2025年, 第44卷, 第18期 
刊出日期:2025-09-28
  

  • 全选
    |
    冲击
  • 惠旭龙1, 2, 3, 4, 刘小川1, 2, 3, 白春玉1, 2, 3, 韩鹤朝1, 2, 3, 李肖成1, 2, 3, 张欣玥1, 2, 3, 薛璞4, 牟让科1, 2, 3
    振动与冲击. 2025, 44(18): 1-15.
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    飞机的抗坠撞性能不仅受其自身结构设计的影响,还与飞机坠撞时的速度、着陆姿态以及道面环境等因素紧密相关。以典型民机全机结构为对象,建立全机坠撞动力学模型,并基于文献中的试验数据对模型进行验证。进一步开展不同坠撞速度、俯仰角、滚转角、道面环境等因素影响下的仿真分析,探讨不同因素对飞机坠撞响应的影响规律。结果表明:随着坠撞速度的增加,机身下腹部坠撞载荷初始峰值和平台载荷逐渐增大,机身变形范围和地板加速度峰值也逐渐增大;随着俯仰角的增加,坠撞载荷波形发生显著变化,初始峰值载荷显著减小,地板加速度峰值也逐渐减小,且中机身框段结构的地板加速度峰值随俯仰角的变化更为敏感;飞机局部机身结构的坠撞速度受飞机俯仰角影响显著,在飞机整体垂直坠撞速度不变的情况下,俯仰角越大,前机身框段的坠撞速度越大,总体呈现出从机头到后机身框段的非线性增大趋势;滚转角对飞机的坠撞载荷和机翼前缘结构加速度峰值影响较小,而对机身地板加速度峰值有显著影响,机身下腹部靠近滚转方向的一侧变形增大,产生新的塑性铰;相比刚性道面,在黏土道面坠撞时,飞机垂向坠撞初始峰值载荷减小,航向坠撞初始峰值载荷显著增大;飞机坠撞后在黏土道面上砸出沟壑状变形,不同俯仰角下的沟壑形状和变形扩展过程显著不同;在黏土道面坠撞时机体变形和地板加速度峰值较小,相比刚性道面坠撞对乘员安全造成的风险更小。

  • 欧阳浩然1, 2, 龚志宇1, 2, 秦伟3, 戴国亮1, 2, 柳鸿博1, 2, 彭宇韬1, 2, 龚维明1, 2
    振动与冲击. 2025, 44(18): 16-25.
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    基于南海开发的背景,桩基施工过程中钙质砂地层会承受反复的荷载冲击,而钙质砂在反复冲击下的力学行为与陆地上常见的硅砂有很大不同。利用改进的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)试验装置对不同均匀级配的钙质砂和硅砂试样进行了一系列一维反复冲击试验。试验结果表明,硅砂的动态表观模量为钙质砂的6.00倍~8.00倍,2种砂的动态表观模量随冲击次数N的增加而增加。钙质砂的动态表观模量随着平均粒径d50的增加而降低。对于钙质砂,随着平均粒径的增加,其压缩指数Cc增加,在相同条件下,屈服应力约为硅砂的40.0%。与硅砂相比,钙质砂在较低的应力下具有更好的吸能效率。并且在相同的轴向应力下,钙质砂的吸能效率随着颗粒尺寸的增加而增加,随着冲击次数的增加而降低。最后,探讨了反复冲击过程中均匀级配钙质砂颗粒破碎的演化规律,得到反复冲击下归一化平均粒径与破碎概率存在指数关系。
  • 孟云伟1, 陈卓楚1, 王子骁2, 张引2, 安旭1, 刘中帅3, 青光焱4, 廖红玲5
    振动与冲击. 2025, 44(18): 26-34.
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    为了有效保障公路施工作业区内的人员和设备的安全,提出了一种新型可移动组合式护栏结构。基于长短期记忆网络模型LSTM和非支配排序遗传算法NSGA-Ⅱ,研究了该护栏结构的关键参数;采用有限元数值模拟和足尺实车碰撞试验,分析了该护栏结构的防撞性能。研究结果显示:(1)优化后该护栏底座摩擦系数取值为0.583,护栏高度取值为1014.27mm。(2)与传统的混凝土护栏、波形梁护栏相比,该护栏的缓冲效果较优,表现在碰撞后的加速度值较小、车辆侧倾值较小。(3)通过足尺实车碰撞试验的结果,验证了有限元模拟的有效性。该护栏的防撞性能可满足A级的要求,对于公路施工作业区安全设施的设计具有参考意义。
  • 魏廷旭1, 付强2, 巩文昊1, 张红艳1
    振动与冲击. 2025, 44(18): 35-40.
