振动与冲击

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赵润超1, 焦映厚1, 李治彤1, 徐业银2, 于广滨1, 郭宏伟1, 刘荣强1

振动与冲击. 2025, 44(8): 1-7.

摘要 ( 233 ) PDF全文 ( 368 )

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燃气轮机装在工业发电、航空航海等国防装备领域有重要应用，转子系统作为燃气轮机的核心部件之一，其结构直接影响整机的性能、可靠性和寿命，使用燃机轴系工程等效模型能够加快动力学求解进程。基于应变能等效理论提出了燃气轮机转子系统工程等效约化建模方法，并结合相似设计理论得到了动力学特性原型机相似的缩比转子模型，计算了轴系的模态特性并开展了动力学升速试验，验证了工程等效约化建模方法的准确性。结果表明，所建立的工程等效约化模型与原型机前三阶固有频率偏差小于3.71%，前两阶临界转速偏差小于3.8%，预测结果准确。所提出的轴系工程等效约化建模方法在新型燃气轮机结构动力设计方面有广泛的应用前景。

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液压凿岩机-岩石接触模型的非线性动力学分析和实验

马威1, 2, 张健3, 姜鑫4, 吴文章2, 李叶林5

振动与冲击. 2025, 44(8): 8-20.

摘要 ( 165 ) PDF全文 ( 68 )

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该研究介绍了凿岩机的结构。结合线性岩石模型，将凿岩机钻进岩石的过程建立成四自由度力学和数学模型。将液压作用力的角频率、振幅和垂直偏移量作为控制参数，进行了单参数延拓分析，发现了倍周期分岔、鞍结分岔和环面分岔。此外，还介绍了凿岩机钻凿岩石的数据采集系统，比较了模型和试验测得的活塞位移和活塞速度。结果表明，为了使凿岩机工作在周期-1轨迹，应该选择角频率的范围为2.350 0<ω<6.611 0，振幅的范围为0.027 2<a<1.000 0，垂直偏移量的范围为0.046 7<b<0.212 5。模型较好地模拟了试验结果。

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基于齿面磨损失效的齿轮系统动态失稳盆转迁机理研究

石建飞, 韩闯, 王砚麟, 靳伍银, 陈国龙

振动与冲击. 2025, 44(8): 21-29.

摘要 ( 126 ) PDF全文 ( 117 )

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齿轮副安装误差加速齿面磨损，过度磨损会加剧轮齿啮合振动和非线性振动，引起齿轮过早失效，从而导致严重事故。为此，研究基于齿面磨损失效的齿轮传动系统动态失稳盆转迁机理对齿轮传动的安全可靠运行至关重要。考虑安装误差的影响计算齿轮副实际重合度；通过分析重合度与齿侧间隙的协同作用, 提取齿轮副多状态啮合特征；计算并分析安装误差影响下时变啮合刚度、载荷分配系数和总动态啮合力的演化规律；建立含安装误差的直齿轮传动系统多状态啮合非线性动力学模型。基于非线性动态啮合力和Archard磨损模型，计算齿面磨损深度并构建基于齿面磨损失效的健康域。利用多初值分岔图、啮合力时间历程图、相图、Poincaré映射图和吸引域等，研究齿侧间隙与多初值的联合变化对动态失稳盆侵蚀与转迁规律的影响。结果表明，安装误差降低了齿轮副重合度和啮合刚度，非完全分岔引起共存多吸引子啮合力超限，导致动态行为的健康失稳，诱发动态失稳盆的侵蚀。间隙较大时在初值域的大部分范围内系统处于健康失稳状态。

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汽车磁流变油气弹簧工作原理及试验研究

董小闵1, 李坪洋1, 费振洋1, 申皓月1, 潘忠文2, 郭海全3

振动与冲击. 2025, 44(8): 30-41.

摘要 ( 164 ) PDF全文 ( 48 )

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针对目前汽车油气弹簧阻尼特性无法根据路况及行驶工况自适应调整，且难以取得更好的安全性和舒适性的难题，提出了一种汽车磁流变 (magnetorheological,MR)油气弹簧设计理论及方法。基于磁流变机理及汽车悬架阻尼减振理论，提出了一种双向阻尼力可控的新型汽车磁流变油气弹簧结构方案，分析了磁流变油气弹簧工作原理；考虑气体流体可压缩性、磁流变液挤压强化效应和局部损失等因素，推导了磁流变油气弹簧的输出阻尼力及弹性力计算公式；定性定量分析了磁流变阀芯长度、间隙和气体压强对磁流变油气弹簧输出力学性能的影响；样机测试测试结果表明，推导的理论力学模型能够准确地描述不同激励下磁流变油气弹簧的力学特性，磁流变油气弹簧的输出力随着激励幅值、频率、电流的增大而增大，研究结果为汽车磁流变油气弹簧的应用提供了理论和硬件基础。

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串联式仿生复合悬架系统动力学特性研究

李占龙1, 周俊贤1, 张正1, 高山铁2, 刘志奇1, 墨海波1, 郝鹏祥2

振动与冲击. 2025, 44(8): 42-48.

