振动与冲击

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钟可欣1, 2, 3, 张成1, 3, 许伟业1, 3, 余永丰2, 李天匀1, 3, 朱翔1, 3

振动与冲击. 2025, 44(22): 1-8.

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设计了一种兼有减振与能量采集的压电超材料梁，利用其带隙可调谐特性和能量局域效应进行减振和能量采集。使用传递矩阵法计算了压电超材料梁的能带结构，系统分析了晶格常数和串联的电感-电阻(inductor-resistor, LR)分流电路参数对带隙特性的影响。通过数值模拟分析了有限周期结构的压电超材料梁的减振与能量采集性能。试验进一步验证了理论模型和仿真结果的准确性。试验结果表明，当电感L=2 H、电阻R=20 Ω时，在局域共振带隙范围内，相比于均质梁振动衰减了6.29 dB，所有压电片最大输出电压总和为21.07 V。这项研究结果为智能结构的多功能化设计提供了参考。

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基于POD和PSO-RBFNN的泵喷推进器尾部流场快速预测方法

郭荣1, 2, 3, 罗鑫1, 韩伟1, 2, 3, 李仁年1, 2, 3

振动与冲击. 2025, 44(22): 9-18.

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针对航行条件下泵喷推进器尾部流场预测计算规模大、分析耗时且成本高的问题，基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition, POD)和经过粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法改进的径向基神经网络(radial basis function neural network, RBFNN)方法构建快速预测模型(PSO-RBFNN)。采用中心复合设计(central composite design, CCD)方法对几何参数设计空间随机抽样，然后利用 POD方法将高维流场数据映射到低维基模态空间，使用PSO-RBFNN建立几何参数到基模态系数的多层神经网络模型，实现尾部流场的快速预测。结果表明：经PSO优化的RBFNN模型具有更加优异的回归性能，构建的POD和PSO-RBFNN相结合混合模型可以实现泵喷推进器尾部流场分布特征快速准确预测，相对误差在8%以内；轴心速度呈现出先增后减并逐渐衰减为0的过程，POD & PSO-RBFNN混合模型能够准确预测这一动态特征。

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基于压电作动器的3-SPR并联主动隔振平台研究

臧旭1, 2, 潘望白1, 2, 李仕海1, 2, 郭其威1, 2, 3, 闫寒1, 2

振动与冲击. 2025, 44(22): 19-26.

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卫星上旋转部件等引起的微振动是影响星载光学载荷工作精度的关键因素之一，在卫星平台与光学载荷间布置隔振机构，可有效抑制微振动向光学载荷的传递。基于球面副-移动副-转动副(spherical pair-prismatic pair-revolute pair，3-SPR)并联构型，结合膜片弹簧、电涡流阻尼器及压电作动器，开展了光学载荷3-SPR并联主动隔振平台(以下简称隔振平台)技术研究和设计。对隔振平台进行了动力学建模和分析，探讨了平台机构的运动学自由度特性。通过进一步引入加速度和角度测量的闭环控制算法，建立了隔振平台的刚柔耦合动力学模型，详细分析了隔振平台的被动和主动传递函数特性，系统研究了隔振平台的被动与主动隔振性能。通过地面试验验证，该隔振平台可实现优于42%的扰动隔离，具备较好的隔振效果，为3-SPR并联主动隔振平台在轨应用奠定了基础。

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轴向运动变截面粘弹性功能梯度转轴动力稳定性研究

张齐1, 王光定1, 伍德林1, 陈黎卿1, 袁惠群2

振动与冲击. 2025, 44(22): 27-35.

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综合考虑材料特性、几何特性和轴向载荷等因素的影响，对轴向运动变截面粘弹性功能梯度(functionally graded，FG)转轴的振动和稳定性演变进行了研究。基于Kelvin-Voight模型和Hamilton原理，建立了转轴的运动控制方程。采用Galerkin截断技术，推导出了系统的特征频率方程，并计算出了转轴横向挠曲振动的特征频率，进而分析了转轴系统的稳定性。确定了转轴系统的发散失稳及颤振失稳阈值，详细探究了轴向载荷、弹性模量梯度指数、密度梯度指数、锥形比、粘弹性参数等关键因素对转轴系统动力稳定性的影响。研究表明：FG材料与双陀螺连续体的结合使系统的动力学行为发生了显著变化，而考虑材料的粘弹性后转轴系统的稳定性演变历程变得更加复杂；弹性模量梯度参数和锥形比的增大可有效增强系统稳定性。

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翼型性能快速求解与多目标优化框架研究

卢泽1, 王子豪1, 张桂勇1, 2

振动与冲击. 2025, 44(22): 36-47.

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翼型是风力机叶片的关键构型形式，其设计需要兼顾气动效率和低噪声等多项性能要求。针对传统翼型设计中气动噪声评估依赖于实验与数值模拟以及单目标优化的局限性，本研究聚焦不可压缩气体中二维翼型的性能求解与优化，建立了翼型性能多目标优化框架。该框架以XFOIL作为升阻比和最小压力系数的求解器，结合Amiet理论与TNO-Blake模型开发噪声快速求解器。通过CST（class-shape transformation）方法对翼型形状进行参数化表示，应用拉丁超立方体抽样法进行代表性采样，进而构建多层感知机代理模型实现翼型性能的快速预测，并耦合遗传算法开展多目标优化。优化结果表明，优化翼型较基准翼型升阻比67.53%，最小压力系数提高8.83%，噪声降低0.23 。

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飞机轮载作用下刚性道面板底应力简化模拟方法

陈宇, 吴佳梁, 李宁禄, 黄信

振动与冲击. 2025, 44(22): 48-56.

