振动与冲击

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毛晓晔, 方天成, 丁虎

振动与冲击. 2025, 44(9): 1-9.

摘要 ( 138 ) PDF全文 ( 85 )

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非线性能量汇(nonlinear energy sink，NES)在被动控制中有着广阔的应用前景，然而这一领域的研究主要集中在单向吸振器上，这限制了其在实际应用中对多向振动的适用性。设计了一种多向NES，利用相互正交的两组钢丝绳结构，实现了单振子空间任意方向自适应吸振。基于拉格朗日方程建立了系统多向振动控制方程，采用了谐波平衡法对稳态响应进行近似解析分析，并利用四阶龙格-库塔法进行数值验证，其后研究了多向NES的减振效果。结果表明，多向单振子NES能够有效地抑制多向振动，对任意单向激励也同样有效。该研究为NES在多向振动控制中的应用及设计提供了参考。

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船体桁材结构碰撞变形机理的解析预报研究

路越1, 刘昆1, 唐文勇2, 王自力1

振动与冲击. 2025, 44(9): 10-15.

摘要 ( 77 ) PDF全文 ( 47 )

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船舶与海洋工程结构在碰撞事故下的损伤机理一直是国内外学者研究的热点。其中，桁材结构作为船体主要承载构件，通常会在碰撞事故中发生明显的褶皱变形，需开展碰撞性能评估以满足相关设计需求。该研究设计并开展了典型桁材结构的准静态碰撞试验，获取了结构主要的损伤变形特征及碰撞力曲线。同时将试验得到的结构抗力与现有解析预报方法的结果进行了比较，以此为基础提出了改进的桁材结构面内褶皱模型，建立了新的解析预报方法。研究成果对于船体结构耐撞性能的设计与事故风险评估具有一定的参考意义。

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外部振动激励下高速列车轴箱轴承保持架稳定性研究

涂文兵, 高宏, 黄怡彬, 葛可可, 娄元阔

振动与冲击. 2025, 44(9): 16-24.

摘要 ( 68 ) PDF全文 ( 43 )

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当高速列车处于强烈的振动环境中，外部振动激励会改变轴箱轴承内部动态激励，进而对保持架的运动稳定性产生重要影响。本文以轴箱轴承为研究对象，考虑了保持架与引导套圈和滚动体的动态接触关系、润滑油的流体动压作用，建立了保持架3自由度的轴箱轴承动力学模型，研究了外部振动激励的方向和参数对保持架稳定性的影响规律。结果表明：外部振动激励主要影响保持架与引导套圈的相互作用，进而对保持架的运动稳定性产生影响；相较于纵向振动，横向振动对保持架的运动稳定性影响更显著，且随着外部振动激励参数的改变，保持架质心轨迹的波动范围发生显著变化；当不同方向的外部振动激励参数接近时，保持架质心轨迹的波动范围会出现局部最小值。本文结果可为轴箱轴承保持架的设计和失效机理提供理论依据。

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顺向正弦来流下4:1矩形柱气动力和绕流流场数值模拟研究

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

振动与冲击. 2025, 44(9): 25-36.

摘要 ( 80 ) PDF全文 ( 41 )

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在湍流来流中，矩形柱绕流流场具有不同于均匀流中的流动形态。为深入了解顺向脉动来流对矩形柱绕流流场的影响，采用三维大涡模拟（large-eddy simulations，LES）方法，对不同频率顺向正弦来流下宽高比4:1矩形柱气动力和流场特性进行研究，深入探讨了升阻力系数、背压系数、斯托罗哈数、回流长度和再附长度等参数的变化规律，并比较了均匀流与正弦来流下4:1矩形柱的流场结构及演化过程。研究表明：矩形柱绕流流场结构受来流条件影响显著。在顺向正弦来流下，4:1矩形柱阻力系数主频与来流频率基本一致，当时，在升力方向上正弦来流占据主导地位，交替旋涡脱落被强烈抑制。当来流频率增大时，回流长度保持增大态势，而再附长度先增大后减小，在时达到最大值。在正弦来流中，矩形柱前缘上下两侧旋涡对称分离，尾部旋涡脱落与前缘不同步，尾缘旋涡交替脱落并在尾流中破碎为小尺度旋涡。

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基于谱元法的任意边界层合圆柱壳振动特性分析

吴江海1, 2, 朱真慧1, 胡东森1, 段勇1, 2, 尹志勇1, 2

振动与冲击. 2025, 44(9): 37-44.

摘要 ( 65 ) PDF全文 ( 29 )

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随着复合材料应用越来越广泛，其振动特性成为相关工程与学术研究热点。本文基于层合理论，采用谱元法建立了层合圆柱壳动力学计算模型，给出了层合圆柱壳动刚度矩阵表达式。与有限元计算固有频率和振动位移曲线对比，验证了本文计算方法的正确性。进一步，本文分析了层合圆柱壳两端弹性边界条件对层合圆柱壳固有频率的影响，给出了层合圆柱壳三个方向的机械阻抗曲线，并研究了弹性边界对机械阻抗的影响。研究发现，两端弹性刚度增加，固有频率升高，机械阻抗共振峰向高频移动。本文的研究结果可为工程中层合圆柱壳的声学设计提供参考。

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基于IESMD-功率谱熵-能量熵增量的泵站厂房振源辨识研究

江琦1, 王建康2, 张建伟1, 刘喜珠3, 赵瑜1, 2

振动与冲击. 2025, 44(9): 45-56.

