振动与冲击

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谭志锋1, 孙尔军2, 汪洋3, 郝国文4, 李燕5, 孙万泉6

振动与冲击. 2025, 44(19): 1-10.

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随着数字孪生和智慧水电的快速发展，面向真实场景的数据驱动建立高效率和高仿真系统模型的需求越发迫切。针对机组系统运行中的关键轴系振动问题，利用Hurst指数和Hilbert边际谱深入挖掘了抽水蓄能机组实测振动信息的内在动力学特征和发生机理，揭示了不同运行工况下时程信号的长记忆特性和非平稳宽频振动特性；利用分数阶微积分具有历史性、记忆性以及非局部性的特点，提出了新的机组轴系分数阶动力学建模理论；结合先前整数阶模型的系统经验参数，并充分利用实测振动数据，优化识别出模型中的分数阶微分参数。通过预估-校正法求解和非线性动力学特性分析，并与传统整数阶轴系模型进行了对比，验证了所构建分数阶模型的有效性和先进性，提高了抽水蓄能机组轴系动力学分析的仿真精度。

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大高差线路非均匀覆冰导线不均匀脱冰跳跃动力响应特性

郭裕钧, 朱鸿雨, 黄桂灶, 甘功伟, 李政, 吴广宁

振动与冲击. 2025, 44(19): 11-21.

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电网在建设过程中不可避免地需要穿越重覆冰区域，对高海拔地区的覆冰勘测表明，线路覆冰厚度会随着海拔变化而变化，这会使得沿档线路覆冰呈现非均匀现象，且线路在外力或者外界环境变化作用下发生的脱冰通常为非均匀脱冰。根据高海拔大高差线路非均匀覆冰特性，定义了非均匀覆冰系数，运用有限元软件搭建了输电线路脱冰跳跃分析模型，计算得到了非均匀和均匀覆冰导线在不同非均匀脱冰方式下的动力特性，探究覆冰方式、脱冰方式、档距和高差对连续档线路冰跳高度、导线张力、杆塔不平衡张力以及冰跳位置的影响规律，并通过真型试验对仿真模型进行了验证。结果表明：非均匀覆冰条件下导线的脱冰动力响应相比于均匀覆冰下有略微提升，在不同脱冰方式下对导线最大跳跃高度位置的影响显著，普遍位于导线档距的049倍~069倍位置处，但整档脱冰依然是冰跳高度最大的脱冰方式，且最大冰跳高度位置主要集中在脱冰档导线中点处。各工况下导线最大张力均未超过初始静态张力，整档脱冰时张力的冲击系数为070，链式脱冰中张力呈单调衰减，冲击系数为103。脱冰过程中的纵向不平衡张力远高于静态状态，冲击系数达146~175。研究结论可为输电线路的设计及除冰方案的制定提供重要参考依据。

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考虑阻尼作用的带水平隔板矩形储罐内液体晃动分析

孟逊1, 孙颖2, 韩慧璇3, 宋爱明1

振动与冲击. 2025, 44(19): 22-30.

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考虑液体晃动阻尼影响，基于流体子域法建立了带水平隔板的二维矩形储罐内液体晃动的半解析模型。引入虚拟界面，将复杂液体域分割为若干个具有简单边界的子域，通过分离变量法和叠加原理求得各子域速度势的一般解，将其代入液面晃动条件与界面连续条件得到关于待定系数的级数方程，对方程作Fourier级数展开即可得到特征方程，从而求得液体晃动特性，基于阻尼理论进一步计算液体晃动阻尼。当储罐受横向激励时，子域速度势由脉冲速度势和对流速度势叠加而成。引入广义坐标，将对流速度势展开为晃动模态的级数形式，再将脉冲速度势和对流速度势代入液面晃动条件获得关于广义坐标的有阻尼晃动响应方程，利用Duhamel积分即可求得晃动响应。

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考虑打滑摩擦的滚动轴承的振动特性分析

涂文兵1, 2, 高宏2, 杨本梦3, 娄元阔2, 葛可可2

振动与冲击. 2025, 44(19): 31-39.

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打滑产生的滑动摩擦是诱发滚动轴承振动的一个重要激励，而现有轴承振动特性分析普遍基于纯滚动假设，忽略打滑摩擦的影响，与实际情况存在一定偏差。为研究打滑摩擦对轴承振动的影响，根据库仑摩擦定律，通过考虑滚动体和滚道的相对滑移，通过时变摩擦函数计算其打滑摩擦力，综合考虑轴承元件之间的接触、阻尼、非连续性碰撞等非线性因素，建立了滚动轴承动力学模型，对比分析了考虑打滑摩擦与纯滚动情况下轴承振动的差异，研究了考虑打滑摩擦情况下不同工况和结构参数下滚动轴承的振动特性。结果表明：打滑摩擦会显著影响轴承振动，尤其在轻载高速情况下，建立考虑打滑摩擦的滚动轴承动力学模型能使模型更加准确，更符合实际情况；轴承的打滑和振动随着兜孔间隙和径向游隙的增大而增大，随着滚动体个数的增加而减小，且滚动体个数存在一个合理的数目能有效优化轴承振动。结果可为轴承的优化设计以及打滑振动特性分析提供理论依据。

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考虑结合面接触刚度的螺栓连接松动行为研究

李玲1, 2, 张晨卓1, 2, 李瑶1, 2, 王晶晶1, 2, 程福安1

振动与冲击. 2025, 44(19): 40-50.

