振动与冲击

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马衍坤1, 2, 张正锐1, 3, 张纪辉1, 3

振动与冲击. 2025, 44(2): 1-10.

摘要 ( 200 ) PDF全文 ( 169 )

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为探寻煤岩体高效致裂新技术，提出了水耦合高压空气冲击致裂煤岩的思路，利用自主研发的高压空气冲击致裂煤岩体真三轴试验系统，设计了五种钻孔不耦合系数(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0)，开展了水耦合作用下高压空气致裂煤岩试验，借助动态气压监测与声发射检测手段，研究了煤岩体裂缝形态、气压曲线及能量释放规律。结果表明：水耦合作用显著提高了高压空气的能量利用率，使试块产生的水平及竖直裂缝长度明显大于空气耦合时；水耦合时试块的破裂面无碎屑出现，而空气耦合时试块破裂面出现了较多碎屑；随着钻孔不耦合系数的增大，试块裂缝长度呈现先增大后减小的趋势，当钻孔不耦合系数为2.0时，裂缝长度达到峰值，此时试块产生的裂缝网络最为丰富；致裂过程的气压曲线呈现起裂、扩展和贯通三个阶段，水耦合作用时气压峰值均大于空气耦合时；声发射信号主要集中在扩展阶段，水耦合时声发射信号响应更为剧烈，且以多簇形式出现，而空气耦合时则以单簇形式出现；当钻孔不耦合系数为2.0时，声发射累积能量和累积事件数均达到峰值。

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高应变率下锚固体动态力学特性及能量耗散研究

张寅1, 杨晨晨1, 代连朋2, 李家俊1, 周雨1, 刘家麒1

振动与冲击. 2025, 44(2): 11-20.

摘要 ( 202 ) PDF全文 ( 108 )

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优化冲击载荷作用下巷道锚固支护参数是提升冲击地压巷道锚固围岩体抗冲变形能力的重要方法。为探究锚固支护锚杆直径这一参数对冲击加载下锚固体圈层变形稳定性的提升效能，采用分离式霍普金森压杆试验系统研究不同锚杆直径作用下锚固体的冲击破坏响应，得到不同锚杆直径参数下锚固体的动态应力-应变曲线、主应变云图、动态能量参数和破碎块度分布规律。研究结果表明：高应变率冲击加载下，随着锚杆直径的增加，锚固体动态抗压强度呈先上升后下降趋势；锚杆延迟了锚固体裂纹萌生、扩展和贯通的过程，加锚试件锚固止裂效率呈先增大后减小趋势；锚固体透射能量比与耗散能量比呈先上升后下降趋势，反射能量比呈先下降后上升趋势, 其分形维数与锚杆直径呈二次函数关系，与破碎耗能密度呈正相关且一次函数关系；锚杆直径对围岩锚固效应的提升存在最优匹配的特点，锚杆直径过大或过小均不利于降低锚固体的冲击破坏程度。研究成果对优化冲击地压巷道锚固支护参数具有指导意义。

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侧向冲击作用下圆形双钢管混凝土柱损伤评估模型研究

阳霞1, 2, 王久元1, 吴杰2, 陈誉3, 陈娟1

振动与冲击. 2025, 44(2): 21-29.

摘要 ( 123 ) PDF全文 ( 103 )

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基于落锤冲击试验和数值模拟研究了侧向冲击下圆形双钢管混凝土(concrete-filled double-tube, CFDT)柱的损伤模式；以弯矩-转角关系作为评估指标，建立了圆形CFDT柱的冲击质量-冲击速度、冲击能量-冲击质量损伤评估模型；讨论了冲击位置、外钢管强度、内钢管径厚比和轴压比等参数对损伤评估模型的影响规律。结果表明：在冲击能量不变的情况下，圆形CFDT柱的损伤程度随冲击质量与冲击速度比值的增大而显著增加。圆形CFDT柱的临界冲击能量曲线随冲击质量的增大逐渐下降后趋于平缓，收敛于水平渐近线；不同损伤程度对应的临界冲击能量间存在显著差别。当冲击质量恒定时，增大内钢管径厚比、外钢管强度以及冲击点距自由端距离，可以提高圆形CFDT柱的临界冲击能量；增大轴压比则会使临界冲击能量呈先增加后下降的趋势。各参数对临界冲击质量的影响随着冲击速度的增大而减小，其中外钢管强度对损伤评估模型的影响最大，轴压比和冲击位置次之，内钢管径厚比的影响最小。

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径向楔形挤压磁流变缓冲器冲击动力学行为

李祝强1, 付本元2, 古毅3, 廖昌荣4

振动与冲击. 2025, 44(2): 30-39.

摘要 ( 72 ) PDF全文 ( 62 )

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多级径向结构可以延长有效阻尼流道长度，但同时也带来流动困难引起的阻塞问题，结合磁流变液在挤压作用下的增强效应，在不改变多级径向基本结构及磁流变阀外观尺寸的基础上，设计了一种磁流变液径向楔形挤压流动型磁流变阀。通过定义“楔形角”并采用微分思想将楔形阻尼通道分为若干微单元，建立微单元模型与“楔形角”的函数关系；基于HerschelBulkley (HB) 本构模型推导“楔形角”与楔形流道内压降的关系；考虑惯性效应和局部损耗，构建了HB-Minor Losses-Inertia (HBMI)一般力学模型；进一步分析了“楔形角”对楔形阻尼流道截面流速、压力梯度、局部损耗的影响；搭建落锤式冲击试验平台开展不同冲击速度和电流下的动力学行为试验研究。结果显示“楔形角”设定在Δδ=2 mm以内缓冲器具有良好的可控性，其动态范围达1.45，最大缓冲力高达236 kN。将试验结果与理论模型进行比较，发现HBMI模型能够准确预测径向楔形挤压磁流变缓冲器(magnetorheological energy absorber ，MREA) 冲击载荷下的动力学行为。

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爆破荷载作用下减振孔减振隔振效应数值模拟研究

王钥1, 2, 廖志毅3, 陈琰4, 赵星4, 汤伟雄4, 朱建波1, 2

振动与冲击. 2025, 44(2): 40-54.