摘要 ( 133 ) PDF全文 ( 51 )

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针对高速-重载履带式全地形车悬架减振性能提高的问题，将扭杆弹簧与仿生“Z”字形缓冲结构结合，设计了一种结构紧凑、抗冲击能力强的串联式仿生复合悬架系统。以单个悬架系统作为研究对象，进行仿真建模和动力学特性仿真分析，研究表明，串联式仿生复合悬架系统静、动态特性参数值均在合理的范围内。在相同路面等级下随着车速增加，串联式仿生复合悬架系统车身垂向加速度均方根和悬架动挠度均方根的相对增长率均有降低；随着路面等级和车速的增加，串联式仿生复合悬架系统车身垂向加速度传递率（1.7%~2.4%）的数值呈下降趋势；串联式仿生复合悬架在2~3 Hz间出现共振峰，避开了人体的敏感频率段（4~8 Hz），表现出良好的频率响应特性，符合悬架设计要求。该系统的提出也为高速-重载履带式全地形车悬架提升减振性能提供了新的思路。

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铁路轨道平顺性状态评估及预测研究进展

李再帏1, 刘晓舟2, 施洁1, 尹梓人2

振动与冲击. 2025, 44(8): 49-63.

摘要 ( 179 ) PDF全文 ( 970 )

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铁路轨道平顺性状态关乎列车运行的安全性和舒适性，因此对轨道不平顺特征分析、轨道质量评价及轨道平顺性发展预测的研究具有重要的现实意义。本文综述了近年来关于轨道平顺性评估及其状态预测的相关研究工作，主要围绕轨道不平顺分布特征分析、轨道服役状态评价和轨道平顺性发展预测三个方面展开，讨论了既有的各类研究的先进性与不足之处，分析了未来可进一步深化的研究方向。研究结果表明：在轨道不平顺分布特征研究方面，未来需要进一步融合动态与静态不平顺检测数据特征，同时需要加强对敏感薄弱轨道区段的跟踪研究；轨道平顺性状态评价方法方面，目前以时域幅值管理为主，频域波长管理指标还处于探索阶段，未来需进一步研究频域波长与时域幅值的关系，构建蕴含波长参数的轨道质量评价体系；在轨道平顺性发展预测研究方面，相比于有砟线路和普速铁路，无砟线路和高速铁路的研究相对较少，相关研究未充分考虑轨道结构状态性能的演化，未来需要根据实际环境与养修因素来构建满足工务生产要求的预测模型。

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空气弹簧系统跨坐式单轨车辆的抗侧倾性能研究

赵增闯1, 2, 杨田1, 任利惠1, 季元进1, 朱冬进2

振动与冲击. 2025, 44(8): 64-71.

摘要 ( 133 ) PDF全文 ( 162 )

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跨坐式单轨车辆二系悬挂系统使用四点高度控制空气弹簧系统，单轨车辆运行中出现偏载时，转向架左右两侧空气弹簧存在压力差，单轨车辆的抗侧倾性能明显受到空气弹簧系统的高度阀和差压阀的影响。论文建立了包括空气弹簧系统的热力学模型的跨坐式单轨车辆动力学仿真对比模型，首先仿真分析了空气弹簧系统的高度阀和差压阀开启前后对车辆抗侧倾性能的影响，其次分析了差压阀开启阈值对车辆抗侧倾性能的影响。研究表明：空气弹簧系统跨坐式单轨车辆由于受到空气弹簧系统中高度阀的影响，其车体临界侧滚角约为未安装空气弹簧系统车辆车体临界侧滚角的50%；当差压阀开启后，车辆的抗侧倾性能受到明显不利影响，车辆处于不稳定的振荡状态。为了保证车辆的抗侧倾性能，差压阀的开启阈值应高于车辆处于临界侧滚角状态时的左右空气弹簧压力差。

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热环境下硬涂层薄壁圆柱壳自由振动的半解析建模及振动特性分析

郑豪杰, 杨建, 刘鑫, 邓宇, 张月

振动与冲击. 2025, 44(8): 72-79.

摘要 ( 108 ) PDF全文 ( 58 )

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借助有限元软件模拟了真实热场情况下圆柱壳在厚度方向的温度分布，再将其与广义Jacobi多项式与Rayleigh-Ritz方法相结合，建立了在稳态热场环境下的硬涂层薄壁圆柱壳复合结构的自由振动半解析模型。以涂敷NiCoCrAlY硬涂层材料的薄壁圆柱壳为例，对其在稳态热场环境下的振动特性进行分析。在不同温度条件下（20 ℃、50 ℃、100 ℃、150 ℃、200 ℃），通过理论计算与有限元结果的对比，验证了该半解析模型的正确性与有效性。同时，探讨了截断数N、不同温度及基体厚度对硬涂层薄壁圆柱壳复合结构振动特性的作用规律。结果表明，当截断数N达到7时，可以获得更为精确的振动分析结果；模态损耗因子随着周向波数的增加而增大，尤其在高温环境下更为显著，而固有频率则随温度升高而降低，且降低速度随着温度进一步升高而加快；随着基体厚度的增加，模态损耗因子呈现出下降趋势，且温度越高下降幅度越大。

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水流攻角对有限长圆柱涡激振动影响机理研究

段德荣, 代森良, 王慕豪, 张晓娅, 张辉, 杨学锋

振动与冲击. 2025, 44(8): 80-88.

摘要 ( 148 ) PDF全文 ( 47 )

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海工装备中有限长圆柱不同的工作姿态会产生不同的水流攻角冲击作用，为了揭示水流攻角对有限长圆柱涡激振动响应影响机理，采用三维非定常雷诺平均Navier-Stokes方程和SST k-ω湍流模型，对不同攻角下有限长圆柱进行双向流固耦合数值计算，并通过试验验证了数值结果的准确性。研究结果表明：攻角的增大会使得结构两侧流体流速不平衡加剧，升力和阻力均增大，且升力比阻力变化明显，导致有限长圆柱的振动响应随攻角增大而提高。攻角由0°增大到2°和4°时，自由端横流向振幅增加了7.3%和21.2%，顺流向振幅增加了6.3%和24.6%，顺流向涡激振动的振动主频不再是横流向的2倍。由于自由端和固定端的存在，干扰了圆柱后方的漩涡的形成和脱落，攻角越大，尾流漩涡脱落的宽度越宽，有限长圆柱振动幅值越大。

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基于改进AMDM的变截面Timoshenko梁的自由振动分析

姚东辉, 任勇生

振动与冲击. 2025, 44(8): 89-100.