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结合面接触刚度对螺栓松动行为有着显著影响。因此，引入结合面接触刚度模型，建立了考虑结合面接触刚度的螺栓松动模型，并与Nassar模型和螺栓松动试验结果对比验证了所建模型的准确性。基于所建立的模型，深入分析了螺栓尺寸、初始预紧力、摩擦系数及螺距等参数对临界横向载荷与预紧力变化的影响。结果表明：螺栓尺寸同为M12时，临界横向载荷随着初始预紧力、头下端面摩擦系数、螺纹面摩擦系数和螺距的增大分别相对提高了23%、66%和75%和8%，随牙型半角的提高相对降低了20.4%；M10螺栓临界横向载荷随螺距增大而先增后减，相对提高了3.5%；M8螺栓临界横向载荷随螺距增大先保持不变后降低，相对降低了1.1%；在相同的初始预紧力、头下端面摩擦系数、螺纹面摩擦系数、螺距和牙型半角情况下，临界横向载荷随螺栓尺寸的增大分别相对提高了44%、20%、57%、42%和45.6%；松动率随初始预紧力、头下端面摩擦系数、螺纹面摩擦系数和螺栓尺寸的增大而分别相对降低了15%、27.4%、8.7%和22.2%，随螺距、牙型半角和横向载荷幅值的增大而分别相对提高了28.3%、4.3%和11.6%。研究结果为优化螺栓连接设计提供了重要的参考依据。

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基于复合铰链约束的坐姿人体多体动力学模型

张志刚, 姚周, 赵登峰, 付志军

振动与冲击. 2025, 44(19): 51-56.

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为精确模拟人体振动响应，提出了一种基于复合铰链约束的坐姿人体多体动力学模型。将人体划分为头颈部、上躯干、中躯干、下躯干和大腿臀部五个主要部分，并通过滑移-转动复合铰链连接各部位。基于运动学递推关系和虚功率原理，建立了坐姿人体多体动力学控制方程。通过对系统非线性动力学方程进行线性化处理，推导了坐姿人体多体动力学模型的视在质量和座椅-头部传递率等关键参数。采用归一化视在质量和座椅-头部传递率的平方加权作为目标函数，利用公开的坐姿人体振动试验数据对模型中的弹簧和阻尼进行了参数辨识。基于所建立的多体动力学模型，分析了坐姿人体振动特性。仿真结果表明，本文模型计算得到的人体振动响应曲线与试验数据具有良好的一致性，所得振动模态能更准确地反映人体实际运动特征。

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基于能量法的泵喷推进系统模态水动力阻尼特性研究

师帅康1, 何景异2, 黄修长1, 汤王豪1, 华宏星1

振动与冲击. 2025, 44(19): 57-65.

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为合理地预测非定常力作用下泵喷推进系统的结构响应，流固耦合效应所产生的水动力阻尼不可忽略。不同模态的水动力阻尼量级决定了该模态对系统响应的贡献。针对泵喷推进系统的多模态水动力阻尼问题，本文首先基于CFD（Computational Fluid Dynamics）和耦合FEM（Finite Element Method），采用能量法对螺旋桨水动力阻尼特性展开数值研究。结果表明，能量法适用于水下叶轮机械水动力阻尼的研究，满足工程分析的需要。随后，基于能量法对简化泵喷推进系统多模态水动力阻尼特性展开数值研究，从非定常力做功的角度揭示影响水动力阻尼大小的主导因素。结果表明，转子主导的模态水动力阻尼较轴系主导模态的水动力阻尼高，转子轴系耦合模态水动力阻尼幅值大小则不固定，其主要取决于耦合系统中转子的振型及固有频率的大小；导管振动主导的模态水动力阻尼远高于定子振动带动导管运动的模态。水动力阻尼具有明显的模态依赖性，不同模态阻尼比幅值差距大，非定常力做功的影响显著高于固有频率。

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圆形腔体与矩形腔体非堆积颗粒阻尼器减振性能对比试验研究

黄绪宏1, 2, 李小军3, 张纪刚1, 田超杰4, 赵玉亮1, 苗吉军1, 2

振动与冲击. 2025, 44(19): 66-77.

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作为一种减振性能良好、耐久性能优异的被动减振装置，颗粒阻尼器对于复杂环境下结构抗震韧性提升具有较好的应用前景。考虑实际工程应用过程中外部激励方向的不确定性，提出一种圆形腔体非堆积颗粒阻尼器，依次进行简谐激励及地震动记录下振动台试验研究，并设计两类矩形腔体颗粒阻尼器进行对比，初步分析单向激励下不同腔体形状颗粒阻尼器减振性能。开展简谐激励下振动台试验研究，对比分析不同腔体形状非堆积颗粒阻尼器对应的颗粒群运动状态，并结合颗粒群运动状态分析不同腔体形状下填充率、激励频率及激励幅值对减振性能的影响规律及作用机理；开展地震动激励下振动台试验研究，对比分析不同腔体形状下地震动类别及加速度峰值对减震性能的影响规律。研究结果表明：不同腔体形状颗粒阻尼器颗粒群运动状态可大致分为局部冲击状态、整体冲击状态及类液化状态，同一运动状态不同腔体形状下颗粒群运动及耗能机理存在差异；当填充率较小时，圆形腔体颗粒阻尼器减振性能显著低于矩形腔体颗粒阻尼器，随着填充率的增加，因腔体形状引起的减振性能差异性逐渐减小，部分工况下圆形腔体颗粒阻尼器减振性能更加优异。上述对比试验研究为进一步开展复杂激励下颗粒阻尼器减振性能研究及颗粒阻尼器在实际工程应用提供相关研究基础。

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电力变压器暂态振动信号时频图谱特征增强及绕组状态判别

刘云杰1, 王丰华1, 金玉琪2, 金凌峰2, 钱盾2, 杨智2

振动与冲击. 2025, 44(19): 78-86.