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    本文提出一种新型局域共振夹芯超结构梁构型,应用有限元方法研究了超结构梁在低速冲击作用下的能量耗散、吸收以及结构的抗变形能力,分析了弯曲波带隙和不同冲击位置对结构能量耗散的影响规律;搭建了超结构梁冲击实验平台,测得了结构在不同高度钢球冲击作用下下面板中心点位移,并与数值结果进行了对比分析。研究结果表明:局域共振夹芯超结构梁较普通夹芯梁具有更强的能量耗散特性,可有效抑制结构变形;铅块和硅胶构成的共振单元在吸能过程中起主导作用,总吸能占比达到81.55%;超结构梁弯曲波带隙对结构的抗冲击特性有显著影响,当冲击能量集中在带隙范围内时,结构表现出较强的能量耗散特性。本文所研究的局域共振夹芯超结构梁低速抗冲击特性,可为新一代抗冲击结构的设计提供一定的指导和思路。
  • 崔勇鑫1, 范志强1, 张家伟1, 张冰冰2
    振动与冲击. 2025, 44(18): 41-51.
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    多胞薄壁管因通过截面拓补设计引入了更多的角元和更长的塑性铰,在轴向压溃过程中能够提供更高的压溃载荷和比吸能,但其压溃变形模式和能量吸收效率仍受结构尺寸效应的影响。通过在一阶多胞管(multi-cell tube,MT)的外侧柱壳外表面引入竖向螺旋槽,构建一种改进型一阶多胞管(modified multi-cell tube,MMT),通过预制刻槽缺陷诱导小长径比多胞管的变形模式,以降低初始峰值载荷并减小载荷波动度。采用机加工制备刻槽型多胞管,分别对无填充的刻槽多胞管和泡沫铝填充多胞管(FMT)进行了准静态和低速冲击压缩实验。通过数值模拟进一步探讨了螺旋槽深度及其位置等因素对结构变形特征和能量吸收性能的影响,结果表明:螺旋槽的引入及泡沫铝的填充均能够显著提升多胞管的压溃载荷效率,并有效减小了压缩过程中的载荷波动;MMT外管上的刻槽能够诱导柱壳结构的折叠变形模式,在加载过程中可有效降低初始峰值力,并获得更为平稳的MCF曲线。
  • 振动理论与交叉研究
  • 孙洪鑫, 薛书文, 罗一帆, 赵文韬
    振动与冲击. 2025, 44(18): 52-60.
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    本文以双转子作动器为研究背景,提出了一种单驱动型双转子作动器主动控制装置,主要由质量块、空间传动齿轮组、电机和控制器组成,通过齿轮带动转子旋转时产生的离心力作为结构主动控制力,以减小结构振动。较于传统的主动质量阻尼器,这一设计既无需考虑导轨直线行程限制,又通过结构优化解决了双驱动型双转子作动器中电机难以同步问题,实现了更高效稳定的振动控制。为研究单驱动型双转子作动器的减振性能,首先用拉格朗日方程力学分析法建立单驱动双转子作动器系统力学模型、单自由度结构与单驱动型双转子作动器的状态方程。其次针对单驱动型双转子作动器系统的减振问题,将极点配置法与超螺旋滑模控制算法相结合,为其设计控制器,再利用改进的蜣螂优化算法对控制器所包含的控制参数进行优化。相较于其他控制算法,所提的控制算法更容易获得控制器的参数,避免了控制器参数需大量繁琐复杂的试凑问题,方便实际工程调试。最后,用李雅普诺夫函数证明了该系统的稳定性,数值仿真验证了单驱动型双转子作动器系统及其控制算法的可行性和有效性。
  • 齐潘国1, 刘超1, 迟帅1, 黄其涛2
    振动与冲击. 2025, 44(18): 61-69.
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    在道路模拟试验中,在被试车辆的重力作用下,电液作动器承受恒定的重力偏载,导致电液作动器闭环控制的加速度波形失真,影响路谱复现精度。在所研制的道路模拟台中采用电液压力控制静载平衡装置抵消被试车辆的重力作用,解决重力偏载引起的加速度波形失真问题。给出道路模拟台及电液压力控制静载平衡装置的组成原理,建立道路模拟台系统的传递函数数学模型及方块图并分析系统的稳定性,推导道路模拟台液压动力机构的输出特性被试车辆惯性负载特性,在此基础上分析了电液作动器闭环控制的加速度波形失真机理,建立电液压力控制静载平衡装置及电液作动器闭环控制的AMEsim仿真模型,对加速度波形失真现象进行仿真模拟及试验验证,均与机理分析结果一致。建立考虑被试客车车身、减震及轮胎等特性的道路模拟台AMEsim动力学仿真模型,以所采集的石块路路谱数据为复现目标,分别进行了路谱复现的仿真模拟及试验,仿真结果与试验基本一致,验证了电液压力控制静载平衡装置对加速度波形失真的抑制效果,同时也验证了所建立的AMEsim仿真模型的有效性。研究成果对高精度道路模拟台研制有重要参考价值。
  • 朱本瑞1, 2, 高小川1, 2, 王慧磊1, 2, 黄焱1, 2, 3
    振动与冲击. 2025, 44(18): 70-77.