摘要 ( 69 ) PDF全文 ( 26 )

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针对多源激励和强背景噪声干扰的泵站厂房结构难以准确辨识振源的难题，提出一种改进的极点对称模态分解(Improved Extreme-point Symmetric Mode Decomposition，IESMD)-功率谱熵-能量熵增量联合振源辨识方法。首先对小波阈值降噪预处理信号进行IESMD自适应分离，引入噪声频谱理论确定功率谱熵和能量熵增量阈值，定量筛选本征模态分量（Intrinsic Mode Function，IMF）实现振源精准辨识。对打渔张泵站厂房5个典型部位的实测振动数据进行振源辨识，引入振动能量计算各分频能量占比。结果表明：该方法能够将多源信号分解为多个有效的调频调幅分量，运行期动静干涉(Rotor-stator interaction，RSI)引起的水力激振是厂房振动的主振源，其振动主频为33.32Hz，在泵座、出口弯管和电机位置能量占比最大高达84.54%、98.53%和97.15%，是引起泵站厂房振动的主要原因。

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振动辅助17-4PH不锈钢材料挤出成型制品静力学性能研究

姜世杰1, 2, 陈佳琦1, 蔡尚港1, 刘硕1, 英洪玮1, 张云滔1

振动与冲击. 2025, 44(9): 57-65.

摘要 ( 50 ) PDF全文 ( 14 )

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金属材料挤出（Metal Material Extrusion，简称 MME）技术因其生产成本低、材料利率高、设计自由度高、环境友好等特点，在工业设计、医疗器械等领域有着巨大的发展潜力和优势。但是由于逐层累加的制造方式，导致MME产品的机械性能逊色于传统减材方式加工的金属产品。为了提高MME产品的机械性能，提出振动辅助加工的方法，即利用压电陶瓷的逆压电效应将振动引入生坯成型过程，并分别制备了振动辅助与否的拉伸和弯曲生坯试件，再经脱脂-烧结处理形成致密化的纯金属试件；随后分别对生坯和烧结试件进行了静力学试验，并对比分析了振动辅助成型与否的试件的抗拉强度、抗弯强度及应变等参数。研究结果表明，振动辅助加工可以显著提高MME生坯和烧结试件的抗拉和抗弯强度，并有效降低其拉伸和弯曲的正交各向异性特征。

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不同频谱特性激励下海上风电结构TLD减振控制振动台试验

田会元1, 乐治济1, 张志强2, 陈立1, 蔡小莹1, 卢艺静2

振动与冲击. 2025, 44(9): 66-76.

摘要 ( 57 ) PDF全文 ( 30 )

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本研究以某6.45MW海上风电机组支撑结构为原型，设计相似比为1:15的缩尺模型进行振动台试验。在模型塔顶设置TLD (Tuned liquid damper)，输入多条具有不同频谱特性的外激励，分析并评价海上风电结构的振动响应和阻尼器的减振性能。结果表明：风机塔架结构的加速度响应受外激励频谱影响较大，而位移响应受塔架一阶基频主控。由于塔顶集中质量偏心设置，双向地震输入下，塔架发生空间扭转，塔顶出现“拍频振动”现象。低频丰富的地震激励比高频发育的地震激励对结构振动的影响更大。塔顶增设TLD后，加速度响应减振率最高达30.74%，位移响应减振率最高达34.48%，应力减振率最高达31.94%。由于地震激励持时短，突发性强，TLD晃动存在时滞，因此振动响应峰值的减振效果较简谐激励差。但减振后的塔架振动时域响应振幅均显著降低，衰减速率加快；频域响应下，共振频谱处的谱峰值消失。

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函数波束形成改进FFT-FISTA算法及应用研究

赵慎1, 2, 石少锦1, 周超3, 李伟1, 张锐1, 李俊毅1

振动与冲击. 2025, 44(9): 77-87.

摘要 ( 175 ) PDF全文 ( 31 )

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基于快速傅里叶变换的快速迭代收缩阈值算法（fast iterative shrinkage threshold algorithm based on fast Fourier transform，FFT-FISTA）具有较高的计算效率，但其忽略点扩散函数的空间变化及卷绕误差，造成声源识别性能的损失，为此提出基于函数波束形成的改进FFT-FISTA算法。改进算法以函数波束形成输出作为FFT-FISTA算法的迭代输入，建立函数波束形成、声源分布及升幂空间转移不变点扩散函数的线性方程组，基于周期边界条件下的快速傅里叶变换进行迭代求解，使被运算的非周期函数变为一个周期函数，解决补零边界带来的波数泄漏问题，可提高运算准确性，进一步提升成像性能；通过指数运算锐化点扩散函数主瓣，拓展点扩散函数空间转移不变性假设的适用性。仿真和实验结果表明：相较于常规FFT-FISTA算法，改进算法能提升成像空间分辨率及动态范围，扩大FFT-FISTA算法的有效成像区域，压缩气体泄漏实验结果验证了改进算法的有效性。

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常曲率壳的能量辐射传递模型研究

张宏宇, 代成浩, 黄进安, 陈海波

振动与冲击. 2025, 44(9): 88-98.

