振动与冲击

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蒋媛1, 2, 陈晓伟3, 程丽娟1, 回忆2, 彭留留2

振动与冲击. 2025, 44(21): 1-11.

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风洞试验是获取大跨结构表面风压场的重要手段。然而，由于测量设备能力或刚性试验模型内部空间的限制，完整的风压场通常很难获取。因此，该研究提出了一种基于方差拓展Kriging序列插值的大跨结构风压场重构方法。该方法考虑了风压数据本身的不确定性，不仅可以提供大跨结构风压场重构的确定性结果，还能从概率角度重构任何所需时刻或位置处的风压系数时程或风压系数矩。同时，该方法采用了基于方差拓展Kriging序列插值的方式，避免了常规时序插值所面临的繁复操作，从而表现出较高的计算效率。以成都国际铁路港进出口商品展示交易中心天幕结构风压场的风洞试验数据为例，对所提方法的有效性进行验证。结果表明，该方法在大跨结构风压场重构的计算效率与精度上都表现出了良好的性能。当时间序列长度为1 000时，所提方法的效率约为反向传播神经网络方法的3 074倍。在所提方法的风压场重构结果中，预测值与实测值相关系数R在三个代表性风向下分别为0904 4、0896 3以及0956 9。因此该方法在实践中具有很大的潜力。

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界面角度对层状岩石动态断裂及能量耗散影响的试验研究

刘健1, 2, 薛勇林1, 2, 张华磊1, 3, 齐潮1, 3, 朱家亮1, 2, 黄猛猛1, 2

振动与冲击. 2025, 44(21): 12-24.

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为了探究不同界面角度下层状复合岩石的动态断裂行为，采用直径为50.0 mm的分离式霍普金森压杆装置对直切槽半圆盘弯曲(notched semi-circle bend,NSCB)试件开展15°、30°、45°、60°、75°和 90°界面角度梯度内的动态冲击试验。通过高速摄像装置记录NSCB试件破坏形态，并利用数字图像相关技术分析裂纹扩展走势，研究NSCB试件在不同界面角度和不同冲击荷载条件下的动态断裂行为和能量耗散规律。结果表明：NSCB试件受冲击荷载作用后裂纹扩展速度随界面角度的增大呈现先减小后增大的变化趋势。根据裂纹形态和起裂位置共获得4种裂纹类型，随着界面角度的减小，NSCB试件断裂出现的裂纹类型增多，NSCB试件由单一的劈裂拉伸破坏模式(ⅠT+ⅣT型)变为复杂的拉伸-剪切复合破坏模式(ⅡS+ⅢS+ⅣT型)。界面角度增大会导致煤岩交界面对半正弦入射应力波的有效反射面积增大，入射波在经过界面后会产生更大的反射波和反射能量，相应的透射波和透射能量会不断减小，裂纹沿界面扩展的偏转作用会随界面角度增大而减小，裂纹更多沿岩石基质扩展，从而使NSCB试件断裂的耗散能量比值逐渐增大。

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考虑二阶模态的连续梁在移动荷载作用下的共振与消振机理研究

杨美良, 谭文彬, 毛天, 李林杰

振动与冲击. 2025, 44(21): 25-37.

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铁路桥梁中广泛采用两等跨连续梁作为主梁结构，为了研究高速列车作用下两等跨连续梁的共振与消振问题，建立简化的移动荷载列模型。根据一阶模态和二阶模态振型函数，推导出在移动荷载列作用下连续梁的强迫振动和自由振动的理论闭合解，并分别分析一阶模态和二阶模态产生的共振与消振条件；通过数值计算验证理论的正确性；根据实桥数据分析不同参数对振幅的影响规律,其中，重点研究多阶模态、桥梁阻尼比对自由振动响应的影响。结果表明：分别由一阶模态和二阶模态产生的同一阶共振速度大小存在恒定的比值；当分别由一阶模态和二阶模态产生的第一类消振速度大小相等时，会同时发生前2阶模态的消振；单个移动荷载作用下，考虑一阶模态和二阶模态阻尼大小相等或接近，当阻尼对一阶模态或二阶模态振幅的衰减效果位于谷值范围内时，则对另一阶模态振幅的衰减效果处于峰值范围内，对两者的衰减效果随速度变化出现交替上升和下降的现象。

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摇摆自复位桥墩撞击损伤机理及韧性提升技术研究

宋彦臣1, 张赞1, 吴焕1, 韩强1, 陈作银2

振动与冲击. 2025, 44(21): 38-53.