摘要 ( 180 ) PDF全文 ( 123 )

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爆破产生的振动效应影响邻近建(构)筑物的安全。作为减振手段之一，减振孔可用于控制爆破振动影响。然而，目前减振孔布设方案多基于经验方法，并且减振效果评价标准主要集中在局部单排测点，无法全面表征减振孔后方区域内的减振效果与规律。本文基于枕头坝护坦爆破开挖工程，采用LS-DYNA数值分析方法，系统研究了减振孔排数、深度、爆心距和单排布孔数对有效减振区域面积、峰值减振率等减振效果的影响。首先，利用小尺寸爆破模型试验对LS-DYNA方法模拟爆破荷载作用下减振孔减振隔振效应的有效性进行了验证。随后，系统开展了不同减振孔参数对有效减振区域的影响规律研究。研究结果表明：减振效果最优的区域位于减振孔布设区后方垂直于爆源的位置；随着排数、深度、爆心距和单排布孔数的增大，有效减振区域面积增大；峰值减振率随排数增大而显著增大，随爆心距增大而减小，受到减振孔深度和爆破孔深度的共同影响。与单一测点减振率相比，有效减振区域面积可以体现减振效果的区域分布，并且不受测点选取位置影响。另外，基于不同减振孔参数对减振隔振效应的相关性分析表明，有效减振区域面积与减振孔深度相关性最明显，其次是减振孔排数和爆心距。峰值减振率与减振孔排数相关性最明显，集中减振率与减振孔排数和深度密切相关。研究结果对减振孔的布设和最大程度的利用减振效果保护邻近建(构)筑物具有参考意义。

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“圆-三角-附板”截面振子的流致振动试验研究

刘昉1, 向佳乐1, 燕翔1, 2, 冯卫鹏1, 邵楠3, 王孝群3

振动与冲击. 2025, 44(2): 55-64.

摘要 ( 108 ) PDF全文 ( 46 )

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通过试验方法对“圆-三角-附板”截面振子的流致振动进行研究，分析了高宽比、系统阻尼比对振动的影响，并使用粒子图像测速技术对典型工况进行尾流拍摄，分析“圆-三角-附板”截面振子的尾流演化规律，为流致振动发电振子设计提供参考。主要结论如下：（1）振动强度随着系统阻尼比提高而减弱；随着截面高宽比的增大，振子发生驰振的能力增强，而最大振幅比和频率比均降低。（2）随着高宽比的增大，旋涡的涡量增加，尺度增长，振子受力面积变大，旋涡附着现象更加明显，振子受力效果更好；随着振子高宽比的增大，正向旋涡发育和脱落的时间比反向旋涡更长。

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高速动车组惯容器弹性架悬转向架横向稳定性研究

祁亚运1, 敖鹏1, 戴焕云2, 石怀龙2, 刘华1, 贺星1, 李慷3

振动与冲击. 2025, 44(2): 65-72.

摘要 ( 128 ) PDF全文 ( 105 )

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惯容器作为一种新型结构控制元件被广泛应用于结构振动系统中，但在转向架电机悬挂中却研究较少。建立3种惯容器-刚度-阻尼（inerter-stiffness-damping，ISD）电机架悬转向架横向动力学模型，采用光滑拟合曲线模拟等效锥度，用实测轨道谱作为转向架系统激励输入，以构架端部加速度滑移均方根综合值作为优化目标函数，通过减法平均优化器优化算法(SABO)对ISD架悬参数和原有架悬结构（suspension structure，SD）参数进行优化并分析其稳定性。结果表明，ISD串并联结构降低转向架振动响应效果最好，在新轮新轨匹配和车轮镟修后期条件下，其稳定性最佳，线性临界速度较SD结构可提升215.6km/h。ISD三并联结构各稳定性指标略低于SD结构，而ISD三串联结构会恶化转向架横向稳定性，降低其临界速度，同时，其综合均方根和最大均方根对速度变化最敏感，不利于改善转向架横向稳定性。研究结果可为高速动车组电机弹性架悬设计提供参考。

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动力机械内力拓扑模型二元动力传递函数及应用研究

郝慧荣, 赵文超, 杨子明, 王佳苇, 任江鹏, 刘占峰

振动与冲击. 2025, 44(2): 73-83.

摘要 ( 88 ) PDF全文 ( 48 )

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伴随动力机械轻量化的发展，运动部件与机体的质量比增大，将引发明显的机体振动。为研究轻量化条件下的动力机械机体固有频率与内部质量比的关系，本文设计了模拟动力机械不同质量比的实验台架，在其静态和动态工况下进行振动测试，发现两者固有频率存在差异；建立起内力联接的动力隔振内力拓扑模型，解释固有频率差异的原因；推导关于质量比、频率比的二元动力传递函数并从侧视和俯视两个角度对三维曲面进行分析。结果表明，在轻量化背景下，动力机械机体固有频率存在随着质量比增加而向大值漂移的现象，本文二元动力传递函数能够表达内力模型下动力机械固有频率的分布特性，可以为动力机械系统参数辨识及隔振器设计提供理论基础。

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横向振动下输电塔螺栓节点松动规律试验研究

赵卫平1, 郭新锁1, 王娜1, 徐旸2, 朱彬荣3

振动与冲击. 2025, 44(2): 84-93.