摘要 ( 116 ) PDF全文 ( 52 )

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梁的自由振动问题通常可以归结为对运动偏微分方程的求解。修正的Admoian分解法(Adomian modified decomposition method，AMDM)是一种精度较高的求解偏微分方程近似解析解的数学方法，但其计算精度取决于收敛域，在求解横截面尺寸随位置线性或非线性变化的非均匀Timoshenko梁的振动问题时收敛性较差。为了改进收敛性，将振动方程中与截面形状相关的项分离出来，根据形状相关项Taylor展开式的收敛情况将梁分割成若干小段，分别对每个小段应用AMDM，最后通过给定的边界条件求解固有频率。上述改进AMDM为求解截面尺寸非线性变化的Timoshenko梁的振动问题提供了一种通用方法。该研究分析了悬臂梁边界条件下梁的锥度、形状函数的幂次等参数对收敛性和固有频率的影响。通过与有限元仿真的对比，验证了方法的有效性和准确性。

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含平行加载方向界面岩石裂纹动态扩展特征

闻磊1, 2, 冯文杰1, 石召龙1, 3, 于俊红1, 刘琳4

振动与冲击. 2025, 44(8): 101-112.

摘要 ( 90 ) PDF全文 ( 129 )

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以含预制界面裂纹板状类岩石试样为研究对象，使用SHPB系统平行试样界面施加不同强度的冲击荷载，利用高速摄像系统记录裂纹扩展过程，分析不同界面位置、不同冲击强度条件下试样的裂纹扩展路径、断裂机理及宏观力学性质。研究结果表明，平行界面施加冲击荷载试样裂纹萌生和扩展与预制边裂隙关系不紧密，但与界面层关系密切，这与荷载方向与界面层非平行布置的情况有着明显区别。入射波峰值较小时一般只表现出沿轴向的Ⅳ型拉伸裂纹，随着入射波峰值增加，逐渐向剪切裂纹转化，入射波峰值越大剪切裂纹与加载方向夹角越大，而且更多的出现Ⅲ型剪切裂纹。初始破坏区一般出现在弹性模量较高一侧，随着冲击强度增大界面两侧裂纹萌生时间差显著减小。试样普遍为应力波汇聚效应引起的晶间拉伸裂纹萌生，裂尖应力随初始裂纹裂尖速度的不同而改变，致使同样拉伸起裂，起裂位置相近的新生裂纹后续扩展角度也可能不同。应力峰值附近形成的主裂纹发生明显拐折处一般为后期局部破坏区域。岩样峰值承载力表现出明显的应变率效应，界面位置对于应变率效应有显著影响。初始裂纹所在位置及裂尖的应力场多样性，及裂纹扩展过程中传播速度的突变特征等增加了对含界面岩石动态裂纹传播路径预测的不确定性。

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海上细长杆件多柔索减摇定姿系统动力学分析与实验研究

孙茂凱, 王生海, 韩广冬, 陈海泉, 孙玉清

振动与冲击. 2025, 44(8): 113-123.

摘要 ( 82 ) PDF全文 ( 37 )

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针对恶劣海况下吊装细长杆件产生的双摆现象而带来的作业效率低、风险高以及难以精确定位等问题，提出了一种新型多柔索减摇定姿系统（Multi-Tagline Anti-swing And Positioning System，MTAPS）,采用多体动力学和牛顿经典力学方法建立多柔索减摇定姿系统的动力学模型。实验数据表明多柔索减摇定姿系统可以有效抑制规则吊重和细长杆件吊重的摆动，在短时间内可使细长杆件吊重趋于相对稳定状态，在设定工况下多柔索减摇定姿系统对规则吊重和细长杆件的平均减摇比分别在90%和85%以上。通过动力学仿真分析比较了船舶运动激励下多柔索减摇系统和多柔索减摇定姿系统的减摇效果以及动力学特性。基于多柔索减摇系统研制的起重机防摆装置已完成实船应用，为实现海上细长杆件的快速转运和精确定位提供了一种新思路。

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基于显式拓扑优化方法的多孔结构基频最大化设计

王选1, 2, 3, 时元昆2, 陈翔2, 阎琨3

振动与冲击. 2025, 44(8): 124-132.

摘要 ( 126 ) PDF全文 ( 37 )

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多孔结构以其独特的性能，已成为解决动力学设计挑战的有效方案之一。为了改善多孔结构的动力学性能，本文针对无阻尼自由振动下的多孔结构基频最大化设计问题，提出了一种基于移动变形杆件方法的显式拓扑优化方法。该方法通过优化杆件的几何变量来实现多孔结构的建模与优化。为了避免杆件移动过程中重新划分网格的繁琐任务，将杆件映射为有限元网格上的密度场，然后基于SIMP 插值格式建立刚度阵和质量阵与密度场之间的关系。建立了体积比约束下的一阶特征值最大化的多孔结构动力学拓扑优化模型。详细推导了特征值目标函数关于几何设计变量的解析灵敏度列式，采用移动渐近线方法(Method of Moving Asymptotes, MMA)更新几何设计变量，实现多孔结构的优化设计。最后，通过三个数值算例验证了所提方法的有效性和稳定性，并讨论了尺寸控制和体积比约束对优化结果的影响。

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基于数据驱动的声振耦合系统微结构拓扑优化方法研究

徐炅阳1, 余秋子1, 张佳龙1, 操小龙2, 陈海波1

振动与冲击. 2025, 44(8): 133-142.

