振动与冲击

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刘丰源, 吴明儿, 项平

振动与冲击. 2025, 44(3): 1-8.

摘要 ( 227 ) PDF全文 ( 165 )

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为带状弹簧以卷绕伸展的形式应用于空间可展结构时，常出现松脱问题。提出了一种多根带状弹簧卷绕松脱模型：将松脱后的卷绕段分为外部阿基米德螺线状的膨胀区与内部半圆弧状的过渡区，建立应变能解析模型。根据最小势能原理求解了稳定松脱内径与稳定松脱形态，推导了临界中心体半径、稳定端部力与临界端部力。用ABAQUS软件建立多根带状弹簧卷绕松脱的有限元模型，将稳定松脱内径、稳定松脱形态、临界中心体半径与临界端部力的数值分析结果与理论模型计算结果进行比较，并通过试验验证了稳定松脱形态与稳定松脱内径，证明了理论模型的准确性。

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基于水池模型试验的半潜式浮式风机塔筒载荷敏感性分析

郭嘉宁1, 2, 3, 刘明月1, 3, 方智超2, 陈巍旻2, 潘徐杰2

振动与冲击. 2025, 44(3): 9-17.

摘要 ( 150 ) PDF全文 ( 83 )

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该文通过在海洋工程水池开展的缩尺比为1∶70的模型试验，对12 MW半潜式浮式风机的塔筒载荷特性进行全面研究。试验结果表明：塔底迎风向弯矩值比同工况中塔顶迎风向弯矩值高10倍以上。波浪载荷对塔底迎风向弯矩响应的动态变化起主导作用，这是由塔底与支撑平台的连接位置所决定的，风主要影响塔底迎风向弯矩的响应均值。同时，气动阻尼效应显著抑制塔顶迎风向弯矩和塔底迎风向弯矩在纵摇及纵荡固有运动频率处的响应。塔顶载荷和塔底载荷中均是波频响应和高频响应占主导地位，当波高增大至108 m时，塔底载荷中波频响应随之增强，但此时塔顶载荷中高频响应仍占据20%以上能量。

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负泊松比格栅对夹层板的振动特性影响分析

邵岳川1, 2, 王献忠1, 2, 马伟佳3, 齐文超1, 2, 叶曦4, 詹必鑫1, 2

振动与冲击. 2025, 44(3): 18-25.

摘要 ( 121 ) PDF全文 ( 75 )

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该文以负泊松比复合材料夹层板为研究对象，对其振动特性展开研究。首先，设计并制备了夹层板模型，对其进行空气中的强迫振动试验；然后，基于有限元法建立数值模型进行仿真计算，对比试验与仿真结果验证了该文数值模型的合理性与可靠性；最后，探究了芯层中格栅截面的形式、角度、厚度以及格栅材料对整体夹层板振动特性的影响。研究表明：当芯层等效密度相同时，内凹六边形格栅更有利于结构的减振设计；结构振动响应随截面角度的减小而减小；截面厚度变化对不同频段内振动响应曲线影响不同，但对响应的峰值大小影响较小；格栅材料为碳/玻混杂纤维的夹层板振动响应最小。

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含分数阶的分段非线性悬架变载荷振动响应特性研究

王翠艳1, 石少轩2, 陈恩利1

振动与冲击. 2025, 44(3): 26-34.

摘要 ( 121 ) PDF全文 ( 78 )

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针对货运车辆载荷工况复杂多变的情况，提出了含分数阶的分段非线性悬架。利用变节距弹簧为该悬架提供非线性恢复力，并与线性弹簧构成线性-非线性弹簧耦合结构。使用Caputo分数阶模型描述阻尼器的粘弹特性。使用平均法建立了分数阶分段非线性悬架的振动传递函数。研究了系统平衡点稳定性与定常解的稳定条件，分析了初始间隙与非线性刚度对悬架系统在不同载荷工况下隔振性能的影响。构建了悬架实物模型，通过振动实验验证了悬架模型理论研究的正确性。结果表明，含分数阶的分段非线性悬架存在多个振动传递率衰减区域。改变线性-非线性耦合弹簧结构的初始间隙和非线性刚度可以增加衰减区域的数目。振动实验表明合理调整初始间隙与非线性刚度可以令该悬架的响应特性处于衰减区域内，有效降低振动传递率，提高悬架的隔振性能。本研究对改进重载货运车辆的被动悬架结构，提高货运车辆运行稳定性与道路友好性具有指导作用。

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输电塔悬挂拉索阻尼器振动控制设计方法及减振效果

曹枚根1, 程义凯1, 杨德栋2, 郑翀2, 钱俊峰1

振动与冲击. 2025, 44(3): 35-44.

