振动与冲击

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高建设1, 吴家宝1, 吴鲁纪2, 杨林杰2, 饶晓波1

振动与冲击. 2025, 44(5): 1-11.

摘要 ( 110 ) PDF全文 ( 96 )

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为深入研究非正交面齿轮传动系统中的擦边碰撞现象，以齿面碰撞面和齿背碰撞面为分界面，将相空间划分为三个部分，构建了考虑多种强非线性因素的非正交面齿轮传动系统动力学模型。在两分界面建立位置Poincaré映射，并对擦边分岔条件进行计算，随后结合啮合力周期变化图和相图找到擦边分岔点，并对分岔点附近的Floquet乘子进行求解，通过分析擦边分岔对系统动力学的影响来揭示擦边碰撞特性，最后利用Adams软件进行仿真验证。研究表明，擦边碰撞会导致齿轮系统冲击状态发生改变，通常不会对齿轮系统的运动状态造成影响。当擦边分岔与倍周期分岔同时发生时，齿轮系统会出现余维二擦边分岔。此时，擦边碰撞会导致系统运动状态与冲击状态均发生改变。此研究结果为工程中提高面齿轮传动系统的可靠性和寿命提供理论依据。

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基于花斑翠鸟优化径向基移动最小二乘chirplet变换的结构瞬时频率识别

袁平平1, 丁雅鑫2, 羊晨1, 任伟新3, 方旺2

振动与冲击. 2025, 44(5): 12-17.

摘要 ( 79 ) PDF全文 ( 36 )

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为提升chirplet变换(chirplet transform, CT)估算瞬时频率的精度，在CT基础上结合花斑翠鸟优化(pied kingfisher optimizer, PKO)和径向基移动最小二乘(radial basis function moving least squares, RBFMLS)算法提出了一种识别结构瞬时频率的新方法。该方法采用正定紧支径向基函数作为移动最小二乘近似的权函数,对CT的能量脊线进行估算，同时应用PKO对RBFMLS节点支撑半径和CT窗函数宽度进行优化。通过一组解析信号数值算例和一个时变拉索试验验证了所提方法的有效性。研究结果表明，该方法能有效改善信号分析的能量聚集性，提高瞬时频率的识别精度。

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离心泵叶轮流场的动力学模态分解与重构误差分析

张润强1, 南玲博1, 陈帝伊1, 韩伟2, 黄卫宁3

振动与冲击. 2025, 44(5): 18-25.

摘要 ( 86 ) PDF全文 ( 34 )

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离心泵是液体输送过程中的重要设备，广泛地应用于工业、农业及工程等领域，深入了解泵内的复杂流动对泵的设计和优化有重要意义。该研究介绍了动力学模态分解（dynamic mode decomposition，DMD)与重构方法，并针对离心泵内复杂的流动特性进行了研究。首先，针对叶轮的分解结果研究了模态能量与频率之间的关系,发现低频模态具有的能量更高，且模态能量随频率的增加而降低。其次，分析了各阶模态在叶轮流道中的分布，发现影响叶轮内复杂流动主要的流动结构分布在叶轮进口及叶轮出口处。随着模态数的增加，动力学模态分布更碎片化，表明高阶模态可以捕获到更加细致的流动结构。然后，研究了各阶模态随时间的变化关系，发现高阶模态对流场的影响逐渐降低。接着，对模态重构方法进行了研究，发现模态重构可以较好地构建出原始流场。降阶重构和全阶重构与原始流场的对比表明，降阶重构方法也可以有效地反映出流动的主要特征，但是会缺失部分流动信息。这部分信息主要是流场中的幅值分布，保存在高阶模态中，与叶轮出口处的复杂流动有关。通过DMD方法能够有效地提取出离心泵内主要流动特征，为离心泵减振降噪的设计优化提供研究基础。

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绳驱动限位式吊重稳定装置动力学及试验研究

任昭鹏1, 黄哲1, 魏一1, 王生海1, 2, 孙玉清1, 2, 陈海泉1, 2

振动与冲击. 2025, 44(5): 26-37.

摘要 ( 118 ) PDF全文 ( 22 )

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针对吊装设备在海洋环境下受到无规则的外力影响而导致不能安全高效的完成吊装作业的问题，首先建立了船用起重机在随机海浪激励下的动力学模型并进行仿真分析；然后设计了一种并联绳索驱动式吊重限位机构（parallel cable-driven -payload-limiting-position mechanism，PCD-PLM），提出了一种自适应张力稳定控制方法（parallel cable-driven-adaptive anti-swing tension，PCD-AAT）实现对吊重的稳定控制，当吊装设备受到外部激励影响时吊重可以保持相对静止的状态，解决吊装设备在高海况下作业时吊重的摇摆问题，确保船用起重机安全高效的完成吊装任务。最后搭建船用起重机稳定吊装试验台验证PCD-PLM和PCD-AAT的有效性和实用性。仿真和实验结果显示吊重的摇摆幅度分别减小了92.34%和82.33%以上，摇摆空间的稳定控制效果超过了90%，且PCD-AAT具有很好的动态跟踪性能和鲁棒性。

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方肩铣刀刀齿切削能耗的动态分布特性识别方法

辛丙晨1, 姜彬1, 成远清2, 毕刚2, 范丽丽1, 赵培轶1

振动与冲击. 2025, 44(5): 38-49.