摘要 ( 59 ) PDF全文 ( 18 )

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本研究建立了常曲率壳结构的能量辐射传递模型，以预测高频径向点激励下结构的能量响应。基于Donnell-Mushtari薄壳理论推导了常曲率壳的振动控制方程，获得了波传播特性参数。利用驻项法近似求得了弯曲波输入功率辐射强度的方向函数。根据能量密度控制方程求得了能量密度和功率流强度的核函数。结构内部任一点的能量由实源产生的能量和边界虚源产生的能量叠加求得。数值算例计算了三种典型常曲率壳结构的能量响应，并与模态叠加法和振动传导法的计算结果进行了对比，验证了模型的准确性。最后讨论了频率、曲率半径及阻尼对常曲率壳结构能量响应的影响。结果表明，曲率半径和激励频率均会影响壳结构波传播特性和能量分布特征，和方向曲率半径差距越小，弯曲波传播的方向性越小；曲率半径越小，结构平均能量密度越大；频率越高，弯曲波传播的方向性越小，结构能量密度衰减速度越快。

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基于NSGA-Ⅱ算法的柔性气缸弹射影响参数优化研究

王卓越, 杨宝生, 姜毅, 杨哩娜, 王汉平

振动与冲击. 2025, 44(9): 99-108.

摘要 ( 60 ) PDF全文 ( 26 )

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柔性气缸弹射作为一种新型弹射方法，具有红外目标隐蔽、能量输出稳定等优点。为解决柔性气缸弹射过载较大、响应时间较长的问题，进一步提高弹射响应速度和弹射稳定性，本文引入了一种代理模型优化方法对柔性气缸弹射过程进行优化，旨在减小弹射过载并提升弹射速度。基于代理模型理论，建立柔性气缸弹射代理模型，对代理模型进行精度分析，在此基础上，深入探究了充气孔直径、开启时间以及开启时长这三个关键参数对弹射动力学响应的具体影响。结合NSGA-Ⅱ（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II）优化算法，对弹射模型的相关参数进行了优化处理。研究结果显示，采用粒子法的有限元模型能够精确模拟柔性气缸的弹射过程；进一步的分析表明，相较于响应面模型Kriging代理模型在替代柔性气缸有限元模型方面展现出了更高的准确性。针对初始设计点，我们提出了通过NSGA-Ⅱ算法优化的均衡设计方案，该方案成功地将弹射速度提升了4.79%，同时将弹射过载降低了21.70%；并针对弹射速度与最大过载的优化过程给出了优化方案。

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考虑参数自适应的电液馈能悬架LQR控制研究

邹俊逸1, 2, 程进1, 2, 左鑫凯1, 2, 郭思婧3

振动与冲击. 2025, 44(9): 109-118.

摘要 ( 73 ) PDF全文 ( 27 )

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电液馈能悬架具有阻尼调节和能量回收的功能，兼顾了减振和能耗两方面，合理的控制系统设计可有效改善车辆的平顺性和能耗水平，因此，本文针对电液馈能悬架提出了一种考虑参数自适应的线性二次型调节器（Linear quadratic regulator，LQR）控制策略，旨在实现控制系统的快速收敛和性能最优化。首先，由于传统LQR控制器在参数选择上对于经验存在较高的依赖性，本文利用改进鲸鱼算法实现了加权系数的自适应寻优，可有效提高控制系统的计算效率；其次，将传统鲸鱼算法中的线性收敛因子改为非线性收敛因子，实现全局寻优和局部寻优的平衡，可较好地降低寻优的时间；此外，为解决现有算法容易陷入局部最优的问题，还提出了一种结合自适应权重系数和随机差分变异的策略来代替鲸鱼算法中的个体更新策略。最后，基于AMESim建立了电液馈能减振器的仿真模型，并搭建了实验台架，展开了阻尼特性等实验，仿真结果与实验数据吻合，验证了电液馈能减振器模型的精确性；在此基础上，基于MATLAB/Simulink分别搭建了LQR、传统鲸鱼算法优化LQR和改进鲸鱼算法优化LQR三种控制器，构建了MATLAB/AMESim的联合仿真模型，在随机路面上进行对比分析，仿真结果表明，基于改进鲸鱼算法优化的LQR控制器可以使车身加速度、悬架动位移均方根值分别降低38.17%、74.71%，悬架的馈能功率、车轮动位移分别提高了22.50%、8.55%，验证了所提方法的可行性和有效性。

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基于HT变换的节段模型非线性响应高保真时域转换方法

周金煜, 孟晓亮

振动与冲击. 2025, 44(9): 119-126.

摘要 ( 37 ) PDF全文 ( 18 )

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在利用弹簧悬挂节段模型(SSSM)试验开展非线性气动自激力的研究中，时常需要同步获得模型的位移、速度和加速度响应，然而，由于不同传感器及采集系统具有不同的相频响应，利用多种传感器测量较难满足各响应信号之间严格同步的要求。基于此，本文提出了一种基于HT变换和短时Chebyshev拟合的弹簧悬挂节段模型非线性响应信号转换方法：先通过HT变换求得位移信号的瞬时幅值和瞬时相位，再利用Chebyshev多项式对瞬时幅值和相位进行短时滑动拟合，最后对拟合函数求导获得模型的振动速度和加速度。通过数值算例和节段模型试验数据对该方法的验证结果表明，其抗噪性能优于传统差分方法，且在常规噪声水平下可以实现由位移信号向速度、加速度信号的高保真转换。

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基于K-means++聚类分析的轮轨垂向力基线漂移预处理研究

施亦非, 王锋, 石佳, 黄宇峰

振动与冲击. 2025, 44(9): 127-134.