摘要 ( 114 ) PDF全文 ( 55 )

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输电塔长期受到风动荷载、导线舞动荷载等振动荷载作用，导致节点螺栓松动。为研究输电塔螺栓节点在横向振动荷载作用下的螺栓松动规律，通过光纤光栅螺栓进行了6组螺栓角钢搭接节点和3组螺栓群角钢对接连接节点共计32个试件的横向振动试验，研究了荷载幅值、振动频率、螺栓预紧扭矩等参数对螺栓松动的影响，分析了螺栓在动力荷载作用下的力学性能。结果表明：螺栓松动在振动初始时刻预紧力缓慢下降，之后经历预紧力快速下降阶段，最后预紧力损失速度逐渐变缓并趋于稳定；对于角钢搭接节点和螺栓群角钢对接连接节点，随着振动幅值的增加，螺栓松动程度增加，随着预紧扭矩的增大，螺栓松动趋势减小，振动频率对螺栓松动的影响较小；螺栓安装间隙对搭接节点螺栓松动几乎无影响，搭接节点远离加载端位置的螺栓更易松动，螺栓群角钢对接连接节点靠近加载端的螺栓相比中间位置的螺栓更易松动。试验结果为工程中螺栓预紧力监测和螺栓防松设计提供参考，保证节点承载力。

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于微分求积法的两端固结刚性吊杆拉力识别研究

彭涛1, 2, 稂其林2, 陆小龙2, 王涛2, 田仲初1, 2

振动与冲击. 2025, 44(2): 94-103.

摘要 ( 110 ) PDF全文 ( 77 )

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以修正Timoshenko梁理论为基础，提出了一种基于微分求积法的拱桥刚性吊杆拉力识别方法。基于修正Timoshenko梁理论建立刚性吊杆横向振动微分方程，通过选取切比雪夫多项式的根作为节点坐标，利用拉格朗日插值基函数近似表示位移函数；根据微分求积法基本原理计算各阶权重系数，引入边界条件后，将轴向力作用下的修正Timoshenko梁横向振动微分方程的求解转化为线性代数方程组广义代数特征值的计算问题，从而得到刚性吊杆实测基频与拉力之间的精确对应关系。通过数值算例和实桥应用对该方法进行了验证，结果表明，两端固结刚性吊杆的长细比小于222.23时，需要考虑抗弯刚度、剪切变形和转动惯量的影响才能保证拉力识别的精度。提出的基于微分求积法的吊杆拉力识别方法能够应用于各种工况和长细比下的刚性吊杆拉力识别，具有准确、实用和易编程的特点，能够满足实际工程应用要求。

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力学超材料带隙调控的胞元折叠方法及带隙变化规律

裘江海1, 2, 杨德庆1, 2, 张栗铭1

振动与冲击. 2025, 44(2): 104-111.

摘要 ( 153 ) PDF全文 ( 115 )

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针对减振用的负泊松比力学超材料，提出了基于XOY平面胞元的Z轴维度折叠的带隙调控方法。基于三维折叠胞元的带隙计算方法及对应的三维Bloch-Floquet周期性边界条件，应用有限元法对三类负泊松比超材料构型(箭形、星形和内六角形)的能带曲线与样件的振级落差进行数值计算，并从振动模态角度分析了这类力学超材料的带隙变化原因。不同能带曲线对折叠角度的敏感性体现在胞元对应振动模态的局部刚度上，刚度变化可以产生或消灭带隙。研究表明，将胞元折叠的带隙调控方式应用于三类超材料胞元后，其能带结构均表现出相似的带隙演变规律，通过折叠角度控制胞元的几何形状可以调控能带曲线的移动。在特定折叠角度下超材料的能带结构中可以产生新的方向带隙，原有方向带隙也会消失。以箭形胞元为例，制作了超材料样件，通过扫频试验验证了数值计算结果和带隙变化规律的准确性，其能带结构中第一条方向带隙由3989.2Hz~4204.4Hz变为3843.4Hz~4176.5Hz。

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相邻两边固支其余边自由正交各向异性矩形薄板屈曲的辛叠加解

王菁龙, 额布日力吐

振动与冲击. 2025, 44(2): 112-119.

摘要 ( 108 ) PDF全文 ( 55 )

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运用辛叠加方法求出相邻两边固支其他两边自由（CCFF）正交各向异性矩形薄板屈曲问题的级数展开解。首先将原屈曲问题的控制方程转化为Hamilton系统，通过分析边界条件，将原屈曲问题分解为两个子屈曲问题，再利用辛本征函数展开法分别求得两个子屈曲问题的通解，然后利用叠加方法得到原屈曲问题的辛叠加解。最后应用所得辛叠加解分别计算了单/双向载荷作用下的CCFF各向同性和正交各向异性矩形薄板的屈曲问题。计算结果表明所得辛叠加解是正确的并且其收敛速度较快。

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煤粉界面厚度影响下结合面接触刚度分析

杨辛未1, 2, 孙东1, 张帅1, 吴东璇1, 陈洪月1

振动与冲击. 2025, 44(2): 120-130.

摘要 ( 82 ) PDF全文 ( 43 )

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为研究煤粉界面厚度对结合面接触刚度的影响，对接触表面的微观形貌进行了刻画，实验测量了煤粉颗粒间及其与接触面间的接触参数，并基于颗粒液桥与颗粒破碎理论，采用有限元-离散元耦合方法，建立了含有煤粉界面的结合面三体接触模型，分析了不同煤粉界面厚度对结合面接触刚度的影响。研究结果表明：随着煤粉界面厚度增加，煤粉颗粒破碎数量先增加后降低，当界面厚度为0.5mm时发生破碎的颗粒数量最多，其中中大粒径颗粒主要起到承载作用。随着界面厚度的增加，煤粉颗粒力链数量和长度随之增加，煤粉颗粒间的液桥力随之减小，随着大粒径颗粒的破碎，液桥力会发生骤降。当界面厚度为0.3mm、0.5mm、0.7mm时，结合面三体接触刚度分别为1.792×108 pa/m、1.659×108 pa/m、1.600×108 pa/m，最后采用实验方法进行了验证。研究结果为煤矿装备动态特性与寿命预测研究提供依据。

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基于ALE-ANCF方法的卷曲展开机构动力学建模与分析

黄斐1, 袁婷婷2, 刘锦阳1

振动与冲击. 2025, 44(2): 131-142.