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震后功能可恢复摇摆桥梁因震后无需修复或稍加修复即可恢复桥梁正常使用功能，已成为桥梁抗震韧性研究的热点之一。然而，既有研究主要关注其抗震性能，摇摆桥墩在冲击作用下可能会导致摇摆界面错位，甚至引发桥墩倒塌，相关研究有待开展。本文首先基于数值模拟开展了摇摆桥墩的冲击破坏模式分析与抗冲击性能评估，并基于试验结果对冲击数值模拟的可靠性进行了验证；为提升摇摆桥墩的撞后复位性能，研发了基于弧形摩擦界面的摇摆桥墩撞后复位性能提升技术，基于数值模拟验证了提升后摇摆桥墩的抗冲击性能及复位能力；提出了提升后摇摆桥墩的冲击响应解析模型，建立了其抗冲击性能指标体系并完成了指标计算精度的验证，提出了撞后自复位桥墩抗冲击设计流程。研究结果表明：传统摇摆桥墩在冲击荷载作用下墩身损伤严重，摇摆界面发生较大错动且难以复位，提升后摇摆桥墩在冲击荷载作用下耗能能力及自复位能力较好，墩身损伤显著降低；采用桥墩抗剪承载力、桥墩最大设计位移、耗能能力等为性能指标能够全面评估摇摆桥墩的抗冲击及复位性能。

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双管双腔室空气弹簧动态特性优化设计

秦武1, 廖迅东1, 胡红成2, 来飞3, 刘霏霏1, 韩鹏飞4

振动与冲击. 2025, 44(21): 54-63.

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为解决单节流管空气弹簧中频动刚度偏大、阻尼偏小的问题，研究一种新颖的双管双腔室新型空气弹簧结构。基于结构力学、热力学和流体力学，建立考虑紊流效应、阀门特性及橡胶皮囊等非线性特征的动力学模型，并通过MTS台架验证了其有效性。考虑紊流效应后，节流管内气体流动稳定性下降，动刚度变化率增大；考虑阀门特性后，节流管内压降增大，主气室与附加气室间的隔绝更早发生；所考虑的橡胶皮囊模型由Coulumb摩擦单元和分数阶导数Kelvin-Voigt粘弹性单元平行组成，用以描述橡胶皮囊的振幅相关性和频率相关性。分析了模型关键参量对空气弹簧动态特性的影响，并针对低频与中频的阻尼特性，提出了一种基于拉伸管尺寸的多目标优化策略。相比于单管空气弹簧，优化后动刚度最大降低7.35%，并且在低频阻尼系数仅降幅9.9%的情况下，中频段平均阻尼系数提升19.5%，中频伸张阻尼比增幅达39%。该设计在维持悬架系统稳定性的基础上，显著强化了路面激励核心频段（2~10Hz）的隔振性能。

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圆柱壳内振源振动传递主被动控制研究

贺佩韬1, 2, 张强博1, 2, 谢溪凌1, 2, 张志谊1, 2

振动与冲击. 2025, 44(21): 64-71.

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针对水下无人航行器动力设备振动沿法兰支承向壳体传递问题，提出一种结合被动隔振和主动吸振的减振支承方案。根据能量法建立减振支承的动力学模型，通过波传播法建立圆柱壳振动模型，采用子结构综合法建立耦合系统振动模型。分析系统振动传递特性，给出振动控制策略，验证壳体振动可控性，并分析减振支承刚度对控制效果的影响。最后通过振源-减振支承-壳体实验系统验证控制的有效性。仿真与实验结果表明，基于环形隔振器和电磁吸振的减振方案能有效降低壳体的线谱振动。

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水下航行体垂直出筒横向载荷特性数值仿真研究

李治涛1, 2, 卢丙举1, 2, 张晓乐1, 2, 尤闯1, 2, 3, 李宇航1, 2

振动与冲击. 2025, 44(21): 72-82.

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水下航行体发射时保持较大的艇速有利于操艇和快速离开发射地点。为了研究高艇速下垂直出筒横向载荷问题，基于零间隙重叠网格与单向耦合技术，建立了适配器方式弹筒匹配和导向的水下航行体垂直出筒过程数值仿真模型，分析了横向流流速、有/无导流结构对垂直出筒横向载荷变化的影响。结果表明：无导流结构水下航行体出筒横向载荷数值仿真结果与试验数据趋势和量级吻合良好；出筒长度为～之间时，无导流结构水下航行体横向剪力和俯仰力矩增大的倍数近似与横向流流速增加的倍数成正比；带导流结构水下航行体出筒初期有个与横向流反向的横向剪力及扶正俯仰力矩，出筒长度为时，该横向载荷达到局部最大值；出筒长度小于时，导流结构分导流效果显著，能够降低水下航行体出筒横向载荷；导流结构对出筒过程随航行体运动的筒口气团形貌和位置具有明确影响。

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半空间中多个椭圆孔洞对SH波的散射

赵元博, 程玉朕, 韩坤

振动与冲击. 2025, 44(21): 83-89.