摘要 ( 54 ) PDF全文 ( 20 )

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刀齿瞬时切削能耗是评价高效铣刀动态切削性能的重要指标。已有的铣刀切削能耗解算模型中缺乏瞬时切削能耗在刀齿切削刃上的分布信息，无法准确识别切削刃不同位置瞬时切削状态的复杂性和多变性。针对由于切削边界不确定导致无法准确识别切削刃瞬时切削能耗分布区域的问题，提出主副切削刃瞬时边界的解算方法,获得振动与磨损作用下的主副切削刃方程。建立瞬时切削能耗分布及其分形维数的解算模型，获得瞬时切削能耗在刀齿上的分布情况。提出切削能耗动态分布特性识别方法，利用分形维数的极值、变异系数与一阶差分，揭示不同刀齿瞬时切削能耗分布的动态特性，并利用铣削加工表面形貌与刀齿后刀面磨损深度实验结果进行验证。

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圆柱群流致振动响应和尾流特性耦合机制#br#

李响赫, 张志猛, 及春宁, 赵航浩, 张妍

振动与冲击. 2025, 44(5): 50-59.

摘要 ( 88 ) PDF全文 ( 37 )

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采用基于嵌入式迭代的浸入边界法对均匀流场中圆柱群的横向流致振动进行了二维直接数值模拟。圆柱群中相邻柱体正交排列，间距比为L/D = 3.2, 8，折合流速为Ur = 2-11，Re = 100，圆柱质量比m* = 2。研究发现：不同间距比下，圆柱群前排和后排的圆柱分别呈现出涡激振动和尾流驰振的响应特征。后排圆柱的振幅普遍大于前排圆柱，小间距比圆柱群的最大振幅高于大间距比的情况。不同间距比下，前排相邻圆柱（横流向）的脱涡模式为稳定的同相同步和反相同步模式，或者两种同步模式的切换。顺流向上，小间距比前排相邻圆柱分别呈现延展体和重附着模式，而大间距比下均为共同脱涡模式。各圆柱的主频f*、振幅与升力-位移相位差之间存在紧密的联系。随Ur的增大，圆柱升力-位移相位差会从0°跳转到180°，分别对应流体对圆柱振动的激励和抑制作用，其中后排圆柱完成相位转换需要过渡的折合流速区间更大。相邻并列圆柱之间存在微小的振动频率差，其位移之间的相位差不稳定。随Ur的增大，大间距比圆柱群相位差稳定的范围总体向上游缩窄，而小间距比时则向下游扩张。

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3自由度立面大跨度柔索驱动并联机构工作空间及能耗分析

罗伟荣, 韩广冬, 赵世龙, 霍孜腾, 李建, 王生海

振动与冲击. 2025, 44(5): 60-66.

摘要 ( 66 ) PDF全文 ( 26 )

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针对目前大跨度柔索驱动并联机构的研究将悬索简化为直线，导致其工作空间不够准确，该研究在考虑柔索悬垂效应的基础上对工作空间进行研究。首先建立悬链线悬索模型和抛物线悬索模型，通过试验和仿真对比表明，在相同外部条件下，抛物线悬索模型得到的悬索长度比悬链线悬索模型更贴近试验。基于抛物线悬索模型，建立立面柔索驱动并联机构静力学方程，分析了考虑悬索垂度的工作空间和空间各点上的总功率。仿真结果表明，相比于直线悬索模型下的立面柔索驱动并联机构，基于抛物线悬索模型具有拉力条件的工作空间范围减少了12.6%，而移动平台横向运动时的低能耗区域明显小于竖向运动时的低能耗区域。

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典型钢轨波磨病害下高速轮轨瞬态滚动接触及磨损行为分析

丁旺才1, 2, 马帅1, 靳忠渊3, 李得洋1, 吴少培1, 李国芳1

振动与冲击. 2025, 44(5): 67-79.

摘要 ( 77 ) PDF全文 ( 39 )

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以典型钢轨波磨病害为研究对象，构建了考虑轨下结构及轮轨弹塑性接触的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型，采用基于有限元模型的三维磨损分布计算方法，研究了匀速和牵引状态下轮轨接触特性及钢轨磨损行为的差异，以及牵引状态下不同病害参数钢轨波磨对轮轨接触特性及磨损的影响规律。结果表明：牵引状态下轮轨纵向力受固有刚度不平顺影响更显著，波磨对相对滑移的影响与纵向力有关，且需在固有刚度不平顺影响基础上叠加，叠加效果与波磨波长和谷深有关。在波磨谷深限值内，波磨波长较短或谷深较大时，纵向力会出现与波磨几何相似的振型，导致相对滑移分布与波磨几何相关，接触压力变化进一步影响磨损深度，使波峰附近磨损增加，波谷附近磨损减少，波磨进一步发展。由于磨损增量相位与波磨几何相位差较小，钢轨波磨有减缓趋势，波磨在较大波长及谷深下减缓较快。研究结论以期为高速轮轨波磨区段钢轨维护策略提供理论参考。

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脂润滑小模数齿轮副时变啮合刚度计算方法

胡波1, 2, 谭清杰1, 董建雄1, 2, 肖泽亮1, 2, 尹来容1, 2

振动与冲击. 2025, 44(5): 80-87.