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针对变压器发生早期绕组变形时暂态振动信号特征微弱的辨识难题，本文提出了一种基于时频图谱聚类分析的变压器暂态振动信号特征增强及绕组状态判别方法。即根据变压器遭受短路冲击时暂态振动信号的强时变特性，综合同步挤压S变换（Synchrosqueezed S Transform, SSST）与核熵成分分析（Kernel Entropy Component Analysis, KECA）获取了凸显其主要特征的时频图谱，然后运用K-means++聚类算法基于特征子集划分对时频图谱进行了特征增强，据此定义了时频主成分熵判别遭受短路冲击后的变压器绕组状态。对某220kV变压器短路冲击试验下暂态振动信号的计算结果表明：所提方法极大增强了变压器暂态振动信号的时频图谱特征，所定义的时频主成分熵能有效提升变压器的绕组变形检出率，当其增幅超过20%时，建议关注遭受短路冲击后的变压器绕组状态。

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参数未知的多涡卷混沌系统的异维函数联动同步

胡竞宜1, 王聪1, 马萍1, 张宏立1, 王宏志2, 杨玉佩1

振动与冲击. 2025, 44(19): 87-97.

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多涡卷混沌系统因其复杂性与不确定性在保密通信等领域具有显著应用价值。针对含有不确定参数的多涡卷混沌系统，提出异维函数联动同步方案及参数辨识方法。首先，分析多涡卷混沌系统的动力学行为，以证明该类混沌系统的优越性；其次通过设计异维函数联动同步控制器实现多涡卷混沌系统的同步控制，并借助自适应控制机制提升对未知参数的兼容性与灵活性。然后，通过数值仿真验证异维函数联动同步方案，引入均匀随机噪声扰动，证明所提同步方法在面临外部干扰时具有更强的鲁棒性；同时与传统函数投影同步方法和广义错位修正函数投影同步方法对比，并计算同步前后系统时间序列的排列熵和近似熵，进一步证实异维函数联动同步能有效应对系统参数变化，快速实现稳定同步。最后，利用该同步设计混沌掩盖安全通信方案，进而验证所提方法在提升系统安全性与稳定性方面的优势。

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偏航尾流影响下风力发电机叶片寿命预测

李湘晖1, 鲁昊2, 杨盼盼3, 杨云3, 高晓霞2, 贾启彤1, 杨凌瑞1

振动与冲击. 2025, 44(19): 98-105.

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为对偏航尾流影响下风电叶片的疲劳寿命及可靠性进行预测与评估，开展了尾流影响下叶片载荷、功率计算及寿命预测研究。针对复杂来流随机载荷，研究基于耦合偏航尾流的改进叶素动量（BEM）方法，以计算叶片在偏航条件下的力矩及功率，并以此建立耦合风力机三维偏航非均匀全尾流模型（Y-3DJGF模型）的改进的BEM方法模型；基于Miner累积损伤理论及全概率公式，得到随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命预测模型；开展自然风实验研究，通过上述两模型耦合对自然风进行预测，得到偏航下叶片寿命变化情况。本文方法能够有效预测偏航尾流影响风电叶片复合材料的疲劳寿命及可靠性，为随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命预测及可靠性试验评估提供理论依据。

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旋转惯性双调谐质量阻尼器的人致结构减振优化设计

王鹏程

振动与冲击. 2025, 44(19): 106-113.

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针对传统调谐质量阻尼器附加质量过大的问题，本文将轻量化旋转惯性双调谐质量阻尼器（RIDTMD）应用于大跨度楼盖人致振动控制，并提出了融合遗传模拟退火算法与数据驱动修正技术的两阶段参数优化设计方法，以突破现有解析理论忽略主结构阻尼的理论局限。具体而言：首先构建以主结构加速度响应极小化为目标的优化框架，通过全频域遍历计算获取高置信度RIDTMD最优参数数据集，进而采用四分位距准则清洗数据，结合张量基函数展开式非线性映射技术，构建嵌入主结构阻尼效应的参数修正因子补偿模型。研究结果表明，优化算法可在30次迭代内实现稳定收敛，参数拟合优度超过0.9975，主结构加速度频响峰值预测误差严格控制在5%工程阈值内；相较于解析公式，修正公式可使RIDTMD减振效果在主结构无阻尼工况下提升1.96%~3.85%，在阻尼比0.05时提升幅度达5.31%~9.80%，并显著消除核心控制频段的非对称三峰现象，为楼盖振动控制提供了兼具理论创新性与工程实用性的解决方案。

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湍流边界层壁面脉动压力波数-频率谱归一化研究

冯奕腾1, 胡海豹1, 杜鹏1, 章荣平2, 赵鲲2

振动与冲击. 2025, 44(19): 114-124.