摘要 ( 41 ) PDF全文 ( 15 )

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采集轮轨垂向力等强冲击能量的振动信号时，受传感器特性和环境影响，测得信号中存在基线漂移，严重影响后续数据分析处理。曲线拟合和密度聚类是修正基线漂移的常见方法，通过选取特定信号区间作为基点进行拟合，可有效去除基线漂移；然而，由于基点选取极度依赖先验知识，限制了其应用范围。为解决该问题，提出一种基于K-means++聚类分析的轮轨垂向力基线漂移预处理方法。首先，选取基尼系数和方差，在欧氏空间准确表征载荷与无载荷数据段的差异，进而引导K-means++聚类；随后，基于K-means++聚类选取无载荷数据段，量化信号的基线漂移干扰；最后，以无载荷数据段为基点，拟合并修正基线漂移。经过仿真和实测数据分析，与最小二乘法 (LS) 、经验模态分解 (EMD) 和密度聚类 (DBSCAN) 相比，该方法在信噪比 (SNR) 、均方误差 (MSE) 、基线去除误差 (BDE) 和运行时间等方面均有一定优势。结果表明，基于基尼系数和方差的K-means++聚类分析，克服了密度聚类分析的先验知识依赖，可有效修正轮轨垂向力基线漂移，有望用于其他强冲击能量振动信号的数据预处理。

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CO2作用下煤体裂隙发育及三维动力学特性研究

王磊1, 廖志鹏1, 陈礼鹏1, 杨震宇1, 吴雨轩1, 李伟利2

振动与冲击. 2025, 44(9): 135-146.

摘要 ( 56 ) PDF全文 ( 26 )

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为研究CO2吸附对煤体裂隙及其三维动力学特性的影响，利用高压气体吸附解吸系统和CT扫描系统分别对煤样开展了CO2吸附实验和扫描实验，实现了对吸附前后煤样内部裂隙的精准提取及数字化定量表征，并结合自主研发的高温高压含气煤岩动静组合加载系统对煤样开展了不同CO2压力和围压作用下三维动态冲击试验，分析了煤样的动态力学参数，最后从数值模拟角度探讨了煤体裂隙发育与强度劣化间的内在联系。结果表明：（1）吸附CO2会促进煤体内部裂隙扩展并伴随新生裂隙的萌发，导致裂隙网络更加复杂，且作用效果随CO2压力升高而加剧。（2）不同CO2压力作用下，煤体三维动态应力-应变曲线变化趋势大致相同，CO2压力和围压均会影响煤体的动力学特性，CO2会弱化煤体的动态强度和动态弹性模量，而围压作用会使煤体的动态强度和动态弹性模量增加。（3）CO2压力的增大会导致煤体孔隙率不断增大，减小煤体有效承载体积，进而导致煤体宏观力学特性的劣化，同时围压的存在会限制煤样环向变形，且围压越大，限制作用越强。

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弦理论与刚性索理论频率误差曲线在工程中的应用

蔡汶秀1, 郑罡1, 孙测世2, 唐宇1

振动与冲击. 2025, 44(9): 147-152.

摘要 ( 75 ) PDF全文 ( 21 )

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弦理论方法有效识别索力对拉索的评估具有重要意义。为解决拉索的弦理论在工程应用问题，本文通过拉索系统动力学方程的无量纲化，使得决定系统的唯一参数为名义长细比。绘制无量纲名义长细比-频率曲线，利用弦理论和刚性索理论的频率差异性，给出弦理论索力计算公式满足特定索力误差需求的适用范围。对于超出适用界限的部分，以频率误差上限为例，通过幂次函数推导出三参数频率修正公式和索力修正公式，在此基础上，提出一种无量纲体系下的索力识别算法。由文献算例，验证了索力修正公式的可行性，并应用于实桥测试中，索力识别误差均满足工程需求。结果表明：①不同精度的频率误差曲线可满足弦理论特定的工程应用，为解决实际工程问题提供理论支撑。②该修正公式简洁直观、形式统一，且理论误差在2%以内，可覆盖工程拉索名义长细比的适用范围。

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全垫升式气垫船柔性围裙气囊模态特性研究

韦俊宏1, 2, 袁昱超1, 2, 3, 唐文勇1, 2

振动与冲击. 2025, 44(9): 153-160.

摘要 ( 66 ) PDF全文 ( 24 )

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为了解全垫升式气垫船柔性围裙气囊充气成型后的振动特性及动态响应行为，采用控制体积法模拟围裙气囊充气成型过程，使气囊达到充气平衡状态。基于此动态平衡状态，考虑充气预应力对气囊固有振动特性的影响，对气垫船三维围裙气囊结构进行模态分析，求解气囊固有频率与振型。针对复杂的整体模态，根据空间特征解耦为轴向模态与面内模态，分析解耦后模态的振动特性，并重新进行组合。低阶轴向模态和面内模态均表现出充气结构的整体刚度特性，高阶轴向模态反映局部振动特性，高阶面内模态呈现复杂的“花瓣形”；将轴向模态和面内模态进行组合，得到气囊振型定性描述的模态数据库；2-6Hz频率区间内，以整体振型为主，6-10Hz区间内，模态耦合复杂，振型较难区分，轴向模态和面内模态半波数相同的振型，会同时存在两种面内模态形式。研究结果可为气垫船围裙气囊动态响应特性研究提供有益的参考。

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复杂地表质点振动速度检测技术

赵国勇, 张剑, 周正春

振动与冲击. 2025, 44(9): 161-168.