摘要 ( 128 ) PDF全文 ( 69 )

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输电塔作为受风荷载控制的高耸空间钢结构，强风作用是导致沿海地区输电塔振动破坏，甚至倒塌的重要原因。针对目前输电塔风振控制技术适应性不足，提出了一种悬挂拉索阻尼器的输电塔振动控制技术。首先，分析了悬挂拉索阻尼器中拉索和自复位阻尼器的布置形式，给出了体内拉索及阻尼器布置方式的设计方法。开展了悬挂拉索阻尼器的参数分析，分析了自复位性能和滞回性能，给出了阻尼器质量、刚度、阻尼系数等参数的设计方法。依据参数设计方法中得出的参数，设计了一种非对称自复位阻尼器，并开展了滞回性能试验研究。然后，开展了简化力学模型下的频域分析，得到参数设计的原则：在自复位阻尼器刚度小于拉索刚度的情况下，提高自复位阻尼器的阻尼比，再按照参数设计方法确定其他参数。以温州沿海线路工程中典型猫头塔为研究对象，建立输电塔的有限元模型，通过风振响应分析验证了悬挂拉索阻尼器的振动控制效果，塔顶的加速度响应均方根值下降了13.6%。

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基于实时混合试验的黏滞阻尼器Maxwell模型参数识别

郑欢1, 2, 王涛2, 王贞3, 孟丽岩2, 许国山4, 张佳辉2, 窦晓亮5

振动与冲击. 2025, 44(3): 45-53.

摘要 ( 101 ) PDF全文 ( 59 )

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为研究黏滞阻尼器在真实高频响应下的振动特性并识别其Maxwell模型参数，给出一种基于最小二乘的Maxwell模型参数识别方法，开展物理子结构为黏滞阻尼器的高速列车减振器实时混合试验，得到车速在250km/h至400km/h范围内黏滞阻尼器真实滞回响应，并根据阻尼器真实响应识别黏滞阻尼器Maxwell模型参数。结果表明，随着列车车速增大，黏滞阻尼器力与位移峰值响应均增大且位移基频提高，所识别Maxwell模型标准化刚度增大而标准化阻尼减小；所给参数识别方法精度较高，不同车速下黏滞阻尼器识别力与实测力时程的均方根误差不超过20.9%，且列车车速越大，均方根误差越小。该研究可为高频振动下黏滞阻尼器性能评估与工程应用提供参考。

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弹性管束及其流致振动特性研究进展

彭德连1, 彭文海1, 2, 刘长利3

振动与冲击. 2025, 44(3): 54-61.

摘要 ( 118 ) PDF全文 ( 58 )

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弹性管束（Elastic tube bundle）是一种新型的换热元件，利用流致振动（Flow-induced vibration）提高对流换热系数并减少管束结垢及其产生的热阻，实现复合强化传热效果，是一种节能高效的强化传热手段。其流致振动特征对换热效果和抗结垢能力有显著影响，因此，研究人员一直以振动特性为基础开展了大量研究，从数值仿真与实验方面研究振动的特征参数及其相关的影响因素。本文总结弹性管束换热元件发明以来二十余年的发展历程，分析讨论弹性管束元件振动特征相关研究，对弹性管束的研究与发展趋势作以展望，为后续研究与应用提供参考。

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电磁轴承—转子系统的跳跃现象及机理分析

彭晓为1, 张晓申2, 3, 孙喆3, 赵雷3, 时振刚3

振动与冲击. 2025, 44(3): 62-70.

摘要 ( 88 ) PDF全文 ( 61 )

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针对电磁轴承—转子系统过临界模态时的跳跃现象，应用多尺度法分析其行为特性，并基于能量平衡关系阐释其发生的物理机理，进而提出抑制跳跃现象的有效措施。研究结果表明：电磁力非线性导致的特定转速范围内的多解共存是跳跃现象的根源；多个平衡解分布在低于线性化模型模态频率的转速范围，导致系统在运行中表现出软弹簧特性；在不稳定平衡解附近，能量与振动幅度和相位之间构成正反馈关系，系统在扰动作用下，电磁力与不平衡激励将驱使系统进一步远离平衡解，这是系统发生跳跃现象的根本物理原因；基于机理的参数讨论，合理的转子偏心距与控制器比例增益、微分增益均对跳跃现象有抑制作用。

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考虑气膜流动分布的止推气体轴承端面槽型优化研究

雷彤 1, 2, 刘东 1, 2, 徐晨曦 1, 2, 彭楠 3, 4, 杨魏 1, 2

振动与冲击. 2025, 44(3): 71-80.

摘要 ( 54 ) PDF全文 ( 44 )

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针对传统槽型结构参数研究体系对螺旋槽型止推气体轴承的承载性能提升的局限性，基于气膜流动分布研究建立了优化端面槽型形状的新参数体系。通过螺旋角控制的端面槽型形状差异性分析，提出了优化槽区入流方向的来流夹角这一关键槽型参数，并分析了不同来流夹角下的气膜流场；在此基础上，建立了包含来流夹角、入流角、出流角、入流半径与出流半径的端面槽型参数体系，通过参数寻优得到最优端面槽型形状；最后对比了优化槽型与传统结构参数槽型的承载性能与流场的差异，验证了本文所建立的参数体系可进一步提升止推气体轴承的承载性能，拓宽止推气体轴承的槽型优化空间。

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线性剪切流下钢悬链式立管涡激振动响应研究

马博文1, 2, 常杏1, 2, 陈伟民1, 唐文勇2

振动与冲击. 2025, 44(3): 81-90.