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为解决目前机场刚性道面精细化有限元模拟中存在的建模复杂和计算成本高等问题，本文基于弹性地基梁理论，构建了飞机轮载作用下机场刚性道面简化数值模型；通过ABAQUS有限元软件中的隐式计算模块，结合用户子程序DLOAD接口，编写了飞机轮载用户子程序，模拟波音737-800机型的滑行轮载；根据道面板底应力等效原则，综合考虑道面结构参数和轮载滑行路径的变化，利用多元非线性回归方法构建了简化道面模型等效单轮荷载表达式，最终建立了飞机轮载作用下刚性道面板底应力简化模拟方法。开展了不同结构层参数对道面板底应力响应的敏感性分析以及简化模型与精细化模型的对比验证分析，结果表明：所提出的刚性道面简化模型能够准确模拟道面板底部的拉应力动态响应，与精细化模型的计算结果相比，板底拉应力计算平均误差仅为3%，证明了简化模拟方法的准确性。该模拟方法建模简单，计算效率高，能够快速模拟道面板底应力，为机场刚性道面设计与力学性能分析提供支撑。

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防振锤滑移对架空输电线路微风振动特性的影响

田瑞, 王璋奇

振动与冲击. 2025, 44(22): 57-64.

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针对输电线路防振锤运行时滑移向档距中间导致防振消能效果显著降低甚至失效的问题，本文基于已有研究中的常用假设，结合动力学理论，采用分区耦合法建立了架空导线-防振锤系统的微风振动模型并进行模态分析，研究了防振锤安装前后及滑移对系统固有频率的影响，揭示了系统模态畸变的形式与机理，并提出了系统模态幅值放大率随防振锤滑移的变化规律。研究发现，防振锤滑移至档中时，架空导线-防振锤系统中约50%的固有频率阶次与无防振锤系统一致，显著提高了防振锤失效的风险；系统模态畸变形式包括相位损失和相位增生，且在同一半波内防振锤安装位置可分为减振区和放大区，因此工程中需结合线路设计和实际运行工况进行计算分析；与防振锤安装在靠近档端的半波内相比，随着防振锤滑移并逐渐靠近档中，减振区范围显著减小，且防振锤安装点与邻近线夹出口之间的振幅不减反增的概率最高可达49.3%。

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基于突变刚度阻尼的限幅结构间隙对转子振动控制的影响研究

代泽增, 荆建平

振动与冲击. 2025, 44(22): 65-71.

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为解决航空发动机高速涡轮转子通过一阶临界转速过程中的振动控制问题，在模拟涡轴航空发动机双转子系统的内外转子之间安装限幅结构环，通过改变柔性内转子的刚度和阻尼来实现转子的振动控制。改变限幅结构环和柔性内转子之间的间隙，利用数值方法和试验研究了限幅结构环和内转子之间的间隙对内转子振动特性的影响规律。研究结果表明：内外转子之间安装限幅结构环后，柔性内转子的振动可以得到有效控制。内转子的一阶临界转速随着无量纲限幅间隙的减小而增大，当限幅间隙低于某一临界值时，临界转速不再发生改变。同时随着限幅结构环和内转子之间的间隙的变小，内转子的一阶临界振幅减小，然而当限幅结构环和内转子之间的间隙过小时，内转子振动不降反增，频率成分中的次频和倍频成分明显增加，存在失稳的风险，因此存在最佳限幅间隙，使得振动控制效果最佳的同时避免内转子失稳。

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介质表面M形及W形缺陷在反平面剪切波作用下的位移响应对比分析

宋云秋1, 李欣竺1, 杨小斌1, 杨在林2

振动与冲击. 2025, 44(22): 72-78.

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通过建立具有M形及W形边界的半空间解析模型，对比研究了两种形状的介质表面缺陷在反平面剪切波作用下的动力响应。其中M形边界中间部位为大于的楔形尖角，而W形边界中间部位的楔形角小于，两者在几何形状上以水平面呈对称关系。基于二维波动方程的分离变量解对几何边界的要求，引入多级分区技术将模型分区并分别构造无穷级数形式的波场表达式。由于边界条件复杂引入了多个局部坐标系，采用复变函数法简化坐标变换关系。最后通过快速傅里叶变换将计算出的频域结果转换到时间域，分析两种边界对平面波的散射情况。

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基于虚拟材料的整体叶盘失谐辨识方法

王帅超1, 2, 徐昆鹏1, 2, 孙雪东1, 2, 孙伟1, 2

振动与冲击. 2025, 44(22): 79-85.

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以简化的整体叶盘为研究对象，提出一种基于虚拟材料的整体叶盘失谐辨识方法。首先，基于虚拟材料并结合有限元法创建了失谐辨识模型，通过辨识模型中叶片的弹性模量呈现真实失谐件的几何失谐分布。随后，利用遗传算法提出了一种失谐辨识方法，该方法以固有频率误差最小和模态置信因子最大为目标，使用少量的模态数据便可实现叶片的失谐辨识。最后，通过数值案例和实验案例验证了方法的有效性。结果表明，采用叶片虚拟材料的弹性模量能准确表征各扇区失谐量。进一步，将辨识得到的弹性模量代入辨识模型，并将其模态分析结果与实验测试结果进行对比，前6阶固有频率平均偏差为0.58%，振型吻合度高，进一步验证了辨识方法的合理性和实用性。

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深海钛合金球形耐压壳内爆冲击诱导环肋圆柱壳殉爆失效机理研究

郑建才1, 2, 3, 李明怡1, 2, 3, 孙盛夏1, 2, 3, 黄己协1, 2, 3, 赵敏1, 2, 3

振动与冲击. 2025, 44(22): 86-96.

