振动与冲击

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郑雄波, 李佳隆, 赖文斌, 荣思章

振动与冲击. 2024, 43(23): 1-11.

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振荡浮子式波浪能装置的浮子是其获取波浪能的核心机构，浮子运动行程的大小对装置的能量转换性能具有重要影响。由于行程的限制，在实海况运行中往往会与行程限位机构发生碰撞，从而造成能量损失，甚至导致装置损坏，因此需要安装带减振的限位机构以起到缓冲作用，同时通过调节减振机构的参数以减少因与限位机构碰撞而造成的能量损耗。本文针对一种带限位机构的振荡浮子式波浪能装置振动特性问题，建立了带限位机构的波浪能转换振动系统数学模型，并提出一种在数值模拟中避免因弹簧刚度发生阶跃变化产生巨大势能误差的时域方法，在此基础上研究了动力输出(Power Take Off，PTO)系统参数、质量、行程、限位机构参数对装置振动特性的影响，获得了限位机构的阶跃弹簧和阻尼系数对碰撞状态下波浪能装置能量损耗的影响规律，提出了限位机构的参数优化设计方法。该结果对振荡浮子式波浪能装置的进一步工程化研究具有一定的指导意义。

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一种模型与数据混合驱动的机器人柔性关节振动分离方法

李健龙1, 2, 柳小勤1, 2, 伍星1, 2, 3, 王东晓1, 2, 徐凯1, 2

振动与冲击. 2024, 43(23): 12-19.

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工业机器人关节具有柔性，会产生较大的工作振动。针对机器人关节发生故障时，如何从测量得到的混合振动信号中分离出故障分量的问题，提出一种模型与数据混合驱动的关节振动分离方法。首先，建立多物理量信号和系统动力学相结合的执行器动力学响应模型，并以该响应信号作为振动分离时的参考。其次，考虑噪声影响构造了幅值谱百分位序列，利用变点分析确定最优噪声阈值，并设计带通滤波器分离噪声。针对测量和滤波带来的参考振动和混合振动间相位误差问题，提出可调节因子动态时间规整相位校正方法。最后，由去噪和相位校正后的混合振动减去参考振动实现故障分量分离。在机器人关节实验台上的实验结果表明，所提方法能从关节振动中有效地分离出故障分量。

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地铁车辆段轨枕垫与道砟垫组合减振效果研究

蒲前华1, 2, 韦凯1, 2, 贺天龙3, 刘杰3, 肖读杰1, 2

振动与冲击. 2024, 43(23): 20-29.

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为了研究地铁列车通过车辆段道岔区剧烈的轮轨相互作用力而诱发振动超限问题，依靠轨枕垫和道砟垫良好的弹性和阻尼特性，在道岔区敷设轨枕垫和道砟垫，实现道岔刚度均匀化和缓解振动超限问题提供了有效方法。基于道岔刚度均匀化原则和道岔钢轨-岔枕有限元模型，对轨枕垫刚度均匀化进行设计，探讨轨枕垫刚度均匀化前后、轨枕垫布置范围以及扣件刚度对道岔刚度均匀化的影响，结合钢轨纵向挠度变化率限值，明确道岔刚度均匀化初步设计方案；然后建立车辆-道岔-有砟道床耦合动力学模型，并计算道岔刚度均匀化前后的试验落轴高度，采用室内落轴试验评价道砟垫+轨枕垫组合措施减振效果，明确道岔刚度均匀化最终设计方案；最后开展现场实测试验验证道岔刚度均匀化后减振效果。研究结果表明：在道岔区铺设轨枕垫有助于改善道岔刚度沿纵向不均匀的情况；建议在非辙叉区与辙叉区采用分区设计，以满足道岔区的钢轨纵向挠度变化率限值和减振效果需求；扣件刚度对道岔辙叉区刚度均匀化的影响不显著；采用道砟垫时，Z振级最大插入损失为9 dB左右，采用道砟垫与轨枕垫组合措施的减振效果能达到15 dB左右；现场实测结果说明轨枕垫+道砟垫的组合减振方式能够达到预期的减振效果。

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典型舱段结构三轴振动/热复合环境虚拟试验方法研究

丁镇军1, 欧阳钦山2, 刘飞星2, 董龙雷2, 魏龙1, 3, 任方1, 3

振动与冲击. 2024, 43(23): 30-37.

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随着航天飞行器面临的力学环境愈发严酷，热与振动环境已成为造成结构损伤和破坏、产品功能下降或失效的关键因素。本文建立了一种考虑三轴振动与热复合环境的虚拟试验方法，以简化的筒形舱段为对象，分别建立石英灯阵高温加热仿真模型与三轴振动仿真模型，并通过实际试验数据得到振动台-夹具传递函数，将三者结合以建立三轴虚拟热振仿真模型。分别通过舱段结构单轴热振试验与三轴热振试验来验证所建模型的准确性，并基于验证后的模型获取三轴振动下结构中央测点随温度时变的传递函数变化情况。由舱段模态试验验证舱段有限元模型的准确性，对比前6阶模态频率误差不超过5%。在单轴热振试验中，仿真模型各测点响应RMS值与试验加速度响应RMS值的误差不超过15%；在三轴向热振试验中RMS误差不超过20%，验证了所建虚拟热振模型的有效性。

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多胞圆管夹芯组合板落锤冲击试验及数值仿真

吴丽丽, 徐翔, 李远, 王慧, 李金鹏

振动与冲击. 2024, 43(23): 38-46.