摘要 ( 160 ) PDF全文 ( 65 )

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针对含复杂的多区域接触的卷曲展开机构，本文将其简化为带刚性转盘的变长度柔性构件，建立多体系统动力学模型，以实现高效仿真。首先基于任意拉格朗日-欧拉描述的绝对节点坐标法（ALE-ANCF）对变长度梁进行建模，然后将复杂接触问题简化为移动边界的约束关系,给出一种增删节点处理方法，有效解决了单元长度变化引起的奇异和精度问题，在此基础上建立了刚-柔耦合多体系统的动力学模型，用隐式算法实现了动力学方程的数值求解。通过滑绳和动滑轮算例验证了建模方法的有效性。最后建立了卷曲机构充气展开系统的简化动力学模型，该模型采用任意拉格朗日-欧拉移动网格实时跟踪卷曲机构的位置，精准捕捉移动边界点，从而高效确定接触行为。分析了气压力与黏附力对展开动力学特性的影响，通过控制黏附力分布，实现了卷曲机构的匀速展开，对工程实际具有参考价值。

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磁浮飞行风洞动模型系统振动特性仿真研究

胡喆, 张军, 倪章松, 苏文, 许德军, 黄丹

振动与冲击. 2025, 44(2): 143-150.

摘要 ( 107 ) PDF全文 ( 67 )

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磁浮飞行风洞是一种将真空管道高速磁浮技术与动模型试验原理相结合的新概念空气动力试验设施。试验模型在试验过程中由于受到气动载荷、惯性载荷和轨道不平顺的联合作用，会发生系统振动和姿态改变。利用动力学软件建立动模型系统的多体刚柔耦合动力学模型，通过仿真计算了系统模态演变及动力学响应情况。结果表明：动模型在起飞时刻会发生剧烈振动和姿态改变；运行速度为0.4马赫数时，轨道不平顺激扰频率会与动模型系统固有频率耦合引起系统共振，导致悬浮高度发生较大幅度的谐波振荡，共振频率为7.4Hz，振荡幅度为8.9mm；动模型俯仰姿态角随试验马赫数的增大而增大，当试验马赫数为0.5时，试验模型最大俯仰角约为2.25°。研究结果对于磁浮飞行风洞相关系统的设计与发展动模型试验技术具有参考意义。

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共轴无人机桨盘振动影响姿态稳定的实验与研究

冯子峻1, 2, 郝永平1, 2, 有德义1, 杨丽圆1, 孙舒洋2, 仲天一2

振动与冲击. 2025, 44(2): 151-159.

摘要 ( 157 ) PDF全文 ( 55 )

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针对共轴无人机在飞行过程中桨盘振动噪声对加速度计与陀螺仪的干扰，在其飞行过程中容易出现偏移、自旋等现象而导致失控甚至发生坠机。分析桨盘振动与外部扰动对姿态解算结果的影响，提出了一种由低通滤波与四元数平方根sigma无迹卡尔曼滤波组成的四元数混合滤波算法，可用于桨盘振动与姿态估计。搭建室内飞行器性能姿态控制平台与室外动态悬吊平台。通过静态与动态实验表明相较于飞控中常用的扩展卡尔曼滤波，搭载混合滤波算法的无人机在高转速产生的振动噪声环境中对姿态误差发散的抑制程度良好，显著提高了共轴无人机姿态解算与飞行的稳定性。

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基于贝叶斯理论的钢混组合高层建筑多灾易损性估算地震和风

郑晓伟1, 2, 3, 程杰1, 张令心2, 3, 谢贤鑫2, 3

振动与冲击. 2025, 44(2): 160-166.

摘要 ( 104 ) PDF全文 ( 64 )

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本文提出了一种基于贝叶斯理论的高层建筑多灾易损性估算方法，用于评估地震和风荷载同时作用下建筑结构的条件破坏概率，并量化了多重不确定性的影响。本文对高层建筑多灾易损性研究领域的主要贡献在于：（1）通过贝叶斯理论，建立结构多灾需求模型中未知参数的后验概率分布；（2）提出计算结构多灾易损性边界的方法，并基于全概率理论将随机变量的概率密度函数积分到易损性中，以此量化模型的认识不确定性。最后，以一个具有代表性的42层钢混组合高层建筑为研究对象，对文中提出的多灾易损性估算方法进行展示。研究结果表明，模型参数的认知不确定性以及荷载加载方向对结构破坏概率存在显著影响。本文所提出的基于贝叶斯理论的多灾易损性估算方法，有助于高层建筑的多灾害综合防控与防灾决策制定。

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负刚度惯性阻尼器控制高层结构振动的试验与模拟研究

赵玮伟, 全涌

振动与冲击. 2025, 44(2): 167-176.