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深海潜器遭受剧烈冲击载荷作用时，其耐压结构会因局部应力超过自身承载极限而导致整体损毁，进而诱发水下殉爆。基于全海深深海环境模拟器开展极端高压环境中局部冲击载荷作用下深海钛合金耐压结构水下内爆试验。采用自开发的有限体积法模拟深海殉爆过程中可压缩多相流高压脉冲冲击波的流场演化，利用显式非线性有限元方法分析钛合金耐压结构在高速动态坍塌过程中的损伤失效行为。首先，对比了深海钛合金耐压结构水下内爆试验冲击波压力及结构残骸形态，验证了水下殉爆流固耦合数值方法的准确性。其次，深入探究了深海钛合金球形耐压壳内爆冲击诱导环肋圆柱壳殉爆的损伤演化规律及失效机理，揭示了不同方向和位置局部冲击载荷作用下球形耐压壳内爆诱发环肋圆柱壳殉爆的物理机制。研究结果表明：球形耐压壳内爆时表现出显著的壁面迁移效应和垂向冲击效应，竖直方向双侧局部冲击作用下发生内爆的冲击波强度更大，对环肋圆柱壳毁伤更加严重。

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铝合金冲击载荷下的动态温度与能量转化研究

黄晨瑞1, 2, 穆朝民2, 3, 刘安坤4, 黄禧隆3, 张昌辉3

振动与冲击. 2025, 44(22): 97-109.

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本研究基于高速红外测温系统，结合分离式霍普金森压杆（SHPB）试验系统，系统研究了6061铝合金在不同冲击载荷下的动态温度演化与能量转化机制。通过搭建1MHz高速红外测温系统，并结合静态标定与试验数据验证，确保了温度测量的高精度与可靠性。试验结果表明，在冲击加载过程中，铝合金的力学响应与温度演化密切耦合，塑性变形导致塑性功转化为热能，使温度逐步上升，并在应力峰值处达到最大。卸载后，塑性功部分转化为热能，温度仍保持在较高水平，且随应变率增加，温升效应更显著。此外，研究发现温升与塑性功转换系数β呈正相关，塑性功主要转化为热能，且热转换率N与β高度一致，均可表征塑性功向热能的转化比例。为更准确描述动态冲击过程中的热软化效应，本文修正了Johnson-Cook本构模型，并引入实时温度变化以优化材料的力学预测精度。数值模拟结果与实验数据高度吻合，验证了高速红外测温系统的可靠性，并为6061铝合金在高应变率冲击条件下的数值模拟提供了坚实的理论基础，为航空航天、高速碰撞及工程应用提供有效支持。

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增材制造仿生夹层圆柱壳体战斗部的爆破威力研究

蒯腾飞1, 宋浦2, 郭锐1, 姜炜3, 张玉龙4, 陈荷娟1

振动与冲击. 2025, 44(22): 110-119.

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为验证增材制造技术在爆破战斗部领域应用的可行性，采用选择性激光熔化（Selective Laser Melting, SLM）技术，制备了以316L和17-4PH不锈钢为材料的仿生夹层圆柱壳体以及等质量均质壳体。通过静爆威力对比试验，对超压、比冲量及破片特性进行综合分析。试验结果表明，在相同装药情况下，17-4PH仿生夹层圆柱壳体较316L仿生夹层圆柱壳体超压高，且随距离增大，17-4PH仿生夹层圆柱壳体的比冲量也高于316L仿生夹层圆柱壳体；此外，两种材料的夹层壳体破片均展现出一定的杀伤效应，其中17-4PH仿生夹层圆柱壳体的破片平均速度高于316L仿生夹层圆柱壳体。与等质量均质壳体相比，仿生夹层圆柱壳体的超压表现相当。研究结果为新型爆破战斗部的设计与应用提供了有价值的参考，显示了增材制造技术在战斗部领域的广阔应用前景。

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复合材料压力容器低速冲击响应及剩余爆破压仿真研究

高毅飞1, 宋梅利2, 梁建国3, 李伟兵2, 张辉1, 冯君1

振动与冲击. 2025, 44(22): 120-129.

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为了探究Ⅲ型复合材料(CFRP)压力容器在服役过程中受到外部碎片低速冲击后损伤机制及剩余爆破压变化，基于Hashin和Puck失效准则及能量释放率准则，结合网格理论和三次样条函数法构建容器模型。通过Abaqus完成爆破压仿真，验证了模型准确性。采用显式子程序模拟容器受冲击物不同能量(30-90 J)，直径(20-60 mm)以及形状(球形、柱形、锥形)因素下的损伤响应，评估冲击后剩余爆破压。结果表明，冲击能量是决定损伤程度的主导因素，层内基体损伤和层间分层损伤是容器主要损伤机理。纤维损伤面积与爆破压损伤率之间皮尔逊相关性系数高达0.9，证明其是剩余爆破压的关键表征参数。以上结果可为复合材料压力容器的抗冲击设计优化及冲击后安全评估提供参考。

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管廊内障碍物对掺氢燃气爆炸动力学特性影响研究

何理1, 2, 3, 王茂林1, 2, 李腾飞1, 2, 陈莎莎1, 2, 钟冬望1, 2, 赵永明1, 2, Daniel Peter Charles1

振动与冲击. 2025, 44(22): 130-139.