摘要 ( 145 ) PDF全文 ( 261 )

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传统声振耦合系统微结构拓扑优化依赖于有限元、边界元等数值方法，存在计算成本高、耗时长的问题。为此，本文提出一种基于数据驱动的声振耦合系统微结构拓扑优化方法。该方法的核心是以微结构密度分布为特征，以系统响应和灵敏度值为标签构建数据集分别训练人工神经网络，建立微结构材料分布与响应及灵敏度之间的非线性映射关系。数值测试表明，本文所提方法通过神经网络预测的方式替代传统的响应分析和灵敏度计算，在保证计算精度的同时减少计算成本，最终显著提升声振耦合系统微结构拓扑优化计算效率。同时该方法具有较好的泛化能力，可以针对不同的初始结构快速给出收敛的优化构型，这对拓扑优化设计中的全局优化解的搜寻具有重要意义。

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基于左特征结构配置和频响函数的振动主动抑制方法

夏茂龙1, 杨涵寅1, 郭倚彤1, 刘双2, 李永正1

振动与冲击. 2025, 44(8): 143-150.

摘要 ( 111 ) PDF全文 ( 65 )

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本文基于频响函数与左特征结构配置，提出了一种新的低频振动主动抑制方法。该方法利用频响数据避免了建模时的数值误差问题，建立了作动器分布、左特征向量以及外激励力之间的数学关系，实现了在外激励作用下，通过速度与位移反馈抑制了结构低频振动。基于此，进一步提出了一种优化作动器布置的方法，极大地降低了所需作动器的数量。算例仿真分析结果显示，此方法只需少量作动器，即可有效地抑制结构的振动，展现了良好的实用性和工程应用前景。

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基于NES的地下粮仓减振理论模型及动力响应分析

杨恒1, 马建军1, 2, 王超圣1, 2, 候超1, 崔力1

振动与冲击. 2025, 44(8): 151-159.

摘要 ( 164 ) PDF全文 ( 41 )

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地下粮仓具有充分利用地下空间和抵抗外部干扰能力强等优点。为研究地下粮仓结构与土场相互作用的动力学特征，以装配式地下粮仓结构中钢桩为研究对象，利用非线性能量阱（nonlinear energy sink，NES）理论，将地下粮仓周围简化为非线性Winkler地基，钢桩简化为简支的Euler-Bernoulli梁。利用Hamilton原理，建立梁-土系统的运动方程；引入地基反力系数，描述土体的非线性刚度；利用增量谐波平衡法，求得运动方程的半解析解，并与数值解对比验证。与不考虑NES效应的结果对比，分析阻尼、质量比和地基反力系数等参数对结构在简谐激励下动力响应的影响，分析不同参数条件下土场对结构振动响应的抑制效果。研究表明，选取合理的阻尼、质量比和地基反力系数等参数时，弹性土体能在宽频带范围内减小结构稳态振动能量，显著降低结构共振能量峰和响应幅值；在经分析所得到的最优参数条件下，振动能量衰减率达99.39%。研究成果进一步阐释了土-结构相互作用效应的减振吸能作用，并为基于NES理论的地下粮仓减振设计提供了理论依据。

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基于CFD-DEM方法的离散多块石入水-沉降-触底过程数值模拟

常姝琪1, 及春宁1, 曹永华2, 3, 4, 5, 岳长喜2, 3, 4, 5

振动与冲击. 2025, 44(8): 160-168.

摘要 ( 122 ) PDF全文 ( 46 )

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结合有限元离散元方法（finite-discrete element method,FDEM），对计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）软件FLOW-3D进行二次开发，建立了基于CFD-DEM方法的流固耦合模型，模拟了多块石入水、沉降以及触底的动力过程，分析了不同块石等效直径、形状和入水速度对触底速度和反力的影响。研究发现：块石入水后速度迅速减小，并逐渐趋于定值，随后做动态平衡沉降运动，直至与底面发生碰撞。块石抛填的触底速度随等效直径的增大而增大，不同等效直径下球形块石触底速度绝对值最大，其次是纺锤形块石，最小为圆盘形块石。最大触底反力也随等效直径的增大而增大，成非线性关系，通过拟合得到了触底反力的经验公式。显著性分析结果表明，块石等效直径对触底反力影响最大，其次是块石形状，最小为入水速度。

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一种基于时空泵浦的轴管类声子晶体非互易带隙特性研究

卢紫勋, 姚凌云

振动与冲击. 2025, 44(8): 169-174.

摘要 ( 97 ) PDF全文 ( 28 )

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针对轴管结构中的单向隔振控制问题，基于绝热演化原理的非互易波导理论，设计一种可产生动态边界的螺旋声子晶体结构，利用其形成的时空泵浦实现轴管中弹性波非互易传输，从而对轴的振动进行单向隔离。该设计采用理论和仿真计算分析周期轴管的能带结构，发现轴管的转动可以使周期结构的能带偏转，其形成的动态边界具有单向泵浦功能，并能通过改变角速度对偏移频率范围进行调谐，调制速度为10m/s时，调制率达到15.89%。为验证轴管单向带隙的有效性，对轴管的单向隔振性能进行有限元仿真和试验验证，得到的振幅归一化曲线与非互易带隙偏移特性具有较好的匹配性。结果表明，通过机械装置运动来调制弹性波传播模式是实现轴管结构单向隔振的一种新思路。

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不同宽深比理想U形峡谷风场特性数值模拟研究

靖洪淼1, 2, 3, 4, 崔胜楠3, 李维康3, 乔明哲5, 赵万茹3, 许浩然3

振动与冲击. 2025, 44(8): 175-183.