摘要 ( 89 ) PDF全文 ( 17 )

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时变啮合刚度是齿轮动力学设计与分析中至关重要的参数；而充斥啮合齿面的润滑剂会改变齿轮接触特性，影响时变啮合刚度。同时，小模数齿轮副的中心距极小，其啮合角、重合度与啮合刚度等对中心距误差非常敏感。针对脂润滑与中心距误差对小模数齿轮接触的影响，本文基于弹流脂润滑理论，推导了油膜承载刚度的计算公式；结合势能法，构建了脂润滑齿轮的时变啮合刚度计算模型，研究了转速、粘度对脂润滑齿轮啮合刚度的影响规律。研究结果表明：脂润滑小模数齿轮的二次压力峰与膜厚紧缩现象明显，其位置随着载荷的增加向出口偏移；充斥啮合齿面之间的润滑油膜通过增大接触面积，从而强化小模数齿轮的时变啮合刚度；相反，中心距误差的增加会弱化齿轮副的时变啮合刚度；油脂粘度可以增加油膜对齿轮副啮合刚度的强化作用，但齿轮转速的上升会弱化脂润滑齿轮的啮合刚度。

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基于二阶统计量的推进泵空化激振源辨识

赵国寿1, 曹琳琳2, 吴大转2

振动与冲击. 2025, 44(5): 88-96.

摘要 ( 53 ) PDF全文 ( 19 )

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空化引起的载荷脉动是泵振动的主要根源，其激振源的辨识对于泵振动控制至关重要。针对某前置导叶非均匀尾流干扰引起的泵叶片空化开展了水洞试验与数值模拟研究，提出了基于二阶统计量的激振源辨识方法，该方法将具有物理因果关系的叶片载荷分布与整体受力相关联，结合模态分解可以有效揭示具有主导能量贡献度的泵叶片空化激振的载荷分布。结果表明，来流冲角时空特性对叶片空化发展和分布起主要的调控作用。带幅值的相关性模态能够表征能量贡献度，无量纲的相关性系数模态能够表征变量相似性。空化时，基于二阶统计量的激振源辨识发现整体叶片中部至根部均对推力脉动有较大贡献，受低频主导，而一阶统计量仅能提取前缘空化自身诱发的载荷脉动。

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无叶片风力发电机及其风振特性研究

唐大伦1, 刘仰昭1, 戴靠山1, 施袁锋1, 蒲琼2, Del ChungMing Yang2, David Yáez3

振动与冲击. 2025, 44(5): 97-105.

摘要 ( 103 ) PDF全文 ( 38 )

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为探究无叶片风力发电机的风振特性，本文以某3m高、额定功率100 W的无叶片风力发电机为研究对象开展研究。首先建立风机的有限元模型，计算获得固有模态信息，并预测其风致振动。随后，对此风机的足尺模型进行风洞试验。最后，将试验结果与理论预测结果进行对比，综合分析其风致振动规律。结果表明：风机顶端横风向位移随着风速的增大表现出先增大后减小的趋势，呈现出典型的涡振现象，因此在高风速环境下无需考虑刹车系统等安全措施；同时，在风速稳定的情况下，风机顶端的位移时程接近标准正弦曲线，表现出稳定的风致振动；此外，风机各个方向的气动特征也大致相同，具有较好的全风向适应性，无需依赖额外的偏航系统即可应对风向改变。

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数字式长距离传输内置悬挂传感器设计

彭子彦, 朱洪涛, 杨富锋

振动与冲击. 2025, 44(5): 106-115.

摘要 ( 98 ) PDF全文 ( 27 )

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针对装甲车辆悬挂系统中的旋转式磁流变阻尼器设计了一种内置式悬挂传感器，将阻尼器摇臂旋转角度、单轴加速度和温度测量集成至单板系统。三路传感器信号通过AD采样、调制、传输和解调，实现了多传感器的数字化传输。通过对安装结构的热力学仿真、磁场仿真，确定了传感器的隔热结构、散热结构和磁路结构，仿真结果显示，传感器在磁流变阻尼器工作范围内及外部磁场干扰下依然能够稳定工作，展现出良好的环境适应性，并且有体积小、抗干扰能力强的优点。

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迫击炮双协调臂自动装填系统动态特性研究

邱鑫涛, 刘宁, 张雅斌

振动与冲击. 2025, 44(5): 116-121.

摘要 ( 59 ) PDF全文 ( 17 )

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本文设计了一种迫击炮双协调臂炮口自动装填系统，建立了协调臂自动装填系统动力学模型；设计了单协调臂自动装填系统实验方案，验证了仿真结果的正确性；对比研究双协调臂与单协调臂自动装填系统动力学仿真，探讨了双协调臂自动装填系统在不同时间段的动态特性规律。结果表明：双协调臂在单协调臂的基础上明显抑制了振动，系统刚度越大，供弹过程运动越平稳；双协调臂加速度呈现收敛，系统长度越长，装填时间越长，双协调臂结构尺寸为最优状态，双协调臂比单协调臂的装填速度提高了34%，研究了协调臂自动装填系统动态特性及结构变化对装填速度的影响，为进一步实现其结构优化和精度控制奠定基础。

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浅水调谐液体阻尼器跳跃频率近似计算公式

施盛博, 袁心怡, 苏焱

振动与冲击. 2025, 44(5): 122-130.

摘要 ( 81 ) PDF全文 ( 23 )

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浅水调谐液体阻尼器(tuned liquid damper, TLD)在水平简谐激励作用下，内部流体自由液面运动幅值响应曲线在跳跃频率点会出现幅值骤降现象。本文基于三阶非线性幅值时域方程，通过量纲分析忽略高阶项，获得考虑粘性阻尼影响下的跳跃频率近似计算公式。为了验证公式的有效性，通过六自由度运动模拟器以及浅水TLD水箱进行系列实验，将所提公式计算结果与现有公式计算结果、实验测量结果进行对比分析，发现新公式计算结果整体上与实验测量结果更加吻合，优于现有计算公式。新公式综合考虑水深、特征长度、激励幅值以及粘性影响，在阻尼影响较大的领域会具有更好的适用性。

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变分模态分解与时间序列模型相结合的结构损伤识别方法研究

姚小俊1, 孙守鹏1, 王强1, 杨小梅2

振动与冲击. 2025, 44(5): 131-139.