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为了应对煤矿巷道冲击地压下支架结构破坏严重的问题，本文提出了一种多胞圆管夹芯组合板。该组合板可与煤矿巷道金属支架结合，通过溃缩变形吸能共同抵御冲击荷载。共设计了4个不同芯层厚度夹芯组合板试件的落锤冲击试验，并建立了有限元模型，基于试验验证了该数值模型，开展了多胞圆管夹芯组合板的冲击响应和吸能特性的参数分析。研究结果表明，冲击作用下，多胞圆管夹芯组合板面板呈现圆盘状凹陷，芯层胞体和十字肋发生了褶皱和下陷变形，各个腔室协同工作、相互支撑，并通过塑性变形吸能。同时底部冲击反力的峰值总是滞后且低于落锤冲击荷载峰值，在多次冲击条件下，该组合板也能展现出良好的吸能缓冲效果。多胞圆管夹芯组合板可吸收超过90%的冲击能量，其中65%以上能量由芯层结构吸收。芯层厚度从0.5 mm增加到2.0 mm，芯层部分吸收能量的占比增大了24.17%，相反面板吸能效率递减，减幅为17.17%，芯层厚度减小可降低峰值冲击荷载，芯层厚度为1.0 mm时吸能效果较好。面板厚度对吸能性能影响较小，建议其厚度选择与芯层厚度相近。冲击能量一定情况下，改变落锤重量和冲击速度对结构动力冲击性能和吸能效率的影响很小。

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基于多域信息融合的深度学习轴承故障诊断方法

葛卓1, 2, 夏华猛1, 王凯亮1, 徐增丙3, 丁改革3

振动与冲击. 2024, 43(23): 47-55.

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针对单一振动信号包含故障信息易被隐藏以及单一深度学习模型诊断能力不强导致轴承故障诊断精度低的问题，提出了一种基于多域信息融合的深度学习故障诊断方法。利用变分模态分解方法（variational mode decomposition，VMD）将原始振动信号分解为多个IMF分量，同时对每个IMF分量进行快速傅里叶变换（fast Fourier transformation，FFT）转化为频域样本；然后将多个IMF分量和其对应频域样本分别输入至多个深度度量学习(deep metric learning，DML)模型和深度置信网络(deep belief network，DBN)模型分别进行初步诊断分析，并利用简单软投票法对这些初步诊断结果进行融合从而获取最终诊断结果。最后通过对不同轴承故障的诊断试验分析，结果表明本文提出的方法不仅具有较好的诊断效果，而且诊断性能分别优于基于时域和基于频域的信息融合诊断方法。

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基于LLE-TVF和PE-MOMEDA的货车轴承复合故障诊断方法

杨兴宽1, 孙祯2, 周素霞2, 石珮廷1, 杨延峰1

振动与冲击. 2024, 43(23): 56-65.

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考虑到在嘈杂的噪音环境中，货车滚动轴承的复合故障特征相对模糊，并且各个故障特征之间的相互影响导致了复合故障特征的有效区分困难，提出了基于李雅普诺夫指数(largest lyapunov exponents, LLE)的全变分滤波(total variation filtering，TVF)和加入排列熵(permutation entropy, PE)的多点最优最小熵解卷积(multipoint optimal minimum entropy deconvolution adjusted, MOMEDA)的滚动轴承复合故障诊断方法。首先对复合故障信号进行噪声分析，根据信号存在噪声大小来确定李雅普诺夫指数和信号混沌性，同时将惩罚设置为合适的正则化参数从而实现对复杂环境噪声的自适应降噪，然后通过排列熵改变MOMEDA中的滤波器长度对故障信号进行解卷积运算，分离出不同的故障特征，对信号作傅里叶变换提取故障特征频率，最后利用Teager能量算子(teager energy operator)增强解卷积后的故障冲击信号，实现滚动轴承复合故障的精确判别。通过将此方法应用于仿真信号模拟滚动轴承复合故障以及实际货车轴承复合故障进行验证，结果表明此方法可以实现复合故障特征的准确分离，成功识别出故障类型。

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强噪声条件下基于EMD-AE优选特征的离心泵多故障诊断方法

向明胜1, 2, 冯坤1, 2, 贾韶辉3, 赵衍2, 4

振动与冲击. 2024, 43(23): 66-74.

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工业离心泵故障诊断中常常受到噪声的干扰，针对这一问题，本文提出一种强噪声条件下基于经验模态分解和自编码器的优选特征方法。首先利用补偿距离评估技术确定出有效的时频特征，然后通过经验模态分解处理，得到包含不同尺度和频率特性的模态分量。通过能量比变异系数确定出有效的分析分量，通过提取出所选分量的有效特征，拼接构造高维的深度特征。最后通过自编码器对深度特征做降维处理，进一步优选特征，得到最终的故障敏感特征，完成特征提取。本文选用支持向量机作为故障诊断模型，通过工业离心泵多故障数据进行对比实验。结果表明所提方法在信噪比为-5dB、-7dB和-10dB强噪声干扰条件下，准确率较传统时频特征分别提高了6.13%、7.46%、12%。该方法有较强的抗噪声的能力，在噪声干扰下能有效提取表征设备状态的敏感特征。

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基于多尺度有限元建模技术的GJ-III型扣件轨道动力特性分析

冷圣禧, 李伟, 姚学东, 周志军, 温泽峰, 任愈

振动与冲击. 2024, 43(23): 75-85.