摘要 ( 92 ) PDF全文 ( 48 )

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基于空间分布的尾流振子模型对细长柔性悬链线立管三维涡激振动响应特性进行数值仿真研究。数值模型考虑了立管局部倾角和流固场相对速度对水动力载荷的影响，将尾流振子与立管运动控制方程耦合，构建了悬链线立管非平面来流下的时域动力学模型，采用二阶精度有限差分法和四阶龙格库塔法求解耦合振动方程。通过将模拟结果与实验结果对比，模型的可靠性得到了一定程度上的验证；随后针对实尺度立管，比较了不同剪切度来流对立管涡激振动幅值、响应传播波形、结构振动频率、锁定区间及流固场能量传递系数的影响。数值结果表明：相比于均匀流，线性剪切流下的立管呈现更复杂的振动响应特性，随着来流剪切度升高，振动幅值逐渐减小，锁定区沿管轴方向呈现区域化特性并伴随显著的多频振动响应。

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400km/h速度下轨道-桥梁振动响应与顶板裂缝深度影响

孟鑫1, 2, 高浩3, 刘鹏辉1, 2, 勾红叶3, 王一干1, 2, 杨宜谦1, 2

振动与冲击. 2025, 44(3): 91-98.

摘要 ( 136 ) PDF全文 ( 61 )

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为探究400km/h列车激励下高速铁路轨道-桥梁结构的振动响应，以某高铁桥梁为研究对象，在钢轨、桥梁、桥墩位置布置竖向加速度传感器，实测轨道-桥梁结构在多级速度作用下加速度的变化规律；在此基础上，借助于结构声强理论和车-轨-桥耦合振动仿真分析，从能量和加速度的角度掌握了顶板下缘裂缝深度的影响程度。研究结果表明：在高速列车激励下，实测钢轨、桥梁顶板和桥墩的加速度峰值分别为800m/s2、4m/s2和0.5m/s2；振动加速度数值从钢轨到桥墩层层递减，随着列车速度的增大各测点加速度峰值呈线性增加；裂缝的出现会增大桥梁顶板下缘的加速度峰值，改变振动能量的分布；当裂缝深度大于45mm时，顶板下缘加速度和振动能量值分别为无裂缝工况下的1.1倍和1.5倍，应注意加强对裂缝状态的观测。研究成果可以为车-轨-桥耦合分析提供依据，也可以为高速铁路简支箱梁顶板下缘开裂维修提供指导。

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基于Seq2Seq双向模型的水锤压力预测

吴罗长1, 刘振兴1, 雷洁2, 颜建国1, 郭鹏程1, 孙帅辉1, 马晋阳3

振动与冲击. 2025, 44(3): 99-106.

摘要 ( 73 ) PDF全文 ( 48 )

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水锤计算对保障长距离输水工程管网系统安全稳定运行具有重要意义，但传统水锤数值方法存在模型复杂、计算量大的问题。为此，在自主开发的瞬态流实验平台上，通过支路快速关阀产生水锤，获取了不同流量和压力条件下的瞬态水锤压力。试验参数范围为：体积流量15~55 m3/h，压力150~450 kPa。采用集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD）方法对水锤信号进行滤波，并对水锤压力的变化规律进行了深入的研究分析。基于双向门控循环单元（Bidirectional Gate Recurrent Unit，BiGRU），建立了用于水锤压力预测的序列到序列（Sequence-to-Sequence，Seq2Seq）双向模型。结果表明，Seq2Seq双向预测模型能有效预测支路水锤，其预测数据决定系数在0.8以上，水锤特征参数预测准确率超过98%。研究成果可为水锤压力预测提供了一种新方法。

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基于混合监测理论的桥梁全局响应重构方法

孙海彬1, 李轶贤2, 孙利民1

振动与冲击. 2025, 44(3): 107-114.

摘要 ( 108 ) PDF全文 ( 63 )

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卡尔曼滤波（Kalman filter, KF）和最大化后验概率法（Maximum a Posteriori, MAP）是结构荷载识别中常见的两类广义贝叶斯滤波算法，KF法计算效率高但数值稳定性较差，MAP法适用性强却需要复杂的矩阵求逆运算，加之这两类方法对荷载形式和测点布置的苛刻要求，目前仅适用于简单荷载的识别。为此，本研究提出了针对任意分布式荷载的贝叶斯全局响应重构方法，从在线和离线两个角度改进了现有方法。针对在线KF方法，本研究从结构动力特性中导出等效荷载向量来降低未知荷载的维度，得到满足可控性条件的等效系统模型，并采用输入状态联合估计方法同时识别等效荷载和全局响应。针对离线MAP方法，引入考虑了空间相关性的荷载先验分布，采用MAP策略同时对等效荷载和观测噪声进行迭代估计，随后根据识别得到的等效荷载重构全局响应。改进后的在线和离线方法均不需要提前获取荷载位置或分布形式。最后，通过青州大桥在风荷载和交通荷载下采集的响应数据对所提方法的精度和适用性进行了验证。

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高压隔膜泵单向阀流场与阀芯运动的动态耦合特性分析

粟立静1, 2, 马军1, 2, 曾尧1, 2, 熊新1, 2, 丁文浩1, 2

振动与冲击. 2025, 44(3): 115-123.