摘要 ( 117 ) PDF全文 ( 53 )

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山区峡谷地形多变，风场特性较平原地区更加复杂。为探究山区U形峡谷风场特性及其分布规律，采用LES (Large Eddy Simulation)方法对不同宽深比的理想U形峡谷进行了数值模拟，分析了峡谷内平均风特性、脉动风特性和流场。结果表明：峡谷宽深比对平均风特性和脉动风特性存在显著影响，随着峡谷宽深比的减小，峡谷中的平均风速逐渐减小，峡谷的加速效应减弱，峡谷底部中心风攻角由正逐渐减小为负，湍流强度逐渐增大。峡谷内部各个位置处的功率谱均与von Kármán谱吻合较好，宽深比为0.33峡谷中心处脉动风谱峰值频率最小，由于山的阻挡作用，宽深比小的峡谷入口前的气流更加剧烈，峡谷内部涡更大。各工况峡谷内湍流积分尺度随高度增加先增大后减小，在峡谷上方逐渐增大，随着峡谷宽深比增大，峡谷内各处湍流积分尺度变化逐渐变小。

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基于VMD和FCM聚类算法的海上风机支撑结构损伤识别方法

任义建, 刁延松, 吕建达, 侯敬儒

振动与冲击. 2025, 44(8): 184-191.

摘要 ( 117 ) PDF全文 ( 41 )

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利用响应和有监督学习算法对运行状态下海上风机支撑结构进行损伤识别时，会遇到响应中能量占比很高的谐波成分影响和有监督学习算法需人工定义标签等问题。为此，本文利用变分模态分解（Variational Modal Decomposition，VMD）和模糊C均值（Fuzzy C-Means, FCM）聚类算法进行海上风机支撑结构损伤识别。为剔除响应中的谐波成分，首先利用VMD对加速度响应进行分解，选取结构模态响应（仅含有结构自振频率）作为分析信号。然后计算模态响应的时域、能量和能量比值及样本熵特征构造特征矩阵，利用主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）对特征矩阵进行降维，得到损伤特征矩阵。将损伤特征矩阵输入FCM聚类算法，通过聚类分析得到结构的损伤状态。位移激励下海上风机支撑结构损伤识别模型试验数据验证了该方法的有效性。该方法属于无监督学习算法，无需标注标签且不受谐波成分的影响。

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模糊投影孪生宽度学习及其在滚动轴承故障诊断中的应用

郑凤雷, 潘海洋, 郑近德, 童靳于, 程健

振动与冲击. 2025, 44(8): 192-198.

摘要 ( 111 ) PDF全文 ( 33 )

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由于通过传感器获得的振动信号往往包含大量的高噪声信息和冗余信息，其严重影响滚动轴承故障诊断的准确性。基于此，论文提出了一种基于模糊投影孪生宽度学习（Fuzzy Projection Twin Broad Learning, FPTBL）的滚动轴承故障诊断方法。在 FPTBL 建模过程中，首先会在特征空间中为每一类数据找到一个投影方向，并利用模糊隶属度函数计算隶属度，评估每个样本属于各类别的可能性，并以此为约束调整投影方向让同类样本相互靠近，异类样本分散开来，以解决模型对噪声信息敏感性的问题。同时，FPTBL 不仅关注经验风险最小化，还关注结构风险最小化，为防止模型过拟合，通过构造非平行的投影空间并将正则项纳入目标函数，有效地弱化冗余信息对模型的影响。最后，利用两种滚动轴承数据集进行实验验证，结果表明，FPTBL 在准确率、Kappa 系数、F1-分数、精确率和召回率等指标下，相较于现有的方法，具有更好的效果。

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多级降噪联合特征增强的轴承故障诊断

廖运虎, 纪国宜

振动与冲击. 2025, 44(8): 199-208.

摘要 ( 135 ) PDF全文 ( 80 )

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对于强噪声背景下，滚动轴承早期故障特征难以提取的问题，本文提出以改进奇异值分解（improved singular value decomposition, ISVD）联合改进小波分解的多级降噪为预处理，以参数自适应多点最优最小熵解卷积（multipoint optimal minimum entropy deconvolution adjusted，MOMEDA）特征增强为后处理的新方法。本文先是针对SVD难以选择奇异值的问题，提出一种改进的SVD降噪方法，避免了奇异值的选取；针对软、硬阈值小波降噪的缺陷，提出一种新的小波降噪方法。针对MOMEDA中多点峭度谱（Multi-point kurtosis spectrum，Mkurt）求解周期时易受噪声干扰问题，本文利用多级降噪对信号进行降噪预处理，再利用新的周期指标多点包络峭度谱（Multi-point envelope kurtosis spectrum，Mekurt）识别周期。通过仿真以及实验验证了本文方法的有效性和优越性。

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装配式型钢全再生混凝土框架结构抗震性能试验研究

陈宇良1, 2, 3, 王双翼1, 刘杰1, 姜锐1, 叶培欢1, 2

振动与冲击. 2025, 44(8): 209-219.

