振动与冲击

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毛秀丽1, 2, 3, 曹天宇1, 2, 王一帆1, 2, 刘志明1, 2, 尹进步1, 何军龄1

振动与冲击. 2025, 44(20): 1-8.

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水泵水轮机通过快速、频繁地切换运行工况以使抽水蓄能电站准确响应电网需求，长期变工况运行影响机组水力效率及结构性能。以某混流式水泵水轮机为研究对象，针对其发电模式增负荷工况，采用剪切应力输运k-ω湍流模型和流固耦合方法求解内流场与结构场。研究发现转轮流道内压力脉动主频为20.00fn，无叶区压力脉动主频为转轮的单倍叶频9.00fn和转轮的二倍叶频18.00fn(fn为转频)。负荷低于60%，叶片进口攻角(范围8.26°~18.08°)诱导转轮域内周向涡旋、马蹄涡旋及出水边涡旋形成，导致压力脉动出现高幅值区域(0.017~0.023)；而负荷高于60%，涡核破裂使得压力脉动信号强度衰减。结构响应方面，叶片上冠与下环的平均变形量沿转轮流道流向递减(始末分别相差7.6 μm、5.3 μm)，上冠、下环部分节点受到固定约束区影响，其平均等效应力显著高于其余无约束位置。此外，叶片变形量自上冠、下环至中心处增加至峰值，等效应力与变形量变化相反。在流场与结构场协同分析中，增负荷工况的转轮叶片的平均变形与力矩呈线性正相关，平均等效应力与流量呈线性负相关。叶片的变形量与力矩、叶片中间三分之一区域的等效应力、流量均呈线性关系，而叶片前三分之一、后三分之一的等效应力，分别和流量呈三次与二次关系。

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任意弹性边界条件下波纹板振动特性研究

孟洪波1, 曹贻鹏1, 李燎原2, 张润泽3, 刘伟2

振动与冲击. 2025, 44(20): 9-17.

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波纹板由于其刚度高、比强度大等特点，在建筑、交通等工程领域得到了广泛的应用，研究其振动特性对于结构设计和优化具有重要意义。基于此，提出了任意弹性边界条件下波纹板振动分析的统一求解方法。首先，基于均匀化方法和Kirchhoff板理论建立波纹板模型，并采用人工弹簧模拟任意弹性边界条件。其次，采用改进的傅里叶级数构造位移函数，利用Rayleigh-Ritz法获得自由振动特性。通过参考文献和有限元仿真验证了模型的准确性。最后，研究了波纹胞元几何参数对结构固有特性的影响，结果表明波纹胞元几何参数对结构固有特性的影响具有方向性。该方法易于实现对波纹结构动力学特性的快速计算，为工程实践提供便捷有效的理论支撑。

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基于冷源模型的坡地地形下击暴流风场特性研究

汪之松1, 2, 娄大云1, 吴国威1, 刘汉良1, 徐清禄1, 蔺文谦1

振动与冲击. 2025, 44(20): 18-27.

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下击暴流多发生于山地丘陵地区，局部地形对下击暴流风场的影响较大。基于计算流体力学，采用与下击暴流发生机制更加吻合的冷源模型探讨坡地地形下击暴流的风场特性，主要研究内容包括：对比冷源和冲击射流两种数值模型，研究两种模型的风场特征；进而基于冷源模型对坡地地形影响的下击暴流风场进行参数分析，给出受地形影响的风场特征。结果表明：冲击射流模型中的流动主要受剪切层不稳定性的主导，而冷源模型产生了相对平滑的流出；与平地风场相比，不同坡度的坡地在坡顶位置都有局部加速的现象出现，而在坡底的起坡位置处风速较平地时均有明显的减速现象，且随着坡度的增大，减速效应越来越大；气流沿坡地上升过程中，风速的减速效应逐渐减小，直到坡顶位置处在近地面出现加速效应；坡地高度和不同坡顶位置的径向距离对坡地加速效应的影响很小，而坡地坡度对坡地加速效应的影响较大。

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自复位形状记忆合金-软钢复合阻尼器滞回性能研究

段居轩, 张四化, 钱辉

振动与冲击. 2025, 44(20): 28-39.

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为了实现阻尼器耗能能力与自复位能力的结合，采用SMA螺栓作为自复位部件，为其并联X型金属阻尼器以增强耗能性能，提出了一种新型形状记忆合金-软钢复合阻尼器（Shape Memory Alloy-Mild Steel Hybrid Damper，SMA-MSHD）。介绍了其基本构造、变形模式，由理论分析建立了其恢复力模型，开展了一个循环拉伸试验，建立了三维实体单元有限元模型。研究结果表明：SMA-MSHD的滞回曲线展现出典型的“旗帜形”，SMA-MSHD具备出色的能量耗散能力和自复位能力，理论模型、试验数据和有限元分析三者吻合良好。基于已经验证的有限元模型，建立了9个额外的有限元模型进行参数分析，关键参数包括SMA螺栓削弱段直径、X型钢板厚度、X型钢板强度和SMA螺栓的预应变。参数分析结果表明：增大SMA螺栓的削弱段直径可提高SMA-MSHD的输出力和割线刚度，但是SMA-MSHD的阻尼能力随之降低；增大X型钢板的厚度和强度会使SMA-MSHD滞回曲线饱满程度增加，增强SMA-MSHD的耗能能力；为SMA螺栓施加预应变可以有效减小SMA-MSHD的残余变形，提高SMA-MSHD的弹性刚度和割线刚度，但是会降低SMA-MSHD的最大变形能力。

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砂岩新型动态本构模型及能量耗散特性研究

单仁亮1, 梁俊奇1, 高文蛟2, 戴其航1, 肖圣超1, 宋威1, 王一迪1

振动与冲击. 2025, 44(20): 40-48.