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    针对南海单点系泊浮式生产储卸油装置(floating production storage and offloading,FPSO),利用水动力分析软件ANSYS AQWA,基于三维势流理论建立其时域耦合分析模型,计算FPSO在正常作业和极端海况下的运动响应及系泊缆张力,分析其在不同单缆和双缆组合失效条件下系统的刚度大小、船体运动响应和系泊缆张力,并对系泊系统的安全性能进行量化评估。结果表明:双缆失效对系泊系统纵荡和横荡刚度的降低更加显著,其中船艉同组双缆失效导致系泊纵荡刚度降至最小,舷侧同组双缆系泊失效则使横荡刚度降至最小,两种工况下船体纵荡与横荡更加剧烈,正常作业工况最大纵荡与横荡距离可达25m和40m;在十年一遇风浪条件下,单缆断裂后剩余缆绳张力仍可满足安全要求,但同组双缆断裂后,剩余系泊缆张力接近缆绳破断张力,失效风险显著增加;在百年一遇风浪条件下,单缆断裂时满足瞬态破损工况的安全标准,而双缆失效会引发剩余缆绳发生连续破断,最终导致FPSO完全失控。

  • 宋林红1, 石宝龙2, 3, 罗忠2, 3, 4, 马志承5, 李秋5
    振动与冲击. 2025, 44(18): 78-86.
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    针对多层波纹管的振动行为预测不精确问题,将波纹管简化为均质梁,建立其轴向固有频率预测的解析模型,考虑了三种边界情况。随后,通过有限元仿真对不同层数波纹管开展模态仿真,与所建模型的预测结果从多个角度详细对比,验证了所建模型的准确性。最后,进行了轴向固有频率的参数敏感性分析。研究表明,解析模型与有限元仿真的预测结果相当吻合。两种方法的预测误差随层数的增加而扩大,这是因为层间界面累积和结网格质量不足导致仿真结果偏大。波纹管固有频率随波纹层数的增加而变大,波纹管波数、单层厚度的递增都会使得固有频率呈非线性规律降低,而随着环板高度增加,频率曲线出现凸起。研究结果为多层波纹管的动态特性预测提供必要的参考。
  • 卢义玉1, 2, 常文旭1, 2, 周哲1, 2, 刘湘杰1, 2, 张旭1, 2, 唐意龙1, 2
    振动与冲击. 2025, 44(18): 87-98.
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    水力割缝技术作为有效的煤层增透措施之一,在地应力作用下割缝空间排布和角度对割缝效果影响显著,但常规割缝器由于其自身结构局限性导致在现场施工时缝槽角度不可调节,难以实现最优的割缝空间排布和角度。本文研制了一种新型煤层定向水力割缝器,其关键定向功能由角度调节机构与可活动喷嘴机构实现,利用钻杆旋转运动周期性改变喷嘴角度,实现定向割缝,改变缝槽角度。本文对角度调节机构进行了运动分析,r为18mm时,可调节角度为17.7°。通过与常规割缝器对比开展流场实验和破岩实验,研究其射流扩散角、打击力、破岩能力等性能。实验结果表明,定向割缝器在一定程度上能控制射流扩散,在较高压力下仍可保持较集中射流形态,且其射流扩散角受软管状态影响显著,自然伸直状态时最小;定向割缝器在相同条件下打击力高于常规割缝器,且与其流场特性紧密相关;定向割缝器在不减少切割能力的前提下改变了割缝角度,割缝深度提升30.87%,且破岩特性也对应其流场及打击力特性;煤层定向水力割缝器的研制为解决常规割缝器的不足提供了有效途径,有助于提高煤层瓦斯抽采效率和矿井安全生产水平。
  • 汪大洋, 李清庆, 王星, 朱勇
    振动与冲击. 2025, 44(18): 99-109.
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    圆柱螺旋弹簧沿其轴向的力学性能及其应用研究已非常丰富,但其在轴压作用下的水平力学性能研究仍非常鲜见。本文以模块化圆柱螺旋弹簧为研究对象,基于力学性能试验探究了模块化弹簧的刚度、极限压剪、频率相关性、加载次数相关性以及疲劳等水平、竖向力学行为,提出并验证了模块化弹簧的水平、竖向力学计算模型,以40SiMnVBE材料S-N曲线为基础,通过引入综合修正系数建立了模块化弹簧的S-N曲线。结果表明,模块化弹簧的水平刚度随轴向预压值的增大而增大,水平刚度具有方向性,0度方向高于90度方向,不同预压值下其随水平加载频率、加载圈数以及加载位移的相关性均较小;模块化弹簧的水平极限位移亦随轴向压缩量的增大而增大,增幅达30%,经历反复水平极限加载后模块化弹簧性能稳定,具有优越的自恢复能力;所提水平、竖向力学计算模型能够很好地反映模块化弹簧的力学行为,轴向、水平刚度理论与试验值误差分别为3.54%、1.32%;模块化弹簧经历107次轴向疲劳测试后,力学性能稳定外观形貌无损伤,基于综合修正系数建立的弹簧S-N曲线能否反映其疲劳性能。
  • 涂文兵1, 2, 黄怡彬2, 王浩3, 葛可可2, 高宏2, 娄元阔2
    振动与冲击. 2025, 44(18): 110-120.