摘要 ( 158 ) PDF全文 ( 49 )

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为揭示高压隔膜泵单向阀开合过程中流场与阀芯运动耦合机理，基于6DOF模型和动网格算法，构建单向阀流场与阀芯运动的耦合仿真模型。通过数值模拟，对单向阀的流场速度、压力分布及脉动特性进行分析，获得流场域随时间演变的速度和压力云图、全开度下的流场分布以及压力脉动时频域信息，并探讨弹簧参数及流体性质对阀芯运动的影响规律。结果表明：在单向阀一个开合周期内，位于阀隙流场处的流体流速激增，高速流体与腔内低速流体相接触形成剪切流动，在阀芯的周围流场形成大尺度漩涡特征；阀芯两侧流场存在较大压差，入口侧形成高压区，阀隙流场处呈现大幅度压力梯度变化且振幅波动显著，压力脉冲峰值频率集中在低频段内；随着弹簧刚度及预紧力增大，阀芯升程高度减小，回座撞击作用加剧，且预紧力对阀芯振荡影响较为显著；随着入口流量增大，阀芯升程高度增大，上升及回座速度增大，振荡幅度增大。

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基于随机行走模型的行人实感联合烦恼率研究

李智海, 陈得意, 吴刚杰, 吴时民

振动与冲击. 2025, 44(3): 124-131.

摘要 ( 72 ) PDF全文 ( 50 )

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为研究人致振动与环境噪声共同作用下对行人实感舒适度的影响，首先，提出了两种双向随机行走模型，推导了任意时刻行人位置的计算公式，建议了行人实感联合烦恼率的舒适度分析方法。其次，基于双向随机行走模型，对比分析了行人实感联合烦恼率、出现时刻及出现区间的变化规律。最后，建立了联合烦恼率期望的计算式，以荆州市某人行天桥开展实桥试验，进行了行人实感联合烦恼率的舒适度评价。结果表明：在BOAM中实感联合烦恼率整体小于跨中联合烦恼率，正向行走人群与反向行走人群各区间占比具有一定对称性；行人最大实感区间并非在跨中位置处占比最大，出现最大联合烦恼率的位置主要集中行程的后半段；在BSDM中实感联合烦恼率的比例略高于跨中联合烦恼率的比例，正向与反向行走人群的最大联合烦恼率出现区间分别在区间5与区间3达到最大，分别占总比例的37.92%、27.95%，基于两种模型，绝大部分行人最大实感联合烦恼率出现时刻并非在最大跨中联合烦恼率出现时刻；考虑行人实感加速度的联合烦恼率与实测值更为接近，其期望值与实测期望值的误差为4.21%。

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基于混沌多项式的超轻型火炮发射过程区间不确定性分析

刘加鑫1, 杨国来1, 王丽群1, 薛立国2

振动与冲击. 2025, 44(3): 132-139.

摘要 ( 88 ) PDF全文 ( 58 )

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火炮发射过程中，存在由弹、炮、药、环境等各种因素引起的不确定性，这些不确定性将不可避免地影响火炮发射的综合性能，只考虑超轻型火炮发射过程中的确定性问题，无法获得其准确的变化规律。因此本文基于非侵入式的混沌多项式展开（polynomial chaos expansions,PCE），提出一种计算超轻型火炮弹丸起始扰动范围的区间不确定性分析方法。首先建立了含有区间不确定性参数的超轻型火炮多体动力学模型，基于截断的PCE，通过在不确定性空间内的采样理论，将含区间不确定性参数的动力学系统转变为仅含确定性参数的动力学系统。进一步利用混沌多项式区间扩张函数估算弹丸起始扰动和其他动力学响应的动态区间边界，该研究可为超轻型火炮弹丸起始扰动散布计算提供参考。

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飞机着陆连续梁桥冲击系数研究

江辉1, 赵星燕1, 孙耀宗2, 孟宪锋3, 李会驰2, 罗萌4, 季金文3

振动与冲击. 2025, 44(3): 140-149.

摘要 ( 115 ) PDF全文 ( 70 )

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为了填补当前国内外对飞机着陆跑道桥冲击系数研究的不足，对冲击系数的影响因素进行探究，并提出合理的冲击系数计算公式。首先，选取某机场五跨连续梁桥和民用飞机波音737-800为研究对象，基于有限元法和多体动力学法的联合仿真技术建立了精细化的飞机-桥梁耦合振动分析系统。然后，研究飞机着陆质量、俯仰角、下沉速度及桥梁刚度、桥梁阻尼等因素对飞机着陆时桥梁冲击系数的影响，揭示了其内在规律及机理。最后，开展统计分析，明确了桥梁冲击系数的分布特征，并选取逐步线性回归分析方法，进一步提出了飞机着陆连续梁桥的冲击系数回归模型。研究结果表明：飞机着陆质量、下沉速度、接地速度、滚转角及桥梁刚度、桥梁阻尼是影响冲击系数的重要因素；飞机在桥梁上着陆时，冲击系数服从极值Ⅰ型分布，主要分布区间为0.28~0.79，最高可达2.07；所建飞机着陆连续梁桥的冲击系数回归模型与数值仿真结果平均差异率为5.13%，回归模型的拟合效果良好，该模型对预测飞机着陆冲击作用下跑道桥的冲击系数具有一定参考价值。

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双锥药型罩聚能射流侵彻钢靶板试验与高精度仿真

赵富裕 1, 王成 1, 王泽宇 1, 徐文龙 2

振动与冲击. 2025, 44(3): 150-162.