摘要 ( 134 ) PDF全文 ( 396 )

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建立了控制多自由度高层建筑风致振动的负刚度惯性调谐阻尼器系统(negative stiffness-tuned viscous mass damper，NS-TVMD)的理论模型，通过3D打印技术设计制造了以齿轮齿条式惯容器元件和预压弹簧式负刚度元件组装而成的NS-TVMD系统，并将该系统安装在一个6自由度高层建筑气动弹性模型上进行了风洞试验研究。然后通过数值模拟和试验结果相互验证，并分析得到了NS-TVMD的最优参数。结果表明：准确调谐的NS-TVMD系统比传统调谐惯性黏滞阻尼器系统对高层建筑的风致振动具有更好的控制效果。由于负刚度组件在静态情况下具有高刚度，而在动态情况下具有低刚度，当NS-TVMD系统被调频至受控结构的一阶自振频率附近时，它不仅能有效控制结构的一阶模态响应，还能通过其低动态刚度特性控制结构的高阶模态响应。

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横风作用下旋叶型风屏障对车桥系统的气动特性影响研究

蔡陈之1, 2, 刘昊天1, 何旭辉1, 2, 邹云峰1, 2, 黄永明1, 3

振动与冲击. 2025, 44(2): 177-186.

摘要 ( 91 ) PDF全文 ( 47 )

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为保障复杂风环境下高速列车桥上行车安全，本文以典型简支箱梁与CRH380A列车为研究背景，提出一种上部为导风叶片、下部为不透风屏障所组成的新型旋叶型风屏障。在通过风洞试验验证数值仿真模型的基础上，探究了旋叶型风屏障叶片的旋转角度与底部高度对车桥系统气动特性及流场的影响，并揭示了风屏障参数对车桥气动特性的影响机理。研究结果表明：旋叶型风屏障叶片的旋转角度对车桥气动系数影响显著，其中阻力系数及弯矩系数的变化趋势在列车与桥梁之间呈现相反的特点，而两者的升力系数却呈现相同的变化趋势。叶片旋转方向对风屏障与列车间漩涡的形成具有显著影响，相比逆时针旋转，叶片顺时针旋转时屏障后方流场更平稳，产生的漩涡数量、面积及流速均更小。风屏障底部高度在旋转角度较大时（），能明显减小列车的阻力与弯矩系数，且其变化主要影响列车与屏障之间的流场结构。在适当的旋转角度下，旋叶型风屏障相较于栅栏型风屏障能较大幅度地降低桥梁阻力系数与列车的弯矩系数，其中桥梁阻力与列车弯矩降幅最大可达17.8%和48.5%。

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基于组件法的钢管混凝土格构柱-组合箱梁节点弯矩-转角曲线计算方法

黄志1, 2, 龚莉1, 蒋丽忠1, 3, 周旺保3, 戚菁菁1

振动与冲击. 2025, 44(2): 187-198.

摘要 ( 134 ) PDF全文 ( 53 )

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为研究钢管混凝土格构柱-组合箱梁节点的弯矩-转角关系，本文提出了基于极限弯矩、初始转动刚度的四折线弯矩-转角模型。对节点进行了低周往复荷载试验，分析试验结果，得到了三种节点连接件的滞回曲线、骨架曲线以及弯矩-转角曲线。基于钢结构设计标准，提出了适用于钢管混凝土格构柱-组合箱梁节点极限弯矩计算方法；基于组件法建立了节点的初始转动刚度计算模型，分别计算得到节点的极限弯矩与初始转动刚度值，并与试验值进行了对比，误差较小，吻合良好。基于极限弯矩、初始转动刚度建立了钢管混凝土格构柱-组合箱梁节点四折线弯矩-转角模型，对比验证了模型的正确性及适用性。本文建立的四折线模型简单、精确且表达直观，可为钢管混凝土格构柱-组合箱梁节点结构设计和分析提供参考。

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双向循环荷载下橡胶砾石-土工格栅界面剪切特性

张大伟1, 钱振豪2, 冯忞1, 刘飞禹2

振动与冲击. 2025, 44(2): 199-209.

摘要 ( 82 ) PDF全文 ( 51 )

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橡胶颗粒与土体混合可作为构筑物基础的轻质填料，并能提高其抗震性能。利用室内动态直剪仪进行了一系列循环荷载下的直剪试验，分析了橡胶砾石颗粒级配、法向循环荷载、循环剪切频率对土工格栅-橡胶砾石界面的剪切应力-剪切位移关系和体变特性。试验结果表明：四种颗粒级配界面剪切应力均随着循环次数的增加而增大，表现出剪切硬化的特征，界面竖向位移也随之增大，表现出剪缩的特征；四种级配土中级配良好GR2表现出最高的界面抗剪强度，其界面最终剪缩量最小；当法向和水平加载频率一致时，界面循环峰值剪切应力随着频率的增加而增大，当法向和水平加载频率不一致时，滞回曲线根据法向和水平加载频率的大下呈现周期性变化；在同一颗粒级配下，筋土界面剪切刚度和界面阻尼比均随着法向循环荷载的增加而增大，界面剪切刚度随着循环次数的增加而增大，界面阻尼比则相反。

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采用UHPC连接的插槽式预制拼装桥墩抗震性能试验研究

李立峰1, 2, 赵智1, 唐嘉豪1, 王柠1

振动与冲击. 2025, 44(2): 210-220.

摘要 ( 69 ) PDF全文 ( 55 )

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利用UHPC材料特性，提出一种针对预制拼装桥墩的重力灌浆构造，即采用UHPC灌浆并依靠立柱自身重力完成拼接的插槽式连接构造。为研究该形式桥墩的抗震性能，设计完成了三个桥墩的拟静力试验，分别为整体现浇墩Z1、新型插槽式连接墩P1及现有“I型”连接墩P2，并采用OpenSees有限元软件做模拟分析，与试验结果对比分析。结果表明：三个桥墩的破坏形式一致，均为弯曲破坏；Z1墩与P1墩滞回曲线呈梭形，滞回环较为饱满，且相同位移加载循环下的滞回路径较为吻合，P2墩接口处钢筋与混凝土间粘结滑移影响较大，导致滞回环面积减小，桥墩整体滞回耗能能力降低；P1墩的耗能能力较Z1墩和P2墩分别提升7%、10.7%，呈现峰值荷载小、失效速率慢、极限位移大、滞回耗能多的骨架趋势。试验结果与有限元模拟结果较为吻合，抗震性能参数差幅在10%以内，新型插槽式连接墩可应用于实际工程。

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基于北岭地震的洛杉矶盆地的地震动盆地效应研究

张旭1, 闫佳琦2, 韩春鹏1, 马春龙3, 4, 李明宝1

振动与冲击. 2025, 44(2): 221-234.