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    温度会改变滚动轴承运行过程中各元件的受力和运动状态,影响轴承的打滑特性。针对此问题,以喷油润滑轴箱轴承为研究对象,基于轴承生热和传热机制建立有限元模型模拟温度场分布以获得各元件温度,并在此基础上综合考虑温度对热变形、润滑油参数、等效刚度和摩擦系数的影响建立了滚动轴承动力学模型,研究了轴箱内部温度和润滑油温度对轴承运动特性、摩擦特性及打滑特性的影响。结果表明:轴箱内部温度升高会减小滚动体和保持架转速波动,降低摩擦力,抑制打滑现象;而润滑油温度升高则增大转速波动和摩擦力,加剧打滑。本文研究结果可为轴承性能分析和寿命预测提供理论依据。
  • 王道勇, 徐艳民, 胡宗梅, 马波, 陈黎明, 李锦和
    振动与冲击. 2025, 44(18): 121-130.
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    现有的动力总成三点悬置系统难以有效减小汽车非稳态的振动与冲击,考虑增加悬置系统的纵向阻尼可以改善汽车非稳态的振动与冲击,本文开展了基于半主动阻尼拉杆的新型四点悬置系统的汽车非稳态振动控制研究。首先,对半主动阻尼拉杆的动态特性进行了分析,其刚度和阻尼特性满足汽车非稳态下的振动控制要求;其次,提出了汽车非稳态工况下振动的主观和客观的动态响应评价指标,构建了汽车非稳态下半主动阻尼拉杆结构参数确立的设计方法;最后,采用客观评价的方法,开展了新型四点悬置系统的汽车非稳态下的试验测试研究,分析了添加半主动阻尼拉杆对汽车发动机启停,发动机怠速,P-D-P换挡,P-R-P换挡以及R-D-R换挡过程中振动与冲击的控制效果。研究结果表明:在动力总成原有三点悬置系统中添加半主动阻尼拉杆可以有效的减小汽车非稳态下的振动与冲击,验证了本文所建立的包含半自动阻尼拉杆的新型动力总成四点悬置系统的有效性。 
  • 孔铭1, 纪仁玮1, 2, 朱仁庆1, 吴绵奎1, 殷苠蔚1, 孙科3
    振动与冲击. 2025, 44(18): 131-139.
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    为提高对转式水平轴潮流能水轮机(Counter-rotating horizontal-axis tidal turbine,CRHATT)的获能效率,探索不同设计参数对其输出功率的影响规律,本文首先基于改进延迟分离涡模型与滑移网格技术相结合的方法,建立了CRHATT水动力分析模型;其次采用田口方法,提出了针对水轮机模型的参数化优化方案;最终探究了前后叶轮间距(L)、前叶轮叶尖速比(λF)、后叶轮叶尖速比(λR)、直径比(DR/DF)和初始位置相位差(θ)对CRHATT水动力性能的影响,结果表明:CRHATT的设计因素对其性能具有显著影响,优化后的CRHATT的获能效率比基础设计提高了28.3%。各因素对水轮机获能效率影响程度依次为:λR>λF>L>DR/DF>θ。通过对不同因素组合下水轮机尾流场的分析发现,优化后的水轮机前叶轮尾流发展充分,后叶轮对其吸收较好,从而提高水轮机的获能效率。研究结果为对转式水平轴潮流能水轮机性能优化提供工程参考意义。
  • 邹远停, 徐文华, 焦甲龙
    振动与冲击. 2025, 44(18): 140-145.
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    为了实现船舶在零航速下的减摇效果,本文提出了一种基于近端策略优化算法的减摇鳍控制策略,并在拖曳水池中开展了船模零航速减摇试验。首先,建立了S175船模装置及减摇测试系统,制定了基于强迫横摇装置及水池造波模型的横摇运动控制试验方案。然后,通过近端策略优化算法对船舶减摇运动进行学习训练,根据训练得到的决策奖励值实时生成减摇鳍最优拍动角度方案。最后,基于所建立的船舶横摇运动控制的软硬件测试系统,在水池中开展了规则波和不规则波下的船模横摇减摇试验。结果表明,所建立的减摇系统能够使船舶在各类海况下均具有较好的减摇效果。
  • 孟祥金1, 陈一鸣1, 彭长乐1, 郭彤1, 陈城2, 徐伟杰1
    振动与冲击. 2025, 44(18): 146-152.
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    在实时混合模拟试验过程中,目前任何补偿方法都无法完全消除作动器动力特性的影响,因此瞬时时滞、瞬时幅值误差等瞬时控制参数对评价实时混合模拟试验的准确性具有重要的作用。目前实时混合模拟瞬时控制参数计算方法基于Hilbert变换初步实现瞬时幅值和瞬时时滞的计算,但是该方法计算瞬时频率时,其计算得到的负频率物理意义不明确,影响了该方法的推广和应用。本文提出了一种基于直接正交方法的计算方法,首先利用经验模态分解构造本征模态函数,然后对本征模态函数采用经验AM-FM分解构造正交函数,计算瞬时频率和瞬时控制参数,从而避免了由于Hilbert变换导致的负频率问题。在实时位移追踪试验中应用该方法计算了瞬时控制参数,比较结果表明,与传统方法相比可以显著提高了瞬时频率与时滞的有效性,为可为实时混合模拟试验评价和补偿提供依据。
  • 戴世钧, 吴海军
    振动与冲击. 2025, 44(18): 153-160.