摘要 ( 176 ) PDF全文 ( 73 )

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双锥聚能装药对装甲目标具有较强的毁伤效应，试验及高精度仿真对双锥聚能装药毁伤性能的改进具有重要意义。为研究不同结构及材料双锥形药型罩聚能装药对钢靶板侵彻性能的影响，设计了5种不同结构的双锥形药型罩，同时考虑不同药型罩材料（紫铜、高熵合金）及壳体对双锥药型罩聚能射流侵彻性能的影响，开展了双锥药型罩射流侵彻钢靶板的静破甲试验。基于流体弹塑性控制方程组，构造了适用于聚能射流形成及侵彻仿真的高精度欧拉算法，集成算法为计算程序并对试验工况进行模拟。数值模拟与试验结果相互对比，验证了自主构造的高精度数值方法的准确性。研究结果表明：对于不同结构的紫铜双锥形药型罩，其射流头部速度伴随着药型罩内锥角的增大而减小，射流长度逐渐变小，有效侵彻质量及侵彻深度逐渐增大。对于相同结构的紫铜与高熵合金药型罩，其聚能射流侵彻口径及穿深差异不大。高熵合金射流头部速度更大，侵彻口径从上到下较为一致。

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舰船设备关键零件的冲击损伤累积及寿命预测方法

陈卓, 闫明, 金映丽

振动与冲击. 2025, 44(3): 163-170.

摘要 ( 92 ) PDF全文 ( 56 )

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针对舰船设备在海战时遭受敌方武器及自身火炮后坐力冲击造成的损伤累积问题，提出了隶属函数和Miner损伤累积理论相结合的冲击疲劳寿命预测方法。从外界冲击中提取冲击幅值和均值，根据GM(1, 1)模型预测冲击幅值的参数，并利用BP（back propagation）神经网络修正残差提高预测精度。利用疲劳模数与寿命的联系提出一种新的应力-寿命模型，并基于多项式变异理论确定模型中的参数。将舰船设备上的关键零件6061铝合金轴作为试验对象，并结合几种隶属函数预测试件的冲击疲劳寿命。结果表明：采用Γ分布隶属函数求得的冲击疲劳寿命预测值与试验值相比误差最小，且当Γ分布中的k值一定时，参数a1 的变化在初始阶段对预测值基本不产生影响，只有当a1 逐渐接近S0 时才会有微小的影响。说明提出的疲劳寿命预测方法是可靠的，为舰船设备关键零件的冲击损伤累积研究及寿命预测提供理论参考和数据基础。

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基于HJC模型的深部岩石爆破裂纹受不耦合系数影响的模拟研究

何家辉, 胡义锋

振动与冲击. 2025, 44(3): 171-181.

摘要 ( 98 ) PDF全文 ( 71 )

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在深部岩石爆破开挖中，装药不耦合系数对岩石的破裂程度和损伤范围具有显著影响。首先基于已有实验数据标定Holmquist-Johnson-Cook(HJC)模型参数，使用有限元软件LS-DYNA引入额外的失效准则以更准确地描述模型拉伸损伤情况，并通过模拟岩石单孔爆破实验和利用经验公式验证模型的合理性；其次，研究不耦合系数和围压与爆破裂隙区范围间的关系，分析不耦合系数变化对粉碎区和炮孔周围环向应力场动态演化过程的影响。研究结果表明：不耦合系数和围压共同决定裂纹的扩展行为，不耦合系数增加，导致环向拉应力减小，径向裂纹扩展效应减弱，而围压的提升限制了裂纹的扩展，改变了径向裂纹的扩展范围；双向等值围压下，裂隙区范围随着不耦合系数和围压的增大呈先陡后缓的缩减趋势，围压对控制裂纹范围占主导地位；构建描述不耦合系数和侧压力系数对裂隙区范围影响的关系式，认为裂纹扩展具有明显的方向性，并根据其中关系，以期能够为深部岩石爆破中实现爆破裂纹的精细化控制，优化岩石破碎效率提供参考。

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条件分布域适应下数模混动齿轮箱故障诊断

王冉1, 韩海保1, 颜福成1, 余亮2, 3

振动与冲击. 2025, 44(3): 182-190.

摘要 ( 99 ) PDF全文 ( 58 )

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齿轮箱的故障诊断对于确保机械系统的可靠性、安全性和经济可行性至关重要。在工业实际中，齿轮箱通常运行在正常状态下，因此故障状态发生较少，且由于获取有标签的故障数据的成本较高，导致齿轮箱的健康状态监测面临着有标签故障数据稀缺的问题。然而，现有的深度迁移诊断方法存在数据生成质量不均匀和过度依赖少数类信息等局限性。为了克服这一挑战，提出条件分布域适应下数模混动齿轮箱故障诊断方法。首先基于集中参数法构建不同齿轮故障的动力学模型以扩充少标签源域的故障数据。其次，类条件分布最大均值差异（Class-Conditional Maximum Mean Discrepancy, CMMD）被嵌入诊断模型中，在再生希尔伯特核空间中(Reproducing kernel Hilbert space, RKHS)显式构建了故障特征与故障标签的关系，以减小源域数据和目标域数据的分布差异。同时，为保证目标域样本建立可靠的伪标签，熵损失被引入模型训练过程中。最后，通过两个实验验证了所提出方法的有效性和可行性。

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基于域自适应对抗生成样本的金属损伤导波智能迁移识别方法

王莉1, 2, 刘国强2, 杨宇2, 张超1, 裘进浩1

振动与冲击. 2025, 44(3): 191-201.