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GJ-III型扣件轨道作为地铁线路一种中等减振轨道，服役后出现钢轨短波长波磨，导致高频轮轨振动噪声问题。为探明该轨道的动力特性，利用ABAQUS软件建立减振扣件轨道的三维有限元模型。为减小有限长轨道边界反射波影响并同时保证计算效率，采用多尺度建模技术将轨道简化为梁-壳-实体模型。利用该模型探究了轮轨耦合作用下的轨道垂向动力特性，分析了扣件垂向刚度和阻尼对轨道垂向频响特性的影响。结果表明：（1）将50 m实体轨道模型简化为12.5 m实体和37.5 m梁-壳模型，可节约65.3%的计算时间，同时仿真与现场测试结果基本一致。（2）钢轨垂向一阶弯曲和pinned-pinned共振模态在轨道垂向位移导纳上表征明显，其频带分别为100~150 Hz和1022~1101 Hz。（3）减振扣件轨道在100 Hz以下振动响应表现为钢轨和道床板的整体弯曲和扭转振动；车辆静载集中力引起的钢轨预应力会诱发400~800 Hz轮对间轨道垂向频响峰值。（4）考虑柔性轮对作用后，轨道垂向位移导纳在分别在43 Hz、381 Hz和641 Hz处出现新的明显峰值，分别对应于轮轨耦合的P2共振模态、轮对间钢轨垂向二、三阶弯曲模态。柔性车轮在180 Hz、341 Hz和504 Hz处的振动模态也会引起钢轨垂向导纳出现新峰值。轮对质量效应对减振扣件轨道50~250 Hz内垂向振动有抑制作用，钢轨不易萌生该频段波磨。（5）钢轨垂向一阶弯曲、P2共振和轮对间钢轨垂向弯曲频率均随扣件垂向刚度增加而增加，扣件垂向阻尼仅对轨道导纳波动幅值有抑制作用。

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不同振动条件下水平冷表面上液滴冻结过程数值模拟

陈清华1, 2, 3, 盛恩1, 张斌1, 季家东1, 王建刚1, 3, 刘萍1

振动与冲击. 2024, 43(23): 86-93.

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液滴冻结作为结霜初期霜层生长的初始开端，对后续霜层生长发挥着关键作用。为研究液滴在振动条件下的冻结规律，通过对水平冷表面添加正弦周期性振动条件进行数值模拟分析，并搭建实验平台进行验证。研究结果发现：振动条件改变了固液相界面形态，缩短了液滴完全冻结时间，其中改变振动频率和振动幅值均会加快液滴冻结；液滴冻结前期，受凝固放热和固相成长影响，测点温度变化呈现先慢后快再趋于平缓的趋势，测点温度平均变化速率与振动频率和振动幅值成正比；液滴冻结过程中，相界面波动程度主要受振动幅值和液滴大小影响，体积恒定时，振动幅值越大，相界面波动程度越明显，相同振动条件下，液滴体积越小，相界面波动程度越明显。

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基于叶尖间隙时频特征融合的转子碰摩诊断方法

谷昭鹏1, 2, 王维民1, 2, 刘炳成2, 米珂嘉2

振动与冲击. 2024, 43(23): 94-101.

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以航空发动机与船舰燃气轮机为代表的高端透平机械在高效率，大机动飞行等工况要求下，内部结构趋于紧凑化和复杂化，使得内部转静子发生碰摩的概率也随之增加，由于其内部少测点、难监测，往往难以及时准确地发现碰摩故障。本文提出了一种叶尖间隙时频特征融合的转子碰摩故障诊断方法，首先通过叶尖振动-间隙复合传感器获取叶尖间隙（Blade Tip Clearance, BTC）序列，然后通过机器学习算法评估BTC序列的异常性；若有异常警报，则对异常信号进行傅里叶分解并汇总各分量的时频能量谱；最后通过时频能量谱中的碰摩带判断故障的发生。实验结果表明，在对转子施加短时、持续碰摩两种工况后，机器学习模型能够实时诊断，且报警后所提方法能完整分辨出两种碰摩的发生，以及持续碰摩缓慢施加、快速结束的过程。通过与转子振动信号进行对比，表明该方法可通过机匣测点获取叶尖间隙并感知转子碰摩故障，实现了“一传多感”，为透平机械的状态监测和健康管理提供了新的方法。

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基于PSO-LSN算法的冲击响应谱时域波形合成方法研究

蒋辰玮, 王军评, 严侠

振动与冲击. 2024, 43(23): 102-107.

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针对冲击响应谱试验过程中，试件受非线性、局部共振等因素影响导致控制易出现局部超差，需多次修正迭代时域基波波形参数的问题，通过分析冲击响应谱试验结果主要影响因素及变化机理，提出基于自适应学习的空间邻域驱动策略粒子群算法(PSO-LSN)。根据粒子邻域相似性增强局部空间搜索能力，共享最优位置与速度信息，并结合自适应学习机制调整更新步长，实现对基于合成基波法的冲击响应谱时域波形合成优化。结果表明，基于PSO-LSN算法的时域波形合成在迭代前期对决策域空间有着较好的全局搜索能力，随着迭代次数的增加，其局部精细搜索能力明显提升，可获得高精准度的仿真计算结果，有效验证了算法的准确性和实用性，可为进一步提升冲击响应谱时域波形合成计算精度提供支撑。

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温黏热效应对圆锥动静压浮环轴承润滑承载特性影响分析

杨帅1, 2, 侯军兴3, 安晓东1, 王晓鹏1, 赵树森1, 张绍林2

振动与冲击. 2024, 43(23): 108-118.