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为了研究采煤工作面坚硬砂岩的动态力学特性，使用75mm直径SHPB（Split Hopkinson Pressure Bar）试验系统对砂岩进行了单轴冲击压缩试验，试验结果表明砂岩试样的动态抗压强度具有明显的应变率效应。随后，基于试验得到的本构曲线，结合损伤时效模型中损伤元件在损伤之前为线弹性的特点，对既有时效损伤模型进行改进，得到了适用于砂岩的第三代动态时效损伤本构模型。通过与实测数据的拟合分析，模型中各个参数取值合理、物理意义清晰，模型能够有效的描述细砂岩的动态力学行为。最后，对不同应变率下试样的能量耗散特性进行了分析。发现当入射能量为240-400J时，试样的吸能系数能够稳定在0.3以上，此时试样的破碎效果较为理想，该结果可以为超深孔爆破设计施工提供一定的参考。

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协同卡尔曼滤波和递归本征正交分解的结构损伤识别

杨少冲1, 2, 3, 靳佳林1, 2, 3, 邱富威1, 2, 3, 阎宇杰1, 2, 3, 马连华4

振动与冲击. 2025, 44(20): 49-59.

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当前基于本征正交分解和卡尔曼滤波的结构损伤识别方法(POD-KF)，只能通过跟踪结构一阶本征正交模态(Proper Orthogonal Mode，POM)的演化进行结构损伤识别，但对微小损伤的敏感性较低。为了改善其识别能力，发展了一种协同卡尔曼滤波(Kalman filter，KF)和递归本征正交分解(Recursive Proper Orthogonal Decomposition，RPOD)的KFRPOD方法。该方法可基于结构动应变响应数据构造快照矩阵，避免了实际工程中位移传感器成本高、测点布置困难及环境因素导致的位移数据采集困难等问题。通过RPOD方法提取快照矩阵中的本征正交模态，构建降阶模型，减少结构分析计算的自由度，解决了损伤识别计算量大且难以求解的问题。在迭代的每一步计算过程，能及时更新观测向量分量，并在观测阶段和后验估计中消除低阶POM的影响，且能动态更新由POMs构建的降阶模型，同时跟踪损伤的演化并对其进行定位。通过五层钢框架动力学数值模拟和模型实测试验验证了该方法的有效性。结果表明，所发展的方法能够准确跟踪高阶POM的演化，显著提高了识别精度，能在线识别结构损伤。

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新型双阶摩擦阻尼器的滞回性能试验与数值模拟

石文龙1, 2, 陆张威1, 舒展1, 彭志城2

振动与冲击. 2025, 44(20): 60-66.

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提出了一种新型双阶摩擦阻尼器（Dual-Stage Friction Damper，DSFD），通过优化滑板构造，实现预紧力的分阶段释放，形成稳定的多阶段耗能机制，以适应不同地震工况下的能量耗散需求。基于库仑摩擦定律建立了力学模型，揭示了摩擦力分级变化的形成原理。通过往复加载试验系统研究了不同加载位移与频率条件下DSFD的滞回性能和耗能特性，结果表明该装置在多个工作阶段均具备良好的滞回稳定性，加载参数对其性能影响较小，且具有优异的疲劳性能。结合有限元分析探讨了预紧力与滑块尺寸对摩擦力与变阶位移的影响，模拟结果与试验结果吻合良好。研究表明，该阻尼器结构简单、性能可靠，具备良好的工程应用前景。

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薄壁充液管道中的声波分解方法研究

胡志, 赵晓臣, 柳贡民

振动与冲击. 2025, 44(20): 67-74.

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声波分解法是获取管路元件声传递特性的重要方法。在常见的薄壁充液管道中，管内流体与管壁结构的强耦合特性使得平面波假设不再成立。本文提出了一种基于流体类型波和纵振类型波的声波分解方法，并成功预测了管内的声响应。对于典型管径的薄壁充液管道，基于平面波理论的传统方法无法准确预报自由液面末端的反射特性。而本文提出的方法计算得到的声反射系数和理论反射系数相符，且与实验结果吻合较好，其精度优于基于平面波理论的传统方法。本文提出的方法可为薄壁充液管道中的声学元件的性能预报和测试提供一种新途径。

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中口径埋头枪弹膛内运动过程分析

李晓伟1, 黄雪鹰2, 周克栋1, 陆野1, 赫雷1

振动与冲击. 2025, 44(20): 75-85.

