明：（1）油箱毁伤模式取决于破片撞击位置：撞击油层时主要导致穿孔漏油，撞击气层时易引发引燃。（2）钨球破片撞击柴油箱气层的引燃概率随破片比动能的增加呈现S 型增长趋势，当比动能达到24×104 kJ/m2时，引燃概率达到最大值1。（3）穿孔漏油毁伤概率受破片质量、撞击速度和穿孔高度显著影响。破片质量和撞击速度越大，穿孔直径越大，穿孔位置越靠近油箱底部，穿孔漏油毁伤概率越高。（4）穿孔高度是影响油箱穿孔漏油毁伤概率的主要因素，当破片撞击速度在（500~2500） m/s范围内时，穿孔高度每降低10%，穿孔漏油毁伤概率最多可提高17.35%。（5）当破片以较低（<1000 m/s）或者较高（>2000 m/s）速度撞击柴油箱时，油箱的整体毁伤概率主要受穿孔漏油毁伤概率的影响；当破片撞击速度位于中间区域时，油箱的整体毁伤概率主要由引燃毁伤决定。

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基于时空融合Transformer的航空发动机RUL预测

王昱, 杨晓庆, 李硕, 张哲成

振动与冲击. 2025, 44(16): 318-328.

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航空发动机数据呈现多变量、非线性和动态变化等复杂特征，且具有显著的时空关联性。大多数研究在分析数据时，往往局限于单一的多传感器尺度或时间尺度，且往往忽视数据间的长时依赖性，限制了其在航空发动机剩余使用寿命（Remaining Useful Life，RUL）预测任务中的应用。为此，提出了一种时空融合Transformer网络模型。该模型在保留了Transformer架构中的多头注意力机制和位置编码的优势以精准捕捉长时依赖特征的基础上，首先采用高效全连接网络替代原有的解码操作模块，匹配航空发动机RUL预测非线性回归问题属性的同时简化模型结构；然后，通过引入空间注意力机制模块，深入挖掘不同变量间的空间特征；最后，应用改进的赤池信息量准则对Transformer的重要超参数进行辨识，解决其超参数的选择难题。经C-MAPSS以及PHM08 预测数据挑战赛两数据集的多组实验证实所提模型的有效性及其在预测精度方面的卓越表现。

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碳纳米管增强复合材料叶片的自由振动分析

王文琪1, 武志花1, 2, 田泽东1, 张云枫1

振动与冲击. 2025, 44(16): 329-338.

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以航空发动机压气机叶片为工程背景，将旋转叶片简化为带有预安装角、扭转角的碳纳米管增强复合材料（Cabon nanotube reinforced composite, CNTRC）悬臂薄板结构。通过微分几何理论和广义混合率模型，对CNTRC旋转叶片的几何参数和物性参数进行计算。考虑离心力的影响，基于Kirchoff假设和Novozhilov理论，采用Hamilton原理建立了CNTRC旋转叶片的偏微分动力学方程。采用Galerkin法将偏微分运动方程离散为常微分方程，并研究了CNTRC旋转叶片的自由振动特性。详细分析了预安装角、扭转角、碳纳米管体积率、碳纳米管排布形式、转速以及轮毂半径对CNTRC旋转叶片固有频率的影响。

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2025年, 第44卷, 第16期　
刊出日期：2025-08-28

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