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为研究润滑油温黏热效应对圆锥动静压浮环轴承性能的影响，构建内、外膜热流体润滑控制方程组，采用有限元法和有限差分法耦合求解Reynolds方程、能量方程、温黏关系式及浮环平衡方程，结合轴承温度测量实验获得油膜温度场分布特征，分析不同转速、偏心率工况下轴承承载力、摩擦力矩、端泄流量等润滑承载特性的变化规律，揭示温黏热效应对最小油膜厚度的影响。结果表明：油膜温度场不均匀分布现象明显，深腔与进油槽油膜温度较低，封油面附近油温迅速升高；温黏热效应使轴承在高转速下的承载能力下降，端泄流量增加；内外层最小油膜厚度随进油温度的升高而减小，为避免承载力下降引起局部油膜破裂及润滑失效，有必要在轴承设计分析阶段考虑温黏热效应的影响。

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挤压膜气体推力轴承悬浮承载特性研究

宋德红, 石明辉, 张绍林, 夏伯乾, 张炳坤

振动与冲击. 2024, 43(23): 119-124.

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挤压膜气体轴承因其稳定性好、工作模式多样等优点在高速旋转机械中具有广泛的应用前景。高频振动下其结构振型与润滑气膜的耦合是典型的流固耦合问题，为研究挤压膜气体轴承润滑承载特性，基于挤压效应原理提出了一种新型挤压膜气体推力轴承。采用有限元法求解轴承结构振型，并以流体润滑理论为基础，建立了耦合轴承结构振型的悬浮承载特性分析模型，分析了轴承结构、驱动电压等参数对挤压悬浮特性的影响规律。结果表明：挤压膜气体轴承气膜压力呈周期性变化，周期内大于环境压力的平均气压提供了悬浮力，且悬浮力随驱动电压的增加而增大，理论与实验结果相吻合，验证了悬浮承载模型的正确性。该研究能够进一步丰富气体推力轴承理论模型。

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基于FAHP-TOPSIS法的一体化前舱盖轻量化设计

李书华1, 2, 贝璟1, 2, 吴姚烨1, 2, 蒋泽龙1, 2, 张代胜1, 2

振动与冲击. 2024, 43(23): 125-133.

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为保证汽车行车安全，前舱盖需满足刚度、模态和行人保护等要求。针对汽车前舱盖的轻量化设计需求，建立了铸铝一体化前舱盖有限元模型，分析了前舱盖的刚度、模态和行人保护性能，构建了RBF-Kriging混合近似模型并联合存档微遗传算法（Archive based micro genetic algorithm, AMGA）对前舱盖进行多目标优化。针对多目标优化产生的Pareto解集，提出一种基于模糊层次分析-逼近理想解排序(Fuzzy analytic hierarchy process-Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution, FAHP-TOPSIS)法对Pareto非劣解进行综合性能排名，主客观相结合地选择出最优方案。结果表明，在满足性能要求的前提下，最优一体化前舱盖质量降低了32.14%，轻量化效果显著。

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基于量纲分析的相邻多个建筑地震下单双边碰撞反应研究

蒋姗1, 张富伟1, 刘庆华2, 翟长海3

振动与冲击. 2024, 43(23): 134-143.

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结构地震碰撞反应与相邻结构特性及地震动特性均密切相关，在众多参数影响下，以往的研究工作出现了很多不一致甚至相互冲突的研究结论。因此，结构地震碰撞研究的首要困难在于解决大量参数的影响。量纲分析方法可有效解决参数复杂性问题。本文采用量纲分析方法研究一排多个相邻建筑的碰撞反应，基于接触单元法模拟接触过程的力、变形和能量耗散，通过合理的无量纲参数清晰地表达碰撞反应规律；对比分析了相邻建筑单、双边碰撞作用以及结构布局对结构碰撞反应的影响。研究结果表明：与单边碰撞反应相比，双边碰撞作用使质量刚度较小结构的位移和速度反应明显降低；中间结构质量刚度较大、两侧结构质量刚度较小时，结构间产生的双边碰撞力峰值最大，远大于单边碰撞产生的碰撞力。

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基于改进天鹰优化算法优化LSTM的滚动轴承故障诊断方法

王妍1, 王新发1, 王延峰1, 顾晓光2, 孙军伟1

振动与冲击. 2024, 43(23): 144-154.

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针对天鹰优化（Aquila optimizer，AO）算法容易陷入局部最优，长短时记忆（long short-term memory，LSTM）神经网络容易受参数影响的问题，提出了一种基于改进天鹰(Improved AO，IAO)算法优化LSTM神经网络的模型，并将其应用于滚动轴承的故障诊断中。首先，引入超立方策略优化了种群初始质量，设计自适应螺旋策略平衡了AO算法的全局搜索和局部搜索能力，并通过利用高斯变异策略增强了AO算法跳出局部最优的能力。然后，将所提IAO算法对LSTM的权值和阈值进行优化，构建了基于IAO-LSTM网络的滚动轴承故障诊断模型。最后，凯斯西储大学(Case Western Reserve University，CWRU)轴承数据集和帕德伯恩大学(Paderborn University，PU)轴承数据集的实验结果表明：与其他故障诊断模型相比，IAO优化后的LSTM模型的分类准确率更高，能有效识别滚动轴承的各种故障类型。

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2024年1月1日日本Mw7.5级能登半岛地震记录特征统计分析

方登甲1, 孙纬宇1, 周宇1, 2, 狄生奎1

振动与冲击. 2024, 43(23): 155-163.