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为研究埋头弹相较于常规弹膛内运动过程的差异，以某中口径埋头枪弹为研究对象，分别建立埋头弹与常规弹的膛内运动有限元仿真模型，利用幅值子程序(VUAMP)施加弹底压力，通过仿真模拟得到了两种枪弹在弹头形貌变化、弹头挤进阻力、弹头自转角速度、弹头导转侧力以及弹头被甲表面应力变化方面的差异。同时对埋头弹自动武器可能出现的弹膛偏移现象开展了研究。研究结果表明：与常规弹相比，埋头弹的长自由行程所带来的挤进阶段的强冲击使其被甲表面出现了更明显的塑性变形，表现为“梯形”刻痕，但最高膛压、初速与自转角速度都更低。在挤进阶段，埋头弹的导转侧力始终处于较高的水平。埋头弹较高的初始冲击速度使其弹头表面应力高于常规弹。对于弹膛偏移而言，随着弹膛偏移量的增加，埋头弹弹头表面结构完整性变差，挤进速度也呈减小趋势，弹头在膛内运动平稳性变差。由于弹膛偏移后埋头弹与枪管的碰撞降低了弹丸的挤进速度，导致弹后空间增加速率的减慢，弹丸的最高膛压、初速以及自转角速度增大。研究结果可为后续研究埋头枪弹在弹-枪相互作用、弹头的气动参数以及自动武器的设计方面提供参考。

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非对称阻尼力磁流变阻尼器参数化建模与验证

梁慧君1, 浮洁1, 李剑2, 尹强2, 熊远旺2, 余淼1

振动与冲击. 2025, 44(20): 86-93.

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为满足系统减振缓冲需求，磁流变阻尼器的小压缩、大拉伸阻尼力非对称输出特性十分必要。但这一特性增加了建模难度，限制了其应用。基于此，磁流变阻尼器非对称力的参数化模型被建立。首先，分析了基于锥形流道磁流变阻尼器非对称力实现机理，并通过实验获得其在不同激励位移和驱动电流下的输出力，验证了阻尼力的非对称输出。随后，创新性地提出滞回算子正、逆向参数可调的非对称Bouc-Wen模型，以准确描述器件的非对称特性。结果表明，与传统对称模型相比，改进后的模型在非对称特性辨识上精度提升了78.07%，验证了模型的准确性，并为磁流变阻尼器非对称力学特性建模提供了新思路。

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复合材料非对称偏置阶梯圆柱壳振动特性研究

赵欣阳, 梅志远, 王硕, 张展, 安舒悦

振动与冲击. 2025, 44(20): 94-105.

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针对非对称偏置阶梯圆柱壳的振动预测问题，本研究提出了一种考虑中性面修正的动力学分析模型。基于一阶剪切变形理论，通过域分解方法将非对称偏置结构划分为轴向连续子域，提出刚度-几何耦合修正策略消除局部几何偏置影响。采用虚拟弹簧技术实现任意边界条件与子域间位移协调，通过强制相邻壳段在全局中性面位置建立界面连接，满足交界面位移协调及内力平衡条件。利用Jacobi-Ritz法求解系统固有频率，收敛性分析确定了弹簧刚度阈值、子域划分数数量和雅可比参数等，验证结果显示与文献解误差小于0.60%，有限元对比误差低于0.72%。研究发现：当周向半波数n≥5时，边界效应呈现显著衰减特征，且低阶模态对轴向约束具有较高敏感性，阶梯位置偏移仅引发频率的有限波动。随着长径比的增大，结构固有频率呈现下降趋势，径厚比对高阶振动模态的影响更为显著。采用中段薄构型可有效提升低阶固有频率，而中段厚构型虽然能够抑制高阶振动，但存在刚度增益的临界阈值。值得注意的是，角度参数敏感性与振型特征呈现显著关联特性，周向振动峰值角度因构型差异产生偏移。

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水平摆式正三棱柱流致振动响应特性及尾流模式

黄韬霖, 张志猛, 及春宁, 杜牧远, 李响赫

振动与冲击. 2025, 44(20): 106-115.

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应用嵌入式迭代浸入边界法对均匀流场中水平摆式正三棱柱的流致振动进行了直接数值模拟，分析了Re=100时不同无量纲摆长R/H（R和H分别为摆长和三棱柱边长）条件下三棱柱的振动响应、流体力特性及泻涡模式。研究发现：随着R/H的增大，三棱柱横流向、顺流向振幅均逐渐增大，摆角振幅则逐渐减小。均匀流中水平摆三棱柱的振动响应表现为3次超谐共振，而流体力则存在倍频锁定和锁定两种模式。根据三棱柱的受力特征和泻涡模式，将振动响应划分为五个阶段，每个阶段又可进一步分为两个子阶段。不同阶段对应不同的泻涡模式，随着R/H的增大，一个周期内从三棱柱上脱落的旋涡数量逐渐增多。在第一子阶段，流体力表现出涡激振动和驰振共存的特征，而在第二子阶段，则表现为驰振特征。在相邻阶段切换时，三棱柱的振动和受力频率出现跳跃，泻涡模式也出现多个模式之间的竞争。

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混凝土预制缺口梁三点弯曲试验的率相关性研究

肖东1, 陈爽1, 卢萍1, 刘鸿源2, 彭德坤3, 何冬东2, 文丽娜2, 赵智2

振动与冲击. 2025, 44(20): 116-123.