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    管路系统的振动分析涉及到多设备、多部件、多连接关系,是典型的系统级动力学分析问题。外激励力是管路振动的主要原因,快速预测外激励力下的多分支管路系统振动响应有助于评估管路系统的振动性能。本文基于传递矩阵方法,将管路系统等效为树形结构,提出了基于递归算法的总传递矩阵自动推导方法,实现外激励力下的任意数量分支管路振动响应快速计算。本文方法与有限元方法精度一致且在计算速度和内存占用上具有优势,在管路元件能够进行传递矩阵建模的情况下能够成为有限元方法的高效替代。
  • 周轩1, 王林康1, 陈柏1, 王敕2
    振动与冲击. 2025, 44(18): 161-167.
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    针对芯片固晶机运动高速高频运动导致其键合头振动冲击大、振动衰减时间长,同时原有控制系统无法检测和抑制键合头末端振动、键合精度难以长时间保持的难题,提出基于优化输入整形的抑振方法。分析固晶机键合头的运动和振动特征,提出基于输入整形的振动抑制方法;构建二阶系统仿真分析模型,基于粒子群算法对输入整形器的种类、脉冲幅值和时滞等参数寻优,简化构建流程,提升抑振效果;搭建固晶机单轴运动系统,对基于粒子群算法优化的输入整形抑振方法进行实验验证,结果表明:该方法将使系统残余振动最大幅值降低了71.3%,运动开始到加速度整定至稳态时间减少了34%。
  • 地震科学与结构抗震
  • 邵帅1, 卜祥航2, 张佩玉3, 李布辉4, 付兴5, 邵千秋2, 范松海2, 朱宇5
    振动与冲击. 2025, 44(18): 168-179.
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    地震动具有六维分量,为了准确获得输电塔地震响应,应该考虑地震动的六维分量。此外,由于角钢铁塔螺栓节点会发生滑移,刚性节点假设下的塔-线体系地震响应与实际情况不符。因此,为了更加准确地研究塔-线体系地震响应,对考虑螺栓滑移效应的塔-线体系六维地震响应展开研究。首先,通过曲面拟合法从SMART-1台阵记录的平动地震数据中提取了转动分量,然后根据输电塔节点在循环荷载作用下的滞回曲线,确定了描述节点力学性能的骨架曲线。使用插入弹簧单元来模拟角钢节点处的螺栓滑移,并据节点骨架曲线确定弹簧单元的实常数,建立了考虑螺栓滑移效应的塔-线体系有限元模型。研究了考虑螺栓滑移效应的塔-线体系多维地震响应,并分析了土质参数和地震入射角度变化的影响。结果表明:考虑螺栓滑移效应和六维地震动后,塔-线体系地震响应变化剧烈,且最大应力杆件位置也发生变化;为了获得更加准确的塔-线体系地震响应,螺栓滑移效应和转动分量的影响不应被忽略;螺栓滑移效应对塔-线体系六维地震响应的影响,在土质条件较好时较大,随地震入射角变化而变化,实际模拟计算中,应明确结构所处场地土质条件及地震入射角度。
  • 赵凯1, 2, 胡进军1, 2, 丁龙兵1, 2, 李博海1, 2
    振动与冲击. 2025, 44(18): 180-188.
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    地震动具有多个维度的空间分量,目前的速度脉冲识别方法大多未考虑竖向分量的影响。为此,本文基于能量法在空间内对地震动进行脉冲识别。该方法将地震动记录的三个分量旋转合成到空间内各个方向上,计算每个方向上的脉冲能量,确定能量最大方向后在该方向识别脉冲,识别结果丰富并完善了现有的脉冲型地震动数据库。研究了在此方向上识别出的脉冲型地震动的峰值与空间内最大速度峰值(peak ground velocity,PGV)及其所在方向的关系,建立了空间脉冲的速度峰值、震级与断层距的回归模型,以及周期与震级的回归模型。研究结果表明,空间脉冲能量最大方向与空间最大PGV方向在脉冲显著程度上具有较高的一致性,空间速度脉冲的速度峰值随断层距的增加而减小,随震级的增大而增大。与已有的空间脉冲地震动模型相比,本文模型的脉冲峰值更高。与仅考虑水平分量的模型相比,本文模型的脉冲周期更长,但随着震级的增大,二者的差距逐渐缩小。本文研究结果可为考虑空间脉冲的工程结构抗震的地震动输入提供参考。
  • 马子涵1, 管仲国1, 李秀华2
    振动与冲击. 2025, 44(18): 189-198.