摘要 ( 39 ) PDF全文 ( 13 )

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随着油气勘探区内的村庄、城镇以及工农业设施等复杂地表所占比例越来越大，分布越来越广，凭借经验选择激发点位，应用不当的激发参数，往往导致地表建筑物等设施损坏，产生经济损失和工农纠纷，降低了勘探质量的同时，产生了严重的安全隐患。为此，研究了炸药震源与可控震源基于质点振动检测的安全施工参数估算方法，掌握了震源到建筑物等设施的距离与震源参数之间的安全激发关系；在此基础上，明确了基于地震仪器检测质点振动的方法，给出了方法的实现流程。将该方法应用到LJ三维、CGZ三维采集项目中，实现了复杂地表的安全、优质、高效施工，避免了地震采集作业对建筑物等设施的破坏，验证了方法的准确性与可行性。

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双万向联轴器-转子系统弯扭耦合非线性振动特性研究

花纯利, 汪凯, 曹国华, 卢昊

振动与冲击. 2025, 44(9): 169-178.

摘要 ( 54 ) PDF全文 ( 27 )

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为研究双万向联轴器连接的转子系统弯扭耦合振动机理，综合考虑双万向联轴器角向偏差、质量偏心和碰摩的影响，通过采用拉格朗日方程推导出双万向联轴器-转子系统弯扭耦合非线性动力学微分方程组。应用数值方法系统地分析了转子系统弯扭耦合振动响应特性，探究了双万向联轴器角向偏差和外激励载荷对转子系统无碰摩振动特性的影响规律。结合随系统参数变化的分岔图，研究了旋转频率、角向偏差、偏心率、阻尼比、接触刚度和摩擦系数等参数对系统碰摩振动响应特性的影响规律。这些研究结果有助于理解弯扭耦合多跨转子系统动态响应特性和现象，为转子系统的状态识别和故障诊断提供一定的理论依据。

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管道封堵机器人减速制动系统控制响应分析

唐洋1, 皮云森1, 王强2, 王国荣1

振动与冲击. 2025, 44(9): 179-187.

摘要 ( 37 ) PDF全文 ( 18 )

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为控制管道封堵机器人快速、精准完成减速制动，进一步提高管道维抢修作业的工作效率。创新设计了一种管道封堵机器人减速制动液压控制系统，并搭建了系统实验装置验证其可行性。建立了机器人管内流体模型以及动力学模型，提出了一种恒减速非线性动力学联合仿真模型，揭示了初速度、制动距离等重要参数对机器人减速制动过程中动态控制稳定性的影响规律。结果表明，设计的液压控制系统减速制动效果良好。随着机器人初速度减小，系统稳态误差越小，减速制动距离误差在0.3~0.5 m之间，定位误差和稳态误差均较小。不同减速制动距离下，加速度最大超调量为-3.54 m/s2，增加减速制动距离可有效降低定位误差。本研究对管道封堵机器人研究具有重要的指导意义。

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轮毂电机驱动汽车主动悬架自适应滑模控制研究

寇发荣1, 2, 王佳欢2, 李强强2, 韩楚寰2, 宋阳阳2

振动与冲击. 2025, 44(9): 188-194.

摘要 ( 81 ) PDF全文 ( 31 )

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针对轮毂电机引起电机激励与车辆悬架系统耦合导致的振动负效应问题，提出一种基于双滑模面的主动悬架自适应滑模控制策略，搭建主动悬架动力学模型和永磁同步电机模型，分析定转子偏心距和车速对不平衡电磁力的影响，并开发了以理想天地棚为参考模型的自适应滑模控制器。仿真结果表明，相比被动悬架和传统的天棚控制，自适应滑模控制悬架系统使轮毂电机偏心距降低了12.4%，减小了不平衡电磁力，有效抑制了电机与汽车垂向振动耦合效应；同时使车身加速度和悬架动挠度降低了16.1%和4.2%，并保持轮胎动载荷在合理范围内，显著提升了汽车的乘坐舒适性和电机运行稳定性。

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不同坡面形式加筋土边坡抗震性能的振动台试验研究

孟亚1, 徐超1, 2, 杨阳1, 2, 马林1, 韦小当1, 贾斌3

振动与冲击. 2025, 44(9): 195-202.

摘要 ( 63 ) PDF全文 ( 15 )

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土工合成材料加筋土边坡在我国西藏高海拔强震区基础设施建设中的应用正逐渐增加，不同坡面形式在加筋土边坡遭遇地震时发挥的保障效果各异，但以往针对不同坡面形式加筋土边坡抗震性能的研究较为缺乏。因此，本文通过开展土工袋和格宾笼护坡的加筋土边坡振动台模型试验，研究不同地震峰值加速度作用下坡面形式对土工格栅加筋土边坡动力响应特征的影响，重点关注地震作用下边坡加速度放大系数、坡面位移、坡顶沉降以及筋材轴力等分布规律。试验结果表明，加筋土边坡各处加速度放大系数均随高度的增大而增大，坡面形式对加速度放大系数的影响很小；整体上坡面峰值位移随高度增加而逐渐增大，除边坡顶部外，格宾笼组峰值位移小于土工袋组，且震后坡面位移得到了一定程度的恢复；坡顶沉降随地震峰值加速度的增大逐渐增大，格宾笼组的坡顶沉降大于土工袋组；土工袋组筋材轴力整体上大于格宾笼组，地震作用下顶部筋材轴力增量最大；在1.0g地震峰值加速度下，采用土工袋及格宾笼护坡的土工格栅加筋土边坡均具有良好的抗震性能。

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组合刚度非线性能量阱减震性能研究

吴梦南1, 宁西占1, 2, 张洪福3

振动与冲击. 2025, 44(9): 203-213.