摘要 ( 102 ) PDF全文 ( 44 )

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针对准确定位土木工程结构突变损伤的损伤时刻和损伤位置问题，提出了基于变分模态分解与差分整合移动平均自回归模型（autoregressive integration moving average ，ARIMA）的突变损伤识别方法。首先利用自回归模型功率谱确定初始频率及需要分解的模态数量，接着通过变分模态分解方法将振动非平稳信号初步分解为多个平稳的分量信号。然后利用ARIMA模型来拟合各阶信号分量，获取模型残差。利用ARIMA拟合信号分量得到的模型残差确定损伤的具体时刻。最后利用主成分分析法获取结构的模态振型，构造一个基于频率与振型的损伤指标，结合损伤阈值定位出损伤位置。该方法通过地震激励下十自由度框架模拟算例以及实际简支钢桁梁桥数据进行分析。结果证实，该方法能够用于平稳及非平稳激励下的结构损伤时刻和损伤位置的定位。

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滨海重载钢桥的焊缝腐蚀疲劳可靠度评估

朱金1, 陈远文1, 吴梦雪2, 张宇3, 衡俊霖4, 李永乐1

振动与冲击. 2025, 44(5): 140-148.

摘要 ( 74 ) PDF全文 ( 26 )

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为研究钢桥焊缝在强腐蚀环境和重载下的疲劳问题，首先，基于前期实验成果，构建了一个三阶段的腐蚀疲劳概率损伤演化模型，分为腐蚀驱动扩展、腐蚀与疲劳竞争、疲劳驱动扩展三个关键阶段。在考虑焊缝多源疲劳裂纹的萌生、融合与扩展的基础上，还纳入了多重失效路径的影响。以某滨海桥梁为工程背景，结合该桥梁的实测车辆荷载谱与服役环境特征，综合多尺度有限元模拟和腐蚀疲劳概率损伤演化模型开展了可靠度分析。结果表明：与焊趾失效模式相比，焊根失效模式的腐蚀疲劳寿命降低了11.3%，而双失效模式的寿命减少了16.3%，即焊根失效模式占主导地位；C5环境下腐蚀疲劳寿命相比C4环境条件下降低了26.9%，即环境腐蚀等级越高，腐蚀疲劳寿命越短；当车流量系数为1.2%和2.4%时，相比恒定车流量，腐蚀疲劳寿命分别减少了29.9%和38.8%，即车流量越大，腐蚀疲劳寿命越短；在高等级环境腐蚀和高车流量的双重作用下，腐蚀疲劳寿命下降了47.8%，即强环境腐蚀和重载的耦合作用下，钢桥焊缝抗疲劳性能显著退化。

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复杂城区场地粗糙度指数的风洞试验研究

周文军1, 郑世雄2, 祝东红1, 沈国辉2

振动与冲击. 2025, 44(5): 149-154.

摘要 ( 50 ) PDF全文 ( 22 )

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针对某复杂城区场地进行风速测试的风洞试验，获得24个风向角的平均风速剖面并拟合得到粗糙度指数，以此确定各个风向角的地面粗糙度类别，同时研究了上游迎风区域扇形角度对试验结果的影响。结果表明，迎风区域为城区与山地混合地貌时更容易发展成C类地貌；24个风向角的粗糙度指数值拟合优度均大于0.95，说明指数律能很好地表达该复杂城区地貌的平均风速剖面；迎风区域扇形角度对城市地面粗糙度类别有较大影响，70°~180°扇形角度时的平均风速剖面和拟合的指数均非常接近，而30°~60°迎风角度时指数变小，可以确定上游扇区迎风角度70°为最小扇区角度，该值与ASCE和EN规范的90°规定值比较接近，建筑结构荷载规范建议180°迎风半圆的范围过大。

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考虑环境温度的钢管约束混凝土柱拟静力试验研究

王力1, 潘启仁1, 顾皓玮1, 胡琦1, 2, 虞庐松1, 李子奇1, 2

振动与冲击. 2025, 44(5): 155-168.

摘要 ( 119 ) PDF全文 ( 34 )

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为研究不同环境温度下钢管约束混凝土柱的抗震性能，开展了9根不同温度工况下的钢管约束混凝土柱拟静力试验，分析各试件在不同温度下的试验现象及破坏形态，揭示环境温度对钢管约束混凝土柱抗震性能的影响机理。针对现行钢管约束混凝土骨架曲线模型计算方法中未考虑环境影响的不足，基于试验和有限元计算结果，提出了考虑环境温度影响的钢管约束混凝土理论骨架曲线特征点温度修正计算公式。结果表明：环境温度变化引起的钢管约束混凝土材料变异和温度附加套箍效应对试件水平承载力和延性影响显著，环境高温（60℃）会使核心混凝土强度降低，且在钢-混凝土界面易发生脱粘脱空，导致试件承载力和延性分别下降9.4％、12.2％；低温（-40℃）工况下，由于核心混凝土强度提高，同时外壁钢管对核心混凝土的约束作用加强，使试件承载力提升18.7％，但其延性最大降低47.2％，对抗震产生不利影响；本文所提考虑环境温度影响的钢管约束混凝土理论骨架曲线具有较好的可靠性和精度，可为高寒大温差地区该类型结构的抗震设计提供必要理论依据。

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强迫振动形式下超高层建筑横风向气动弹性效应的大涡模拟研究

谭超1, 全涌1, 张正维2, 姚博3, 傅国强1

振动与冲击. 2025, 44(5): 169-175.