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明确障碍物作用下管廊掺氢燃气爆炸动力学传播特性对城市管廊掺氢燃气运输安全与灾害防控意义重大。在实验的基础上采用Fluent组分传输，RNG k-ε湍流方程计算非稳态燃烧过程，研究了不同掺氢比例、障碍物位置及长度对燃气爆炸特性的影响规律。结果表明：在掺氢比为5 %、10 %、15 %和20 %时，峰值超压分别相对增加了22.7 %、36 %、52.8 %和68 %，使事故危害程度相应提高。当障碍物位于中间或上方时，湍流效应增强导致火焰速度更快；当障碍物位于下方时，涡团生成的位置偏离火焰传播主路径，火焰形态接近层流且速度最慢。随着障碍物长度的增加，火焰传播速度峰值和燃气爆炸超压峰值都有升高的趋势，湍流效益和冲击波反射进一步加剧，燃气爆炸危害性提高；同时，随着掺氢比的增加，这一特征更加显著。

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冲击荷载作用下冻融风积砂混凝土分形特征及能量耗散规律

张嘉凡1, 高志强2, 张慧梅1, 郑世航3, 陈世官2

振动与冲击. 2025, 44(22): 140-151.

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为探究冻融环境下风积砂混凝土在遭受冲击荷载作用时的分形特征及能量耗散规律，对不同替代率的风积砂混凝土试样进行了冻融循环试验，采用霍普金森压杆(SHPB)设备对风积砂混凝土进行了动态加载试验，并通过扫描电镜(SEM)对碎块微观形貌进行分析，探究了风积砂替代率、冻融循环次数和冲击气压对分形维数和吸收能的影响，揭示了宏观破坏与微观损伤的关联，建立了能量耗散密度与分形维数之间的关系。结果表明：在风积砂替代率相同的情况下，随着冲击气压的升高，分形维数和能量耗散密度呈现显著增长趋势，碎块表面裂纹扩展加剧，孔隙连通性明显增强；随着冻融循环次数的增加，分形维数逐渐增大，能量耗散密度则减小。当冻融循环条件和冲击气压一定时，随着风积砂替代率的增加，分形维数先减小再增大后减小，能量耗散密度则先增大后减小。当风积砂掺量为40%时，冻融环境下混凝土抗冲击性能最优；适量风积砂改善混凝土抗冲击及抗冻性能的机理在于其填充孔隙改变了颗粒级配及混凝土密实度，达到消耗冲击能量的作用。同时降低了混凝土的渗透性，阻止外界水分侵入，减轻冻胀压力对混凝土的破坏。

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钛铝合金叶片高温高速冲击损伤实验研究

安昊1, 2, 3, 辛森4, 白春玉1, 2, 3, 张欣玥1, 2, 3, 惠旭龙1, 2, 3, 黄蓉1, 2, 3, 刘小川1, 2, 3, 郑骁挺5

振动与冲击. 2025, 44(22): 152-160.

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为研究航空发动机叶片在高温环境下受到外物冲击时的损伤机理，本文基于空气炮实验装置，提出了一种叶片外物高温高速冲击损伤实验方案，开展了钛铝合金低压涡轮叶片常温下钢弹珠、陶瓷弹珠的冲击实验以及高温下钢弹珠的冲击实验，得到了叶片的冲击损伤模式，并对损伤尺寸进行了定量分析。结果表明，本文提出的叶片高温高速冲击实验方案具有较好的实施性；叶片表面在冲击后产生一圆形凹坑损伤，当冲击速度达到一临界值时叶片背面会产生裂纹损伤，裂纹从撞击点扩展至叶片边缘；常温下，钢弹珠冲击叶片开裂的临界归一化冲击速度在0.52~0.55之间，明显小于陶瓷弹珠0.71~0.72的临界归一化冲击速度；高温下，因钛铝合金材料塑性的提高，钢弹珠冲击叶片致其开裂损伤的临界速度相较于常温提高约30%；同时，叶片的损伤模式随冲击能量的提高逐渐从仅有凹坑损伤转变为单裂纹损伤，最终逐渐演变为扩散性的多裂纹损伤。

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考虑混合不确定性的飞行器着陆冲击载荷预示

毛柯智1, 邓忠民1, 刘坤伟 2, 操小龙2

振动与冲击. 2025, 44(22): 161-170.

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针对飞行器着陆冲击载荷预示存在较大不确定性的问题，首先建立了高精度的飞机-起落架-地面动力学模型，进而将考虑随机不确定性的多项式混沌（polynomial chaos，PC）理论与描述区间不确定性的切比雪夫(Chebyshev)包含函数区间方法理论系统地结合起来，得到了多项式混沌-切比雪夫区间（Polynomial Chaos Chebyshev Interval，PCCI）方法，从而发展了一种考虑混合不确定性的着陆冲击载荷不确定性分析方法，并以一常见的七自由度大型飞行器模型为算例，以蒙特卡洛法作为参考，分别求解了在理想和极端工况下的飞行器着陆冲击动载响应，通过对比验证了该方法的可靠性。此项研究旨在为飞行器的安全性和稳定性提供理论支持。

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基于HOA-VMD-SSA的桥梁动载试验信号去噪方法

钟正强1, 李臻1, 王金龙1, 汤聪1, 刘宇2, 郭凯军1

振动与冲击. 2025, 44(22): 171-184.