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为研究地震作用对混凝土断裂行为及破坏形态的影响，以中央带预制缺口的混凝土梁为研究对象，开展一系列地震级应变率下(10-6 s-1~10-3 s-1)三点弯曲试验，重点研究地震级应变率对试件P-CMOD曲线、峰值荷载、断裂韧度及断裂能的影响；同时结合声发射技术对混凝土断裂损伤进行实时监测，采用声发射特征参数对动态断裂荷载下混凝土裂纹扩展、损伤演化及破坏模式进行信号表征。试验结果表明：应变率从10-6 s-1增加至10-3 s-1，试件峰值荷载增加了32.8%，断裂能增加了32.4%，起裂韧度及失稳韧度分别增加约2倍和1倍，声发射能量增加了67.3%，但累计振铃计数降低了29.7%，损伤信号源数量大幅下降，断裂过程区宽度变窄，破裂面变得更平直、光滑；随着应变率的增加，拉伸裂纹数量占比下降，而剪切裂纹随之增加，在地震级应变率水平，仍以张拉型破坏为主，断裂失效仍属“I型”。可见，混凝土断裂行为、损伤演化与破坏模式具有显著的率相关性；并且，采用声发射技术描述动态荷载下混凝土断裂损伤及演化过程是可行的，可在地震级应变率下掌握混凝土裂纹扩展特征及预警断裂破坏等方面提供高效可靠的检测手段。

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铁路自复位桥墩耗能体系及其影响参数分析

黄耀斌1, 夏修身1, 李秀华2

振动与冲击. 2025, 44(20): 124-131.

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为提高铁路自复位桥墩的耗能能力，提出了墩底附加无粘结耗能钢筋和液体粘滞阻尼器的两种耗能方案。以某铁路桥梁为工程背景，基于OpenSees平台建立分析模型，输入21条近断层地震动记录，进行非线性时程分析，与自由摇摆桥墩地震反应进行对比，探究了耗能钢筋和液体粘滞阻尼器方案对自复位桥墩地震反应的影响。分别对以耗能因子β为指标的耗能钢筋方案及以阻尼系数C、速度指数α为指标的液体粘滞阻尼器方案自复位桥墩进行了参数化分析。结果表明：两种耗能体系均可减小墩顶位移，但可能会增大墩底弯矩反应。在减小墩顶位移反应方面，耗能钢筋方案优于液体粘滞阻尼器方案。墩顶位移随耗能因子β的增大而减小，墩底弯矩随β的增大而增大。当耗能因子β为0.8时，耗能钢筋可有效减小铁路自复位桥墩的墩顶位移，同时又不显著增大墩底地震弯矩。墩顶位移随阻尼系数C的增大而减小，随速度指数α的增大而增大。当速度指数α接近1时，墩底弯矩受阻尼系数C的影响很小。

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基于OpenSees的RC框架结构连续倒塌全过程高效分析方法

王贞, 余启航, 李鑫蔚, 程潇俊, 吴斌

振动与冲击. 2025, 44(20): 132-140.

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为解决RC框架结构抗倒塌能力快速评估中的计算耗时长与计算收敛性问题，提出了一种基于OpenSees的RC框架结构倒塌全过程高效分析方法。该方法采用离散质量模型与显式逐步积分方法，避免了隐式分析方法中迭代收敛性问题以及精细化有限元分析中建模过程繁琐、求解极端耗时等困难，实现了RC结构连续倒塌全过程的快速模拟。对比LS-DYNA精细化模型，设置RC框架结构底层边柱、次中柱及中柱三类拆柱工况，验证了方法的有效性和准确性。结果显示，该方法在倒塌形态、关键节点位移和塌落评价指标等方面，与LS-DYNA精细化模型计算结果基本一致。同时，该方法能够全面揭示RC框架结构倒塌过程中内力重分布、梁柱节点触地、链式反应，有效模拟结构完全倒塌至地面的全过程。研究表明，该方法不仅具备较高的计算效率，且适用于各种拆柱工况下的倒塌行为快速评估，为结构抗倒塌性能研究提供了有效工具。

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基于无人机三维重构技术的桥梁高墩施工外观质量检测方法研究

殷新锋1, 陈涛1, 黄胄1, 全阳1, 孟进2

振动与冲击. 2025, 44(20): 141-151.

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针对高墩所处的复杂地形限制，传统的施工质量检测方法耗费大量人力、物力和时间，且检测精度易受环境条件影响较大。为此，提出了一种基于无人机三维重构模型方法，旨在实现高墩施工的智能化质量检测。该方法结合定点环绕与分层飞行的数据采集策略，利用无人机实现全方位的数据获取。通过提取图像中的目标特征，采用坐标转换技术将关键像素点映射到三维空间，再借助不规则三角网表面重建方法，生成精细化的三维模型。最后，通过采用基于YOLOv8-LDFM的目标检测算法对采集的图像进行混凝土缺陷检测，检验高墩的外观质量。对正在施工的某座大桥高墩进行了现场测试，完成设定的六轮飞行后，图像的航向、旁向重叠率分别达到了75.8%、84.2%。将图像进行坐标转换三维重构后，生成高墩三维模型的Rk均小于1.0。本研究提出的目标检测算法对高墩外观质量进行了检测，发现了3处麻面和2处渗水，检测效果较好。三维重构模型最大的误差率为0.200%，符合工程设计精度要求，验证了该方法的适用性与其较高的精度。

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饱和冻土半空间中地下隧洞对平面P波的散射规律的研究

王天开1, 马强1, 2, 周凤玺3, 石天宇1

振动与冲击. 2025, 44(20): 152-166.

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基于饱和冻土介质波动理论，探究了饱和冻土半空间中地下隧洞对平面P波的散射规律。通过数值算例，分析了平面P波入射下温度、入射频率、接触参数及埋深比对地表位移幅值和洞周动应力集中因子变化的影响。研究表明：未冻结土场（T=-0.2℃）中地表位移均大于低温冻结土场（T=-15℃）的位移，在冻结条件下，动应力集中因子在数值上远高于未冻结条件下的相应值。接触参数在低温时对地表位移幅值的影响不明显，但随着接触参数增加，地表位移振幅变化更为敏感；低温时，动应力集中因子随接触参数增大而显著增加。地表位移随埋深比的增加而逐渐平缓，但埋深比的变化对动应力集中因子影响较小。

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主-余震序列作用下尾矿库排水井损伤研究

杨永浩1, 付天保1, 魏作安2, 路停3, 王瑶2

振动与冲击. 2025, 44(20): 167-176.