摘要 ( 120 ) PDF全文 ( 34 )

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相比于气动弹性模型风洞试验，强迫振动模型试验具有很强的参数可控性，是研究超高层建筑气动弹性效应的重要手段。然而，强迫振动装置的制造困难却限制了该方法的广泛应用。通过大涡模拟（Large Eddy Simulation, LES）方法对超高层建筑的强迫振动模型的气动力及流场进行了模拟，并基于此研究了超高层建筑的气动弹性效应。结果表明，该方法可较准确地模拟出超高层建筑强迫振动模型所受气动力及流场；当来流风速处于涡激共振风速区间时，横风向振幅的增加会显著加剧建筑侧面的旋涡脱落，使得其侧面风压及横风向气动力系数均方根值显著增大，而折减风速远离涡激共振风速时，横风向振动对建筑横风向气动力基本没有影响；振幅和折减风速的变化对建筑的横风向气动刚度和气动阻尼有显著的影响。

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附属设施对三箱梁涡振特性的影响研究

杨涵1, 2, 郑史雄1, 2, 马存明1, 2

振动与冲击. 2025, 44(5): 176-183.

摘要 ( 132 ) PDF全文 ( 34 )

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为研究附属设施对三箱梁涡激振动(vortex-induced vibration，VIV)的影响，以某公铁两用分离式三箱梁桥为背景，在XNJD-1回流串联风洞中进行了风洞试验。试验设置了多组工况，分别用于研究检修车轨道、单个梁上附属设施以及附属设施组合对三箱梁VIV的影响。对试验结果进行分析后发现，检修车轨道对三箱梁VIV特性的影响有限，公路风屏障会同时恶化竖向和扭转VIV，而铁路风屏障能够抑制VIV的发生，防撞护栏能够抑制竖向VIV但会激起扭转VIV。与防撞护栏相比，铁路风屏障在竖向VIV的抑制方面表现更为出色，而公路风屏障对竖向VIV的恶化作用要大于铁路风屏障和防撞护栏的抑制作用。公路风屏障是扭转VIV的主要激励源，带有公路风屏障的工况都产生严重的扭转VIV。通过计算流体动力学
数值模拟，对三箱梁的流场特征进行了分析，结果发现附属设施促进了主梁间隙中漩涡的生成与发展，从而加剧了三箱梁的涡激振动。

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土—结构相互作用体系实模态近似解耦及地震响应分析

王昌盛1, 林建好1, 杨艳1, 徐家云2

振动与冲击. 2025, 44(5): 184-190.

摘要 ( 71 ) PDF全文 ( 28 )

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针对土—结构相互作用体系运动方程存在耦合模态阻尼矩阵在实数域内无法精确解耦的问题。首先采用强迫解耦法对非经典阻尼矩阵进行解耦，然后分析强迫解耦法造成的误差，提出采用实模态近似解耦法对结构体系进行求解，同时结合Laplace变换将体系响应用系列标准振子的位移和速度的线性组合来表示。通过算例分析可知，采用实模态近似解耦法求得的结构地震响应与精确复模态法求得的结果吻合较好，其精度高于强迫解耦法。尤其在分析土—结构相互作用体系上部结构动力响应时，其优势更为凸显。所提的实模态近似解耦法精度较高、避免了复数域内运算且工程意义便于理解，可推广应用到其它具有非经典阻尼特性的结构体系中。

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基于地震学的西南地区地震动峰值加速度衰减关系研究

郑兴群, 赵伯明

振动与冲击. 2025, 44(5): 191-196.

摘要 ( 73 ) PDF全文 ( 21 )

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收集和筛选西南地区2009年至2022年5级以下中小震的强震记录构建支撑本研究的数据集。将几何扩散项和非弹性衰减项分开确定，先采用最小二乘法分段拟合几何分段点数值，计算结果为R1值为74 km，R2值为125 km。然后借助遗传算法，反演得到4个区域地壳介质参数，其中应力降为77.06 MPa，品质因子参数Q0和η分别为223.13和0.5697，近地表高频衰减参数κ0为0.0686 s。根据反演得到的地壳介质参数计算加速度傅氏谱同时配合随机相位谱，从而得到某一震级、震中距下的地震动时程，提取其PGA建立西南地区地震动峰值加速度衰减关系。研究结果显示新建立的衰减关系和实际强震记录吻合很好，尤其在近场区域，这将为西南地区的工程建设提供重要的参照意义。

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单侧锈蚀钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

刘小娟1, 2, 黄哲烜2, 刘阳1, 2, 郭子雄1, 2, 蒋欢军3, 陈玉洁2

振动与冲击. 2025, 44(5): 197-206.