摘要 ( 85 ) PDF全文 ( 48 )

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针对工程场景下缺乏大量标注完备的真实损伤样本，而难以学习到可用的智能诊断模型的难题，本文提出了一种基于域自适应对抗生成样本的金属损伤导波智能迁移诊断方法。首先，采用有限元仿真得到了大量标签丰富的模拟损伤导波监测数据，然后采用生成对抗神经网络(Wasserstein Generative Adversarial Networks with Gradient penalty, WGAN-GP)实现了模拟损伤监测样本至真实损伤的域自适应对抗样本的生成，最后构建了基于对抗生成样本的损伤智能诊断模型，实现了对未知标签真实损伤监测样本的高可靠分类诊断。金属开孔结构疲劳裂纹导波监测试验验证结果表明：所提方法可实现模拟损伤导波识别知识至疲劳损伤的跨域迁移，且在无真实损伤标注样本时也可实现对裂纹损伤的高精度智能识别。

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水电机组动态气隙传感器的多尺度分数阶信息融合法

荆岫岩1, 孙尔军2, 谭志锋3, 郝国文4, 李燕5, 孙万泉6

振动与冲击. 2025, 44(3): 202-209.

摘要 ( 66 ) PDF全文 ( 43 )

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针对水电机组动态气隙监测中产生的强噪声、尖峰特性和非高斯等复杂信号，将分数阶理论引入到机组动态信息融合处理中，通过分析定转子不同位置处传感器动态气隙的变化特性和信息相关性，提出并建立了动态气隙监测的多时间尺度分数阶信息融合法。结合机组运行和振动的数值仿真分析，针对不同噪声和故障信号的动态气隙传感器信号进行了不同时间尺度下的分数阶信息融合处理，并与传统的卡尔曼滤波结果进行了比较，充分验证了该方法的有效性和可靠性。该理论方法的研究进一步充实了水电机组状态监测和故障诊断的系统理论，也为复杂信号的处理分析提供了新的思路和方法。

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考虑键相丢失的二重逐点Vold-Kalman滤波涡轮泵故障诊断

王帅1, 孙若斌2, 翟智2, 马猛2, 陈雪峰1, 2

振动与冲击. 2025, 44(3): 210-220.

摘要 ( 80 ) PDF全文 ( 48 )

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液体火箭发动机涡轮泵在高转速、高温度梯度、高压的非平稳工况下极易发生故障。Vold-Kalman 滤波方法能够从复杂时变振动信号中检测出涡轮泵转子故障，但由于涡轮泵振动传递路径复杂，该方法依赖于所采集振动信号的载波的高采样率高精度的相位信息，在键相信号丢失和采样频率低（一圈一个脉冲）的实际应用场景下存在故障检测精度偏低的问题；且 Vold-Kalman 滤波使用批量式优化的方法，求解缓慢，无法在箭载计算机上实现在线检测故障。针对上述两个问题，为实现毫秒级的涡轮泵故障实时诊断，提出了一种滤波诊断方法——二重逐点 Vold-Kalman 滤波器 ( double point-wise Vold-Kalman filter,DPVKF )。DPVKF 首先建立各阶次分量状态转移和状态观测的时变线性高斯模型，然后从低精度的转速脉冲和振动信号中准确重构相应载波的高精度瞬变相位，随后在重构相位的指导下，得到各阶次复包络的最优线性无偏估计，最终在复杂激励干扰下提取到涡轮泵转子的故障特征。故障模拟实验和某型号涡轮泵低温轴承运转实验表明：提出的方法可实现高实时性、高可靠性的涡轮泵转子故障诊断。

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载荷波动下的圆柱滚子轴承保持架运动稳定性分析

涂文兵, 娄元阔, 刘晨露, 王佳明, 黄怡彬

振动与冲击. 2025, 44(3): 221-229.

摘要 ( 79 ) PDF全文 ( 48 )

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轴承在服役过程中，受工作环境的影响，外部载荷存在不同形式的波动，影响了保持架的运动稳定性，进而降低了轴承的运转精度及寿命。本文综合考虑了滚动体与保持架间的粘滞阻尼效应、润滑油的流体动压作用，以及外圈与轴承座的振动耦合效应，建立了圆柱滚子轴承保持架三自由度的动力学分析模型。研究了载荷波动类型、载荷波动幅值以及载荷波动频率对保持架运动稳定性的影响。结果表明：矩形载荷波动下保持架质心轨迹最为紊乱，保持架质心速度偏差比最大；载荷波动频率、幅值越大，保持架质心轨迹越紊乱，保持架质心速度偏差比也越大。本文研究对于评估保持架断裂和磨损的内在机理、优化轴承运行精度、延长轴承寿命等具有重要研究意义。

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结合迭代学习与扰动观测器的永磁同步电机多源扰动抑制

冯煜焜, 姚文熙, 李武华

振动与冲击. 2025, 44(3): 230-237.