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桥梁动载试验中，环境噪声干扰导致桥梁振动信号失真，影响桥梁结构状态评估准确性。针对这一问题，本文提出融合河马优化算法（hippopotamus optimization algorithm, HOA）、变分模态分解（variational mode decomposition, VMD）和奇异谱分析（singular spectrum analysis, SSA）的混合去噪方法。首先利用HOA寻优VMD的关键参数，再由VMD将原始信号分解为多个本征模态函数（intrinsic modal function,IMF）。通过计算每个IMF和原始信号之间的相关系数，去除低于阈值的IMFs。最后，引入SSA进行二次去噪，奇异值分解后以奇异值累计贡献率筛选主成分，消除信号中低频振荡的噪声成分。模拟结果表明：相较其他方法，经本文方法处理的信号其均方根误差（root mean square error, RMSE）和信噪比（signal-to-noise ratio, SNR）在不同噪声水平下分别提高16.22%和2.51%。工程应用结果表明：与其他方法相比，本文方法去噪信号的归一化香农熵比（normalized Shannon entropy ratio, NSER）和噪声抑制比（noise suppression ratio, NSR）分别提高12.81%和8.44%，对桥梁动载试验信号去噪具有实际参考意义。

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钢筋贯通式CFST柱-RC梁节点优化设计方法研究

任靖哲1, 温四清1, 温永坚1, 袁焕鑫2

振动与冲击. 2025, 44(22): 185-192.

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基于因果推断和响应面法，提出了钢筋贯通式钢管混凝土(concrete filled steel tube，CFST)柱-钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁节点轴压承载力的优化设计方法。该优化设计方法可分为以下四个步骤：首先采用拉丁超立方法对节点几何参数进行抽样，建立节点的分析样本；其次采用因果推断对节点几何参数进行分析，筛选出节点轴压承载力的原因参数；再次采用多项式函数对样本结果进行拟合，建立以节点原因参数为自变量的响应面方程；最后采用拉格朗日乘数法对最优设计参数进行求解。根据研究结果可以得到以下结论：开洞形式对于节点轴压承载力有一定影响：当节点几何参数取值相同时，双洞口节点的可靠性与稳定性优于单洞口节点，但屈服承载力和极限承载力较单洞口节点均有所降低；加厚部位厚度对双洞口和单洞口节点轴压承载力均起到决定性的有利作用，节点核心区高度对双洞口和单洞口节点承载力均有负面影响。洞间板带提高了双洞口节点的可靠性和稳定性，但对轴压承载力有削弱作用；二次齐次多项式可作为节点轴压承载力的响应面拟合函数，计算出的节点几何参数最优解均处于合理范围，可用于实际工程设计。综上，基于因果推断和响应面法的节点参数求解方法能够满足工程中节点参数化设计的需求，适用于钢筋贯通式CFST柱-RC梁节点的优化设计。

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基于套筒增强效应的梁柱节点抗剪性能与承载力计算方法

刘洪涛1, 陈嘉豪1, 孔鹏超1, 2, 杜修力3

振动与冲击. 2025, 44(22): 193-206.

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基于套筒刚度增强效应提出一种核心区灌浆套筒连接的装配式梁柱节点。设计并制作了1个新型装配式梁柱节点和1个现浇梁柱节点。通过低周往复荷载试验，研究了新型节点与现浇节点在承载力、位移延性以及核心区剪切变形上的差异。通过数值分析探讨了灌浆套筒数量以及剪跨比对梁柱节点抗剪性能的影响。研究结果表明：新型节点核心区有少量剪切裂缝，梁端出现混凝土压溃破坏；现浇节点梁端裂缝分布较少且较均匀，核心区斜裂缝分布密集并出现混凝土剪切压溃破坏。试验中新型节点的承载力和位移延性略优于现浇节点，灌浆套筒抑制了核心区剪切变形；增加灌浆套筒数量可增强节点核心区的抗剪能力，使试件破坏部位由核心区向梁端转移。低剪跨比试件可适当减少核心区灌浆套筒数量。基于修正压力场理论并考虑灌浆套筒因素，给出一种计算新型装配式梁柱节点抗剪强度的方法。将各方法的计算值与试验值对比表明，该方法得到的计算值优于规范GB 50010-2010得到的计算值。

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移动荷载下开裂钢筋混凝土梁刚度时变演化分析

王剑明, 郭健

振动与冲击. 2025, 44(22): 207-215.

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为揭示钢筋混凝土结构开裂对车-桥耦合振动的影响，构建裂缝间粘结滑移关系和截面非线性应变分布模型，通过计算模型中应变特征值，推导出开裂区域的局部刚度。将局部刚度代入车-桥数值模型中，综合考虑振动平衡位置变化，实现车-桥耦合振动分析；基于获得的振动响应，重新计算截面应变特征值，修正开裂区域局部刚度，进而建立了车-桥耦合振动分析与局部刚度相互影响的迭代分析方法。采用开裂钢筋混凝土梁模型试验，对所建立的方法进行了验证。结果表明：随着移动荷载靠近跨中，裂缝张开位移增大，钢筋与混凝土间的粘结刚度下降，导致钢筋对混凝土的约束能力削弱，从而使得结构抗弯刚度降低，其中试验梁跨中开裂截面的抗弯刚度最大降幅达初始值的49%；此外，刚度变化引起结构振动平衡位置的变化，该变化会增大车-桥耦合振动变形，试验中振动变形峰值增大约31%。通过对开裂区域局部刚度时变演化效应的准确分析，所提出的方法能够准确预测振动变形，为开裂钢筋混凝土结构在动力作用下的力学行为评估提供了新思路。

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联合循环电站大型汽轮机非对称式混凝土基础振动性能试验研究

侯晓萌1, 2, 刘天晋1, 2, 邢紫辉3, 戎芹3, 刘建敏4

振动与冲击. 2025, 44(22): 216-223.