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波数-频率谱是描述湍流边界层壁面脉动压力相关特性的重要统计学工具。为了进一步掌握湍流边界层壁面脉动压力共性特征，从而支撑预测模型构建，需开展湍流边界层壁面脉动压力波数-频率谱归一化研究。首先基于由Lighthill方程推导建立的可压缩基湍流边界层壁面脉动压力波数-频率谱预测模型，通过源项优化推导建立了波数-频率谱归一化方法。然后，在低速风洞中开展平板湍流边界层壁面脉动压力测量实验，通过运用热线风速仪获得了近壁面速度分布特征，支撑了归一化方法构建；利用表面阵列，获得了不同风速下湍流边界层壁面脉动压力自谱、波数-频率谱特征。最后，基于实验数据，验证了所构建的波数-频率谱归一化方法。研究表明通过对预测模型中源项进行合理的优化，可形成波数-频率谱归一化方法构建；表面阵列可以实现对湍流边界层壁面脉动压力自谱以及波数-频率谱的测量，能够较为准确的反映湍流边界层壁面脉动压力的相关特性；通过对波数-频率谱的归一化，验证了归一化方法的适用性，可以认为归一化波数-频率谱与马赫数、雷诺数等无关。此研究可为航空、航海、高铁等工程领域的流致噪声问题研究提供理论支撑。

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一种多方向的压电-电磁振动能量收集器

刘俊杰1, 宋芳2, 章伟2, 史晓帆2

振动与冲击. 2025, 44(19): 125-130.

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为了提高能量收集器的工作效率和环境适应性，本文提出了一种可多方向进行收集的压电-电磁复合式能量收集器。首先对该收集器进行了模型设计，建立了理想条件下的参数模型并推导出功率输出表达式，然后优化了收集器的实物模型，搭建了实验平台，探究收集器在低频激振下的输出特性，最后接入能量管理电路，得到稳压整流后的实际输出。实验结果表明，压电部分两压电片串联后的功率最大值为7.31mW，在0~90°的倾斜角度范围内，直角梁结构的多方向收集性能显著优于传统单悬臂梁结构；电磁部分瓦型磁铁结构的最大功率为3.52mW，是立方体磁铁结构的2.4倍；收集器经能量收集模块整流稳压后的电压可达到2.8V，验证了该收集器的合理性和可行性。

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微型抗冲击应急监测机器人创成设计研究

马龙1, 刘英杰1, 常睿2, 张玥1, 蔡月日3

振动与冲击. 2025, 44(19): 131-140.

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针对当前应急监测机器人在面对矿山事故、灾害应急等高风险复杂救援环境时存在部署难度大、抗冲击能力不足等问题，提出一种微型抗冲击应急监测机器人的设计理念。通过柔性结构板和柔性铰链的组合布局，实现微型机器人结构柔度和刚度的合理分配，进而实现通过结构柔性变形吸收冲击能量的目标，通过柔性车身模块、驱动结构以及轮轴结构之间的相互配合，使机器人结构具备弹性转动和大变形能力，能够在坠落、碰撞等高冲击环境中保持结构完整性，同时具备良好的运动性能和灵活部署能力。基于上述创成设计理念，研制微型抗冲击应急监测机器人MKYJ-R1样机，进行运动性能与抗冲击能力测试实验。实验结果表明，该机器人车身尺寸与质量可满足狭小复杂作业环境下的快速部署需求，具备灵活运动能力，可实现对作业环境气体与图像的监测，同时可承受6m以上的坠落冲击，并且以四轮着地的姿态坠落较为安全。该研究成果将机器人的微型化设计与抗冲击设计进行了有效融合，为微型抗冲击应急监测机器人在矿山救援、灾害应急等场景中的大规模应用提供了技术基础和理论支持。

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基于冲击响应谱与伪速度冲击隔离率的隔冲效果评价方法

惠安民

振动与冲击. 2025, 44(19): 141-148.

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传统的冲击隔离效果评价指标与方法在评价隔离装置冲击防护效果时，因其应用不同的评判理念导致评判结果存在差异性与片面性。首先梳理了几种应用广泛的冲击隔离评价指标，并介绍冲击响应谱与伪速度的相关概念。以伪速度为研究基础，推导出系统遭受冲击后其内部所受应力与伪速度的正比关系。然后提出伪速度冲击隔离率这一指标用以评价隔离装置的冲击隔离效果。利用某碟簧冲击隔离装置展开冲击隔离试验，并应用传统的冲击隔离评价指标与所提出的伪速度冲击隔离率评价指标评价隔冲效果并进行对比，结果表明：被防护装置在冲击环境下被损毁的直接原因为被防护装置受冲击后所遭受的伪速度大小，而非加速度大小。伪速度评价指标含有频率信息，比常用的冲击隔离效果评价指标更加全面、准确；碟簧隔离装置的冲击隔离能力与被防护装置本身固有频率相关，分为：冲击放大区间（系统固有频率的1.3倍区间内）、改善冲击隔离区间（系统固有频率的1.3倍至13倍区间）以及最佳冲击隔离区间（系统固有频率的13倍以上区间），各频率区间临界点不随外界冲击环境变化产生变化，且最大冲击放大倍率出现在隔离系统本身固有频率附近。

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船用电液伺服作动系统液压冲击响应与试验研究

丁泊文1, 何俊2, 宋显成2, 张玉强2, 刘均1

振动与冲击. 2025, 44(19): 149-157.