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对于半空间中多个椭圆孔洞对SH波散射的问题，采用镜像法将半空间问题变成全空间问题进行研究。采用复变函数法建立椭圆孔的复平面坐标系，并通过波函数展开法建立椭圆孔的波场和应力；建立椭圆孔边的任意一点辐角与该点的垂线和坐标轴之间的夹角的联系，避免了“保角变换”法的使用；最后通过椭圆孔的应力自由边界条件建立方程求解未知系数，最终得到动应力集中系数。数值结果表明，半空间存在多个椭圆孔时，椭圆孔的大小、深度和多孔之间的距离对其他椭圆孔边动应力集中系数的影响都会随着入射波波数的增加而变大，可以说明入射波波数的影响要远大于孔本身参数的影响。

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基于多指标优化变分模态分解的泵站厂房结构振动信号降噪研究

张千一1, 江琦2, 张建伟2, 刘喜珠3, 赵瑜1, 2

振动与冲击. 2025, 44(21): 90-99.

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针对多源复杂激励作用下泵站厂房结构振动特征信息难以提取的问题，提出基于多指标优化的改进变分模态分解方法。为降低变分模态分解中K值主观选取引起的辨识误差，提出能量差参数e、散布熵De、频域极大值与次大值之比R和相邻模态主频间隔Df四个指标对K值进行自适应寻优处理，实现多源激励且噪声干扰严重的非线性非平稳信号的降噪处理，突显结构特征信息。构造仿真信号，采用信噪比和根均方误差验证该方法的可行性和优越性。将该方法应用于打渔张泵站厂房结构特征信息提取，运行期间泵站厂房结构的优势频率为16.64Hz、29.19Hz、33.28Hz、58.37Hz和80.02Hz，为多源激励的泵站厂房结构振动特征信息提取提供了一种新的方法。

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嵌入式共固化网格阻尼结构复合材料的建模与力学性能优化

葛洪升1, 梁森1, 2, 吴龙2, 杜韧1, 于浩东1

振动与冲击. 2025, 44(21): 100-106.

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针对嵌入式共固化网格阻尼复合材料的力学性能优化问题，构建了面内等效弹性参数理论模型，结合实验测试与数值模拟进行验证，在此基础上揭示了网格阻尼结构参数变化对复合材料刚度与阻尼性能的影响规律。采用遗传算法优化策略，在保证材料刚度损失可控的前提下，实现了阻尼性能的显著提升。结果表明：在一定条件下，当阻尼片面积占比95.56%时，材料损耗因子较无阻尼结构提升814.71%，而刚度仅降低了9.58%。该研究为高性能嵌入式共固化网格阻尼复合材料的工程化设计提供了理论支撑。

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桥梁多模态涡振非线性能量阱控制鲁棒性附加位移效应

谢瑞洪1, 许坤2, 高星亮3, 赵林1, 4, 5

振动与冲击. 2025, 44(21): 107-115.

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大跨桥梁多模态涡振控制受限于传统线性吸振器的窄频特性。非线性能量阱惯容器（nonlinear energy sink inerter，NESI）结合宽频吸振与质量放大效应，具备多模态控制潜力，但其性能易受自重、装配误差等附加位移影响。本文针对桥梁风致多模态涡激振动控制，提出基于NESI的控制方法。通过理论分析与数值模拟，研究了附加位移效应对NESI控制性能的影响。研究表明，附加位移导致NESI刚度与阻尼的有效参数范围偏移，引发1:2次频率比共振，涡振抑制效率降低53.7%。此外，相较于阻尼比，NESI的控制性能对桥梁模态频率和初始激励幅值更为敏感。在存在附加位移时，NESI控制性能对频率比和激励幅值变化均表现出显著退化，尤其在频率比小于1区域内性能波动剧烈。进一步研究表明，适当提高质量比与惯质比虽可在一定程度上缓解附加位移带来的性能损失，但在频率比小于1的条件下仍难以实现稳定控制。

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大长径比镗杆的磁扭转动力吸振器设计与减振特性研究

蔡昌琦1, 赵杰烽1, 朱永胜2, 严博1

振动与冲击. 2025, 44(21): 116-123.

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针对传统大长径比减振刀具中动力吸振器的橡胶刚度调节不便、难以精准设计等问题，本文设计了一种磁扭转动力吸振器。首先，建立了扭转刚度理论计算模型，实现动力吸振器扭转刚度的精确设计；构建了大长径比镗杆的简化动力学模型，使用谐波平衡法获得系统的动力学响应，进而讨论了不同吸振器参数对镗杆减振性能的影响。最后，利用有限元仿真验证了磁扭转动力吸振器对大长径比镗杆的减振效果，并进一步完成了动力吸振器的结构优化。结果表明，安装磁扭转动力吸振器可使幅频响应曲线峰值下降80%以上，可以有效抑制镗刀在加工过程中的振动现象。

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多起伏管道充水过程流动特性分析

梁兴, 易雨晨, 艾鑫, 胡楷淳, 邓飞, 曹寒问

振动与冲击. 2025, 44(21): 124-131.