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北京时间2024年01月01日15时10分（当地时间16时10分）左右，日本石川县能登半岛（Noto peninsula）附近发生了Mw7.5（或Mj7.6）级地震，造成人员伤亡和财产损失。通过选择的411组强震记录数据，研究了地震动峰值加速度与加速度反应谱峰值随震中距的衰减特征、加速度记录竖向与水平分量的幅值比、强震持时特征以及与周期相关的特性等，并探讨了典型强震记录的时频特性。结果表明：此次地震震中附近地震动记录峰值较大，且强震范围沿半岛西侧东北-西南向分布较广，影响范围较大。但地震动强度在震中距大于30 km以后基本呈直线下降，衰减速度较快。此次统计的地震动所有记录中明显表现出长持时特征，最短的持时也有13.38 s，且随着震中距的增加，持时也相对在增加，且在震中附近的台站时程记录中发现“双峰”现象，造成的该现象的原因可能与地层断裂是双向且断层面较长有关。另外，地震动记录中的低频含量相对较为丰富，特别是当震中距大于100 km以后，长周期特征较为明显，这与软土场地土条件以及震群的特点有关。揭示的特征可为工程结构的抗震设防提供参考。

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基于MPA算法的螺栓连接硬涂层圆柱壳弹性约束刚度逆辨识

刘鑫, 张月, 杨建

振动与冲击. 2024, 43(23): 164-172.

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针对螺栓连接硬涂层圆柱壳弹性约束刚度的逆辨识问题，如何在提高逆辨识精度及效率的基础上有效降低振动测试和时间成本仍面临挑战。为此，本文提出了一种基于MPA算法和模态振型识别的螺栓连接硬涂层圆柱壳弹性约束刚度逆辨识方法，该方法通过建立螺栓连接硬涂层圆柱壳动力学虚拟样机和弹性约束硬涂层圆柱壳动力学有限元模型，利用ANSYS-MATLAB联合仿真技术对不同预紧力条件下的约束刚度进行迭代辨识，数值试验结果表明该方法具有较好的逆辨识综合性能且成本较低。同时，以NiCoCrAlY+YSZ硬涂层圆柱壳为例，着重从单变量和多变量约束刚度影响分析方面进一步完善螺栓连接条件下约束刚度对硬涂层圆柱壳结构振动特性的作用规律。结果表明，随着各向约束刚度的增大，结构固有频率呈现先快速增加后逐渐稳定的变化趋势，当较大的刚度数值将使螺栓连接弹性约束转变为固支约束，且低周向波数固有频率对约束刚度变化较为敏感；轴向约束刚度ku对结构固有频率影响较为显著，而径向约束刚度kw和扭转约束刚度kt影响相对较小，且影响幅度取决于其周向波数n，当扭转约束刚度kt≥1×104 N∙m/rad时对结构固有频率影响可忽略不计。

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混合连接预制装配式桥墩抗震性能研究

庄建杰1, 薛智文2, 江辉2, 李辰2, 吕金峰1, 董少军1

振动与冲击. 2024, 43(23): 173-185.

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针对既有单一形式连接的装配式桥墩难以同时满足中高烈度区轨道快线桥墩对抗弯刚度和多级抗震需求的问题，京雄快线提出了采用无粘结预应力筋、灌浆套筒、混凝土剪力榫及浅承插混合连接的装配式桥墩结构方案。基于室内装配式桥墩足尺模型拟静力试验，建立并验证了精细化数值模型，对比分析了单一连接与混合连接桥墩抗震性能的差异，系统研究了预应力水平、预应力筋位置、灌浆套筒长度及墩底承插深度4个连接参数对桥墩抗震性能的影响规律。结果表明：混合连接装配式桥墩在水平荷载作用下呈典型弯曲破坏，连接性能可靠，抗震性能良好。提升预应力水平可提高桥墩水平承载力，但会降低桥墩变形能力，增大残余位移，预应力水平由30%增加至70%时，承载力提高10.16%。改变预应力筋位置对桥墩抗震性能基本无影响，增大灌浆套筒长度可显著降低桥墩塑性铰长度。墩底承插深度由0.06D增加0.18D至时，可提高承台对桥墩的侧向约束作用，滞回耗能增加15.87%。为保证混合连接装配式桥墩同时具有良好的自复位和耗能能力，预应力水平不宜大于50%且墩底浅承插深度不宜超过0.12D。

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考虑相邻建筑物碰撞的反应谱

杨永强1, 2, 王梦莹1, 2, 辛星1, 2

振动与冲击. 2024, 43(23): 186-193.

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为了研究相邻建筑物碰撞对其地震反应的影响规律，本文将相邻建筑简化为相邻单自由度体系，提出了碰撞反应谱的概念，碰撞反应谱既可反映碰撞对相邻结构地震响应的影响，也包含了地震动的特征。选取273条地震动记录，在弹性范围内统计分析了不同参数条件下的碰撞力大小和相邻结构地震反应的变化规律。分析表明：相邻结构质量相同时，质量越小，结构碰撞力越小，结构加速度反应越大；相邻结构质量不同时，质量小的结构反应受碰撞影响较大，且质量相差越大，影响越大。地面峰值加速度（PGA）和防震缝宽度对碰撞谱的影响规律相似，即PGA越大、防震缝宽度越小，结构反应越大，反之越小。Ⅳ类场地的地震动作用下，碰撞对相邻结构加速度反应放大效应最小，其他三类场地相差不大。

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环境激励下的Bayesian SFFT模态参数识别法及不确定性量化研究

郭琦, 张卓, 蒲广宁

振动与冲击. 2024, 43(23): 194-202.