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    铅芯橡胶支座力学性能对温度变化敏感,但现行桥梁结构抗震设计未考虑该因素的影响,无法保证设计结果具有足够的保证率。基于典型温热地区城市上海和严寒地区城市哈尔滨,根据其2014年-2023年的日均温度数据,建立高斯混合分布模型,开展考虑支座安装温度与地震温度随机样本的1000个蒙特卡洛抽样分析,采用地震温度修正铅芯橡胶支座性能参数,组合考虑温差作用和地震作用,计算支座及墩底弯矩响应及其概率分布,进一步基于90%分位点响应,对比评估国内规范与欧洲规范的分析结果。结果显示:铅芯橡胶支座的温度敏感性不容忽视,对于冬季气温明显低于0℃的城市,会明显增大支座的剪力及墩底弯矩响应,对于最低温度在0℃及以上的城市,温度作用的敏感性较低,可不进行修正。
  • 土木工程
  • 陈泽鹏1, 刘琪钿1, 孟思臣1, 陈舟1, 余岭2
    振动与冲击. 2025, 44(18): 199-208.
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    桥梁结构状态评估是桥梁结构维修养护和增强结构抗灾能力的重要前提,而结构损伤识别则是其中的核心研究内容。针对既有方法存在损伤特征指标敏感性不足、全局关注及跨通道耦合能力较弱的问题,本文提出一种融合自适应嵌入和跨通道注意力机制的桥梁结构损伤识别新方法(Adaptive Embedding and Cross-Channel Attention Mechanisms assisted Transformer Neural Network, AECCA-former)。该方法以Transformer神经网络为核心框架,在特征提取层中采用融合重叠块嵌入和扩张重叠块嵌入的自适应嵌入机制,以实现特征向量自适应嵌入,提升了分块编码的灵活性以应对不同工况的结构损伤识别需求。此外,在Transformer编码器中采用跨通道注意力机制进行特征提取,增强了所提方法在多通道测量响应上的特征提取能力。弹性支撑梁桥数值模拟表明,AECCA-former具有更优的特征提取性能,且在复杂损伤工况下能够提供更可靠、准确和具鲁棒性的结构损伤识别结果。Z24大桥工程实践结果表明,AECCA-former能够有效识别实桥损伤,且少量传感器对结构损伤识别精度影响较小。
  • 谭红梅1, 2, 李好1, 2, 黄蝶1, 2, 侯爽1, 2, 胡世奥1, 2, 曾勇1, 2, 毛红卫3
    振动与冲击. 2025, 44(18): 209-216.
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    为研究单股七丝钢绞线在轴向拉伸与弯曲共同作用下的疲劳性能(拉弯疲劳)及其破坏机制,设计并开展了2.0m、2.5m、3.0m三种弯曲长度、40mm、50mm和60mm三个竖向位移、56kN、77kN和98kN三项初始轴拉力,共24组工况的试验。试验结果表明:钢绞线均在弯曲应力幅值最大的跨中中央夹具附近部位断裂;依据断裂机制和断口特征的不同,试验中断口形式分为平断式、斜式、杯锥式及劈裂式四种主要类型;一般是弯曲偏转角最大的上层丝首先断裂,其次是中层丝,最后断裂的多数是下层丝;第一根断裂丝的寿命约为1.2~15.9万次,在同一初始水平轴向平均应力下,最后断裂丝的寿命约为第一根断裂丝寿命的1.2~4.3倍;单股钢绞线的拉弯疲劳寿命主要受弯曲应力幅的影响,丝与夹具、丝与丝之间摩擦引起的微动疲劳,加载频率也是重要影响因素。
  • 刘晖1, 2, 3, 朱兆琛1, 2, 巴宁1, 2, 吉柏锋1, 2, 3
    振动与冲击. 2025, 44(18): 217-225.
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    为分析半潜式海洋平台在复杂深海环境荷载作用下的动力响应,本文建立了能综合考虑风浪流等海洋环境荷载的三维数值水池,以南海工作水深为1100m的某半潜式海洋平台为研究对象,研究了该平台在不同海况下的动力响应。先基于N-S(Navier-Stokes)方程和VOF(Volume of Fluid)多相流模型构建了数值水池,利用动网格技术实现流场与海洋平台网格的实时更新;再根据系泊缆刚度计算获得系泊力时程,在平台相应位置施加系泊力而实现系泊系统作用;最后将分析得到的海洋平台动力响应与基于ANSYS的AWQA软件建立数值模型分析得到的结果进行对比。研究结果表明:基于数值水池分析得到的平台纵荡和垂荡响应与基于AWQA软件分析结果较为接近;此外,数值水池的分析结果还展现了流场湍流特性的影响,得到了平台的横荡响应;而且,在百年一遇的海况下,数值水池计算的平台纵荡、垂荡和横荡响应最大位移幅值分别为26.0000m、3.5553m和0.3897m。因此,采用数值水池方法能较好模拟海洋环境,可得到精度较高的动力响应,为半潜式海洋平台的结构设计奠定可靠基础。
  • 振动与机械科学
  • 李建刚1, 2, 3, 高仲杰2, 陈璇2, 关晓伟2, 陈善靖2, 王鑫1, 2, 卢万杰2, 付雄2
    振动与冲击. 2025, 44(18): 226-240.