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为研究某工程项目1600MW联合循环电站汽轮发电机基础的振动特性，基于模型模态试验方法，根据相似理论设计制作了1∶10缩尺模型，采用力锤多点空间激振、多点空间测量的方法进行基础动力特性测试，得到基础的自振频率，振型以及阻尼比；通过锤击法测试基础结构各轴承点3个方向的动刚度；采用有限元分析软件进行结构建模，采用模态分析法进行分析，得到汽轮发电机基础的自振频率，振型等信息，与试验结果进行比较分析，计算值与试验值吻合较好，验证了两者的正确性。完成了基础振动响应分析，揭示了机组运行状态下的基础振动线位移规律。结果表明：模型试验过程中应施加人工质量以满足相似关系；该汽轮发电机基础与常见的基础结构相比自振频率较高，动刚度较高，前三阶振型以整体振动为主；机组运行状态下汽轮发电机基础各轴承点的振动线位移、振动速度、动刚度均满足规范限值要求；研究成果可为大型汽轮发电机基础结构的设计选型和模型试验提供技术支撑。

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基于内外圈温度差-游隙耦合效应的轴承服役特性研究

董艳方1, 2, 3, 延紫博1, 邱明1, 2, 孙建勇4, 于伟1, 张海3

振动与冲击. 2025, 44(22): 224-234.

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针对航空轴承高速运行中内外圈温差诱发的振动特性演化问题，本文研究了内外圈温差-游隙耦合效应对轴承服役特性的影响分析。基于热弹性力学理论，构建了轴承组件热变形计算模型，采用参数化三维建模技术，量化了不同温差工况下轴承径向、轴向游隙的动态演变规律。通过多体动力学仿真与实验验证，系统揭示了温差-游隙耦合对轴承振动、保持架稳定性及轴承摩擦力矩的非线性影响规律。研究结果表明：内外圈温差通过影响轴承原始游隙，引发轴承振动强度非线性波动（70℃时峰值77.56 dB）；中等温差60℃下轴承保持架具有最佳稳定性，摩擦力矩呈“双峰一谷”极值响应（最大降幅24.9%），轴承游隙的优化设计需平衡三者之间非线性耦合效应。论文研究结论为航空轴承的结构优化设计及热致振动抑制提供了理论依据与工程实践指导。

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基于SAH-SSET的变转速下谐波减速器故障诊断方法

康守强1, 钱吕力1, 王玉静1, 刘连胜2, 孙宇林1

振动与冲击. 2025, 44(22): 235-246.

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无转速计阶次分析是解决变转速故障诊断问题的有效方法，其关键在于提取时频脊线作为转轴瞬时频率。针对变转速工况下谐波减速器振动信号时频脊线误差大与故障特征阶次提取不准确的问题，提出一种子带平均Hoyer图(subband average hoyergram,SAH)结合二阶同步提取变换(second order synchroextracting transform,SSET)的变转速谐波减速器故障诊断方法。该方法提出基于双树复小波包变换的SAH，根据最优频段设计带阻滤波器，滤除故障冲击成分所处共振频段；提出SAH-SSET结合快速路径优化算法的时频脊线提取方法，改善频率模糊现象，提取时频脊线进行阶次分析，进而根据包络阶次谱判断谐波减速器故障类型。通过400r/min~1000r/min~500r/min先加速后减速过程的谐波减速器4种故障信号进行实验验证，所提方法时频脊线的均方根误差为0.0072，极接近于0，决定系数R2为0.8960，较对比方法提升0.1785~0.3767，更趋近于1，故障特征阶次最大误差为1.19%，较对比方法减少3.63%~4.34%。结果表明，所提方法对变转速下谐波减速器具有良好的故障诊断能力。

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基于高效注意力机制的多源信息融合电动阀门轴承故障诊断方法

包渝锋1, 2, 者娜1, 2, 何攀1, 2, 杨泰波1, 2, 刘才学1, 2

振动与冲击. 2025, 44(22): 247-254.

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电动闸阀作为核电站中重要设备之一，起着控制回路介质流通及截断的作用，对于反应堆安全稳定运行至关重要。电动闸阀的关键部件电机轴承由于受到润滑及散热的影响，易发生磨损，从而引发电机运行不畅最终导致阀门无法完成既定的功能，严重时可能会引发运行安全事件。未考虑阀门实际运行中背景噪声等干扰，以及信号的时空覆盖范围和不同信号的侧重点不同等问题，传统的基于单一振动信号的故障识别方法存在故障信息不足、识别精度低等问题。为了获取丰富的故障信号特征并实现故障模式识别，提出了基于高效注意力机制的多源信息融合故障诊断方法，采用多源异类信号作为输入，构建折叠空间卷积池化金字塔来提取多尺度特征，以获取更丰富的故障特征；并利用高效通道注意力残差结构对获取的特征进行筛选，抑制噪声等所产生的对当前任务作用不大的特征。最后，在试验数据上取得了99%以上的诊断准确率，高于其他先进的诊断方法，证明了所提方法在故障识别方面的有效性和优越性。

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变转速工况下瞬时角速度精确估计及其在轴承故障检测中应用

唐安林1, 陈鑫1, 郭瑜1, 李超1, 田书锦1, 隆勇2

振动与冲击. 2025, 44(22): 255-263.