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针对多起伏压力管道充水过程中压力振荡问题，设计了6弯折管道并采用试验与模拟相结合的方法，分析整个管路系统不同位置处压力、气液两相分布等，探索多起伏管道压力振荡诱因及特征。结果表明：充水过程中下降管段水气交界面逐渐被拉长，水气出现混合现象，上升管段水气交界面收缩，内部气团不断被挤压排出诱发压力振荡；随着充水压差从0.15m增加至0.45m，管内压力振荡可以分为两类，当压差小于0.35m时压力振荡为3次，大于则2次；压差较大时管道“V”型弯折诱发的压力振荡强于梯形弯折，压差较小时则相反。为此，实际工程设计宜减少“V”型设计，并在管道下凹处安装排气阀，运行中则可适当增加充水流速。

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局部海洋附着物对内外流耦合作用下顶张力立管的动力学特性影响研究

廖洋洋1, 2, 谢雅娟1, 2, 3, 唐和生1, 2

振动与冲击. 2025, 44(21): 132-143.

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顶张力立管（Top-tensioned riser, TTR）作为一种重要的海洋结构物，广泛应用于海上石油平台和海底设施中，其动力学特性直接影响着结构安全性和使用寿命。TTRs常受到海洋附着物（如海藻、贝类等）的影响，附着物的分布和质量对立管的动力学行为产生了重要影响。本文通过高斯函数来表征附加质量分布，基于Hamilton原理建立了内、外流耦合作用下的分布式质量-顶张力立管动力学方程。结合有限差分法（空间域）和4阶Runge-Kutta法（时间域）来实现动力学方程的求解。分析了不同质量比α= 0.25、0.5、0.75、1和不同分布位置μ= 0.1: 0.1: 0.9的局部附加质量对内、外流耦合作用下顶张力立管动力学特性的影响。研究结果表明，局部质量能抑制所在位置的位移响应，且合理的附加质量分布（μ= 0.2、0.3、0.7、0.8、0.9），能显著抑制内流所激发的第4阶模态响应，从而使得TTR的振动形态变得稳定。

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漂浮式风机气动载荷水池试验模拟方法

赵战华, 朱彦祺, 朱俊杰, 匡晓峰, 吴澜

振动与冲击. 2025, 44(21): 144-150.

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浮式风电水池模型试验中，风机气动载荷由于尺度效应显著而导致准确的相似模拟存在较大难度。在对结构合理简化的基础上，目前主要有“定常力法”，“圆盘法”和“翼型重构法”气动载荷模拟方法得到广泛应用。本文以自主开发的新型6.2兆瓦浮式风电装备为对象，采用三种气动载荷模拟方法分别开展系泊状态下不同形式的水动力性能对比试验。对比分析发现，三种不同方法得到总体响应结果显著差异主要出现在高频载荷部分，而低频运动和系泊缆张力则一致性较好。具体的试验方法可根据不同研究目的进行合理选取。

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计及曝气效应的楔形体入水砰击载荷实验研究

吴文成1, 肖龙飞1, 2, 寇雨丰1

振动与冲击. 2025, 44(21): 151-157.

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为探究曝气环境对楔形体入水砰击载荷的影响，通过开展曝气入水砰击实验分析了砰击压力的时空分布特征。采用丝网传感器精确测量曝气水的空隙率，并定义砰击压力特征参数，研究了曝气程度和入水速度对砰击压力峰值及压力传播速度的影响。结果表明：入水速度增加导致砰击压力峰值增大、持续时间缩短；曝气显著降低了砰击压力峰值，并使压力时历曲线呈现明显振荡特征，在较高曝气条件下有效抑制二次砰击；压力传播速度随入水速度增大而增加，但曝气对其影响较小；建立了砰击压力峰值与压力上升时间的无量纲幂函数经验关系式。本研究为曝气条件下结构物入水砰击载荷分析提供了重要的实验依据。

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饱水-爆破耦合损伤砂岩三轴力学性能试验研究

宗琦1, 郭建1, 汪海波1, 徐颖1, 王浩1, 程兵2, 陆子毅3, 郭世海3

振动与冲击. 2025, 44(21): 158-171.