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    鉴于破碎齿辊弯曲振动模型和破碎机系统扭转振动模型的局限性,为探究冲击—破碎复合负载激励对齿辊和破碎机系统振动特性的影响规律,利用冲击动力学方法和能量法通过Lagrange方程推导出齿辊承受复合负载激励条件下破碎机系统的弯扭耦合动力学方程,并基于Runge-Kutta方法进行数值仿真,分析五种负载激励下破碎齿辊的弯曲振动响应和破碎机系统的扭转振动响应。仿真结果表明,相较于恒定负载激励,扰动冲击负载使齿辊沿负载方向的弯曲振幅增加了87.79%;扰动破碎负载使齿辊在x向和y向的弯曲振幅分别增加了29.36%和29.61%,其扭振角也出现了0.0037rad的增幅;复合负载激励导致齿辊产生0.006 m的弯曲振动响应和0.023 rad的扭振响应,将加速齿辊和传动设备的疲劳损坏,影响破碎机系统的高效作业和可靠运行。研究结果为揭示高能频繁冲击等复合负载激励下齿辊和传动设备的结构动态特性及损伤机理提供了一定的参考。
  • 廖福林1, 黄建亮1, 郑星原2
    振动与冲击. 2025, 44(18): 241-251.
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    为了研究延伸轮齿接触(extended tooth contact, ETC) 效应对齿轮传动系统非线性动力学特性的影响,本文在系统的动力学模型中引入了考虑ETC效应的时变啮合刚度。本文利用增量谐波平衡(incremental harmonic balance, IHB)法求解了齿轮传动系统的全局动力学响应,对比动力学响应表征的理论结果和实验结果,验证了考虑ETC效应系统动力学模型的有效性。通过改进的Floquet理论确定了系统动力学响应的稳定性和分岔特性。基于动力学响应揭示了系统的跳跃现象和非线性软弹簧特性,分析了ETC效应对系统动力学特性的影响,研究了载荷对系统动力学响应稳定性和分岔特性的影响。研究表明,在鞍结分岔点处系统产生跳跃现象;啮合轮齿分离导致系统产生非线性软弹簧特性;随着载荷增大,系统频率响应曲线上的鞍结分岔点在竖直方向向上移动,导致频率响应曲线上的不稳定区域逐渐减小;与不考虑ETC效应相比,考虑ETC效应后系统频率响应曲线的最大振幅减小了9.79%。
  • 故障诊断分析
  • 张震1, 2, 杨世锡2, 3, 何俊2, 3, 周万春1
    振动与冲击. 2025, 44(18): 252-262.
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    针对复杂噪声影响下,轴承故障诊断中出现的故诊断准确率低,泛化能力弱的问题。提出基于最小平均复合熵和并行卷积融合注意力机制卷积神经网络轴承故障诊断模型。gai首先以雷尼熵和样本熵组成的最小平均复合熵作为适应度函数,以改进蜣螂算法作为优化算法对VMD关键参数进行寻优,实现信号故障特征提取。随后将所提取信号特征以格拉姆角场转化为角和场和角差场。最后使用并行融合注意力机制卷积神经网络进行故障诊断。实验数据和台架试验结果表明,本文所提模型分类准确率高达99.3%,与对比模型相比,复杂噪声工况下的抗噪能力提高15%以上,泛化能力提高3.68%。
  • 刘尚坤1, 2, 高策1, 2, 刘随贤1, 2, 张秀花1, 2, 孔德刚1, 2, 王泽河1, 2, 弋景刚1, 2
    振动与冲击. 2025, 44(18): 263-272.
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    为解决经验傅里叶分解方法(EFD)划分信号频谱边界过于密集且需要预设模态分量数目缺乏自适应性问题,提出基于能量谱线改进经验傅里叶分解(ESL-IEFD)的方法,并用于滚动轴承微弱故障诊断中。首先,计算轴承振动信号快速谱相关图的切片集成能量值,并用滤波平滑性能良好的S-G(Savitzky-Golay)算法进行处理,获得能量谱线;其次,以能量谱线局部最小值位置及频谱两端点作为分割边界,合理划分频谱进而自适应确定模态分量数目;然后,利用构建的零相位滤波器和逆傅里叶变换分别对各频段滤波和重构得到各分量;最后,进行包络谱分析,利用故障特征明显的分量诊断轴承故障。仿真和试验信号分析结果表明:相比EFD和优化EFD,ESL-IEFD方法在频谱频段划分上更合理不再过于密集;在故障诊断效果上,既能有效提取内、外圈单一微弱故障特征,又能对内外圈复合故障特征进行分离与提取,能够准确诊断轴承故障类型。
  • 赖梓航1, 罗灵鲲1, 徐德胜2, 胡士强1
    振动与冲击. 2025, 44(18): 273-283.
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    基于深度迁移学习优化的民机故障诊断模型有效解决变工况民机故障诊断任务,进而保障民机部件在复杂工况下的故障诊断任务需求。然而,民机的高安全性需求造成设备故障样本稀缺,进而导致变工况故障诊断任务的高置信度故障样本严重不足且影响故障模型推断。针对上述研究短板,本研究提出了基于条件扩散的故障诊断算法(Condition Diffusion based Fault Diagnosis, CDFD)。首先,结合去噪扩散生成模型对有限的高置信度故障样本进行条件生成增广,解决因样本缺失导致的模型过拟合。同时,针对现有条件扩散技术仅关注样本的条件分布推断的短板,联合考虑故障样本的生成与决策进行耦合优化,有效保障故障样本的生成质量,进而显著提升故障诊断模型的决策泛化能力。实验环节分别在仿真与真实故障数据上进行实验验证,论证了所提出算法在解决真实民机故障任务的高效性。
  • 常琦1, 2, 贺代兵1, 徐勇1, 赵恒1, 高鹤明1
    振动与冲击. 2025, 44(18): 284-290.