摘要 ( 142 ) PDF全文 ( 44 )

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盆地场地对于地震动的放大作用十分显著，盆地效应的研究对于估测地震动、工程选址及抗震设计有着重要的意义。为定量探究盆地对于不同地震动参数及震害的影响，利用洛杉矶盆地区域布设的30个岩土台站获取的北岭地震加速度记录，以盆地外西北侧基岩场地为参考场地研究盆地地形对于幅值、持时、仪器烈度及阿里亚斯烈度等地震动参数的影响，并基于考虑路径几何衰减效应的传统谱比法分析盆地不同区域的场地放大作用。结果表明：（1）地震动幅值与阿里亚斯烈度均随震中距增加而减小，但在盆地东南侧边缘又呈小幅回升趋势；（2）盆地东南侧边缘对于持时及地震动的放大作用最为显著，呈明显地震动异常区；（3）盆地西北侧边缘的仪器烈度及调查烈度均高于其它区域，呈明显烈度异常区；（4）盆地中部区域各场地的地震动参数不存在明显异常，此区域震害也并未被盆地场地放大；（5）造成盆地两侧边缘地震动参数及震害异常区的主要原因为体波与次生面波相长干涉造成的盆地边缘效应。研究结果可为我国部分盆地场地对地震动影响的相关研究提供一定借鉴，为我国防灾减灾工程提供科学依据。

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基于机器学习的极震区烈度快速预测方法

王茂岑1, 2, 张令心1, 2, 钟江荣1, 2, 张云霞3, 张鹏3

振动与冲击. 2025, 44(2): 235-244.

摘要 ( 88 ) PDF全文 ( 53 )

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极震区烈度的快速准确评估对于震后的应急响应至关重要。针对现有的极震区烈度预测精度差的问题，首先，整理了1949-2021年间的406次震级大于5.0且极震区烈度大于Ⅴ度的历史震例；然后，基于输入参数可在震后快速易于获取的原则，选择震级和震源深度作为输入参数，分别建立了基于随机森林、k近邻、逻辑回归以及决策树4种机器学习模型的极震区烈度快速预测方法；最后，对这几种方法的性能进行比较，并与已有的统计回归方法进行对比。结果显示：基于随机森林模型的预测方法性能更好，预测的准确率也很高；与仅选用震级作为输入参数的预测方法相比，本文方法的准确率得到了较大提高；与现有的统计回归方法相比，本文方法在准确率上有明显优越性。

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既有上部结构向下增建地下结构抗震性能研究

邬泽1, 卢广2, 庄海洋2, 3, 唐柏赞3

振动与冲击. 2025, 44(2): 245-253.

摘要 ( 70 ) PDF全文 ( 42 )

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基于深圳北站广场向下增建城际铁路地下车站结构的实际工程背景，场地土中地下车站附带上部已建结构的地震反应特征、相互作用机理及其破坏机制成为结构抗震性能评价的关键问题。鉴于此，本文采用整体动力时程分析方法建立了土-地下结构-上部结构静、动力耦合非线性动力相互作用的三维精细化数值模型，系统的研究了地下车站附带上部结构、单建地下车站结构、单建地上结构的地震响应规律及其损伤演变过程。结果表明：相比单建地下车站结构，由于受上部结构影响，增建地下车站结构的水平侧向力及其层间位移角均显著增大，且顶、底板地震损伤面积及程度明显加剧；相比单建地上结构，由于受地下车站结构影响，增建地下车站结构的上部结构的变形协调性显著降低，其地震损伤较单建地上结构严重，尤其在中柱与二层楼板连接处。研究成果可为既有上部结构向下增层拓建的科学设计、防震减灾提供支撑和借鉴。

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二次聚合个性化联邦的不同工况下滚动轴承寿命预测方法

康守强1, 杨得济1, 王玉静1, 王庆岩1, 谢金宝2

振动与冲击. 2025, 44(2): 254-266.

摘要 ( 76 ) PDF全文 ( 226 )

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针对不同工况下滚动轴承振动数据分布差异大，单一用户数据量少且多个用户间数据不共享的问题，提出一种二次聚合个性化联邦的滚动轴承寿命预测方法。该方法用不同深度的自编码器提取多尺度特征信息并压缩为散点图，实现特征增强；利用无监督二元回归模型确定第一预测时间，构建分段退化标签；提出二次聚合个性化联邦学习算法，各用户构建改进的CNN-LSTM模型，并将其参数上传至服务端，服务端采用多任务学习框架，一次聚合多用户同种工况模型参数；在此基础上，利用批量归一化层参数统计信息计算一次聚合模型间相似度，引入权重更新机制指导模型参数二次聚合，减少不同工况模型间的负迁移现象并学习有益的全局知识，最终形成针对各工况的个性化预测模型。经实验验证，所提方法在保障数据隐私的前提下，可实现不同工况下滚动轴承寿命预测，并且预测的平均得分与不考虑数据隐私的集中式学习方法相当、相较于联邦平均算法平均得分提高0.2197。

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基于多尺度CNN与双阶段注意力机制的轴承工况域泛化故障诊断

乔卉卉1, 赵二贤1, 郝如江1, 刘婕2, 刘帅1, 王勇超1

振动与冲击. 2025, 44(2): 267-278.