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针对传统Bayesian 模态参数识别方法存在识别结果不确定性和量化指标单一的问题，提出了Bayesian SFFT（Scaled FFT，SFFT）模态参数识别法，通过求解四维数值的优化，得到模态参数的最佳估值，并采用蒙特卡罗抽样的方法得到后验协方差矩阵和信息熵，实现对识别结果进行双重不确定性量化的目的。最后，通过数值模拟与工程应用验证了该方法的有效性，并研究了频带宽度系数k对识别结果的影响以及对比了变异系数与信息熵的量化效果。结果表明，将频带宽度系数k限制在7~9之间能够确保误差与不确定性的平衡；在阻尼比识别结果的量化中，信息熵的量化效果优于变异系数的量化效果。

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基于自适应无迹卡尔曼滤波的结构损伤在线识别算法

黄可1, 2, 孙展1, 黄杜康1, 王磊1

振动与冲击. 2024, 43(23): 203-210.

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在运用无迹卡尔曼滤波(UKF)对结构进行损伤识别和健康监测的过程中，噪声往往未知时变，而传统UKF方法在噪声参数选择不当时易出现性能退化及发散的问题。为此，提出一种基于自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)的结构损伤在线识别算法。该算法利用协方差匹配法和遗忘因子法，通过残差和新息序列实时识别并更新测量噪声和过程噪声，在保证噪声矩阵正定性的同时，提高了UKF对结构未知参数和损伤的识别精度。采用桥梁模型和非线性模型的数值算例验证本文方法的有效性。结果表明，本文方法可以有效识别大型土木工程结构和非线性结构的损伤位置和程度，且对时变的噪声具有自适应能力和鲁棒性。

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基于动力学建模的滚动轴承全寿命周期退化模型

梁先发1, 王义1, 2, 汤宝平1, 2, 秦毅1, 2, 陈谢义1, 张光耀1

振动与冲击. 2024, 43(23): 211-219.

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建立滚动轴承全寿命周期的仿真模型对于其退化性能分析和健康管理具有重要意义。然而，关于如何建立滚动轴承的全寿命周期物理模型的研究很少，为了更好的研究滚动轴承的退化规律，本文提出了一种基于动力学建模的滚动轴承全寿命周期退化模型。首先，基于滚动轴承的结构参数和运动参数分别建立了滚动轴承内、外圈故障的四自由度动力学模型，并通过实验验证，验证了该模型的准确性；然后，本文构建了缺陷指数函数，最后将缺陷指数函数代入动力学模型中获得了滚动轴承全寿命周期退化模型。通过将仿真模型获得的全寿命周期退化振动信号与实测信号进行比较，验证了该退化模型的有效性。本文研究成果对滚动轴承健康状态监测和寿命预测提供了理论支撑。

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惯容式阻尼器耗能减振机理分析研究

李瑞林 1, 2 , 刘金龙 1, 2, 林均歧 1, 2

振动与冲击. 2024, 43(23): 220-229.

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惯容是一种新型的力学元件，其常与弹簧元件和阻尼元件相互连接后形成惯容式阻尼器，以协同发挥耗能减振作用。在工程结构的振动控制中，惯容式阻尼器（如调谐惯性阻尼器（tuned inerter damper, TID）和调谐黏滞质量阻尼器（tuned viscous mass damper，TVMD））往往比传统的粘滞阻尼器具有更出色的减振性能。为了探究TID和TVMD这两种惯容式阻尼器的减振机理及优点，本文基于简化的单自由度减振结构，利用动力学理论推导了两种惯容式阻尼器在动力条件下为结构提供的附加等效刚度系数和阻尼系数的表达式。通过对这些表达式的分析研究，得出了惯容式阻尼器提供附加正负刚度和产生耗能增效机制的显式条件。此外，本文还基于滞回曲线展现了惯容元件的负刚度特性，并说明了在耗能增效机制下，阻尼器内部惯容元件和弹簧元件对粘滞阻尼元件两端响应的放大作用，从而直观解释了惯容式阻尼器的减振优势。

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复杂区域地形条件下台地地震动放大效应研究

赵仕兴 1, 罗麒锐 1, 熊峰 2, 吴启红 3, 夏静 1, 杨姝姮 1, 张敏 4

振动与冲击. 2024, 43(23): 230-239.

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针对不规则地形地震动放大效应的相关规定均是以孤立地形为对象，但山区地形常以群山形式存在，相邻地形会影响地震波传播，从而改变地表运动规律。因此研究非孤立地形的地震动放大效应对山区建筑的抗震设计及提升震后灾害评估准确性具有重要意义。本文首先阐述了在泸定6.8级地震中磨西台地不利地段发生的典型地形放大效应。随后利用仿真手段深入探索了复杂区域地形（山脊、峡谷）对台地地震动放大系数的影响。从放大系数空间分布、加速度傅里叶谱及幅值比的角度进行量化研究，并通过大量变参分析获得复杂区域地形对台地表面的运动规律。结果表明，在某些情况下《抗规》低估了台地地形效应，放大系数建议值难以保证结构“大震不倒”，需进行调整和细化。此外，相邻山脊和峡谷对台地表面均有明显影响，不应被忽略，因此建议相关规范增加调整系数来考虑相邻地形之间相互影响。

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考虑水-结构-土相互作用的桥墩自振频率半解析解

傅大宝1, 2, 卢哲超2, 蔡辉腾3, 李芳4, 徐嘉隽3, 郭阳3, 金星1, 3

振动与冲击. 2024, 43(23): 240-249.