摘要 ( 66 ) PDF全文 ( 19 )

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受外界环境的影响，同一个钢筋混凝土（RC）柱中不同部位钢筋锈蚀率往往不一致，在弯曲受拉侧和受压侧的纵向钢筋锈蚀对RC柱压弯性能的影响机理也不同。为研究纵向钢筋锈蚀对RC柱抗震性能的影响规律，进行了1个未锈蚀RC柱和5个锈蚀RC柱的拟静力加载试验，分析了钢筋锈蚀率、锈蚀位置和轴压比等参数对RC柱抗震性能的影响。研究结果表明，单侧锈蚀RC柱的损伤分布和力学性能存在一定的不对称性。当轴压比为0.1时，锈蚀侧纵筋受拉断裂是导致RC柱力学性能退化的主要原因。当轴压比较大时，锈蚀侧混凝土的受压损伤和锈蚀纵筋受压屈曲是引起RC柱力学性能退化的主要原因。与未锈蚀RC柱相比，纵筋锈蚀率不超过15%的单侧纵筋锈蚀RC柱正向承载力降幅不超过10%，反向承载力降幅不超过5%，在极限状态时的累积耗能降幅约6.48%~15.21%。与承载力和耗能能力相比，钢筋锈蚀对RC柱变形能力的影响最显著。随着钢筋锈蚀率的增大，RC柱的弯曲变形占比减小，剪切变形和滑移变形占比增大。当受拉侧钢筋因锈蚀而提前断裂时，RC柱正向极限变形降低约30%~37%，反向极限变形降低约10%~17%。进行锈蚀RC柱抗震性能评估时，需合理考虑受拉和受压纵筋锈蚀的不均匀性。

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带SMA杆-摩擦阻尼器的钢结构仿古建筑梁柱节点抗震性能研究

戚亮杰 1, 2, 曹懿 1, 袁振 1, 薛建阳 1, 2, 刘孟达 1

振动与冲击. 2025, 44(5): 207-217.

摘要 ( 76 ) PDF全文 ( 17 )

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为增强钢结构仿古建筑的震后快速修复能力，提出了一种适用于仿古建筑形制特点的形状记忆合金（shape memory alloy，SMA）杆-摩擦阻尼器串联装置，通过对附加和不附加该串联装置的钢结构仿古建筑梁柱节点试件进行低周反复加载试验，对比分析了两种节点的破坏特征、荷载-位移曲线、刚度、滞回耗能与复位能力等。结果表明：在位移角不超过1.8%时，仅SMA杆被拉伸，随着加载位移继续增大，摩擦阻尼器和SMA杆共同作用。附加SMA杆-摩擦阻尼器串联装置可有效提升钢结构仿古建筑梁柱节点的抗震性能，极限承载力和累计耗能量相应提高了151%、86%，残余位移减小了27%，试件的损伤和变形主要发生在梁柱节点角钢处。建立了带SMA杆-摩擦阻尼器串联装置的钢结构仿古建筑梁柱节点的有限元模型并进行了参数分析，结果表明：节点的极限承载力随着摩擦阻尼器起滑力的增大而增加，随着轴压比的增大而降低，而SMA杆预紧力的影响较小可以忽略。

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考虑受扭影响的焊接栓钉型钢混凝土组合柱抗震性能研究

陈宇良1, 2, 3, 张绍松1, 王双翼1, 叶培欢1, 2, 吉云鹏1

振动与冲击. 2025, 44(5): 218-229.

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为探究焊接栓钉型钢混凝土（SSRC）柱在压弯剪扭复合受力作用下的滞回性能及抗扭承载力计算方法，以型钢配钢率、纵筋配筋率、体积配箍率、栓钉间距和栓钉位置为变化参数，设计并完成了12根SSRC柱和1根对比柱的拟静力加载试验。观察了试件的破坏形态，获取了各试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、能量耗散、变形性能等抗震性能指标，分析了不同变化参数对上述指标的影响规律，提出了该类构件的抗扭承载力计算公式。结果表明：各变化参数对试件的破坏形态影响较小，所有试件呈现为明显的弯扭型破坏；试件的扭矩-扭转角滞回曲线存在明显的捏缩现象，表现为反“S”形，但弯矩-位移滞回曲线较为饱满，表现为梭形；型钢配钢率和体积配箍率对SSRC柱的抗扭及抗弯承载力影响较小；纵筋配筋率和栓钉间距对SSRC柱的抗扭承载力影响较大，最大提高幅度分别为12.29%、18.92%，但对SSRC柱的抗弯承载力影响较小；焊接栓钉能够显著增强型钢混凝土柱的延性及能量耗散能力；综合承载力、能量耗散、延性等抗震指标，建议栓钉采用X型焊接；最后，提出了SSRC柱抗扭承载力实用计算公式，计算结果与试验结果吻合良好。

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考虑入射角影响的H型超高墩连续刚构桥地震易损性研究

陈士通1, 2, 3, 范鑫1, 2, 甘平平4, 郭超群2, 向敏4

振动与冲击. 2025, 44(5): 230-242.