摘要 ( 181 ) PDF全文 ( 261 )

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变工况条件下，基于深度学习的列车轮对轴承故障诊断模型的训练集与测试集通常来自不同的工况，不同工况振动信号数据分布差异引起的领域漂移问题导致模型准确率降低。基于域适应的变工况轴承故障诊断方法需要获取目标工况域的样本数据参与训练，这在工程实际中难以实现，因此无法实现未知工况的轴承故障诊断。针对以上问题，本文提出了一种基于多尺度CNN与双阶段注意力机制网络模型（TSAMCNN）的轴承工况域泛化故障诊断方法，其中多尺度特征提取模块从多个尺度上提取时域振动信号中更丰富的故障信息；然后双阶段注意力模块从通道和空间两个维度自适应地增强故障敏感特征并抑制工况敏感特征和无用特征，最终提取工况域不变故障特征，从而实现工况域泛化轴承故障诊断。通过变转速和变负载列车轮对轴承故障诊断实验，证明了TSAMCNN模型可提高变工况条件下轴承故障诊断的准确率、抗噪性能和工况域泛化能力。此外，对双阶段注意力机制的权重向量和模型各模块提取的特征进行可视化分析，提高了模型可解释性。

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谐波减速器故障特征频率计算方法研究

贾昀昭1, 徐敏强1, 程瑶2, 李玉庆1, 王日新1, 秦春云3

振动与冲击. 2025, 44(2): 279-291.

摘要 ( 244 ) PDF全文 ( 77 )

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谐波减速器是一种依赖柔性构件的可控变形的传动机构，其主要部件长期受持续变化的交变应力影响，故障风险显著高于常规传动机构。谐波减速器部件的故障位置、运动关系及承载区的时变特性会导致其故障特征频率呈现出区间分布及周期性变化的特点。同时谐波减速器依靠多个旋转部件在狭小空间内的紧密配合实现传动，单一故障的横向传播会导致多种故障特征同时出现，增加了故障定位难度。提出了一种等效方法，通过将柔性轴承在连续瞬态下的运动关系等效为常规轴承的方式明确了柔性轴承故障特征频率的时变规律。给出了刚轮、柔轮、柔性轴承及交叉滚子轴承典型故障特征频率的计算方法。开展了谐波减速器故障模拟试验，基于试验数据对谐波减速器故障特征频率的理论计算结果进行了验证，给出了多种故障模式下的时、频域故障特征。结果表明,试验实测值与理论分析结果相符，利用给出的故障特征分析方法可以获取准确的谐波减速器故障特征频率。

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可控震源含裂纹平板应力强度因子分析与疲劳寿命预测研究

王乔木1, 陈振1, 黄志强1, 敬爽1, 陈亚轩1, 帅军1, 郝磊2

振动与冲击. 2025, 44(2): 292-301.

摘要 ( 99 ) PDF全文 ( 47 )

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为详细考察含裂纹平板在不同初始裂纹参数下的应力强度因子变化规律以及平板在激振工况下的疲劳裂纹扩展寿命，利用子模型技术建立含不同初始裂纹的平板有限元模型，采用M-积分计算前缘面的应力强度因子，基于Paris公式计算平板在不同应力比下的疲劳寿命。结果表明，平板在工况下的破坏以I型裂纹为主，改变初始裂纹形状、尺寸与预埋深度不会影响裂纹类型；初始裂纹形状变化会影响初始前缘面应力强度因子的分布规律与均衡性，半椭圆形裂纹应力强度因子分布不均衡性更显著，而半圆形裂纹则较均衡，K1值分布规律呈V字形和1/4弧形；初始裂纹预埋越深，起始前缘应力强度因子越大，裂纹扩展驱动力越高；初始裂纹倾斜角度改变，裂纹类型会发生变化；以裂纹穿透工字梁危险处板厚为疲劳失效判断时，裂纹扩展至15.1514mm；三种应力比工况下的平均疲劳寿命与现场统计结果的误差为13.17%。上述分析为可控震源平板的裂纹失效问题与疲劳优化设计提供了参考，具有一定工程意义。

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基于属性强度关联性矩阵的零样本滚动轴承故障诊断

苑茹1, 马萍2, 张宏立2, 王聪2, 王瑾春1, 李家声1

振动与冲击. 2025, 44(2): 302-311.

摘要 ( 96 ) PDF全文 ( 161 )

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针对传统有监督学习模型难以辨别滚动轴承未知类故障的问题，提出一种基于属性强度关联性矩阵的零样本滚动轴承故障诊断模型。首先，利用样本之间属性强度关系对数据库中故障样本进行细粒度描述，建立各故障样本与故障类别间的关联关系；其次，引入自适应深度可分离残差网络(Adaptive Deep Separable Residual Network, ADSRNet)提取故障属性相关的特征信息；最后，根据属性细粒度描述和特征信息，使用属性学习模块预测未知类故障的属性，通过计算其与属性矩阵的欧氏距离，实现零样本轴承故障的诊断。实验结果表明，相较于其他模型，本文模型在识别未知滚动轴承故障类别方面取得了优异的性能，平均诊断准确率达到90.45%，验证了本文模型的有效性与优越性，为实际生产提供了有益的应用价值。

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考虑运动副间隙的机械传动机构退化建模及可靠性评估

孟铂森1, 2, 张露予1, 2, 王嘉1, 2, 白光晗3, 陶俊勇3

振动与冲击. 2025, 44(2): 312-320.