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为研究船用电液伺服作动系统液压冲击特性，基于典型电液伺服作动系统数学模型，利用Matlab平台Simulink模块对其冲击载荷进行计算分析，并进行液压冲击载荷影响因素分析，开展液压作动器冲击响应试验，研究液压冲击载荷下系统的冲击响应特性，同时利用有限元方法开展其冲击响应数值计算，并将试验与数值结果进行对比。结果表明：在其它条件保持一致的情况下，液压作动器运动到一端后立即换向会比停留一段时间后再换向造成的液压冲击载荷更大，冲击载荷峰值增幅与负载力曲线型式有关；选用具有较小加速度的平滑位移指令可以有效抑制换向产生的液压冲击，液压冲击载荷随负载质量增大而增大，而比例增益系数对其影响较小；采用电液伺服作动系统数学模型与有限元相结合的方法实现液压系统冲击响应的预报是有效的。

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移动荷载下飘浮体系斜拉桥主梁纵向振动响应估算方法

吕龙1, 2, 3, 余帅1

振动与冲击. 2025, 44(19): 158-165.

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车辆荷载下斜拉桥主梁频繁纵向振动使支座、阻尼器等磨损，影响行车安全性。将引起主梁纵向位移的移动荷载等效为作用于主梁的纵向荷载，基于一阶模态将斜拉桥等效为单自由度体系，求解此等效单自由度体系在等效纵向激励下振动响应，通过叠加原理得到多个移动荷载下斜拉桥主梁纵向振动响应估算公式，并验证了此估算方法有效性，研究了列车荷载下斜拉桥主梁纵向振动规律。结果表明：基于等效一阶模态体系的估算方法得到的桥梁响应与数值分析结果保持一致，其最大值误差在10%范围内，列车荷载下飘浮体系斜拉桥主梁发生纵向共振，这是单个荷载过桥时的等效纵向加载频率与桥梁一阶纵向振动频率接近导致，提出的估算方法能有效的揭示此规律。

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双足行人－桁架结构相互作用研究

高延安1, 曾园园1, RAJU Mahedi Hasan1, 杨庆山2, 王立彬1, 彭宁波1, 董云1

振动与冲击. 2025, 44(19): 166-175.

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针对桁架桥在行人激励下的动力响应问题，提出了一种创新性的双足行人－桁架结构动力耦合模型。该模型突破传统分析中仅将行人作用简化为纯荷载作用的局限，并基于拉格朗日方程构建了双足人－桥系统全耦合动力学框架，实现了对行人步态周期与结构振动响应的实时交互模拟。理论推导表明，模型通过生物力学特征参数化建模，能够精准捕捉人体行走时重心轨迹的谐波特性及对结构的作用。数值分析结果表明，当行人以不同步频通过桁架结构时，体系呈现显著的非线性动力响应，结构频率随行人速度增加呈现先增后减的抛物线型变化规律，在特定步频区间内诱发结构次谐波共振现象。该研究成果不仅揭示了行人－桁架结构耦合系统的双频调制机制，其提出的参数化建模方法更可推广至运动人群荷载场景，可进一步分析群体行走模式对桁架结构动力特性的累积效应，为大型公共建筑、人行天桥等工程结构的振动服务性设计提供了理论支撑。

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基于力学特征的RC矩形实心及空心墩抗剪强度数据驱动模型

李贵乾1, 吴畅2, 庞彪1, 邵俊虎3

振动与冲击. 2025, 44(19): 176-192.

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为获得较准确的钢筋混凝土矩形墩抗剪强度预测模型，建立了包含755组剪切或弯剪破坏为主的实心墩及空心墩抗剪强度数据集；以混凝土、箍筋、纵筋及轴力的抗剪贡献为力学特征，构建了矩形实心及空心墩的抗剪强度数据驱动模型，并采用蒙特卡洛法检验了模型的最佳参数空间；对既有模型、数据驱动模型的预测性能进行了评估与比较；并讨论了位移延性对抗剪强度的影响，抗剪强度模型安全评价，实心和空心墩抗剪强度统一化等问题。研究表明：本文基于力学特征的线性模型可不考虑位移延性的影响，具有较强的实用性；绝大部分既有模型在平均意义上较大程度高估了实心墩的抗剪强度，而空心墩的预测结果均值总体较好，但两者的变异系数均较大；对686组实心墩和69组空心墩试验结果，本文实心和空心墩抗剪强度模型预测值与试验值之比的均值、变异系数分别为0.996、0.137和1.035、0.166，给出了准确、稳定的预测结果，远优于既有模型；既有模型的安全可靠度偏低，本文实心和空心墩抗剪强度模型采用0.82和0.76的折减系数后，安全可靠度均约达95%，安全性较高，经济性较好，可作为矩形墩抗剪能力设计和安全评估的参考；且本文实心和空心墩抗剪强度统一模型也具有较高的预测精度。

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悬挑屋盖的风致响应非高斯特性研究

段心一1, 张乐乐2, 余先锋1, 江毅3, 谢壮宁1

振动与冲击. 2025, 44(19): 193-201.