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当尾矿库排水井遭受强主震作用后，余震会进一步加剧排水井的损伤程度，造成排水井极易倒塌、断裂、错位，导致尾矿泄漏或坝体破坏。该研究依托小打鹅尾矿库工程，研究不同地表峰值加速度和主震-余震相对强度比对未埋、半埋和全埋3种排水井的损伤特征、整体损伤和余震引起的增量损伤的影响规律。研究表明：在单一主震和序列型地震作用下未埋、半埋和全埋的排水井损伤区域分别位于排水井轴向0~5 m、0~15 m和0~25 m范围内，在地震加载方向主要受拉伸剪切破坏，与地震加载方向垂直的方向主要发生受压破坏。在3种埋置情况下，序列型地震引起的尾矿库排水井整体损伤与主震和余震的地表峰值加速度高度相关，但余震引起的结构增量损伤在不同埋置情况下分别与余震的地表峰值加速度和主震-余震相对强度比ｕ高度相关。

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内置螺旋箍筋芯柱的混合配筋柱抗震性能试验研究

王坦1, 2, 杨帆1, 周志杰1, 刘金玲1, 尹俊博1, 王凯琦1, 李宁1, 张薇3

振动与冲击. 2025, 44(20): 177-185.

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为提升侵蚀环境下混凝土柱的抗震性能，提出一种内置螺旋箍筋芯柱的混合配筋（HRBS）柱。开展了2个HRBS柱、1个纯钢筋柱和1个无内置螺旋箍筋芯柱的GFRP筋柱的拟静力试验，研究HRBS柱的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、强度退化、刚度退化和残余位移等方面的抗震性能。结果表明：HRBS柱具有良好的整体抗震性能。在水平往复荷载作用下，HRBS柱的滞回曲线较为饱满，破坏类型均为弯曲破坏。与纯钢筋柱相比，HRBS柱试件的水平承载力和延性系数分别增大了10.20%和5.90%，残余位移小，具有良好的整体抗震性能。与无内置螺旋箍筋芯柱的GFRP筋柱子相比，内置螺旋箍筋芯柱直径为150mm和200mm的HRBS柱的水平峰值荷载提升了21.15%和55.47%，位移延性系数增大5.51%和降低32.67%。通过设计合理的芯柱直径，能有效提高此新型柱的延性。在试验基础上，建立HRBS柱的有限元模型，模拟结果与试验的结果吻合良好。通过有限元参数化分析结果表明，不同混凝土强度、芯柱直径、芯柱纵筋根数是影响HRBS柱抗震性能的重要参数，可为HRBS柱在工程设计和应用中提供参考。

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自复位结构基于损伤的能量系数谱研究

刘敏, 刘巴黎

振动与冲击. 2025, 44(20): 186-198.

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能量系数是基于能量抗震设计中的关键抗震需求指标。为揭示地震激励下自复位体系能量系数的变化规律，基于修正的能量平衡方程，推导了旗帜型模型单自由度体系基于损伤的能量系数并构建了反应谱。系统研究了地震动场地类型、结构周期T、损伤指标DI、极限延性系数μu、屈服后刚度系数α、耗能系数η对旗帜型模型基于损伤γDI谱的影响，采用回归分析构建了旗帜型模型基于损伤γDI谱预测方程，对比分析了地震激励下旗帜型模型基于延性能量系数γμ谱和基于损伤γDI谱的差异。结果表明：地震动场地类型对旗帜型模型基于损伤γDI谱值的影响不超过10%；极限延性系数对旗帜型模型基于损伤γDI谱值的影响超过50%；在中长周期范围内，与基于延性方法相比，旗帜型模型基于损伤方法的γDI谱值估计趋于保守。构建的基于损伤γDI谱预测方程可用于基于性态抗震设计中自复位结构能量系数的预测。

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沉积河谷场地SV波空间入射地震动输入方法研究

王楠1, 2, 黄博1, 2, 凌道盛1, 2, 陈云敏1, 2

振动与冲击. 2025, 44(20): 199-208.

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沉积河谷场地三维地震响应分析中人工截断边界处地震动输入是场地地震响应研究的关键。本文提出了SV波空间入射下沉积河谷场地的一种地震动输入方法，即先在规则边界上利用推导的SV波空间入射等效节点荷载作为输入，再采用远置边界模型计算场地不规则边界上的自由场响应，作为不规则边界上的地震动输入，并对输入方法进行了验证。对比了SV波入射角度、覆盖层厚度、场地大小和远置边界条件对远置边界模型计算规模的影响，比较了不规则边界采用本文输入方法与工程常用近似解输入方法对场地地震动响应的影响。结果表明：所需远置边界距离随SV波入射方位角、沉积河谷覆盖层面积的增大而增加，远置边界条件采用近似解输入需要的模型计算规模小于自由和固定边界；本文方法计算的不规则边界横河向位移响应是近似解的1.8~2.3倍、场地地表中心处的响应是工程常用输入方法的1.1~1.3倍。不考虑复杂地形对不规则边界响应的影响，会造成计算结果偏小，趋于危险。

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基于面波分离与体波分解的三分量长周期地震动模拟研究#br#

姜言1, 2, 杨乔博1, 刘烁宇1, 2, 骆贝隆1

振动与冲击. 2025, 44(20): 209-219.

