振动与冲击

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李生1, 赵雨皓2, 杜敬涛3, 崔海健4

振动与冲击. 2025, 44(6): 1-12.

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作为一种基本工程单元，弹性梁系统被广泛应用于建筑、航天航空、海洋工程等领域，控制弹性梁系统的振动水平具有重要工程意义。为揭示双耦合非线性振子（double coupling nonlinear oscillator, DCNO）在双梁系统振动控制中的潜在应用，建立了含 DCNO的双梁系统动力学行为预报分析模型，并采用拉格朗日法预报双梁系统的动力学行为。在确保数值结果正确的基础上，研究了 DCNO的典型工作模式，探讨了 DCNO参数对双梁系统动力学行为的影响规律。研究结果表明， DCNO的引入能够有效实现双梁系统各子结构的同步振动控制。一方面，当 DCNO处于多频线性/非线性振动控制模式时，双梁系统各子梁主共振区处的振动均得到了有效地抑制，且多频非线性振动控制模式激发了双梁系统的复杂振动响应，使得弹性梁与DCNO之间出现振动能量时域单向传递现象；另一方面，根据振动控制需求，DCNO的工作模式及振动控制效果可通过调控其核心控制参数实现，设定合适的DCNO核心控制参数有利于增强DCNO对双梁系统主共振区的振动控制效果。

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包含机器人-主轴系统耦合效应的铣削颤振稳定性分析

籍永建1, 2, 3, 韩启超3, 徐小康3

振动与冲击. 2025, 44(6): 13-27.

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串联式工业机器人刚度低，铣削加工过程极易由于工艺参数或机器人位姿选取不当产生颤振，颤振会降低工件表面质量、损坏机器人装备。针对机器人铣削加工颤振稳定性预测问题，通过构建机器人刚度模型的方式研究了机器人末端刚度随空间位姿的变化规律，阐明了主轴系统速度效应对刀尖动力学特性的影响规律，采用数据拟合的方法建立了主轴转速与刀尖固有频率之间的映射函数。构建了综合考虑机器人-主轴系统耦合效应的铣削动力学模型；采用锤击试验方法获得机器人铣削系统刀尖的阻尼比与模态质量，得到了包含不同影响因素的机器人铣削加工稳定性叶瓣图，揭示了机器人-主轴系统耦合作用下铣削颤振稳定性的动态变化规律，进行了试验验证。结果表明，与现有模型相比，考虑机器人-主轴系统耦合效应构建的稳定性叶瓣图更加符合实际铣削状态，可有效提升机器人铣削颤振的预测准确率。

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横向振动荷载下输电铁塔连接螺栓松动研究

郜帆1, 任亚宁1, 李军阔1, 周万志2, 张大长2

振动与冲击. 2025, 44(6): 28-37.

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输电线路长期承受风荷载、导线振动、舞动等动力荷载作用，导致螺栓预紧力损失甚至发生松脱，严重影响输电塔及线路安全。铁塔连接节点通常采用螺栓连接，螺栓承担剪力及横向振动荷载。然而，相关规范仅规定螺栓的紧固扭矩达到紧固及防松的目的，影响防松特性的其他因素往往被忽略，可能影响螺栓的长期紧固状态及日常运行维护。首先，对输电杆塔常用6.8级M16粗制高强螺栓开展横向振动试验，研究了不同频率、振幅和扭矩对螺栓预紧力及防松特性的影响；然后，开展横向振动荷载下螺栓防松特性的模拟分析，并与试验结果及规范规定进行对比验证；最后，考察了横向振动状态下螺栓变形和螺纹区应力，以及不同初始预紧力下螺栓松动规律。研究结果表明：预紧力下降曲线分为快速下降和平稳下降两个阶段，当横向振动频率越小，振幅越大，扭矩越小时，螺栓越容易发生松脱；横向振动荷载下，螺纹区应力分布不均匀，整体呈倒梯形分布；螺纹应力分布由螺杆段向自由端逐渐降低，最大应力点从中间位置移至两侧；预紧力越高防松性能越好。因此，可知规范规定的扭矩法所对应的预紧力较低，建议使用预紧力控制，取0.5倍~0.6倍屈服紧固轴力。

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燃气轮机转子系统气隙偏心-碰摩耦合故障的振动特性分析

朱瑞1, 2, 王心柔1, 韩清鹏1, 王学超1, 江天镇1

振动与冲击. 2025, 44(6): 38-46.

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电磁耦合激振影响可能影响燃气轮机发电组转子系统的正常工作性能。为了研究气隙偏心和碰摩的耦合故障，有必要定量分析转速、励磁电流和复合偏心参数变化对系统动态响应的影响。本文通过分析气隙复合偏心情况下气隙磁场能量的变化，建立了复合偏心所引起的不平衡磁拉力解析表达式和碰摩力解析表达式，在此基础上建立含有不平衡磁拉力故障和碰摩故障的双跨转子动力学方程，采用Runge-Kutta法进行数值分析求解。结果表明，随着转速的增大，不平衡磁拉力影响系统动态响应明显增强。复合气隙偏心的加入导致多倍频成分增加。本文的研究成果对可对转子系统的故障诊断提供理论依据。

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含接地阻尼的分段刚度NES减振性能研究

杨子健1, 王军1, 2, 张建超2, 温少芳2

振动与冲击. 2025, 44(6): 47-57.