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悬挑屋盖的迎风边缘部位，由于严重的旋涡分离和脱落且存在密集的局部振型，在结构抗风实践中发现其风致响应呈现出较强的非高斯特征，若按高斯分布处理则会低估结构的峰值响应，进而影响结构抗风安全性。文中首先统计了几个悬挑屋盖风致位移响应的峰度与偏度，证实了非高斯特征的客观存在性。然后以某会议中心悬挑屋盖为研究对象，根据其刚性模型同步测压结果，详细研究了悬挑屋盖结构风致响应的非高斯特性及其影响因素，对比了采用高斯和非高斯方法的位移响应极值估计结果的差异，并计算了相应响应极值估计下的等效静风荷载。结果表明：风致响应的非高斯性弱于风压；屋盖悬挑部位通常是非高斯高负压和高阶振型值区域，其响应的非高斯特征也更为明显；较大的结构阻尼比会抑制响应的共振分量，从而强化响应的非高斯性；在估计非高斯响应的极值时，采用高斯过程的极值估计方法会显著低估响应的极值。

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基于非线性多项式涡激力模型的桥梁涡振响应有限元分析方法

朱志昂, 孟晓亮

振动与冲击. 2025, 44(19): 202-211.

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现有大跨度桥梁涡振响应分析大多针对涡振位移预测，而直接求解涡振内力响应的可靠方法较少。基于此，本文首先基于应用较多的非线性多项式涡激力模型，推导了大跨度桥梁涡激振动时多自由度运动微分方程的离散化格式，建立了非线性多项式涡激力模型作用下，大跨度桥梁的非线性气动刚度、非线性气动阻尼矩阵；其次，在此基础上利用Newmark-β方法求解上述多自由度非线性涡激共振运动微分方程，同步获得了大跨度桥梁桥梁非线性涡激共振的位移和内力响应；最后以我国东南沿海某跨海大桥中的连续钢箱梁引桥作为工程背景，通过风洞试验确定了该桥主梁的非线性多项式涡激力模型和模型参数，利用本文建立的有限元方法获得了该桥的涡振位移响应，通过将本文位移计算结果与现有涡振振幅换算方法获得的结果进行对比后发现，两者对于涡振位移响应的预测结果相近，误差约在3%左右，验证了本文方法的有效性。研究结果表明，本文建立的基于非线性多项式的大跨度桥梁涡振响应分析的有限元方法，能够有效预测大跨度桥梁非线性涡振位移响应，显著提高涡振内力与应力响应的求解效率，该方法的建立不仅有助于大跨度桥梁抗风理论的完善，且具有显著的工程实用价值。

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基于互易原理的船舶辐射噪声实时评估方法研究

彭涛1, 2, 徐荣武1, 2, 程果1, 2, 张家瑞1, 2, 姚震宇1, 2, 崔立林1, 2

振动与冲击. 2025, 44(19): 212-218.

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针对船舶机械设备辐射噪声评估中激励设备受限、振动耦合严重等问题，提出基于力-声互易原理的辐射噪声实时评估方法。通过建立力-声互易传递函数反向计算模型，结合虚拟力法实现设备激励力的等效重构，构建振动-声辐射传递关系的在线求解框架。实船试验以某型船用往复泵为对象，采用UW350声源开展互易法反向测试，结果表明：50-1000 Hz频段内辐射噪声总级评估误差小于2 dB，1/3倍频程频带级误差多数小于3 dB。该方法有效规避了传统激振测试的空间限制，为船舶辐射噪声实时监测提供了新途径。

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风琴管喷嘴淹没空化射流及声学特性数值模拟研究

杜炳鑫, 陈进, 陈正寿, 范海栋

振动与冲击. 2025, 44(19): 219-230.

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本研究采用大涡模拟和FW-H声类比方法，开展风琴管喷嘴的空化流场和声场特性研究，重点评估其空化效果及清洗噪声对大黄鱼养殖的影响。流场研究结果表明，与传统缩放型喷嘴相比，风琴管喷嘴由于自振效应的影响，喷嘴喉部的湍流边界层更加明显，有利于空泡群的生发，其工作产生的空泡体积平均值可达到缩放型喷嘴的1.8倍。在外流场中，风琴管喷嘴具有射流轨迹窄、空泡云分布集中的特点，在10倍管径的近流场区域内其空化性能优于缩放型喷嘴。空化声场研究结果表明，自振型风琴管喷嘴在大黄鱼声敏感频带内没有明显的峰值噪声，其工作噪声以2000Hz以上的高频噪声为主，并在顺流侧平面呈现“枫叶”状的指向性分布。考虑到大黄鱼的听力曲线，计权后的风琴管喷嘴远场监测点总声压级较缩放型喷嘴的总声压级低10dB以上，其对大黄鱼的影响范围保持在半径小于0.7m的区域，适用于大黄鱼深水养殖网箱的低噪声清洗作业。

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基于SEA及ENR方法的皮卡发动机噪声优化研究

陈文清1, 2, 黄超勇1, 2, 钟秤平1, 2, 3, 王理周1, 2, 韩海洋1, 2, 邓磊1, 2

振动与冲击. 2025, 44(19): 231-239.

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针对某柴油皮卡发动机噪声大、隔声性能不足问题，提出一种基于统计能量法（SEA）与发动机噪声衰减（ENR）结合的噪声优化方法。首先，建立了一种基于不同厚度材料插入损失与表面吸声系数的整车SEA模型；其次，提出了一种发动机噪声衰减的评估方法，通过实测与SEA仿真进行对标，保证了SEA模型的精确性；然后，基于SEA模型进行能量贡献度占比分析，识别了发动机噪声传递的关键路径；最终，通过优化前围隔音垫、翼子板隔断、中通道隔音垫及侧窗玻璃等关键零件，发动机噪声衰减量提升2-5dB，道路加速工况车内500Hz以上噪声优化1-5dB，语言清晰度提升4%-12%AI。

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相控阵激光超声声场分布及管道缺陷检测数值模拟

张子晟1, 李忠虎1, 张鑫宇2, 王金明1, 杨立清1

振动与冲击. 2025, 44(19): 240-247.