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深孔爆破卸压技术是控制深部煤矿岩体灾害的有效手段，但工程现场爆破损伤区范围的界定及爆破损伤岩体力学性能演化特征始终难以定量表征。本文通过室内试验对饱水砂岩开展深孔爆破损伤处理，利用三轴加载装置对不同爆心距处损伤砂岩开展不同围压下的三轴加载试验，分析爆心距、围压及饱水作用对煤系砂岩峰值应力、弹性模量、体积应变及破裂破碎形态影响规律。研究结果表明：1) 砂岩中蒙脱石占比从自然状态的3.0%降至饱水状态的1.8%，矿物吸水膨胀及溶解导致黏土颗粒流失。2) 爆破荷载作用使得试件孔隙率增大，且饱水试件孔隙率增幅显著高于自然试件。3) 爆破荷载作用及饱水作用均会对煤系砂岩造成损伤，试件黏聚力、承载能力及抗变形能力均存在降低，且饱水-爆破耦合会使得试件损伤程度叠加效应明显。4) 围压的增大、饱水作用及爆破荷载作用均会增大试件塑性变形能力，降低试件宏观破坏程度。本研究可为富水环境下爆破卸压设计提供了理论依据。

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基于周期变异SOA-SVMD爆破振动信号降噪研究

李洪超1, 2, 沈成行1, 石玉莲3, 黄国泉4, 张继1, 衣佳欣5, 王凯1

振动与冲击. 2025, 44(21): 172-181.

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针对爆破振动信号受环境噪声干扰严重的问题，提出一种基于周期变异海鸥算法（seagull optimization algorithm，SOA）优化逐次变分模态分解（successive variational modal decomposition，SVMD）参数的降噪方法。首先，引入周期变异策略改进SOA算法以克服局部最优缺陷，并用于优化SVMD的maxAlpha参数；其次，基于多尺度排列熵（MPE）阈值筛选噪声分量，重构有效模态实现降噪。通过仿真信号实验对比经验模态分解、小波阈值法、集合经验模态分解-多尺度排列熵、鲸鱼优化算法-变分模态分解-多尺度排列熵及本文方法，以信噪比和均方根误差为评价指标，结果表明：周期变异SOA-SVMD的信噪比（20.588）最高，均方根误差（0.160）最小，性能表现最佳。进一步以江西某地下矿山爆破振动实测信号验证，降噪后信号能量比为0.971，信偏比为12.020，均值曲率为356.480，波形平滑度显著提高。该方法为复杂环境下爆破振动信号的特征提取提供了高精度解决方案。

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岩质地层中硐室两次连续打击缩比试验与数值仿真研究

柏准1, 胡玉涛1, 姚杭1, 李献1, 张宁2

振动与冲击. 2025, 44(21): 182-194.

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当前高精度制导武器应用广泛，对防护结构同一部位进行多次连续打击在技术上已不存在障碍，然而高精度制导武器集中连续打击下结构的累积毁伤效应、毁伤特征以及剩余结构承载能力等课题均有待进一步分析。本文对岩质地层中硐室遭受常规武器二次爆炸的毁伤效应开展了系统研究。首先，基于结构抗力计算理论给出了两次打击下硐室结构的毁伤指标表征方法及毁伤荷载量化关系，定义了二次毁伤的临界荷载Pu并给出了数学表达式；其次，开展了岩质地层中的硐室二次爆炸缩比试验，获取了二次爆炸毁伤模式及基准数据；最后，通过数值仿真开展了不同工况条件下硐室结构的二次毁伤效应数值试验，第一次打击比例爆距较小时（<0.62m/kg3），结构在第二次打击时受第一次爆炸作用的影响较大、受第二次爆炸作用的影响较小；当第一次打击比例爆距较大时（>0.62m/kg3）, 结构在第二次打击时受第一次爆炸作用的影响较小、受第二次爆炸作用的影响较大。缩比试验和数值试验的数据也验证了通过临界荷载Pu判断结构二次毁伤状态的合理性。相关结果可支撑地下结构的累积毁伤评估和防护设计。

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冲击激励下高速柔性转子系统动力学响应研究

卢愈, 于明, 唐振寰, 李川

振动与冲击. 2025, 44(21): 195-200.

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舰载航空发动机冲击试验是航空设备的重要考核项目，其转子系统在冲击载荷下的动力特性直接影响舰载机的安全运行。本文以某型发动机动力涡轮转子为研究对象，该转子系统为跨二阶临界转速工作的大长径比多支点柔性转子，其2#、4#支点为非定心挤压油膜，建立了转子系统运动微分方程，采用数值方法求解动力学响应，结合试验数据分析了半正弦冲击激励下峰值和脉宽对转子动力学响应的影响规律。研究结果表明：冲击激励下转子系统动力学响应以200Hz以下频率为主，冲击响应峰值随激励峰值增大而增大，随激励脉宽增大而减小，呈非线性变化特征，转子振动响应峰值在冲击前后差别较小，冲击对转子动力特性影响较小，仿真与试验误差在30%以内，研究成果能够为航空发动机冲击试验和仿真提供参考。

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考虑分区持续时间冲击的系统核密度剩余寿命预测

刘淑珍, 郭鑫梦, 石慧, 常春波, 朱彦军

振动与冲击. 2025, 44(21): 201-210.