摘要 ( 49 ) PDF全文 ( 25 )

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为解决常规非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)在低能量输入时难以触发靶向能量传递的问题，在立方刚度NES的基础上引入低阶非线性刚度项，提出一种组合刚度NES，以提高NES减震性能的鲁棒性。提出考虑不同层级能量输入的NES参数优化策略，采用遗传算法对组合刚度NES、立方刚度NES和调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)进行参数数值寻优，对比分析了不同阻尼器的减震性能。结果表明，组合刚度NES的减震性能全面优于立方刚度NES，对不同层级能量输入的鲁棒性几乎与TMD相当，而对主结构频率变化的鲁棒性则优于TMD。利用数值小波变换对地震响应的功率谱进行分析，揭示了组合刚度NES能在较宽频带与主结构产生强烈的瞬时内共振俘获行为，由此表明其具有极强的频率鲁棒性。对能量在受控系统中不同部分间的传递分析表明，高阶非线性刚度仅在高能量输入时转移主结构能量，而低阶非线性刚度在低能量输入时仍可有效转移主结构能量，揭示了组合刚度NES具有良好的能量输入鲁棒性。

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抵抗低频高能噪声影响的海上风电结构模态参数识别方法研究

董霄峰1, 2, 时泽坤1, 2, 彭泓浩1, 2

振动与冲击. 2025, 44(9): 214-222.

摘要 ( 47 ) PDF全文 ( 19 )

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模态参数是体现海上风电结构运行安全状态的关键指标，然而复杂多变的海洋环境会导致实测振动信号中混有大量低频高能噪声，严重影响模态识别精度。为实现海上风电结构模态参数的准确识别，本文提出一种能够抵抗低频高能噪声影响的模态参数识别方法（CVS）。首先利用完全自适应噪声集合经验模态分解法（complementary ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise，CEEMDAN）滤除原始信号中的高频噪声，随后通过麻雀优化算法（sparrow's optimization algorithm，SSA）以最小包络熵作为适应度函数迭代计算自适应确定变分模态分解法（variational mode decomposition，VMD）的信号分解层数K和惩罚因子，实现信号的VMD自适应优化分解以剔除低频高能噪声影响，最后再采用随机子空间方法（SSI）实现信号中模态参数的识别提取。研究分别针对构造仿真含噪信号和原型观测信号开展了识别效果对比验证，结果表明，相比于传统模态识别方法，CVS方法在信噪比、波形相似系数、相对误差等参数方面具有更好的有效性和精确性。同时，该方法对实测信号的处理能力强，降噪效果好，能够准确识别结构固有频率、叶轮转动频率（1P）和叶片扫掠频率（3P），具有良好的工程适用性，为后续基于实测数据开展海上风电结构模态参数识别与运行安全评价提供了新思路。

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基于压电分流的声学黑洞梁可调谐零反射设计

安天鹏, 王世龙, 王作为, 张国渊

振动与冲击. 2025, 44(9): 223-230.

摘要 ( 70 ) PDF全文 ( 17 )

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声学黑洞结构是同时满足轻量化、低功耗、高可靠性等振动控制性能要求的可行方案。实际声学黑洞结构尖端厚度截断会产生显著的波反射，导致能量耗散效率明显降低。声学黑洞结构临界耦合条件具有精确的零反射系数，可提高系统的能量耗散效率。本文设计了一种基于压电分流的声学黑洞梁结构，采用混合波基/瑞利-里兹方法推导了弯曲波反射系数半解析模型。通过改变电阻-电感分流电路参数，实现了声学黑洞梁结构单个和多重临界耦合条件。数值结果验证了提出的反射系数半解析模型有效性以及压电分流电路精确的临界耦合条件调谐能力。

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高速激光熔覆复合材料靶板气动冲击行为研究

柴蓉霞1, 2, 龙雪1, 肖力1, 苏成明3, 姜潇远1

振动与冲击. 2025, 44(9): 231-240.

摘要 ( 36 ) PDF全文 ( 16 )

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激光熔覆技术对煤矿机械零部件冲击、摩擦、腐蚀性能等起到重大的作用，激光熔覆后复合材料的力学性能对煤矿井下环境的适应性决定激光熔覆技术的进一步推广，为进一步研究熔覆后的复合材料性能，本文采用气动水平冲击实验装置模拟煤矿井下冲击环境，以煤矿机械常用材料27SiMn钢基体表面熔覆Fe基合金涂层的复合靶板为研究对象，利用有限元模拟与实验相结合的研究方法，分析了不同冲击压强下靶板的损伤行为和能量吸收特性。结果表明，数值仿真得到的表面损伤面积、弹坑深度、损伤形态和范围与实验结果误差不超过10%，验证了仿真模型的准确性；随着冲击压强的增加，靶板的损伤形式从塑性变形和微裂纹萌生逐步演变为剪切破坏和完全断裂；激光熔覆Fe基合金涂层能够吸收和分散部分冲击能量，有效减缓了基体材料的冲击损伤。为研究煤矿机械设备表面冲击损伤行为提供实验方法和理论分析依据。

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增材制造点阵结构抗高速冲击性能试验与仿真研究

付鑫强1, 谢志浩1, 刘璐璐1, 任毅2, 赵振华3, 罗刚3, 陈伟1

振动与冲击. 2025, 44(9): 241-249.