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相控阵激光超声以其高信噪比和可灵活调节特定模态超声波传播特性等优势，可用于管道结构的无损检测。针对X80管道缺陷检测问题，利用在热弹机制下阵列激光激发多模态超声波的理论模型，采用有限元方法数值模拟多模态激光超声波在材料中的声场分布、传播特性及其与缺陷的相互作用。结果表明，相控阵激光源较线激光对特定方向的超声波有明显的增强作用，可有效提高检测信号信噪比；所激发出的高能瑞利波和高能横波可分别用于定量检测样品中的表面裂纹和内部缺陷。模拟结果为相控阵激光超声检测的进一步研究提供了理论依据。

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高速动车组轮轨高频激励下轴箱轴承载荷特性分析

石怀龙, 周俊屹, 王勇, 陈龙飞

振动与冲击. 2025, 44(19): 248-256.

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为掌握高速动车组轴箱轴承的载荷特征，采用车辆-轴承系统精细化动力学仿真方法研究了轮轨高频激励下轴箱轴承载荷演变规律。建立含精细化轴承力元的车辆系统动力学模型，并与台架试验结果进行对比验证；仿真分析轨道随机激励和轮轨高频激扰下轴承载荷分布规律，阐明轴承载荷波动机制。研究表明：车速对轴箱轴承径向载荷均值基本无影响，但高速条件下的载荷波动范围增大；轨道不平顺越差，载荷波动范围越大；车轮多边形磨耗阶次对轴承载荷无明显影响规律，当多边形激扰频率接近轮对固有模态频率时，会加剧轴箱振动并导致载荷增大；车轮多边形幅值越大，轴承载荷均值越大，建议将18~24阶多边形的幅值控制在0.04 mm以下；钢轨波磨的波长越长，轴承载荷波动范围越小，均值基本不变；相比于长波波磨，短波波磨会使轴承载荷波动范围明显增大，波磨幅值越大轴承载荷越大，建议将波长50~70 mm的波磨幅值控制在0.2 mm以下；轮轴横向力作用下四列轴承会发生偏载，同侧两列轴承的偏载规律相反，但四列轴承的轴向力总和与轮轴横向力平衡。研究结果可为轴箱轴承载荷监测和动态评估提供理论参考。

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一种基于AE-SVD模态重心频率的汽车助力转向泵裂纹转子在线辨识研究

祝新军1, 李明2, 金丹1, 裘杭锋3, 刘冬3

振动与冲击. 2025, 44(19): 257-263.

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针对汽车助力转向泵转子裂纹的动态辨识问题，提出了一种基于多传感器的声发射（AE，acoustic emission）重心频率的判定方法。首先，在同一个泵体中分别安装合格与裂纹转子，在同样的试验条件下从吸油和压油盘附近采集4路AE信号，采样频率为1MHz。然后，从4个传感器采集的AE信号中按照单个周期长度截取子信号，经白化处理后构造AE信号矩阵，并对AE信号矩阵进行SVD分解，根据分解结果提取4个正交模态向量。最后，对每个正交模态进行3层小波包分解，分别计算第3层前4个节点的重心频率，并通过与阈值的比较实现裂纹转子的判定。研究结果表明，在压力7MPa和转速1000r/min的试验条件下，对SVD分解得到的第2个模态进行3层小波包分解后，第2个节点的重心频率在阈值为95kHz时能够可靠识别裂纹转子。

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基于振动信号的岸桥小车轨道螺栓松动监测研究

哈斯叶提•江阿兰1, 2, 林伟华2, 陈务军1, 赵良2

振动与冲击. 2025, 44(19): 264-272.

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针对港口集装箱岸桥主铰处轨道螺栓易松动带来的安全隐患及目前人工巡检耗时费力、难以满足数字化、智能化需求的问题，提出基于小车加速度信号分析的螺栓松动监测方法。首先通过采集并预处理加速度数据，利用最大重叠离散小波变换（Maximal Overlap Discrete Wavelet Transform）进行精确定位，其次在不同速度、不同载荷的小车工况以及不同位置、不同方向的加速度信号下，对比分析了螺栓紧固与松动状态的小车加速度响应特性。最后提取多种特征值后训练分类模型并对比，实验验证表明，支持向量机模型对紧固与松动状态识别准确率最高，可达到97.5%，为智能监测及港口安全运营提供了有力支撑。

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航空发动机关键零部件螺栓松动早期智能检测方法研究

秦海勤1, 秦敏1, 李文路1, 2, 赵纬1, 刘坤1, 王金瑞3

振动与冲击. 2025, 44(19): 273-280.

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针对航空发动机关键零部件的螺栓松动检测存在的螺栓松动机理模型复杂难建立、松动早期难识别以及非线性和非平稳特性的信号特征难提取等问题，本文提出一种基于深度学习的螺栓松动早期智能检测方法。首先，批量归一化对数据的使得所建立的批量归一化堆叠自动编码器（BNSAEs）模型收敛速度更快，模型易建立且有效。其次，直接根据振动响应信号进行螺栓松动的智能识别，不仅保留了数据的原始特征且无需复杂模型的计算，松动易识别且信号特征易提取。最后，以两种航空发动机关键零部件常用的螺栓连接结构为例验证了所提方法的有效性。

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声发射-微振动特征融合的谐波减速器性能退化评估

张熠鑫, 徐洋, 王腾飞, 解国升, 余智祺, 马智宇

振动与冲击. 2025, 44(19): 281-287.