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    基于Lamb波相控阵原理的结构损伤定位方法基于其灵敏度高的优点受到广泛关注。本文针对目前线性压电传感器阵列基于相控阵原理的结构损伤定位方法中的定位盲区及虚假成像问题,提出了环形阵列相控阵损伤扫描定位方法。通过结构中央环形布置传感器阵列,采用环形循环激励依次扫描的相控融合定位方法减小定位盲区、避免虚假成像,实现对结构全方位损伤定位成像,并采用概率成像方法提高了定位精度,最后通过实验验证了该方法的有效性和实用性。
  • 黄杰忠1, 2, 杨健1, 陈斯信1, 李东升1, 2, 3
    振动与冲击. 2025, 44(18): 291-301.
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    传统的核主成分分析方法(Kernel Principal Component Analysis, KPCA)在复杂监测数据的处理过程中,受限于数据需满足高斯分布假设及模型的静态特性,导致其在变化环境中的损伤识别效果较差。为克服上述局限性,本文提出一种基于动态核熵成分分析(Dynamic Kernel Entropy Component Analysis, DKECA)的损伤识别方法。该方法首先构建包含历史与当前数据的时滞矩阵,提取监测数据的动态特征;随后,通过核熵成分分析(kernel entropy component analysis ,KECA)选择最大化Rényi熵的核主成分,将数据投影至非线性特征子空间。由于基于Rényi熵的核主成分选择不依赖于数据的特定分布,该方法在处理非高斯数据时具备显著优势。最后,通过构建基于T²统计量的控制图,并结合核密度估计设定阈值实现损伤识别。本文方法应用于环境变化下的木桁架桥和Z24桥损伤识别,并与主成分分析(PCA)、KPCA和KECA进行了对比分析。结果表明,DKECA在非线性、非高斯动态数据的处理及复杂环境条件下的损伤识别中,表现出优于其他方法的性能优势。
  • 李鹏, 吴雨源, 吴湛华, 李永健
    振动与冲击. 2025, 44(18): 302-314.
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    在轴承故障诊断任务中,因Laplace小波字典与故障引起的瞬态冲击高度相似,常被用于字典的构造,然而传统的Laplace字典构造方法采用固定频率和阻尼比来构造字典,难以适应故障冲击成分的时变特性(如因转速变化或载荷波动引起的波动),导致算法性能下降。针对该问题,本文提出了一种向量化参数的字典构造方法,通过动态调整字典原子以适应故障冲击成分的变化,精确提取故障特征。首先根据故障特征频率对轴承原始信号分区,并进行相关滤波选取最优参数区间;其次根据观测信号特征构造时变字典;最后结合基于包络谱峭度的自适应OMP算法完成信号重构,仿真和实验结果表明,所提方法性能在处理时变信号时优于传统方法。
  • 声学研究与应用
  • 吴绍维1, 2, 朱新强3, 向阳2, 邓海华4, 张琳4, 漆琼芳4
    振动与冲击. 2025, 44(18): 315-325.
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    基于波叠加和波数积分理论,提出了一种预报水下振动结构辐射噪声跨弹性海底传播的波数积分叠加方法。在该方法中,采用波数积分理论中位移势格林函数来解析表达波叠加法中自由场空间格林函数形式的等效源来满足信道边界条件,并对等效源强度进行了理论修正,结构辐射的水声和地震波两种跨介质波由一组位于其内部的等效源线性叠加计算,无需对场空间进行截断和网格离散化处理。研究了该方法的计算性能,采用数值算例对该方法的有效性进行了验证。结果表明:该方法能精确预报噪声和地震波两种跨介质物理波场,具有良好的计算稳定性和收敛性。
  • 唐世灏, 何川, 蔡景勇, 陶猛
    振动与冲击. 2025, 44(18): 326-332.
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    高性能声波调控一直是人们所追求的重要目标。近年来,因其优异的透射性能,近零折射率材料受到了研究人员的广泛关注。本文借助自然界中的分形现象,基于皮亚诺曲线和空间卷曲理念改进设计了一阶和二阶的分形结构单元。利用数值计算方法计算了分形结构的透射系数和反射系数,通过等效参数法反演得到了分形结构的等效声学参数。结果表明,一阶和二阶分形结构分别在1456 Hz、884 Hz和1178 Hz展现出较好的近零密度特性,具备小尺度调控大波长的特点。进一步地,基于所设计的分形结构单元制作了不同的声学超材料板,实现了波前整形、声学隐身以及声学单向传输现象。最后,利用3D打印技术制作了相应的分形结构单元样品,并对样品的透射系数进行了实验测试,以评估声波在其内部的传输特性。实测结果与数值分析结果符合较好,验证了数值分析结果的准确性和结构设计的有效性。