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为实现变转速工况下瞬时角速度（Instantaneous angular speed, IAS）的精确估计，本文以双光编码器为信号源，研究提出了一种双光编码器同步时间差的IAS信号高精度估计方法。首先，针对编码器信号上升沿/下降沿相位与高速计数器非同步性IAS的量化误差，研究提出了过零时间法补偿量化误差方案；其次，开展了变转速工况下IAS信号波动特性研究，归纳了速度趋势分量对滚动轴承故障检测的难点；最后，研究提出一种循环互相关的双编码器时间序列同步方法，实现了变转速工况下 IAS信号的动态精确估计。通过实验信号验证所提方法在滚动轴承故障检测中的有效性，并与传统速度差分法进行对比分析。

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基于非负声强的声振耦合系统双材料拓扑优化

李丹1, 罗金玲2, 陈海波1

振动与冲击. 2025, 44(22): 264-276.

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非负声强通过提取振动结构表面仅含正向辐射能量贡献的声强分布场，可有效规避传统声强场中近场区域可能出现的声能量抵消效应，直观表征结构表面对远场声辐射的贡献。结合非负声强在识别振动结构表面声辐射贡献方面的优势，选取预定义表面上非负声强积分作为目标函数，提出了一种针对声振耦合系统的双材料拓扑优化方法。该方法根据结构的声辐射模式，在结构表面预定义了一个用于目标函数评估的局部区域。同时，考虑了声场与结构之间双向耦合的影响，从而实现了强耦合系统表面特定声辐射模式的设计。数值模拟表明，以预定义区域上的非负声强积分为目标函数的双材料拓扑优化可以有效改变耦合系统的声辐射模式，减少强辐射区域对远场声辐射的贡献，同时降低结构辐射声功率。

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基于超声波的水泥浆密度监测分析方法研究

李松辉, 张洋铣, 张龑, 刘勋楠

振动与冲击. 2025, 44(22): 277-284.

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为提高大坝灌浆密度的监测精度，提出了一种基于超声波时域与频域特征的水泥浆密度识别算法。首先，通过超声波透射法研究水泥浆中的传播特性，开展不同水灰比（5:1至2:1）试验，分析了超声波信号与水泥浆密度之间的映射关系。其次，通过分析信号时域特征、频域特征和时频域特征对于水泥浆密度的敏感性，提取时域最大幅值、声衰减系数、频域最大幅值、频域能量作为敏感参数。再次，通过分析敏感参数随水泥浆密度的变化规律，建立了水泥浆密度识别算法。最后，通过模型试验和现场原型试验对识别算法的有效性进行了验证。结果表明，该算法在试验密度范围1.0 g/cm³至1.2934 g/cm³内具有较高的准确性，识别精度为96.43%-99.99%，在试验密度范围内以及低于范围的密度，现场验证精度为95.68%–99.75%，对于超出范围的密度工况，准确率为88.76%-92.11%。该研究为水泥浆密度的精准测量提供了一种有效的超声波检测方法。

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固定谐振荷载作用下三维浮置板轨道动力响应及减振性能分析

王明杰1, 谭新宇2, 刘卫丰1

振动与冲击. 2025, 44(22): 285-294.

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浮置板轨道的应用越来越广泛。然而，如何合理配置浮置板轨道的参数来实现最佳减振设计至关重要。基于无限周期结构理论及模态叠加法，运用广义波数将移动谐振荷载作用下三维浮置板轨道模型拓展到波数域。建立了三维浮置板轨道在固定谐振荷载作用下的频率-波数域动力响应解析模型。利用频响函数和隔振器力传递率研究了浮置板轨道的动态响应。研究了隔振器的横向间距、钢轨扣件与隔振器的刚度比、双侧隔振器性能不一致和板厚对浮置板轨道减振性能的影响，并提出了减振设计建议。结果表明，隔振器之间的横向间距对轨道力传递率的影响相对较小；刚度比的变化对浮置板轨道的位移频响函数和力传递率有显著影响；浮置板轨道一侧隔振器的性能下降，会导致轨道减振性能下降，破坏浮置板轨道的长期性能；此外，增加板的厚度可以适当提高轨道的减振性能。

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多边形磨耗与表面划伤耦合作用下的铁路车轴动应力研究

李乾1, 卢纯1, 殷硕1, 许珂1, 梁红琴 1, 邓永权2, 温泽峰3

振动与冲击. 2025, 44(22): 295-304.