摘要 ( 58 ) PDF全文 ( 32 )

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相比常规桥梁，H型双柱式超高墩连续刚构桥梁受力更加复杂、高阶振型影响显著、纵横向刚度差异大，地震动入射角是影响其地震响应的关键因素之一，为探究入射角对其易损性的影响，以西部山区某高速铁路三跨超高墩连续刚构桥为研究对象，建立仿真模型开展地震响应分析。基于纵桥向和横桥向开展构件双向易损性分析，同时考虑超高墩、支座对桥梁系统的贡献率，基于一阶可靠度理论构建桥梁复合系统易损性模型，建立桥梁系统易损性曲面，探讨地震动入射角对桥梁系统地震易损性的影响规律。结果表明：纵向地震激励下超高墩相比中、低墩墩身中部损伤概率明显提升，且横桥向峰值曲率与能力需求比不同步，仅凭峰值曲率判断超高墩薄弱部位不能合理评估其抗震性能；墩底部位最不利入射角区间为0°~15°和165°~180°，墩身横系梁部位最不利区间为60°~120°，墩顶部位最不利区间在不同地震动强度下存在变化；支座地震易损性对地震动强度和入射角的变化较为敏感，不同工况地震激励下呈现出不同的损伤趋势且相比桥墩更易出现损伤，设计时应注重横向挡块的力学性能；桥梁系统地震易损性与地震动入射角表现出较强的相关性，最不利入射角区间为75°~105°和255°~285°。

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某埋头弹火炮复合型减后坐技术研究

彭碧荣 1, 薛晓春 1, 曹永杰 2, 黄磊 1, 余永刚 1

振动与冲击. 2025, 44(5): 243-252.

摘要 ( 96 ) PDF全文 ( 37 )

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为解决某40mm埋头弹火炮炮口动能大导致系统后坐力过大的问题，提出一种将炮口制退器、膨胀波技术两者有机结合的复合减后坐技术。基于此技术，建立了埋头弹膨胀波火炮的内弹道方程，分析了其内弹道时期膛内压力、速度和身管受力等随时间的变化规律。并在此基础上，基于三维非定常Navier-Stocks方程，结合动网格技术，对该埋头弹火炮后效期的膛口流场进行了数值模拟，重点揭示了火药燃气流动对制退器受力特性的影响，并对比分析含有该复合减后坐技术与不含该技术的两种埋头弹火炮在整个内弹道及后效期的后坐力和后坐冲量变化特性。研究结果表明：在保持弹丸初速不变的情况下，采用该复合减后坐技术可以有效降低埋头弹火炮的后坐力，将后坐冲量从1720.36 N•s降低至306.04 N•s，减后坐效率达到82.2%。

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爆破地震波中P波及S波初至自动识别方法

孔凌浩1, 2, 严鹏1, 2, 刘晓1, 2, 周朝1, 2, 张翔宇1, 2, 卢文波1, 2

振动与冲击. 2025, 44(5): 253-262.

摘要 ( 115 ) PDF全文 ( 36 )

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快速、准确识别爆破地震波中不同波形成分的初至时刻，对于能量特性及频率特性的分析、波速计算、爆破振动效应的精确控制及岩体动力学参数的反演至关重要。本文通过分析爆破地震波的传播规律和能量、频率特性，改进现有的P波初至识别方法—STA/LTA算法和S波初至识别方法—特征函数法，提出了爆破地震波初至时刻自动识别新方法，并开展爆破试验进行了验证。结果表明：与人工识别P波到时结果相比，本文识别方法P波初至时刻识别最大误差为0.3ms，平均误差为0.1ms；S波初至时刻识别特征函数峰值更为明显，能提高自动识别效率。该识别方法误差较低，能有效识别爆破地震波P、S波初至时。

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爆破荷载作用下煤岩本构模型参数特性研究

张鑫1, 2, 刘泽功1, 2, 常帅2, 陈响升2, 薛勇林2, 朱家亮2, 宋鑫2

振动与冲击. 2025, 44(5): 263-277.

摘要 ( 101 ) PDF全文 ( 29 )

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为探究RHT(Riedel-Hiermaier-Thoma)本构模型和HJC(Holomquist-Johnson-Cook)本构模型在深部煤岩体爆破数值模拟中的适用性，首先基于淮北矿区深部原煤对RHT和HJC两种本构模型参数进行了标定；然后通过单孔爆破室内试验和数值模拟对所标定参数进行了有效性验证，并添加最大拉伸应力和最大剪切应力的复合失效准则对HJC模型进行改进；最后基于两种本构模型对不同地应力状态下单孔爆破进行数值模拟，探讨两种本构模型在模拟损伤区范围和破裂形态方面的适用性。单孔爆破数值模拟结果表明，无地应力加载状态下RHT本构模型和改进的HJC本构模型都能够较好描述压碎区的形成和裂纹区裂纹演化；不同地应力加载状态下RHT和HJC两种本构模型数值模拟结果均能体现出地应力对裂纹扩展具有制约作用。当围压为0 MPa，理论裂隙区半径为RHT模型的1.11倍，为HJC模型的1.20倍，两者差异较小。当围压增加到30 MPa，理论值裂隙区半径为RHT模型的1.31倍，为HJC模型的4.13倍，两者相差较大，基于RHT模型的数值模拟结果与理论值更接近。根据研究结果，RHT模型和改进的HJC本构模型均适用于无地应力状态下爆破问题的数值模拟，对于高地应力状态下爆破RHT本构模型应成为首选。

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带壳装药在混凝土中爆炸毁伤效果的影响规律研究

祝飞翔, 高飞, 刘晨康, 邓树新

振动与冲击. 2025, 44(5): 278-288.