摘要 ( 90 ) PDF全文 ( 43 )

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由于电机本体、驱动电路及机械连接等多环节因素影响，传统PI(proportional integral)控制下永磁同步电机在低速运行时易出现较大的转速波动。首先，建立多源性力矩扰动模型与分析转速波动机理，将扰动分为与机械角相关的周期性干扰与非周期低频干扰两部分；然后，提出一种结合迭代学习控制与扰动观测器的扰动抑制策略，利用控制误差对周期性扰动进行在线学习，利用反馈状态量结合学习信息对低频非周期扰动进行观测，将两部分结果共同补偿到电磁力矩，实现对多源性扰动的抑制。在给出所提控制器结构基础上，分析了所提控制策略的有效性与收敛性，给出控制器主要参数设计方式。实验结果表明所提控制策略相较于传统控制策略整体动态性能相近，在稳态时相较于PI控制将转速波动抑制到1/4以下，相较于传统抑振策略整体转速波动在1/2以下，在负载力矩突变时相较于PI控制速度变化在1/2以下，证明所提算法在多源性扰动抑制方面的有效性与优越性。

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随机风载下风电齿轮箱的系统动态可靠性研究

顾慧耘1, 王宏伟1, 周建星1, 费翔1, 温建民1, 2, 房忠2

振动与冲击. 2025, 44(3): 238-250.

摘要 ( 86 ) PDF全文 ( 63 )

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风电齿轮箱在随机风载的作用下产生疲劳损伤，导致系统可靠性的降低。针对风电齿轮箱系统可靠性实时评估的问题，以2MW风电齿轮箱为研究对象，建立了齿轮箱传动系统动力学模型，统计动力学响应下各零件的疲劳应力，生成疲劳载荷谱。结合非线性疲劳损伤累积理论和核密度估计法，建立了考虑强度退化的应力-强度干涉模型，计算各零件失效模式的动态可靠度。进一步利用Copula函数构建了系统可靠性模型，分析零件的共因失效对齿轮箱系统可靠性退化的影响。结果表明：运行过程中齿轮箱的行星轮系和中速轴轴承的可靠度下降较快，其余零件的可靠度也呈下降趋势，说明服役初期的疲劳失效主要集中在行星轮系和中速轴轴承，其他零件在服役后期也会失效。齿轮箱的系统可靠度经过20年寿命周期预计降至约0.5880，结合零件的可靠度可实现风电齿轮箱的故障预警。

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基于深度子领域适应卷积神经网络的结构损伤识别

张健飞, 曹雨

振动与冲击. 2025, 44(3): 251-260.

摘要 ( 90 ) PDF全文 ( 51 )

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针对卷积神经网络（convolutional neural networks, CNN）结构损伤识别模型泛化能力差的问题，提出了一种基于深度子领域适应卷积神经网络（deep subdomain adaptation convolutional neural networks,DSACNN）的结构损伤识别方法。以实际结构为目标域，以有限元模型为源域，根据损伤类别将源域和目标域划分成一系列子领域。在CNN中嵌入子领域适应模块，构建DSACNN模型，通过最小化源域上的损伤分类误差和领域之间的局部最大均值差异，对齐两个领域对应子领域的特征、建立特征与损伤类别之间的映射，从而将源域上的损伤识别能力迁移到目标域之上。模型的训练无需已知目标域样本的损伤标签，采用预训练全局领域适应提高其伪标签的准确率。实验结果表明：与全局领域适应模型相比，基于预训练全局领域适应的DSACNN模型在模拟目标域上准确率最大提高幅度达到21.8%，在实测目标域上提高了9.6%，具有更强的泛化能力。

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啮合状态下钻杆螺纹连接结构的超声导波检测方法研究

万翔1, 2, 潘华伟1, 2, 黄利平1, 2, 张旭辉1, 2, 樊红卫1, 2, 陈渊1, 2

振动与冲击. 2025, 44(3): 261-266.

摘要 ( 76 ) PDF全文 ( 43 )

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在役钻杆螺纹连接结构的在机检测愈发迫切，而传统无损检测方法只能检测单根钻杆两端的内螺纹或外螺纹缺陷，无法满足在机检测的要求。本文提出啮合状态下钻杆螺纹连接结构的超声导波检测方法，使钻杆螺纹连接结构的在机检测成为可能。首先，获得钻杆管体的频散曲线，选择群速度最大、曲线相对平坦、频率范围从60kHz到120kHz的L(0,2)为钻杆螺纹连接区域的检测模态；其次，从仿真和实验的角度研究了超声导波传播通过螺纹连接区域的透射特性；最后，通过仿真和实验的方法，基于L(0,2)模态超声导波实现了对钻杆螺纹连接区域的缺陷检测与定位。结果表明基于超声导波方法检测啮合状态下钻杆螺纹连接区域是可行的和有效的，为钻杆螺纹连接结构的在机检测提供了一种新的方法和思路。

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基于层级分解的前围声学包多目标优化

杨帅1, 2, 吴宪1, 薛顺达2

振动与冲击. 2025, 44(3): 267-277.