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车轴的服役可靠性对铁路列车的运行安全至关重要，本文以含缺陷车轴作为研究对象，通过建立考虑柔性轮对和柔性轨道的刚柔耦合动力学模型，利用ANSYS与SIMPACK进行联合仿真，分析了在车轮多边形磨耗及车轴凹槽型划伤的耦合作用下，车辆运行速度、多边形波深、多边形阶次等参数对车轴服役动应力的影响。研究发现，在车轮存在20阶多边形磨耗的情况下，当速度大于250 km/h时，随着速度的增大车轴动应力逐渐增大并在350 km/h的速度下达到峰值，随后随着速度的增大车轴动应力逐渐减小，多边形波深与车轴动应力呈正相关；车轴在常见擦划伤位置存在凹槽型划伤时，轮对三阶弯曲模态会使划伤位置的应力出现阶跃性上升；车轮多边形阶次对车轴动应力峰值的影响较小，但多边形阶次会改变车轴最高应力出现的速度等级，随着多边形阶次的增大，车轴最高应力出现的速度逐渐降低。研究成果可对车轴进行划伤限值分析和服役寿命评估，保障行车安全。

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四轴商用车主动抗侧倾液压互联悬架系统研究

郑敏毅1, 徐磊1, 薛志江1, 陈桐1, 刘明星1, 张农2

振动与冲击. 2025, 44(22): 305-314.

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针对四轴商用车侧倾稳定性与防侧翻控制难题，本研究提出一种主动抗侧倾液压互联悬架（RHIS）系统及其协同控制方法。通过融合机电液耦合执行机构与分层控制架构，实现了车辆动态侧倾力矩的主动补偿。系统核心创新在于：（1）构建包含双出杆调节油缸的主动作动单元；（2）设计基于改进LQR-积分混合控制算法的上层控制器，实时求解动态工况下车辆按理想侧倾特性行驶所需的最优抗侧倾力矩；（3）设计基于反步滑模控制的下层控制器，确保系统对目标力矩的快速精准跟踪。通过MATLAB/Simulink搭建整车和RHIS的机械-液压耦合模型，采用蛇形与双移线试验工况进行多系统对比仿真。仿真分析表明：相较于原车，在蛇形试验工况下，主动RHIS可使车身侧倾角峰值降低80.2%（较被动系统提升32.8%）；在双移线试验工况下，主动RHIS可使车身侧倾角峰值降低87.2%（较被动系统提升30.1%），1轴和3轴的悬架动行程分别缩减92.3%和94.3%，并使所有轴横向载荷转移率峰值都小于0.5。同时在这两种工况下，主动RHIS可使车辆按照理想侧倾特性行驶，兼顾了安全性与舒适性。研究证实所提出的主动RHIS系统能有效提高车辆的抗侧倾性能，降低侧翻风险，为多轴重型车辆侧倾控制提供了新的技术路径。

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不同复合受扭下焊接栓钉对型钢混凝土柱抗震性能的影响

陈宇良1, 2, 3, 4, 刘晶1, 胡强1, 3, 韦翠梅1, 叶培欢1, 2, 4

振动与冲击. 2025, 44(22): 315-326.

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为研究不同复合受扭状态下焊接栓钉对型钢混凝土(steel-reinforced concrete,SRC)柱抗震性能的影响，采用纯扭、压扭、剪扭、弯剪扭、压弯剪和压弯剪扭6种复合力形式对6根SRC柱和8根焊接栓钉型钢混凝土(studs steel-reinforced concrete,SSRC)柱进行拟静力加载试验。根据试验结果，对构件的破坏过程和模式、滞回曲线、骨架曲线、延性系数、刚度退化和能量耗散进行对比分析。结果表明：SRC柱和SSRC柱在不同复合受扭作用下表现出不同的破坏模式，栓钉对结构的破坏模式影响不明显，随着轴压比的增大，试件混凝土保护层的破坏高度随之增大；在复合受扭作用下，各试件的T-θ滞回曲线呈反“S”型，M-Δ滞回曲线呈饱满的梭形，骨架曲线均经历了弹性、非弹性和下降三个阶段；在纯扭和压扭作用下栓钉提高了试件的峰值扭矩，但剪扭作用下降低了16.90%；在纯扭和剪扭作用下SSRC试件较SRC试件的延性性能得到增强，增幅分别为19.25%和11.24%，但压扭作用下降低了12.22%；在弯剪扭和压弯剪扭作用下栓钉提高了试件峰值扭矩，但其峰值弯矩有所降低，且弯剪扭作用下栓钉提高了试件延性和耗能能力，而压弯剪扭作用下二者均降低。

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基于临界位移的顺层岩质边坡地震安全评价方法

吴多华1, 2, 柳洪源1, 张健1, 高强1, 任喆1, 刘兴3

振动与冲击. 2025, 44(22): 327-334.

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地震诱发的顺层岩质滑坡是一种常见的地质灾害，特别是在山区和丘陵地带。为了科学合理地评估顺层岩质边坡地震安全稳定性，本文以“5.12”汶川地震诱发的干磨坊顺层岩质滑坡为研究对象，基于数值模拟中的强度折减法确定了边坡的临界位移，分析了坡角、坡高、节理面倾角、节理黏聚力、节理内摩擦角及地震幅值、频率和持时等因素对边坡临界位移的影响规律。结果表明，干磨坊边坡的临界位移约为4.13 cm，该值与边坡的几何特征和节理力学特性有关，而与地震荷载的幅值、频率和持时无关；各主要因素对临界位移敏感性影响程度依次为：坡高>节理面倾角>节理内摩擦角>节理黏聚力>坡角。由边坡变形破坏特征可得，顺层岩质边坡失稳时滑动面通常为离坡脚最近且出露于坡面的顺层面。此外，还得出以临界位移与永久位移比值作为安全系数，可有效评估地震荷载作用下顺层岩质边坡的稳定性。研究成果对于我国地震次生地质灾害的防治以及大型水电工程建设中的边坡抗震设防具有重要意义。

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2025年, 第44卷, 第22期　
刊出日期：2025-11-28

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