摘要 ( 184 ) PDF全文 ( 33 )

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为研究装配式型钢全再生混凝土框架-再生混凝土填充墙结构的抗震性能，设计了缩尺比为1:2.5的1榀现浇型钢混凝土框架（对照组）和2榀装配式型钢全再生混凝土框架。通过低周反复加载试验探究了装配式型钢全再生混凝土框架滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、强度退化和层间位移角等力学性能。结果表明：装配式型钢全再生混凝土框架与现浇普通混凝土框架破坏形态相似，均表现为梁端和柱底塑性铰区破坏；装配式型钢全再生混凝土框架刚度退化相较于现浇普通混凝土框架更为明显，最大降低幅度约为62.54%；带填充墙装配式型钢全再生混凝土框架耗能能力最优，比现浇型钢混凝土框架提高了约22.22%；现浇普通型钢混凝土框架与装配式型钢再生混凝土框架的强度退化系数在0.89~0.91之间，带填充墙装配式型钢全再生混凝土框架的强度退化系数在0.77~0.82之间；装配式型钢全再生混凝土框架位移延性系数约为2.14~4.63，与现浇普通混凝土结构相比最大提高幅度约为118.40%；现浇型钢普通混凝土框架与装配式型钢再生混凝土框架的极限层间位移角介于1/39~1/28之间。应变测试结果表明，该结构承载力主要由截面上的正应力控制，塑性铰开始形成于梁端，最后在柱底形成塑性铰，其破坏属于梁铰机制，满足强柱弱梁的抗震要求。

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预应力叠合剪力墙抗震性能研究

李书蓉1, 2, 郭智远1, 张鑫1, 2, 周广强1, 2, 王恒3

振动与冲击. 2025, 44(8): 220-227.

摘要 ( 113 ) PDF全文 ( 37 )

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本文提出一种新型预应力钢筋混凝土叠合剪力墙，通过在预制板内布置水平预应力钢筋，降低板厚，方便运输和吊装。对剪跨比为1.5的现浇剪力墙和预应力叠合剪力墙进行了低周往复加载试验，对比分析了其破坏模式、承载力、延性和耗能能力，结果表明叠合剪力墙与现浇剪力墙的抗震性能一致。采用有限元分析软件ABAQUS建立了剪力墙的非线性数值分析模型，基于试验结果验证了模型的正确性，并进行了轴压比、剪跨比、初始预应力等参数分析。结果表明，高轴压比及小剪跨比下叠合剪力墙的承载力及延性优于现浇剪力墙。随着初始预应力的增大，承载力提高，试件由剪切破坏转换为弯曲破坏。水平预应力筋延缓了叠合剪力墙斜向裂缝的发展，提高了抗剪承载力，改变了剪力墙的破坏模式，建议张拉控制应力取值为0.50fptk。

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砖石古塔动力性能及结构抗震研究现状分析

卢俊龙, 李明东, 吴晓琴, 王振山, 李晓蕾, 田建勃

振动与冲击. 2025, 44(8): 228-240.

摘要 ( 133 ) PDF全文 ( 49 )

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砖石古塔是重要的文化遗产建筑，现存数量较多且结构造型独特，因其高宽比大、材料抗剪能力偏低，地震作用下动力响应显著，极易发生破坏。通过对不同结构形式古塔的震损规律及影响因素进行总结，归纳了古塔结构自振周期计算公式，对比分析了古塔原位动力测试结果。针对古塔结构损伤识别、动力响应、破坏机制、振动控制的关键问题，总结分析了砖石古塔地震响应的基本规律、震害形成与控制的力学机制。结合古塔结构损伤识别研究，分析了砖石古塔振动台试验、数值分析所得结构动力响应的基本特征，总结了塔体的地震反应变化规律；针对地震作用下砖石古塔破坏模式，分析了古塔地震破坏机制，整理了古塔现有可靠性评估方法，明确了地基土对塔体结构地震反应的影响，指出了古塔结构修复及减震控制的关键问题，为砖石古塔抗震研究及结构性能提升提供了参考。

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北川沈家包斜坡场地地震效应研究

李孝波1, 2, 王天虎1, 2, 王怀强1, 2, 柳耀阔1, 2, 席书衡1, 2, 赵扬1, 2

振动与冲击. 2025, 44(8): 240-250.

摘要 ( 118 ) PDF全文 ( 53 )

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本文基于北川沈家包斜坡场地地脉动数据，采用水平与垂直谱比（horizontal-to-vertical spectral ratio,HVSR）法，探究了斜坡场地地震效应特征。结果表明：（1）沈家包斜坡场地HVSR曲线以双峰型或多峰型为主，土层峰值频率集中于1.39 Hz ~ 3.90 Hz，与峰值频率对应的放大系数位于1.89 ~ 3.80之间，展现出了较为明显的局部地形放大效应；（2）沈家包斜坡坡顶、坡腰处地脉动的优势方向较易判别，分别为30° ~ 80°和110° ~ 160°。当某一区域内多个测点峰值频率趋于一致时，其方向性分布也较为集中，揭示出地层结构对场地土层方向性特征的控制作用；（3）沈家包斜坡节理产状优势方向为60° ~ 80°，与斜坡坡顶地脉动优势方向（30° ~ 80°）吻合较好，但与斜坡走向（110°）呈锐角相交，对比王家岩滑坡场地地震效应特征，沈家包斜坡前缘抗滑桩的布设是阻挡斜坡失稳滑动的重要因素。研究结果为探究斜坡场地地震效应和斜坡灾害的防治提供了参考。

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喷射型ECC加固砌体墙抗震性能试验研究

李晓琴1, 黎可然1, 张田2, 许蔚1, 梁丽敏3

振动与冲击. 2025, 44(8): 251-258.