摘要 ( 54 ) PDF全文 ( 23 )

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通过试验与仿真方法研究了增材制造钛合金点阵结构的准静态/动态压缩力学性能与破坏形貌，验证了增材制造钛合金动态本构模型；利用空气炮系统开展了点阵结构的高速冲击试验，建立了点阵结构宏细观结合的数值仿真模型。结果表明：点阵结构在准静态/动态压缩载荷下主要表现为剪切损伤；在动态压缩载荷作用下结构表现出明显的应变率强化效应；所采用的增材制造钛合金动态本构模型能有效模拟点阵结构的准静态/动态压缩性能与应变率强化效应；在高速冲击作用下，点阵结构主要表现为冲击区域的剪切破坏和压溃损伤；宏细观结合的数值仿真方法能够显著减少计算时长并有效模拟点阵结构在高速冲击过程中的损伤。

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冻土靶体抗侵彻特性试验与抗侵彻深度计算

谭仪忠1, 2, 戴伟1, 3, 李杰1, 李干1, 张中威1, 史小敏2

振动与冲击. 2025, 44(9): 250-256.

摘要 ( 36 ) PDF全文 ( 15 )

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为深入研究冻土靶体的抗侵彻特性，开展了冻土靶体抗侵彻系列模型试验，得到了不同温度下冻土靶体抗尖卵型弹体侵彻成坑效应、弹道轨迹和侵彻深度等参数。试验结果表明，冻土靶体抗侵彻特性与其温度和弹体撞击速度密切相关，冻土温度相同，弹体撞击速度越大，冻土靶体表面成坑越大，抗侵彻深度越大，弹体侵彻速度相近，冻土温度越低冻土靶体表面成坑越小，抗侵彻深度小。为准确预测冻土靶体抗卵形弹体侵彻深度，引入考虑温度效应的摩尔-库伦准则，结合空腔膨胀理论对冻土靶体抗侵彻深度进行计算分析，与试验实测数据对比，理论预测值能够较准确反映冻土靶体抗侵彻深度与冻土温度和弹体侵彻速度间的关系。

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冲击条件下变间隙磁流变缓冲器模型比较分析

付本元, 谭春海, 邹政, 舒锐志, 金辉

振动与冲击. 2025, 44(9): 257-265.

摘要 ( 49 ) PDF全文 ( 13 )

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采用阻尼间隙逐渐减小流道结构的变间隙磁流变缓冲器，是一种因磁流变胶泥流速下降致使缓冲力衰减的结构补偿思路，然而变间隙流道结构补偿效果受制于力学模型对缓冲器动力学行为预测的准确性，因此构建准确的动力学模型是变间隙流道结构补偿缓冲力衰减的关键因素。为此，采用微分思想分析变间隙流道的阻尼力，并构建分别考虑局部损耗、惯性效应及两者共同作用的动力学模型，进而对比分析各模型预测的准确性。采用微分思想将变间隙流道分为若干微元，构建Herschel-Bulkley (HB)模型得到流道阻尼力；考虑局部损耗，构建了HB-Minor Losses (HBM)动力学模型；考虑惯性效应，基于微分思想将惯性效应产生的阻尼力沿轴向转换为N等分微元惯性效应阻尼力叠加分析，建立了HB-Inertia Losses (HBI)模型；综合考虑惯性效应和局部损耗的影响，构建了同时包含惯性效应和局部损耗的HB-Minor-Inertia Losses (HBMI)模型。为验证理论模型的准确性，制作了一种变间隙磁流变缓冲器样机，并开展不同冲击条件下缓冲器动力学性能测试，结果显示该缓冲器具有良好的可控性;与试验结果对比，HB、HBM、HBI、HBMI模型的峰值力最大相对误差分别为17.7%、11.1%、15.8%、1.2%，动态范围相对误差分别为7.4%、1.7%、7.2%、1.0%，表明HBMI模型预测变间隙磁流变缓冲器的动力学行为准确性最高。

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17-4PH不锈钢挤出成型制品的抗冲击性能

姜世杰1, 2, 刘硕1, 张云滔1, 英洪玮1, 陈佳琦1, 蔡尚港1

振动与冲击. 2025, 44(9): 266-273.

摘要 ( 50 ) PDF全文 ( 13 )

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金属材料挤出成型（Metal Material Extrusion, MME）是采用金属粉末与聚合物粘结剂混合丝材为原料，通过成型、脱脂和烧结工艺（Shaping-Debinding-Sintering, S-D-S）制造纯金属零部件的一种增材制造技术。随着MME技术的发展，亟需对其制品的抗冲击性能进行研究，然而相关信息非常匮乏。本文制备了不同过程参数下的MME试件，并采用夏比摆锤冲击试验研究了其抗冲击性能，探讨了成型方向、填充角度、挤出温度、床温及成型速度等过程参数对试件冲击吸收功的影响。结果表明，填充角度为45°时，侧置方向成型试件的抗冲击性能最佳，水平方向次之，竖直方向最差；而在0°填充角度下，水平方向成型试件性能最好；进一步提高挤出温度、床温并降低成型速度，可以显著增强试件的抗冲击性能。研究结果为优化MME成型参数提供了理论依据，拓展了其在承受冲击载荷场景下的应用潜力。

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复合多尺度包络模糊熵在滚动轴承故障诊断中的应用

李姜宏1, 2, 郑近德1, 2, 潘海洋1, 2, 程健1, 2, 童靳于1, 2

振动与冲击. 2025, 44(9): 274-281.