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足够多的远场长周期地震动（LPGM）记录对于评估地震潜在区域内高层建筑的抗震性能至关重要。然而，由于长周期地震动的形成条件十分苛刻（如大地震和盆地地形），典型的LPGM记录极为稀缺。为此，本研究基于既有长周期地震动实测样本，结合瞬时谱理论、面波分离方法和多元变分模态分解，提出了一种三分量长周期地震动模拟新方法。具体而言，首先采用基于粒子极化的分离方法，将记录的三分量长周期地震动分解为三个面波成分和一个体波；然后，引入多元变分模态分解，将分离的体波分解为一系列具有模态一致属性的本征模态函数（IMF）；最后，利用改进的幅频调制方法，解释上述面波成分与体波IMF的瞬时频谱信息，并结合谱表示方法实现三分量长周期地震动的模拟。该方法不仅有效体现了面波的极化特征，还能较好地反映体波的时频特性，且可以生成与记录地震动特性几乎一致的任意数量长周期地震动样本。数值案例验证了该方法的有效性与优越性。因此，该方法可以有效解决实际长周期地震动记录不足的问题。

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水平双向加载下钢筋混凝土空间梁柱边节点抗震性能研究

张翼1, 2, 李宏男1, 李超1

振动与冲击. 2025, 44(20): 220-230.

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本文基于ABAQUS有限元软件，研究了钢筋混凝土（RC）框架空间柱边节点在不同水平双向加载路径下的抗震性能。构建三维数值模型，分别模拟了十字形、方形、菱形、环形和花形五种典型双向加载路径，并与单向加载结果进行对比分析。研究从损伤演化、滞回特性、峰值承载力和延性系数等方面系统评估了各加载路径对节点性能的影响。结果表明：双向加载显著削弱节点的抗震性能，最大承载力下降1.03%–14.80%，延性系数降低7.15%–47.76%，其中方形和环形路径的不利影响最为明显；同时，不同加载路径下滞回曲线普遍呈现逆时针旋转，反映出加载相互作用、结构不对称性及剪切损伤累积的综合效应。研究建议在抗震性能评估中优先采用复杂度较高的双向加载路径，以更真实反映节点在地震中的受力机制。

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SHPB高低能冲击劈裂下钢纤维混凝土圆盘动态力学特征及损伤断裂机理

杨荣周1, 2, 3, 4, 王林兵2, 陈佩圆1, 2, 3, 徐颖1, 2, 4, 陈子杨2

振动与冲击. 2025, 44(20): 231-243.

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高性能支护混凝土是深部隧道围岩稳定的关键，但冲击扰动下其拉伸破坏影响围岩稳定。针对这一问题，研究以隧道高性能钢纤维混凝土为对象，探究了SHPB高低能冲击劈裂下其动态力学特征与损伤断裂机理。结果表明，(1) 较低冲击能不足以完全克服钢纤维的牵拉阻裂作用，使得试样在基体发生劈裂损伤后仍因钢纤维的牵拉阻裂作用而在峰后阶段表现出较好的抗冲击性能；(2) 较高冲击能足以完全克服钢纤维的牵拉阻裂作用，试样会因过高冲击能对基体所造成的严重损伤断裂而表现出明显的峰后应力减小特征；(3) 基体在低能冲击下已发生了明显的劈裂损伤，继而在高能冲击下使得钢纤维对基体的阻裂约束作用增强；(4) 劈裂应力对基体劈裂损伤过程更为敏感，钢纤维的阻裂约束作用更多的是增强试样韧性；(5) 冲击能增大更多的是造成应变率和极限应变的增大，体现了高能冲击下试样在基体劈裂后因钢纤维受牵拉被拔出过程而表现出的延性破坏特征；(6) 试样在低能冲击下的起裂方式由“一端起裂”向“两端起裂”转化，损伤断裂最终趋向于加载端的“压剪剥落+劈拉裂缝扩展贯通”；(7) 试样在高能冲击下的损伤断裂程度要显著大于低能冲击，导致了严重的结构性破坏。

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冲击荷载作用下GFRP-混凝土组合梁动态响应研究

杨丽辉1, 杨振1, 贡二康1, 王彪2

振动与冲击. 2025, 44(20): 244-255.

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为研究玻璃纤维复合材料（Glass Fiber Reinforce Plastic，GFRP）与混凝土组合梁在受到冲击荷载时的动态响应，采用摇臂式落锤冲击试验装置，对1根纯GFRP工字形梁和3根具有不同结构设计的GFRP-混凝土组合梁进行了连续冲击试验。通过试验，得到试验梁在不同工况下的跨中位移、冲击力及应变时程曲线，以及在冲击过程中组合梁的裂缝开展情况，并深入探讨了梁体损伤的演变过程。研究结果揭示，纯GFRP梁在冲击荷载作用下损伤程度最小，与设置混凝土层的组合梁相比其整体刚度较小，导致在相同的冲击荷载作用下，梁体会出现显著的变形；混凝土的加入会使梁的整体刚度得到提升，同时也减少了组合梁在受到冲击时的变形响应。采用LS-DYNA建立了GFRP-混凝土组合梁累计冲击模型，并分析了冲击锤质量、冲击速度以及截面高度比对组合梁动态响应的影响规律。

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冲击载荷作用下数码电子雷管损伤研究

陈辉1, 2, 3, 翟慧杰1, 张雷4, 吕金星1, 冯飞洋1

振动与冲击. 2025, 44(20): 256-268.