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建立考虑水-结构-土相互作用的桥墩结构自振频率半解析解，并通过实测数据进行验证。以单个桥墩为研究对象，将“桥墩-承台-桩基”结构体系简化为Bernoulli‑Euler梁，采用附加质量模型模拟水-结构相互作用，采用弹性Winkler地基模型模拟桩-土相互作用，建立考虑水-结构-土相互作用的桥墩结构振动控制方程。使用分离变量法得到结构振型函数，根据边界条件建立矩阵方程，通过求解方程的特征值得到结构自振频率。以福州浦上大桥E11桥墩为例，将海底地震仪（ocean bottom seismometer，OBS）核心地震计安装在承台处，采集桥墩的振动响应并提取结构自振频率。同步安装陆地地震仪验证OBS水下监测的有效性，通过对比半解析解、有限元解和实测值验证桥墩结构半解析解的合理性。在此基础上，分析土-结构相互作用、水-结构相互作用对结构自振频率的影响。结果表明，OBS能够满足桥墩自振频率水下测试的环境要求；本文建立的考虑水-结构-土相互作用的桥墩结构自振频率半解析解合理；土-结构、水-结构相互作用会降低结构的一阶自振频率，其中土-结构相互作用的影响比水-结构相互作用更显著。

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多带隙机理融合声学超材料及其低频宽带抑振特性

孙萍, 徐思齐, 王晓乐

振动与冲击. 2024, 43(23): 250-259.

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紧凑轻量的低频宽带隙声学超材料在弹性波控制领域具有广阔的应用前景。本文提出了一种结构功能复用的声学超材料基本构型，能够融合布拉格散射带隙、局域共振带隙和惯性放大带隙，具备丰富的带隙调控自由度。建立了无限大尺寸声学超材料板的能带计算有限元模型，结合算例对其带隙特性进行了预报。制备了声学超材料样件并附加于有限尺寸的平直铝板，采用冲击力锤法获取了振动传递函数，验证了带隙计算结果的准确性并衡量了低频宽带抑振效应。试验结果表明，所提出的声学超材料能够在100~1000 Hz的宽频范围内平均衰减平直铝板的结构振动达21 dB，近场声辐射达6 dB。并且，对于大曲率的铝板结构，所提出的声学超材料不仅安装方便，而且同样能够有效体现低频宽带抑振效果。此外，通过参数分析揭示了基座局域共振机构的悬臂刚度和末端质量以及惯性放大机构的附加质量和惯性放大角对带隙特性的影响规律。本研究旨在为低频宽带隙声学超材料的发展提供思路和方法。

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不耦合系数对割缝爆破效果影响试验研究

靳俊晓1, 2, 3, 赵志强1, 苏洪4, 将启鹏2, 3, 岳文豪4, 孙智硕4

振动与冲击. 2024, 43(23): 260-269.

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为探究炮孔装药不耦合系数对爆破裂纹扩展规律的影响，通过在有机玻璃板（PMMA）上预制不同炮孔直径，采用数字激光动态焦散线实验系统，进行相关爆炸试验。结果表明：爆炸对于炮孔非割缝方向的损伤效果随着炮孔直径变大逐渐减弱。耦合装药时炮孔周围粉碎区最大，当炮孔直径为12mm及以上时炮孔周围几乎无粉碎区。从侧面说明直径为10mm时，在空气层中的冲击波还有一定的强度，可致裂周围板材。随着不耦合系数递增，爆炸冲击波对于炮孔壁的冲击作用减弱，爆生气体膨胀压缩作用逐渐加强。在不耦合系数1.67时这种“削弱-加强”作用对裂纹扩展的促进作用最佳。分形维数的结果和动焦散实验结果相符，主裂纹的扩展长度符合先上升再下降的趋势。研究成果为实际工程中割缝爆破装药参数提供了一定的指导意义。

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磁流变变刚度变阻尼扭转振动仿人智能控制

李文峰1, 葛新锋1, 席军2, 李坪洋3, 刘乐1, 高健容1

振动与冲击. 2024, 43(23): 270-279.

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有效的扭转刚度控制可以通过调节系统的固有特性和共振频率改善系统的扭转振动性能、恰当的扭转阻尼调节可以通过耗散扭转振动的能量来抑制扭转振动的幅值。针对扭转刚度和扭转阻尼对传动系统扭转振动的不同影响规律，提出一种基于混合田口遗传算法的磁流变传动系统变刚度变阻尼扭转振动仿人智能控制策略。首先根据所设计的磁流变扭转减振器建立了磁流变变刚度变阻尼传动系统动力学模型；基于混合田口遗传算法对磁流变传动系统扭转刚度和扭转阻尼控制参数的动态寻优结果，设计了一种兼顾时域和频域、具有分区协同、多模态多控制器的仿人智能控制器；随后进行了仿真分析和试验研究，结果表明，在较宽频段内，基于混合田口遗传算法的仿人智能控制均能有效抑制磁流变传动系统的扭转振动；当试验激励频率为3.5Hz时，相对于被动传动系统和改进天棚控制系统，所提仿人智能控制分别将系统的峰值角位移和角速度减小44%、48%和14%、18%，其控制效果明显优于改进天棚控制，显著改善磁流变传动系统的输出特性。

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机器学习在声学超材料中的应用进展

章本本, 缪林昌, 郑海忠, 肖鹏

振动与冲击. 2024, 43(23): 280-293.