摘要 ( 84 ) PDF全文 ( 38 )

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传动机构是机电系统动力传递与再分配的核心部件，其健康状态直接影响整个系统的运动精度和稳定性。随着机电系统服役工况日趋复杂化和精细化，传动机构经历频繁变载、变速影响，其运动副间隙处零部件不仅经历自身磨损、疲劳等自然劣化过程，运动中的碰撞-分离也以随机冲击的形式对其性能造成影响，且该影响与传动机构的退化状态、服役时间相互耦合，为机构可靠性评估增加了难度。提出一种考虑运动副间隙影响的传动机构退化与冲击模型，针对传动机构的退化特点，将其自然退化过程分为跑合阶段、稳定退化阶段和快速退化阶段，基于变换Gamma过程建立了各阶段的退化模型；根据运动副零件碰撞-分离过程对机构的影响将其分为致命冲击和损伤冲击，考虑不同退化阶段冲击发生频率和对机构影响的差异分别构建了随机冲击模型；在此基础上，推导出可靠度函数的解析表达式，并通过曲柄摇杆机构旋转副退化试验进行了验证。结果表明：提出的考虑运动副间隙影响的退化与冲击模型能够更好地模拟传动机构的退化规律，获得更为准确的可靠性评估结果。

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GWO优化CNN-BiLSTM-Attenion的轴承剩余寿命预测方法

李敬一, 苏翔

振动与冲击. 2025, 44(2): 321-332.

摘要 ( 130 ) PDF全文 ( 228 )

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滚动轴承作为机械设备的重要部件，对其进行剩余使用寿命预测在企业的生产过程中变得越来越重要。目前，虽然主流的卷积神经网络可以自动地从轴承的振动信号中提取特征，却不能给特征分配不同的权重来提高模型对重要特征的关注程度，对于长时间序列容易丢失重要信息。另外神经网络中隐藏层神经元个数、学习率以及正则化参数等超参数还需要依靠人工经验设置。为了解决上述问题，提出基于灰狼算法（GWO）优化集合卷积神经网络（CNN）、双向长短期记忆网络（BiLSTM）和注意力机制（Attention）的轴承剩余使用寿命预测方法。首先，从原始振动信号中提取时域、频域以及时频域特征指标构建可选特征集；然后，通过构建考虑特征相关性、鲁棒性和单调性的综合评价指标筛选出高于设定阈值的轴承退化敏感特征集，作为预测模型的输入；最后，将预测值和真实值的均方误差作为灰狼优化算法的适应度函数，优化预测模型获得最优隐藏层神经元个数、学习率和正则化参数，利用优化后模型进行剩余使用寿命预测。并在公开数据集上进行了验证，结果表明所提方法可在非经验指导下获得最优的超参数组合，优化后的预测模型与未进行优化模型相比，平均绝对误差与均方根误差分别降低了28.8%和24.3%。

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密闭容器清吹过程流场及噪声特性数值模拟与优化研究

何豪杰1, 张祖提1, 姚伍平2, 李红钢2, 费銮1, 龙新平1, 王晓川1

振动与冲击. 2025, 44(2): 333-343.

摘要 ( 108 ) PDF全文 ( 43 )

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利用压缩气体驱离流体是密闭容器清理的一种重要方式，其工作过程中将形成复杂的气液两相流动现象并诱发剧烈噪声。为揭示密闭容器清吹过程中复杂流动发展演化规律及流噪声形成机理，优化密闭容器清吹参数从而控制清吹噪声，本文基于VOF表面跟踪法和Lighthill声类比原理，采用CFD-CA相结合的混合模拟方法对密闭容器清吹过程的流场和声场进行仿真分析和优化研究。研究结果表明：密闭容器清吹过程中，高速气体射流将对液面产生剧烈的冲击作用而形成漩涡、液体破碎和气泡弥散等流态，诱发复杂的不稳定气液两相流动，从而激发剧烈的噪声并影响清吹效率。进气压力将直接影响密闭容器内部流场特性，并进一步影响清吹效率和噪声特性，当进气压力高于1MPa，气体将沿罐壁进入排水管路形成不稳定的气液混合流动，导致有效排除流量和清吹效率降低。噪声随进出口压差升高而增加，进气压力1MPa时总声压级比0.3MPa时高10dB，为兼顾清吹效率和噪声特性，采用0.5MPa的气体压力具有较好综合性能。根据密闭容器内部流场特性对进气结构进行优化，采用倾斜进气和倾斜渐扩进气结构，清吹效率分别提高了15%和27%，总声压级降低了10dB和7dB。

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基于PMI泡沫的可重复使用结构隔声性能研究

秦朝红1, 侯传涛1, 康军2, 魏龙1, 荣克林1, 郝子元1, 任方1

振动与冲击. 2025, 44(2): 344-350.

摘要 ( 97 ) PDF全文 ( 41 )

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可重复飞行器飞行过程中，面临着复杂的力、热、空间等载荷环境，对飞行器系统可靠性和结构完整性提出了需求。可重复飞行器上升、再入过程中受到严酷的气动噪声环境，噪声传到飞行器内，会对内部的设备产生影响。因此在对结构进行设计时，除了轻质、承载、耐温等设计要求外，还要达到很好的隔声性能，在轨期间满足一定的空间环境要求，并可实现可重复使用。考虑到PMI泡沫优异的耐热性、比强度高、轻质等特点，本文将PMI泡沫与复合材料蜂窝板进行复合，开展其隔声性能研究，获取了典型试验件的隔声性能。在此基础上对飞行器结构进行了设计，通过试验验证了其良好的隔声效果。开展了不同剂量的带电粒子辐照试验，对其多次、长期在轨后的隔声性能进行了评估，在30-5000krad（Si）粒子辐照下，不管是PMI泡沫还是PMI泡沫与蜂窝复合结构的隔声性能变化不大，满足可重复使用的隔声性能要求。

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刊出日期：2025-01-28
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