摘要 ( 125 ) PDF全文 ( 204 )

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纤维增强水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites, ECC)具有应变硬化、多缝开裂等特点，被广泛应用于工程加固。而现有ECC加固应用研究主要局限于人工涂抹，加固效率偏低，针对大量亟需加固的农村砌体结构，研究提出喷射型ECC高效率加固砖墙的方法，对4片砌体墙进行了拟静力试验，对比分析了未加固墙体、喷射型ECC加固墙体与人工涂抹ECC加固墙体的抗震性能。结果表明：喷射型ECC加固效率为人工涂抹的5.27倍，ECC面层与墙体表面粘结性能良好，对墙体形成了有效约束，改善了砌体墙的非延性破坏特征；同时，喷射型ECC与人工涂抹加固效果相当，可以有效提高墙体的承载能力、变形能力以及耗能能力，提升墙体综合抗震性能。

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考虑横梁影响的Π型截面斜拉桥抖振及拉索疲劳研究

方钊1, 杨凡2, 李爱群2, 3, 曹宝雅3

振动与冲击. 2025, 44(8): 259-266.

摘要 ( 138 ) PDF全文 ( 107 )

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横梁对Π型截面斜拉桥桥面静风三分力系数可能产生影响，并进而影响其风致抖振和拉索疲劳分析结果。本文以某П型截面独塔斜拉桥为例，提出了一种分段二维模拟方法来考虑横梁的影响，基于计算流体动力学（CFD）模拟，分别采用分段二维模拟方法和三维模拟方法得出桥面三分力系数，通过有限元分析对比了上述两种模拟方法和不考虑横梁影响时斜拉桥抖振效应、拉索疲劳损伤及对应误差率等指标，还探讨了横梁间距、风速、风攻角及地面粗糙度对上述指标的影响，分析了分段二维模拟方法的适用性。结果表明：忽略横梁影响将导致Π型截面斜拉桥桥面抖振和拉索疲劳分析出现较大误差；本文提出的分段二维模拟方法不适用于拉索疲劳分析，但其抖振分析精度随着横梁间距的增大、地面粗糙度的增大、风速的降低和风攻角绝对值的降低而提高，能较好地适用于基本风速较小区域城市斜拉桥的抖振计算；Π型截面斜拉桥桥面抖振横向位移和拉索疲劳损伤均随着风速、风攻角绝对值和地面粗糙度的增大而增大，但抖振横向位移和拉索疲劳损伤分别随着横梁间距的增大而增大和减小。

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基于核相关滤波算法的双柱式桥墩小幅振动位移及动力特性识别

陈良玉1, 蔡玮1, 谢文1, 何天涛2, 3

振动与冲击. 2025, 44(8): 267-275.

摘要 ( 120 ) PDF全文 ( 35 )

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桥梁的振动位移可反应桥梁的力学性能及运营状态，同时通过振动位移可反演桥梁的动力特性，如模态和频率等参数，从而评估桥梁的运营状态和损伤状况，而传统的位移监测技术成本高和测点有限。本文提出了一种低成本、非接触、多点测的基于核相关滤波器 (kernelized correlation filters，KCF)算法的桥梁小幅振动位移视觉测量方法，开展了不同白噪声扫频下双柱式桥墩模型振动台试验，采用激光位移计(laser displacement sensor ,LDS)作为参考进行比较验证，利用协方差驱动的随机子空间方法识别了桥梁固有频率及模态振型，验证了采用核相关滤波算法在识别双柱式桥墩乃至桥梁小幅振动位移及相应模态频率的可靠性、可行性和准确性。结果表明，基于核相关滤波算法识别的双柱式桥墩小幅振动位移与LDS记录的波形、变化趋势和峰值几乎一致，其峰值误差在4%以内；采用机器视觉识别的振动位移识别的双柱式桥墩固有频率与LDS结果之间的误差在2.5%之内，两者之间识别的模态振型置信水平达0.90以上。

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近场爆炸作用下涂覆聚脲混凝土自锚式悬索桥数值模拟研究

周广盼1, 陈毅鹏1, 王荣2, 丁建国2, 董建军1

振动与冲击. 2025, 44(8): 276-286.

摘要 ( 103 ) PDF全文 ( 94 )

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为研究近场爆炸作用下涂覆聚脲对超宽混凝土自锚式悬索桥最薄弱位置的防护效果，以某超宽混凝土自锚式悬索桥为背景，通过数值模拟方法研究了爆炸作用下自锚式悬索桥破坏特征和动力响应。采用SOLIDWORKS及HYPERMESH软件建立整桥有限元模型，并通过LS-DYNA对不同TNT当量、横桥向及纵桥向爆炸位置、不同聚脲厚度进行参数影响分析，对比了爆炸作用下涂覆聚脲前后整桥破坏特征和底板竖向位移。结果表明：聚脲涂层能够有效提高混凝土自锚式悬索桥的抗爆性能；针对横纵桥向不同爆炸位置，最薄弱位置分别为中间箱室和1/2跨中；针对不同聚脲厚度，横纵桥向最薄弱位置最优聚脲厚度分别为8mm和15mm。研究成果可为超宽混凝土自锚式悬索桥的战时加固防护提供重要依据。

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高架桥上新型近轨式声屏障脉动风压特性数值研究

胡锐1, 2, 鲍玉龙3, 4, 李永乐1, 2, 吴明睿1, 2, 谭秋4

振动与冲击. 2025, 44(8): 287-296.