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针对不同大小冲击对系统造成的影响不同以及冲击在持续时间下对系统可靠度和剩余寿命预测精度的影响问题，提出一种考虑分区持续时间冲击的系统可靠性分析与剩余寿命预测模型。其中随机冲击的到达遵循齐次泊松过程，冲击根据其幅值分为四个区域，即安全区、概率损伤区、损伤区和致命区，采用自适应核密度的非参数估计方法对系统自然退化过程建模，在自然退化和冲击随机相关性研究的基础上对系统进行可靠性分析和剩余寿命预测，最后通过数值实验和C-MAPSS数据集验证了所提模型的有效性。

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冲击荷载作用下冻结掺和土料动态力学特性研究

高鹏1, 2, 张斌龙1, 2, 3, 王青志1, 2, 周志伟4, 李佳1, 2, 杨晓林1, 2, 顾萌然1, 2

振动与冲击. 2025, 44(21): 211-219.

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为研究不同冲击荷载条件下寒区冻结掺和土料的动态力学性质，采用分离式霍普金森杆试验装置，系统开展了系列动态压缩试验，探究其在低温环境（-40℃）下不同应变率（15 s-1、25 s-1、35 s-1）及砾石含量（10%、15%、20%、25%）条件下的动态应力-应变行为及破坏特征。研究结果表明：随着应变率的增大，冻结掺和土料试样的动态应力-应变曲线可以划分为四个阶段，且在达到峰值应力之后，应力-应变曲线出现显著的软化现象。通过对试样破坏形态的分析，发现在砾石含量较低的情况下试样的裂纹扩展发育受到砾石的阻碍，裂纹发育方向为沿砾石界面绕射扩展，沿着土石界面持续破坏，随着砾石含量的增加，一定程度上增强了试样的强度且延缓了试样的破坏。进一步研究表明，冻结掺和土料的动态应力-应变行为具有显著的应变率敏感性和含石量依赖性。根据试验结果，基于朱兆祥、王礼立和唐志平（Z-W-T）提出的非线性粘弹性本构模型引入含石量参数，构建了动态本构模型，该模型能够较好地预测其动态应力-应变曲线，为寒区工程中冻结掺和土料的动态力学性能评估提供了理论依据。

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考虑车轨耦合振动激励的高铁扣件弹条疲劳寿命高效预测方法

唐培洋, 罗俊, 朱胜阳, 翟婉明

振动与冲击. 2025, 44(21): 220-229.

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高速铁路扣件弹条在长期运营过程中出现了疲劳断裂现象，为了建立一种弹条疲劳寿命高效预测方法，首先基于模态叠加理论提取有限阶振型构建预应力状态下弹条空间变曲率梁动力学模型，并结合弹条参数化方程与粒子群优化算法，采用线性约束刚度取代传统实体模型弹条与轨道结构多层界面非线性接触关系，然后应用车辆－轨道空间耦合动力学模型计算用于输入弹条动力学模型的振动激励，最后基于疲劳累积损伤理论实现弹条疲劳寿命的高效预测。研究结果表明：构建的高速铁路扣件弹条疲劳寿命高效预测模型，显著提高了计算效率，具有良好的数值收敛性；弹条疲劳断裂主要由于激励频率与弹条的第二阶固有频率接近，从而引发共振现象，且弹条跟端附近是疲劳断裂的高危区域；为保证高速铁路弹条500万次疲劳寿命的设计要求，建议250、300、350、400 km/h四个速度等级下的车轮多边形幅值应分别控制在0.036、0.056、0.046、0.065 mm以内。

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高速铁路接触网定位器服役特性研究

陈兴1, 陈龙1, 宋洋1, 2, 刘志刚1, 王续凡1

振动与冲击. 2025, 44(21): 230-239.

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定位器是接触网系统中的关键零部件，其服役性能的稳定直接决定弓网系统能否安全稳定运行。针对400 km/h高铁运行过程中，定位器所受载荷特性及其疲劳性能开展研究。首先，通过弓网动力学仿真获取了300、350和400 km/h工况下的接触网振动位移，将其代入腕臂-定位器模型进行分析，明确定位器为关键薄弱点。然后，基于定位器精确有限元模型，计算了动态运行过程中定位器的应力分布。之后，基于核密度估计和Monte Carlo法对应力进行外推，并编制了其二维应力谱。最后，采用Miner线性累积损伤理论对定位器的疲劳寿命进行计算。结果表明，在300 km/h、350 km/h和 400 km/h 三种工况下，定位器最大应力值分别为152.53 MPa、191.01 MP和260.48 MPa，定位器能承受的受电弓架次分别为845630 次、392041 次和82951 次。

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高速航空柱塞泵湿转子系统动力学特性分析

陈远玲, 尚伟, 潘越洋, 任晓智

振动与冲击. 2025, 44(21): 240-247.