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声学超材料作为一类新型人工复合结构材料，拥有天然材料所不具备的众多新颖和反常物理特性，为声波的有效控制和精准调控提供了崭新的研究途径和应用机遇。然而，为获得声学超材料的特定结构功能响应，传统设计方法需要在理论推导、数值模拟和实验验证过程中不断反复调整材料参数或结构形态，大幅增加了研究计算成本。机器学习具有强大的非线性拟合能力，能够通过优化算法绕过物理建模过程，直接在参数空间内构建恰当映射关系以达到满足目标功能的目的，为突破传统物理设计策略的高度限制提供了可能性。本文综述了近几年来机器学习在声学超材料的应用进展。首先，简要概述了声学超材料的基本发展情况和主流机器学习算法的基本原理，然后详细介绍了机器学习在声子晶体、声学超材料和声学超材料拓扑设计中的最新应用研究成果，最后就该领域的研究现状开展了相应讨论和展望。

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扭转减振器式全地形车悬架系统设计及舒适性研究

宋勇1, 钱江宁1, 李占龙1, 高山铁2, 孟杰1, 郝鹏祥2

振动与冲击. 2024, 43(23): 294-304.

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为解决履带式全地形车辆舒适性及抗冲击性能差的问题，提出一种含弧弹簧阻尼结构的扭转减振器式悬架系统，设计了单负重轮悬架系统并开展动力学建模与舒适性分析，研究了不同工况下整车舒适性及抗冲击性能。研究发现：（1）单负重轮悬架系统静、动态特性参数值均在合理的范围内；相同路面车速增加时，单负重轮悬架系统车身垂向加速度和悬架动挠度均方根的相对增长率降低；路面等级、车速增加时，单负重轮悬架系统车身垂向加速度传递率（8.5%~6.5%）以较小的数值呈小幅下降趋势。（2）整车通过D、E级路面和极端路面时，所提悬架系统相对传统扭杆弹簧悬架系统表现出优良的舒适性和抗冲击性，验证了悬架设计方案的正确性和有效性。

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聚焦波作用下倒圆角方形立柱波浪砰击载荷实验研究

吴文成1, 肖龙飞1, 2, 寇雨丰1, 单萌2, 李可路1

振动与冲击. 2024, 43(23): 305-311.

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为深入理解极端波浪下海洋结构物的砰击载荷特性，基于波浪水池模型实验，研究聚焦波对倒圆角方形立柱的波浪砰击压力时空变化特性。采用小波分析、局部加权线性回归等方法从波浪载荷测量数据中提取砰击压力，分析波浪周期、波陡、聚焦位置和波浪入射角对砰击压力峰值及冲量分布规律的影响。结果表明：立柱波浪载荷在上部主要为峰值高、作用时间短的波浪砰击压力，静水面附近则为缓变的准静态波浪力；较大的波陡和周期显著增加了立柱的波浪砰击压力和冲量的空间分布范围，且立柱上部砰击载荷明显增大；考虑聚焦位置的影响，发现当波浪聚焦位置位于立柱后表面时的砰击载荷最大。

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基于稀疏测量的梁结构控制方程系数估计研究

李志鹏, 何毅, 晏致涛

振动与冲击. 2024, 43(23): 312-320.

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梁的控制微分方程在工程中有广泛的应用。本文提出了一种使用稀疏测量的位移估计梁结构控制方程系数的方法。首先使用压缩感知理论，由少量位移传感器测量的响应重构梁的全场位移。然后使用B-样条曲面基函数来拟合重构的位移场，获得的控制点将用于计算位移场的偏导数。最后将位移场偏导数代入控制方程，并通过遗传算法确定控制方程的系数。对所提方法的有效性进行了数值和实验验证，并通过参数研究考察了其性能。结果表明该方法具有所需传感器少，高阶导数计算稳健等优势。

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基于双重注意力机制-改进Inception模块的CNN模型识别框架结构损伤

刘景良1, 吕毓霖1, 郑文婷2, 廖飞宇1, 陈宗燕3

振动与冲击. 2024, 43(23): 321-328.

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针对传统深度学习方法的网络隐含层和参数异常庞大且训练时间较长的特点，本文提出了一种基于双重注意力机制和改进Inception模块的卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）模型来识别框架结构损伤。首先，通过局部最大值同步挤压变换将结构的振动响应信号转化为二维时频图并作为卷积神经网络的输入，然后基于改进Inception模块搭建二维卷积神经网络，最后通过双重注意力机制增强相关度高的损伤特征从而成功识别结构的损伤位置和损伤程度。通过IASC-ASCE SHM Benchmark结构I阶段数值模拟数据和卡塔尔大学看台模拟器数据集验证所提方法的有效性，研究结果表明：该方法不仅可以减少模型参数的个数和加快模型收敛速度，而且在面对框架结构多类别损伤识别问题时具有较高的准确率和较强的抗噪性能。

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SSD联合邻域伪标签的无源域旋转机械迁移诊断研究

杨汶金1, 2, 刘韬1, 2, 王振亚1, 2, 王贵勇3

振动与冲击. 2024, 43(23): 329-336.

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针对迁移诊断中存在的源域和目标域分布差异导致的负迁移以及过分依赖源域样本带来的数据隐私问题，提出一种利用邻域信息优化伪标签监督训练的无源域自适应(Source-free domain adaptation, SFDA)迁移诊断方法以实现在无源域样本情况下的迁移诊断。首先，通过奇异谱分解(Singular spectrum decomposition, SSD)方法对数据进行降噪处理，使得样本具有更丰富的故障信息，然后，基于一维卷积神经网络构建特征提取器以提取域不变特征；其次，采用对比学习框架拉近同一类样本特征，利用聚合邻域信息精炼后的伪标签进行自监督学习；最后，基于智能诊断模型完成跨设备变工况下滚动轴承健康状态的识别。通过两个滚动轴承数据集间的跨设备迁移诊断验证所提方法的有效性。实验结果表明：所提方法能够充分挖掘不同设备间故障特征信息，提高无源无监督跨域条件下的迁移诊断精度。

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刊出日期：2024-12-15

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