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为降低爆破中电子雷管的拒爆率，研究爆破过程中产生的冲击载荷对电子雷管芯片的影响，进而对电子雷管起爆产生影响。开展水下爆破冲击预实验和ANSYS-LS/DYNA数值模拟，对不同爆破强度、距爆源距离和爆破方式下电子雷管受到的损伤定性、定量研究，进而提出环间延时起爆可以减少电子雷管芯片损伤。结果表明：（1）爆源RDX用量越多，电子雷管芯片的检测电流越低，受损伤程度越大；（2）距离爆源越远，CDI电容丢失电荷越少，增加冲击距离可以有效降低爆破产生的冲击应力对电子雷管芯片的损伤；（3）通过分析芯片损伤机理，利用多元线性回归分析方法，构建芯片损伤程度与爆源能量及距离的回归模型；（4）环间延时4 ms起爆效果最佳，能够有效减少电子雷管损伤程度，降低拒爆率。深入剖析电子雷管在爆破过程中受到的损伤，有助于提升我国爆破工程安全，提高爆破效率。

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基于迭代学习算法的电磁轴承-转子系统多目标无模型自适应控制器设计

何峻旭, 李翁衡, 曹正, 徐港辉, 祝长生

振动与冲击. 2025, 44(20): 269-280.

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主动电磁轴承转子系统在高转速、高功率的应用场景优势格外显著，但转子在旋转过程中不可避免的会由自身不平衡质量产生不平衡力，进而激励出不平衡振动信号，该振动信号具有与转速同频的周期性重复特征，而目前主流的控制算法或者过于依赖转子模型的精确性，或者不具备学习能力而很难实现对具有重复特征问题的有效控制，或者控制目标单一不能同时兼顾多个目标。由此设计了一种基于迭代学习控制算法的多目标无模型自适应控制器，该控制器无需转子的精确模型参数，具备学习和记忆能力，仅根据输入的位移信号和转速信号来迭代更新控制序列，随迭代次数的增加，其输出的控制信号序列会不断优化并迅速逼近最优。该控制器设置了位移、电流和传递力三个控制目标，不同控制目标通过二级分配参数能够实现平滑切换。针对变转速过程设计了基于转速自适应调节控制目标的多目标控制策略。仿真和实验结果证明了该控制器在定转速及变转速工况下的有效性，并可在较大转速范围内稳定运行。

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惯性力对气体静压径向轴承承载性能影响的研究

贾硕, 贾晨辉, 路艳辉

振动与冲击. 2025, 44(20): 281-294.

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首先，在直角坐标系下，推导出了考虑气体惯性力的雷诺方程和速度控制方程，并且建立了一个气体静压径向轴承的4-DOF数学模型。其次，利用有限差分法求解流体控制方程，得到了稳态下气膜内气体的压力和速度分布特征。在此基础上，通过单因素分析定量研究了轴承各参数对惯性力误差的影响情况，结果表明：平均间隙、直径以及供气压力对于惯性力误差的影响较大，而转速、偏心率以及偏转角的影响则相对较小。最后，在多因素分析中，采用多元回归分析的方法得到了惯性力相对误差的样本回归方程，并将估计值与数值计算结果进行了对比，验证了回归方程的有效性。

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长定子中速磁浮列车－道岔梁耦合振动响应分析

舒瑶1, 2, 3, 彭也也3, 赵春发3, 宋欣悦3, 冯洋3

振动与冲击. 2025, 44(20): 295-304.

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长定子磁浮交通系统中钢制道岔结构是线路薄弱环节，车岔耦合剧烈振动现象时有发生，是磁浮交通工程应用中需要重点关注的问题。本文首先搭建了长定子中速磁浮列车-可挠型道岔梁耦合动力学模型，其次仿真研究了15 ~ 200 km/h速度下车岔耦合振动特性，最后探讨了悬浮控制参数对中速磁浮车岔耦合振动的影响。研究表明，车岔系统耦合动力学响应均随速度提高而增大，在200 km/h取得最大值。车体垂向加速度幅值为1.41 m/s²，悬浮间隙波动量为1.69mm。道岔梁跨中处最大垂向位移和加速度分别为3.09 mm和18.43 m/s²。不同速度下车体的垂、横向平稳性等级均为“优”。系统动力学响应均随悬浮间隙反馈系数和间隙速度反馈系数的增大而明显增大，车辆平稳性受其影响较小。在保证车辆悬浮稳定的前提下，选取较小的控制参数（悬浮间隙反馈系数建议取值为4000~6000，悬浮间隙速度反馈系数建议取值为20~40）有利于减小磁浮车岔耦合振动响应。

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动车车轮偏心激振对踏面非圆磨耗的影响研究

康熙1, 刘锐涵1, 伍琪1, 赵洋1, 崔晓璐2, 陈翔1, 宫巍容1, 禄盛1

振动与冲击. 2025, 44(20): 305-312.