摘要 ( 85 ) PDF全文 ( 28 )

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中央近轨式声屏障作为一种新型的声屏障结构形式，距离线路较近易受到扰动强烈的气流作用，可能导致结构更易产生振动破坏或疲劳失效。以某城市铁路高架桥上近轨式声屏障为工程背景，建立了市域D型列车通过声屏障-桥梁系统的CFD数值分析模型。在验证数值模型无关性基础上，考查了声屏障在竖向和纵向的脉动风压分布特性，分析了列车车速、列车中心至声屏障间距和声屏障高度等参数对脉动风压的影响，给出了包含多参数变量的声屏障脉动风压峰值预测公式。结果表明：声屏障主要受到列车头波、尾波效应作用，风压时程曲线中头波负压峰值绝对值最大，随着测点高度的增加，声屏障头波负压峰值绝对值逐渐增大；不同参数对脉动风压峰值均具有显著性影响，头波负压峰值与列车车速平方成正比，与列车中心至声屏障间距平方呈负相关性，与声屏障高度的1.1次方成正比；对多参数改变时脉动风压峰值进行预测，预测值与仿真值之间具有较高的拟合度，表明预测公式具有可靠精度，可为新型的中央近轨式声屏障结构设计提供一定参考。

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采用自然激励技术提取自由衰减振动信号的桥梁船撞报警研究

苏彬建1, 张欣1, 魏斌1, 许肇峰1, 2, 张建2

振动与冲击. 2025, 44(8): 297-308.

摘要 ( 122 ) PDF全文 ( 42 )

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一般采用振动阈值算法和振动时域特征向量算法难以从船舶撞击状态下桥梁的振动加速度实测数据中识别出船撞信号。为解决采用加速度实测数据进行桥梁船撞异常报警，存在阈值设定不同、信号类型识别困难、识别结果易受环境噪声影响的问题。本文研究采用自然激励技术提取加速度自由振动衰减响应信号进行桥梁船撞报警的方法。首先，采用滑动窗算法对加速度实测数据进行截取得到对应的加速度子序列。接着，采用自然激励技术对加速度子序列进行振动响应曲线提取，并利用希尔伯特变化提取振动响应信号的包络，再对包络线进行衰减函数判断，通过衰减函数判定信号类型，并在此基础上，计算不同状态下的马氏距离均值比，利用肖维勒方法对不同桥墩顶处加速度振动响应的马氏距离均值比的异常值进行判断，通过出现异常值的时间和大小来判断船撞时刻。最后，以九江大桥两次船撞桥事件的加速度实测数据为例，分析了不同墩顶位置处的加速度振动衰减信号和不同状态下的马氏距离均值比，结果表明，本文所提的方法，能够识别出船撞时刻，能够有效进行船撞报警，克服了一般基于振动时域参数特征向量算法难以识别的缺点。同时，该算法通过冲击振动衰减特性，进行衰减函数判断，解决了一般桥梁船撞算法存在信号类型识别困难问题。

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某地铁线地下段普通道床振源随机性研究

汪友晗1, 廖英英1, 张培杰2, 张厚贵3

振动与冲击. 2025, 44(8): 309-314.

摘要 ( 109 ) PDF全文 ( 34 )

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长期以来对城市轨道交通引起的环境振动进行环境影响评价时，常采用HJ453的链式公式进行初步预测。其中，振动源强的选取对最终的预测结果、控制措施将产生决定性的影响。为揭示作为参考基准的普通整体道床的振动源强的选取原则，本文选取北京地铁某条线路4个测试条件相似的现场试验数据进行统计分析。研究结果表明，在经过统计假设检验后，振动源强仍然满足正态分布特征，表明采用一定置信系数的统计数据表征振动源强具有一定的合理性；即便在线路条件、行车速度、隧道埋深、车辆运营状态等条件相似的情况下，不同普通整体道床振动源强仍然表现出了较大的差异性，这表明工程类比法获取的小样本振源数据不能作为环评预测唯一的参考依据；如采用现行标准的均值来进行预测，传统采用80 dB的振动源强作为普通整体道床的参考数值可获得偏于保守的结果。

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不同宽高比宽幅双箱结合梁的气动力特性及流场机理研究

张晓1, 赵仁燕2, 张德旺2, 刘小兵2, 3, 李慧君4

振动与冲击. 2025, 44(8): 315-324.

摘要 ( 110 ) PDF全文 ( 47 )

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以国内某宽幅双箱结合梁桥为背景，采用风洞试验和数值模拟相结合的方法对不同宽高比宽幅双箱结合梁的气动力特性及流场机理进行了研究。首先，在实桥宽高比12.8时选取-10°~10°，间隔为2°，共11个风攻角进行研究。然后，在0°风攻角（水平来流方向）下，结合实际工程中双箱结合梁宽高比的取值范围，选取6种不同大小的宽高比（9、11、12.8、15、17和19）来进行研究。结果表明，在实桥宽高比下，随风攻角由-10°变化到10°时，双箱结合梁的阻力系数先减小后增大；升力方向由向下变为向上，升力系数绝对值先减小后增大；扭矩方向由逆时针变为顺时针，且顺时针的扭矩系数先增大后减小。0°风攻角时，随着结合梁宽高比的增大，阻力系数先不变后增大；升力方向由向下变为向上，升力系数绝对值先减小后增大；扭矩系数逐渐减小。针对0°风攻角下不同宽高比的宽幅双箱结合梁，给出了三分力系数的计算公式，可为实际工程中宽幅双箱结合梁的风荷载设计提供参考。

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刊出日期：2025-04-28
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