摘要 ( 79 ) PDF全文 ( 47 )

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搭建了前围声学包多层级目标分解架构，提出GAPSO-RBFNN（Genetic Algorithm Particle Swarm Optimization-Radial basis function neural network，GAPSO-RBFNN）预测模型，并将其应用于多层级目标分解架构。将材料数据库、覆盖率、泄漏量作为优化的变量范围，以PBNR均值作为约束，以重量和成本作为优化目标，采用NSGA-II（Nondominated Sorting Genetic Algorithm II，NSGA-II）算法进行多目标优化，得到Pareto多目标解集。并从中选取满足设计目标的最佳组合方案（材料组合、覆盖率、前围过孔密封方案选型）。结果显示，该模型最终的优化结果与实测结果接近，误差分别为0.35%，1.47%，1.82%，相较于初始声学包方案，优化后的结果显示，PBNR（Power Based Noise Reduction，PBNR）均值提升3.05%，其重量降低52.38%，成本降低15.15%，验证了所提方法的有效性和准确性。

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热环境对复合材料加筋板高频声振响应的影响研究

周长伟1, 2, 党天骄1, 2, 王鹏飞1, 2, 任方3, 刘振1, 2

振动与冲击. 2025, 44(3): 278-283.

摘要 ( 67 ) PDF全文 ( 44 )

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本文以统计能量分析理论结合试验方法，以碳纤维加筋板为研究对象，探究了不同温度下的结构高频声振响应规律。首先开展了热振试验并结合相关理论辨识了不同温度下的加筋板统计能量参数，然后构建了温度影响下的加筋板高频声振耦合统计能量模型，进一步开展了基于混响室噪声载荷的常温加筋板动响应试验，验证了所建模型的准确性，最后探究了温度对加筋板结构高频声振响应的影响规律。结果表明：温度升高将使得结构模态密度和内损耗因子呈现上升趋势；结构模态密度增大将使得结构声振响应增大，内损耗因子增大会使得结构响应减小；温度上升对结构高频范围内不同频率处声振响应影响不同，主要取决于该频率处模态密度和内损耗因子的增量大小。

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基于物理驱动支持向量机方法的地震作用下结构动力响应求解

杜轲1, 2, 吴文贤1, 2, 林志鹏1, 2, 骆欢3

振动与冲击. 2025, 44(3): 284-290.

摘要 ( 151 ) PDF全文 ( 80 )

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物理驱动机器学习是一种将物理原理融入机器学习框架的前沿方法。通过引入物理知识，该方法旨在使模型更为贴合实际世界的物理规律和约束，以提高模型在学习过程中对数据本质特征的准确捕捉。本研究使用了一种以支持向量机为基础的物理驱动方法，用于精确计算结构的动力响应。该算法通过最小化多输出最小二乘支持向量机的目标函数，实现了对回归模型参数的精准拟合。同时，通过在特征空间中引入系统动态平衡方程和初始条件的物理约束，无需事先训练数据即可有效计算结构的动力响应。随后开展在地震动荷载作用下的单自由度体系和二层剪切框架多自由度体系的动力响应，并将所用方法与传统方法的结果进行了对比。分析结果表明，提出的物理驱动机器学习方法在精度和大时间步长性能方面均显著优于传统方法。

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基于黏弹性人工边界的成层地基中海上风机地震响应分析

陈志波1, 2, 刘海波1, 2, 曹光伟1, 2, 何奔3, 曾旭明4, 潘生贵4

振动与冲击. 2025, 44(3): 291-300.

摘要 ( 95 ) PDF全文 ( 58 )

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我国近海地震频发，地震作用对海上风电基础与风机结构的稳定性影响大。为了准确有效地计算海上风电结构地震动力响应，本文根据波动理论和斯奈尔定律，推导了基于粘弹性人工边界的三维成层土地震等效节点力计算公式，并验证了其准确性。在此基础上，以福建莆田某风电场地基为例，建立5 MW风机-单桩-成层海床三维一体化数值分析模型，进行了地震作用下的海上风电动力响应分析。研究表明，当地震发生时，地基中不同位置的土体响应不同，对于浅层桩周土体，距离桩基越近，土体加速度响应越小，桩基会对浅层桩周土体的加速度有一定抑制作用；桩基对不同深度的土层剪应变影响也相差较大。对于风机结构而言，最大位移发生在塔架顶部，最大加速度和最大应力发生在塔架中部。

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FBO激励下含熔断结构转子动力学特性试验研究

褚雯楠, 何泽侃, 宣海军

振动与冲击. 2025, 44(3): 301-308.

摘要 ( 124 ) PDF全文 ( 56 )

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为研究风扇叶片丢失（Fan Blade Off，FBO）后含熔断结构转子系统的动力学响应特征，基于相似理论设计了一套与真实大涵道比涡扇发动机低压转子结构跨距比一致、动力学特性相似的缩尺模拟转子；设计了一种带减薄段和削弱孔的锥壁熔断结构，通过有限元分析确定了其失效阈值范围，在卧式高速旋转试验台上开展了FBO激励下含熔断结构的转子动力学特性试验研究。结果表明：熔断结构失效后模拟转子的一阶、二阶临界转速数值分别下降了30.4%、3.0%，与FBO的响应峰值数据相比，2#轴承座与前支座的冲击振动响应对于熔断结构失效更为敏感，且在转子降速时，5#轴承座的振动响应对一阶和二阶临界转速敏感程度近似，转子的大不平衡载荷有较大部分通过2#支点传递到外部。

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2025年, 第44卷, 第3期　
刊出日期：2025-02-15
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