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为研究高速动车组车轮偏心激励的谐频振动对踏面多边形磨耗的影响，基于车辆-轨道系统动力学仿真和车轮-钢轨系统有限元仿真，模拟了车轮不同程度偏心激励下的轮轨法向接触力，采用傅里叶变换计算了轮轨振动主频，分析了车轮偏心和轨枕离散支撑激励的基频及谐频振动；对车轮偏心激振和轨枕离散支撑激振共同/单独作用下的轮轨法向接触力波动分量进行拟合，研究了车轮偏心激励谐频振动的成因及其相位特征，并分析了该振动对车轮多边形磨耗的影响。研究结果表明：当列车以237 km/h的速度运行时，车轮偏心引起的轮轨法向接触力波动未能及时衰减，导致频率为车轮转频整数倍的2~28阶谐频振动；在车轮偏心磨耗量从0.075 mm增大至0.3 mm的过程中，基频振动、2阶和3阶谐频振动相位的最大相对偏差率分别为0.169%、0.745%、0.286%，即车轮偏心激励的谐频振动相位相对车轮偏心方向基本固定。并且，车轮偏心激振的波长可整分车轮周长，故其引起的踏面不均匀磨耗可不断累积，导致对应阶次车轮多边形的快速形成。

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基于互相关函数的子结构损伤识别方法

王小娟1, 张宁宁1, 周宏元1, 2, 王利辉1, 张健3

振动与冲击. 2025, 44(20): 313-327.

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基于互相关函数的结构损伤识别方法因无需测量环境激励、具有较强噪声鲁棒性等优点受到广泛关注。相较于整体结构损伤识别，子结构方法可大幅减少待识别参数数量，降低传感器使用数量，提高损伤识别精度及效率。鉴于此，针对子结构不同边界情况，提出了相应的两种基于互相关函数的子结构损伤识别方法。其中，一种利用测量的边界加速度响应计算边界激励，而后利用加速度互相关函数进行子结构损伤识别；另一种利用加速度互相关函数建立损伤指标，同时识别激励常数矩阵和子结构损伤。数值模拟及实验验证结果表明，所提出的两种损伤识别方法均能准确识别子结构损伤，且具有良好的噪声鲁棒性。

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基于MRF_GCN-Transformer的滚动轴承剩余寿命预测

李耀华1, 2, 张宇1, 杨通江2, 石瑞勃1

振动与冲击. 2025, 44(20): 328-337.

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针对传统神经网络在处理滚动轴承振动信号时，由于信号的非线性和非平稳性导致的预测精度不高的问题，提出了一种基于MRF_GCN-Transformer的滚动轴承剩余寿命预测方法，结合多感受野图卷积网络（Multireceptive Field Graph Convolutional Networks，MRF-GCN）和Transformer网络对轴承的振动信号进行特征提取和寿命预测。相较于传统GCN忽视邻居节点重要性差异且采用固定的感受野，MRF-GCN方法通过引入多个感受野，有效捕捉图结构中的多尺度信息，并通过可学习的权重参数优化模型对复杂关系的捕捉。同时提出一种基于邻接矩阵调整注意力得分的图注意力机制，可以自动构建时间与特征相关的图结构，并在训练过程中自适应学习连接权重，从而优化模型对复杂关系的捕捉并提升预测准确性。实验结果表明，该模型在PHM2012公开数据集上的预测性能表现良好，具有较高的准确性和鲁棒性，与CNN-Transformer和Transformer-BiLSTM等网络相比，平均绝对误差和均方根误差分别平均降低了12.7%和37.39%。决定系数平均提高了5.90%。

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一种多频带模态特征倒残差网络用于旋转机械局部故障的诊断

吴百坚, 于刚

振动与冲击. 2025, 44(20): 338-347.

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针对现有模型在旋转机械局部故障多频带模态特征提取方面的不足，提出了一种基于瞬态提取变换的多频带模态特征倒残差网络诊断方法。该方法首先通过瞬态提取变换精确定位局部故障的冲击时刻，从而为模型迭代提供具有更高的时频分辨率的时频图。然后，设计了具有大感受野、不同初始化权重的卷积核，以适应时频图中多频带模态特征的分布，结合频率维度上的滑动策略，确保每个卷积核在滤波操作中能够完整地捕获特定频带的特征。提取的特征经合并后，通过倒残差块进一步进行精细化特征提取，随后进行随机失活、展平，并通过全连接层进行分类。通过大量对比实验，验证了该方法在旋转机械局部故障诊断中的显著性能提升，为该领域提供了创新的理论依据和技术方案。

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基于混合注意力的TCN-Transformer行星齿轮箱故障诊断方法

陈志刚1, 2, 陶子纯1, 王衍学1, 魏梓书1

振动与冲击. 2025, 44(20): 348-358.

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针对现有智能故障诊断模型在处理多通道信号时面临的泛化能力不足、依赖人工特征设计以及跨通道关联建模薄弱等问题，本文提出一种基于TCN-Transformer的端到端多通道信号自适应诊断模型。该模型通过时间卷积网络(Temporal Convolutional Network, TCN)与Transformer的级联架构，构建局部特征提取与全局依赖建模的协同学习机制：TCN模块利用因果卷积逐层捕获信号局部时频模式，其残差连接设计有效缓解深层网络的信息衰减；特征重组阶段提出单向补丁(Unidirectional Patch, UDP)的序列标记方法，将多通道时序信号切割为具有位置编码的高维片段序列，避免传统分块策略的边界失真问题。在Transformer编码层中，创新性融合通道注意力与多头自注意力机制，形成同时关注通道特征和位置关系的混合注意力模块，增强不同传感器信号间的互补性表征。实验表明，该模型在行星齿轮箱多传感器诊断任务中达到98%的识别准确率。

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2025年, 第44卷, 第20期　
刊出日期：2025-10-28

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