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为了确保工业机器人关节的稳定性和安全运行，准确评估谐波减速器的性能退化至关重要。针对现有性能退化评估方法多使用单一信号，难以全面捕获退化过程关键信息的问题，提出了一种基于遗传编程算法的自适应特征融合方法，通过结合声发射和微振动传感器数据，构建能够有效反映谐波减速器健康状态的多阶段健康指标。首先，对声发射和微振动信号进行多特征提取，分析信号特征的单调性、相关性、可预测性和鲁棒性指标。其次，利用熵权法对各指标进行线性加权，构建综合评价指标，基于最高指标得分筛选最优特征。最后，采用遗传编程算法融合最优特征，生成最终的健康指标。实验结果表明，所构建的健康指标能够精准捕获谐波减速器各退化阶段的损伤拐点。相较于单一特征，该指标更有效地揭示了损伤演化过程固有的近似单调趋势，且在单调性、可预测性和鲁棒性等方面表现更为优越，为谐波减速器的预防性维护提供了强有力的支持。

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基于改进附加质量的筒仓结构散-固耦合地震响应研究

陈佳1, 丁永刚1, 2, 许启铿1, 2, 刘强1, 2

振动与冲击. 2025, 44(19): 288-297.

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地震作用下粮食散体与筒仓结构的散-固耦合作用会导致仓壁上产生较大的动态侧压力，造成筒仓结构功能失效。为了快速准确评估筒仓结构的散-固耦合地震响应，本文提出一种改进附加质量的筒仓结构动力分析模型和表述仓内附加质量分布规律的计算方法。将粮食散体对仓壁某点处产生的动态侧压力，等效为在该点附加一定质量的粮食散体与仓壁一起运动而产生的惯性作用，不再考虑除此之外的其它部分贮料在该点处对仓壁动态侧压力的贡献。基于改进附加质量的筒仓结构散-固耦合动力简化模型，通过数值分析研究了不同地震波和不同加速度峰值下筒仓结构的地震响应。多工况系列动力时程分析验证表明：改进附加质量法可以精准并高效实现粮食散体与筒仓结构散-固耦合地震响应分析。基于不同贮料高度的参数研究发现筒仓结构仓壁和仓内贮料加速度响应与结构高径比和加速度峰值成双线性关系。动态超压沿仓壁高度方向的分布不同于EC8规定，呈现非线性趋势，且超压峰值集中在筒仓中下部。改进的附加质量模型可实现筒仓结构散-固动力耦合解耦计算，有效避免颗粒与筒仓结构非线性复杂动力问题。

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山区深水库区桥梁地震易损性及其参数影响分析

吴凤波1, 2, 王娜2, 刘海明1, 凌浩2, 耿波1, 冯玉涛2

振动与冲击. 2025, 44(19): 298-305.

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中国西南地区分布着大量入水深度较大的桥梁，这些深水桥梁易受地震作用影响，其地震易损性分析具有重要意义。既有研究在探讨结构参数相关性及地震方向性对深水桥梁易损性的影响方面存在不足。为此，论文综合运用高斯过程回归（GPR）和Nataf变换方法，提出了一种快速分析深水桥梁地震易损性的方法，该方法充分考虑了桥梁参数的不确定性及其相互关联性。基于该方法，探讨了地震方向性、桥梁入水深度及结构参数相关性对深水桥梁地震易损性的影响，并以某库区深水刚构桥地震易损性分析为例对所提方法进行了说明。结果表明：不考虑结构参数相关性会增加桥梁的破坏概率，深水环境会增加桥梁结构的损伤概率，且地震作用方向对构件易损性影响明显。此外，深水环境会使地震方向影响桥梁易损性的规律发生变化。

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强震作用下海上风机大直径单桩周围砂质海床液化研究

王秋哲12, 牛亚卫1, 黄晨乾1, 白笑笑1, 赵凯1, 陈国兴1

振动与冲击. 2025, 44(19): 306-314.

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单桩基础作为海上风机常用基础通常具有较大的直径，开展大直径单桩基础周围海床液化研究具有重要的理论意义和工程应用价值。考虑饱和砂土动力流固耦合效应，将剪切-体积应变增量模型与Biot动力固结方程相结合，建立地震动作用下砂质海床-风机单桩基础相互作用的有效应力分析方法。在FLAC3D计算平台上实现了该有效应力分析方法的二次开发，通过动力离心模型试验的模拟，验证了本文方法的可靠性。以南通某海上风电场典型钻孔为场地条件，对砂质海床中海上风机结构体系的地震响应进行了分析，研究了大直径单桩基础周围海床的液化机理以及桩径对风机单桩动力响应的影响。结果表明：强震作用下海床发生残余液化导致了单桩基础周围土体的大变形和单桩基础的倾斜，桩径的增大对周围海床液化范围影响较小，却加剧了单桩基础的倾斜。相较于桩体结构的破坏，海上风机大直径单桩基础更容易受海床液化影响产生失稳破坏。

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刊出日期：2025-10-15

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