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航空柱塞泵在工作中各个摩擦副泄漏的油液会充满缸体和泵壳之间的间隙，在高速旋转下形成间隙环流。为探究间隙环流与柱塞泵转子系统耦合作用下的动力学特性，利用Fluent动网格技术和瞬态CFD模拟方法，搭建了高速航空柱塞泵的间隙环流动力学模型，分析了间隙比和偏心率对间隙环流的刚度、阻尼和质量系数的影响；基于传递矩阵法建立了航空柱塞泵湿转子系统的集中质量模型，分析了间隙环流对柱塞泵临界转速的影响规律。研究结果表明：同心间隙环流在扰动较小时其动力特性系数是线性的；对于偏心间隙环流，在静偏心率较小的情况下能较好地预测转子运动的流体激励，而在静偏心率较大时则不适用；在动偏心率较大时动力特性的敏感性增大，动力特性的线性范围逐渐缩小；间隙环流的作用会降低转子系统的各阶临界转速，间隙比越大，降低作用更明显。

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基于MSIF-2DCNN的航空发动机中介轴承故障诊断方法

郭伟超, 辛晓行, 杜亮, 王景琪, 思悦, 李淑娟

振动与冲击. 2025, 44(21): 248-257.

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由于航空发动机工作环境复杂，故障数据稀缺，且单一传感器难以全面表征中介轴承状态，导致现有诊断方法准确率较低。为此，提出了一种基于多传感器信息融合(Multi-Sensor Information Fusion, MSIF)和二维卷积神经网络(2-Dimensional Convolutional Neural Networks, 2DCNN)的航空发动机中介轴承故障诊断方法。该方法将多个传感器的时域和频域特征融合为一张RGB图像，从而更加全面的表征中介轴承状态。然后，将生成的RGB图像输入2DCNN模型完成故障诊断。在真实航空发动机试验台的轴承故障数据上的测试中,当训练集与测试集比例为1:9的小样本条件时，部分传感器组合的诊断准确率即可达99.00%；比例为7：3时所有传感器组合的准确率均达100%。此外，所提方法的诊断准确率，与基础研究相比，至少提高了13%；且超越了进行对比的5种先进方法。结果表明，该方法不仅实现了航空发动机中介轴承故障的快速精准识别，还在小样本条件下展现出了卓越的诊断性能。

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基于 CNN-Transformer 交互融合网络的航空活塞发动机进排气故障诊断

盛润, 徐劲松, 韦宝涛, 王博

振动与冲击. 2025, 44(21): 258-269.

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针对航空活塞发动机振动信号中表征故障的关键特征易被噪声淹没，现有模型难以全面刻画复杂信号的挑战，提出了一种基于卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）-Transformer交互融合网络（CNN-Transformer interactive fusion network, CTIF）的航空活塞发动机进排气故障诊断方法。首先，设计的CNN-Transformer双分支并行结构充分发挥各自优势，分别从原始振动信号中提取局部细节特征和全局时序特征。在此基础上，引入交叉注意力（Cross Attention, CA）特征交互融合模块，通过注意力权重分配动态关联两类特征的关键信息，实现局部与全局特征的深度融合。最终，全面刻画出表征发动机进排气故障的振动特征，从而实现高精度的故障诊断。试验结果表明，该模型在不同工况下的三个数据集上均实现了99.40%以上的测试准确率，即使在噪声干扰下依旧保持了良好的诊断性能，与现有的诊断模型相比，具有更强的泛化性和鲁棒性。

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封闭空间声固耦合对振动传递主动控制的影响

郑诗若1, 2, 唐蕾1, 2, 谢溪凌1, 2, 张志谊1, 2

振动与冲击. 2025, 44(21): 270-278.

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为明确封闭空间声固耦合对内部振源振动传递控制的影响，建立了封闭舱段声固耦合有限元模型，分析了结构系统和封闭声腔的模态特征以及壳体在其内部振源激励下的响应，比较有/无声固耦合的壳体内部控制误差点和壳体的振动响应。计算结果表明，对于声固强耦合情形，结构振动传递控制并不总能有效地抑制封闭壳体内振源振动向壳体的传递，不可控频率与声腔模态特征吻合。通过实验系统对声固耦合影响进行了验证，测试结果表明，除结构振动传递路径外，壳体内部声腔也是不可忽视的传递路径，声固耦合对振动传递控制效果存在负面影响，总体上随频率升高而增强。

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混合动力汽车车内加速噪声主被动降噪方法研究

钟秤平1, 2, 郭荣1, 林胜1, 2, 3, 钟云辉3, 涂迪3, 刘森海2, 3

振动与冲击. 2025, 44(21): 279-288.