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为探究带壳装药在混凝土中的爆炸毁伤规律，采用钻爆法开展了不同装药深度及壳体厚度下的浅埋和深埋带壳装药爆炸试验及数值模拟，并对浅埋爆炸抛掷弹坑宏观形貌变化特征以及深埋封闭爆炸混凝土塑性损伤演化规律进行分析。结果表明：在带壳装药浅埋爆炸工况下，随着装药深度的增加，作用于破坏混凝土的能量增多，弹坑宏观尺寸增大；根据弹坑宏观形貌将成坑区域划分为漏斗坑区域、扩张孔区域和弹头作用区域；不同装药深度下壳体厚度对混凝土成坑尺寸的影响规律基本一致，当壳体厚度与装药直径之比/de在0.075~0.125范围内时毁伤效果随壳厚增加而增强，当/de在0.125~0.15时毁伤效果呈现最佳且趋于稳定，继续增加壳体厚度则毁伤效果减弱，阐明了壳体的存在一方面使爆轰产物产生集聚效应增强了毁伤效果，另一方面壳体厚度继续增加会消耗爆轰能量使得毁伤效果反而减弱，因此带壳装药爆炸存在某一壳体厚度使毁伤效果最佳。

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内爆炸作用下含填充墙RC框架结构破坏分析

陈公轻1, 吴昊1, 欧渊2, 王帆2, 吕晋贤1

振动与冲击. 2025, 44(5): 289-301.

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爆炸作用下地面建筑目标的破坏分析对制定实战打击策略和工程防护具有重要的实践指导意义。采用LS-DYNA有限元分析软件对已有含填充墙钢筋混凝土（RC）框架结构的近区爆炸试验进行复现，充分验证了所采用的精细化数值仿真方法的适用性。结合建筑结构混合单元建模方法，对典型三层含填充墙RC框架结构在典型战斗部（100kg和200kg TNT当量）爆炸作用下的动态响应开展了仿真分析，考察了爆炸波在结构内部的传播和结构损伤特性。基于等效单自由度（SDOF）方法预测了爆炸荷载作用下框架结构梁、柱、板和填充墙等构件的损伤等级，建立了内爆炸作用下建筑目标的破坏简化分析方法，并通过与精细化数值仿真结果对比检验其适用性。结果表明：在100kg和200kg TNT爆炸工况下，精细化数值仿真分析中建筑物整体功能性和结构性毁伤等级均为中度和轻度，等效SDOF简化分析得到的相应毁伤等级与数值仿真结果一致。此外，从各构件的毁伤等级可以看出，相比于板、梁和柱等承重构件，砌体填充墙更易发生破坏，从而导致爆炸波在层内水平方向房间的毁伤破坏范围更大。

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基于多对抗和平衡分布自适应的轴承故障诊断方法

许焕卫, 赵泽伟, 肖许源, 汪忠来

振动与冲击. 2025, 44(5): 302-313.

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在实际工业生产中，工况的不同会导致数据分布差异，这使得不同工作条件下的轴承故障诊断成为一个挑战。针对上述问题，提出了一种基于多对抗和平衡分布自适应的故障诊断方法。首先，通过改进的残差网络直接从原始振动信号中提取域不变特征，提高特征提取效率的同时保留了丰富的故障特征信息。其次，提出了关联对齐与多对抗域自适应相结合的域自适应方法，同时对齐源域和目标域的边缘分布和条件分布以最小化域间数据分布差异。再次，对平衡分布自适应方法进行改进，设计了一种平衡因子为自适应过程中的边缘分布和条件分布分配权重，增强跨域故障诊断效果。最后，通过公开轴承故障数据集验证所提方法的有效性，实验结果表明，相较于流行的域自适应方法，所提方法具有更高的故障诊断精度，在不同工作条件下轴承的故障诊断任务中具有实际的应用价值。

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基于改进傅里叶神经网络的多关节机器人实时负载辨识方法

岳夏, 李志滨, 张春良, 王亚东, 王宇华, 龙尚斌

振动与冲击. 2025, 44(5): 314-322.

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关节式机器人应用于各类生产环节，对负载进行实时监测是确保机器人安全运行的前提。但在某些特殊场景下无法直接测量负载，通常使用动力学方法间接求解，由于其非线性特性明显且模型参数的不确定性，负载识别的精度与效率一直不高。因此本文基于傅里叶神经网络提出了一种改进模型来实现负载辨识，以提高系统负载参数的预测精度与时效性。所提方法利用傅里叶神经网络中的卷积与频域截断机制快速获取特征信号，与前馈神经网络的输出结果进行数据融合得到辨识结果。所提方法相比动力学模型求解方法精度更高、计算速度更快，仅需学习预测范围内几个相间的样本集，就可识别预测范围内的任意结果，泛化能力好。同时进行网络敏感参数的分析，并与成熟神经网络算法进行性能比较。该方法将两种神经网络模型进行协同配合，能有效识别高维数据中的不同特征集，从而实现参数辨识，为复杂非线性系统的参数识别提供参考。

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一种基于一维卷积自编码器的条件分布域适应方法

刘士亚 1, 梁文生 1, 何俊 1, 陈志文 2, 戴磊3

振动与冲击. 2025, 44(5): 323-330.

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针对基于域间分布差异度量的域适应方法忽视两个域中类与类之间条件分布差异对域间分布差异度量的影响，而导致知识迁移精度低的问题。以跨旋转机械的滚动轴承为研究对象，提出一种基于一维卷积自编码器的条件分布域适应的故障诊断方法。该方法通过构建一种基于阈值局部子域相关性对齐的域间差异度量准则（T-LCORAL），并将该准则嵌入到自编码器的输出层，以有效引导模型进行特征提取。然后，利用伪标签将源域和目标域划分成多个子域进行域内细粒度对齐，并通过可靠性阈值对伪标签进行筛选，以提高域中类与类之间边界分布的可判别性。最后，采用三个轴承数据集进行跨机械的轴承故障迁移诊断实验，结果表明所提方法是具有良好的性能。

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2025年, 第44卷, 第5期　
刊出日期：2025-03-15

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