摘要 ( 121 ) PDF全文 ( 28 )

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模糊熵(Fuzzy entropy, FE)自提出以来就被广泛用于滚动轴承振动信号的时间序列复杂性度量，但模糊熵在单一时间序列的分析中可能无法充分捕获轴承振动信号所有故障特征。针对这一弊端，本文定义出一种包络模糊熵(Envelope fuzzy entropy, EFE)作为新的复杂性度量指标。进一步利用复合粗粒化的方式对时间序列的包络信号进行复合多尺度处理，提出了复合多尺度包络模糊熵(Composite multi-scale envelope fuzzy entropy, CMEFE)，旨在全面揭示信号的故障特征。此外，通过仿真信号验证了CMEFE能够区分不同类型的模拟信号，对比其他非线性动力学方法，结果表明本文提出的方法对于不同模拟信号的区分效果更为显著。在此基础上，提出一种基于复合多尺度包络模糊熵与萤火虫优化支持向量机的滚动轴承故障诊断方法。与现有方法进行对比，验证了该方法的可行性与优越性。

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基于IDANN的跨工况齿轮箱故障诊断

赵玲, 邹杰, 秦佳继, 王航

振动与冲击. 2025, 44(9): 282-289.

摘要 ( 80 ) PDF全文 ( 27 )

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迁移学习的方法在解决齿轮箱无监督故障诊断问题上取得了极大的进展。然而，由于齿轮箱数据分布差异、噪声和干扰以及模型的局限性影响，大多方法在面对复杂的齿轮箱数据集迁移效果不佳，同时对于网络输入的可解释性研究仍然很少。本文提出了一种改进的域对抗网络（Improve Domain-Adversarial Neural Network, IDANN）。首先使用改进的时频网络作为特征提取器，在信号输入网络的时候提供可解释性和降噪功能，然后在域对抗网络中添加目标域的类级对齐方法，使用两个分类器来检测靠近决策边界的目标样本，以增强迁移性能。在东南大学齿轮箱和跨座式单轨齿轮箱数据集上验证了IDANN的有效性和可靠性，并在凯斯西储大学轴承数据集上测试IDANN在噪声条件下的性能，实验证明IDANN具有优秀的诊断性能和鲁棒性。

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基于RSAN和EEMD的MKSVM多模态融合旋转机械故障分类

刘东1, 2 谭鋆1, 2 龙小波1, 2 赵杰3, 赵志高4

振动与冲击. 2025, 44(9): 290-302.

摘要 ( 65 ) PDF全文 ( 31 )

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针对真实场景下旋转机械的故障振动信号存在样本数量不足和具备较强复杂性的问题，思考单一模态下故障诊断的限制，提出一种基于残差空间注意力网络(residual spatial attention network，RSAN)和集合经验模式分解(ensemble empirical mode decomposition，EEMD)的多核支持向量机(multi-kernel support vector machine，MKSVM)多模态融合旋转机械故障分类方法。首先，对原始数据进行小波阈值去噪处理，将降噪的一维信号转化为二维递归图；然后，设计RSAN结构，输入训练集的递归图进行训练，捕获故障信号的递归特征；随后，计算EEMD的固有模态函数（intrinsic mode function，IMF）的样本熵，基于其变异系数来选取故障信号的时域特征。最后，利用MKSVM对多模态特征向量进行高维映射和融合，完成旋转机械的故障分类。结果表明，在少样本的转子和轴承故障数据上准确率分别达到100%和98.3%，证明该方法具备良好的可行性。

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基于小波分析的火灾后灌浆套筒损伤的线性与非线性超声评价

张璐, 唐永泽, 曾家俊, 贾尚达, 李红豫, 刘其舟

振动与冲击. 2025, 44(9): 303-312.

摘要 ( 54 ) PDF全文 ( 37 )

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评估火灾后预制混凝土建筑节点的安全性至关重要，可为建筑后续使用和修复提供可靠参考。半灌浆套筒连接件（Half Grouted Sleeve Connection，HGSC）是预制建筑构件中最常见的连接方式之一，其火灾后的力学性能代表着整个节点的安全性。因此，为研究火灾后HGSC的损伤，制作了3组缺陷率，共15个试件用于超声波检测试验（Ultrasonic Testing, UT），应用了5种不同火灾温度来产生不同的火灾后损伤。温度变化产生的损伤和缺陷通过UT信号的畸变表现出来，通过分析信号的差异可以区别不同的损伤程度。本文提出使用小波分析对超声波信号进行量化分析。对于线性超声波(Linear Ultrasonic Testing，LUT)检测信号，通过小波包分解（Wavelet Packet Decomposition, WPD）得到的分解等级为8的小波能量比进行分析。对于非线性超声波检测（Non-Linear Ultrasonic Testing，NLUT）信号，通过小波变换提取的一次和二次谐波超声时域信号得到声学非线性参数（Acoustic Nonlinear Parameters，ANP），并进行量化分析。结果表明，UT信号通过WPD计算的Ⅰ频段的小波包能量占比随火灾温度增加而增加，Ⅱ频段则相反，可以区分常温和受火灾影响的HGSC。通过比较不同缺陷率HGSC的小波包能量占比，可以区分无灌浆缺陷和有灌浆缺陷。ANP与火灾温度具有较强的线性相关性，可以通过ANP量化HGSC受火灾温度的影响。分析实验数据发现黏结强度同时与温度和ANP的变化存在较强的线性关系，通过建立温度和ANP同黏结强度的数学模型，即可以量化损失。因此，温度和ANP可以作为量化黏结强度的评估参数。本文的研究方法可为工程应用提供参考依据。

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刊出日期：2025-05-15
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