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车内噪声作为影响驾乘舒适性的关键指标，已成为汽车噪声、振动与声振粗糙度（noise, vibration, and harshness，NVH）性能评价的重要参数和售后质量投诉的主要来源。本研究针对某混合动力SUV在3800-4500 r/min加速工况下出现的发动机二阶噪声问题展开系统性研究。通过振动噪声传递路径分析和模态测试，确定噪声问题源于发动机二阶激励通过空调管路结构传递至车身，且车身在125-150 Hz频段呈现显著的声振耦合特性。基于此，本研究提出了被动降噪与主动降噪两种解决方案：被动降噪方案通过优化空调管路模态特性和隔振性能；主动降噪方案则采用改进的变步长陷波FxLMS算法。实验结果表明，主动降噪方案在车内二阶噪声控制中较被动降噪方案提升 6.1-7.7dBA，总体降噪效果达到11.9-13.5dBA，显著改善了车内声学环境。本研究为混合动力车型NVH性能优化提供了新的技术路径，具有重要的工程应用价值和推广意义。

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噪声环境下基于AVMD和MMDE-SMFF的滚动轴承故障诊断方法

赵昱宇, 田翼, 王雨潇

振动与冲击. 2025, 44(21): 289-301.

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针对现有深度学习模型强噪声环境下滚动轴承故障诊断性能不佳、难以有效揭示特征间复杂相关性等问题，提出一种基于自适应变分模态分解（adaptive variational mode decomposition，AVMD）、多尺度模态抑噪增强（multi-scale mode denoising enhancement，MMDE）和空间映射特征融合（spatial mapping feature fusion，SMFF）的滚动轴承故障诊断方法。为避免模态混叠和端点问题，提出一种AVMD方法，通过斑马优化算法优化VMD参数，以自适应提取各种工况下不同模态函数振荡特性成分；提出MMDE进行噪声抑制和模态特征提取，通过紧凑型多分支卷积层捕获多尺度模态的局部特征，利用通道动态降噪门控对故障特征进行自适应去噪增强；设计基于改进Transformer的SMFF进行特征融合，采用注意力机制捕获特征间相关性，通过卷积前馈网络学习序列非线性高维特征；结合AVMD、MMDE-SMFF与诊断决策器建立滚动轴承故障诊断模型。通过CWRU和XJTU-SY轴承故障数据集进行验证，结果表明，相较于现有智能故障诊断方法，所提方法抗噪性能良好，具有更高的准确性和可靠性。

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基于多尺度解纠缠扩散模型的轴承故障数据生成方法

火久元, 王芸芸, 常琛, 汤世宝

振动与冲击. 2025, 44(21): 302-315.

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轴承作为支撑旋转机械转体的关键部件，其可靠性直接关联着各类机械设备的稳定运行。针对轴承故障诊断方法存在因样本不平衡导致诊断精度低的问题，本文提出了基于多尺度解纠缠扩散模型（de-entangling multi-Scale diffusion ，DMSDiffusion）的轴承故障数据生成方法。首先，设计了多分辨率嵌入结构，将加噪振动序列划分为不同长短的时间分辨率片段，结合多头自注意力机制和交叉注意力机制捕捉振动序列的全局相关性和局部细节。此外，提出了解纠缠结构作为内置块引入深度去噪网络，对复杂振动数据进行渐近分解，以还原初始数据分布。最后，为验证所提DMSDiffusion的有效性和优势，分别进行了样本扩充和故障诊断实验。实验结果表明，相较于现有的主流生成模型，所提模型能够生成丰富的高质量轴承故障样本，并且生成的样本数据可以更有效地辅助训练生成模型，从而提升轴承故障的诊断准确率。

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基于联邦域泛化的未知工况下滚动轴承故障诊断框架

康津1, 马萍2, 张宏立2, 王聪2, 李新凯1

振动与冲击. 2025, 44(21): 316-326.

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在实际应用中，受潜在利益冲突与数据保密协议的限制，基于领域泛化的故障诊断模型在确保数据隐私的前提下实现高效泛化仍面临诸多挑战。联邦学习作为一种保护数据隐私的分布式协同训练机制，为智能诊断提供了新思路。然而，因设备运行工况复杂多变，采集到的数据往往局限于部分工况，当将联邦训练得到的全局模型部署至未参与训练的新客户端时，其性能显著下降。为解决上述问题，本文提出了一种融合元学习与知识蒸馏的联邦域泛化框架。该框架在本地模型的构建中引入混合风格层(MixStyle)和实例-批量归一化(Instance-Batch Normalization, IBN)网络模块，增强模型的领域不变性的同时加快网络收敛。在本地训练前，通过元学习快速适应新任务，并通过更新模型实现不同客户端间的泛化。此外，利用全局模型与本地模型之间的知识蒸馏技术，提升模型压缩效果的同时，进一步增强模型的适应能力。模型通过联邦学习在多个源域客户端上协同训练，并在不可见的目标域中进行部署测试。实验结果表明，所提方法在保护数据隐私的同时，显著提升了故障诊断模型在未知工况下的适应性与准确性。

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2025年, 第44卷, 第21期　
刊出日期：2025-11-15

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