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非线性能量阱系统主要通过阻尼元件耗散能量，改变阻尼元件的位置也会改变非线性能量阱系统的性能。该研究将接地阻尼引入分段刚度非线性能量阱，提出一种含接地阻尼的分段刚度非线性能量阱，并对其动力学特性展开研究。首先，基于复变量平均法和多尺度法推导了1：1共振下系统的慢变方程。其次，分析了不同参数对系统慢不变流形的影响，在此基础上，通过分析慢不变流形的拓扑形状，判断系统是否发生强调制响应。最后，研究了不同脉冲激励与简谐激励下，接地阻尼处于不同位置对系统减振性能的影响并和无接地阻尼的情况进行对比，同时用星鸦优化算法对系统参数进行优化。结果表明，在分段刚度非线性能量阱中引入接地阻尼可以有效改善系统的减振性能，将阻尼附加在主系统上并接地的吸振器适用于对减振效果要求较高但对耗散时间要求较低的场合，将阻尼附加在附加质量上并接地的吸振器适用于需要快速将主系统能量耗散至较低能级的场合。

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随机激励下声学黑洞板疲劳寿命预测

项子建1, 杜伟奇1, 邱小彪2, 陈世磊3

振动与冲击. 2025, 44(6): 58-65.

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声学黑洞（Acoustic Black Hole ,简称 ABH）效应已被证明是一种潜在的振动控制和能量收集方法，但由于其局部厚度小，面临结构强度问题。本文针对ABH板结构，采用解析法建立了随机激励下ABH板振动疲劳寿命预测的解析模型。基于假设振型法，推导了ABH板的应力频响函数，在考虑随机激励的基础上，得到了结构的随机振动位移功率谱密度（Power Spectral Density,简称PSD）函数。同时基于遗传算法对材料AL6061进行了P-S-N曲线估计。另外，采用COMSOL与MATLAB软件对模型及其预测结果的正确性进行了验证，研究发现两者的固有频率偏差仅为0.11%,且位移PSD精度也十分吻合。疲劳寿命分析表明，截断厚度h_0越小和黑洞半径r_abh越大，ABH效应越好，但寿命也越小。

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地铁限速对建筑振动与二次结构噪声影响试验研究

吴士亮1, 刘鹏辉2, 3, 杨宜谦2, 3, 董振升2, 3

振动与冲击. 2025, 44(6): 66-73.

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基于某地铁隧道内轨道振动和沿线建筑物室内振动及二次结构噪声现场试验，对限速前后隧道内振动、室内振动和二次噪声进行评价和对比分析。结果表明，隧道内振动、室内振动和二次结构噪声在不同列车间差异较大具有明显离散性，限速后振动总体减小离散度变大，振动和二次结构噪声受列车状态影响明显；40~80Hz频段振动是室内振动和二次结构噪声的主要激励源；列车限速后，室内振动和二次结构噪声总体水平降低但作用时间延长，振动和噪声总暴露量可能增大。限速对于车轮状态较差的列车效果不明显，优先进行镟轮等来改善轮轨关系以减小振动和二次结构噪声的影响。分时段限速和改善列车轮轨关系措施可为地铁振动噪声提质改造提供借鉴。

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手性Kelvin点阵结构设计及抗冲击性能研究

续凯旋1, 2, 李恩奇3, 周仕明1, 2, 李道奎1, 2

振动与冲击. 2025, 44(6): 74-81.

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手性点阵结构具有轻质化、高比刚度、高比强度等优点，同时具有较好的抗冲击性能。首先在Kelvin单胞结构基础上基于旋转杆件手性结构的变形机理设计了手性Kelvin单胞结构，其次通过冲击实验对比分析了手性对结构抗冲击性能的影响并对结构抗冲击性能提升的原理进行了揭示，最后研究了拓扑结构参数对结构抗冲击特性的影响。结果表明引入手性后结构的冲击应力峰值和平台应力指标有较大幅度提升，冲击应变能小幅度下降；手性Kelvin结构通过减小结构刚度和提高结构变形整体性的方式提升结构抗冲击性能；中心结构直径是影响结构抗冲击性能的主要因素，中等水平的中心结构直径和连接杆角度可以使手性Kelvin结构具有最好的抗冲击性能。研究拓展了三维手性点阵结构的构型范围，为手性Kelvin结构的参数化设计、力学分析以及在抗冲击方向的应用提供了参考。

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基于子集模拟优化的冲击波形控制方法

李凡, 李洪双

振动与冲击. 2025, 44(6): 82-89.

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地面冲击试验是航空航天设备投入使用前必不可少的阶段，因此冲击波形发生器对冲击载荷复现是至关重要的环节之一。针对冲击波形重复精度低和可控性差的问题，提出一种面向多孔式冲击波形发生器的波形控制方法。根据阻尼孔的流动特性和活塞的受力状态，建立试验系统的冲击响应计算模型及其离散计算形式。考虑子集模拟优化算法面对高维复杂优化问题时具有收敛快、不易陷入局部最优解的优势，使用该算法寻求各排阻尼孔数量的最优离散组合，并与遗传算法进行对比。结果表明：对于不同试验要求，优化后加速度波形曲线均满足试验标准规定的容差，优于遗传算法。

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涌潮冲击桩柱体最大压强及最大载荷的计算方法

王旭1, 2, 屈科1, 2 杨元平2, 3, 王超1

振动与冲击. 2025, 44(6): 90-103.

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涌潮是一种蕴含着巨大能量的特殊强非线性间断流，因此涌潮区域内桥墩等桩柱体建筑物会受到极大的涌潮冲击力，可能会对桩柱体等涉水结构造成严重毁坏。基于开源程序OpenFOAM和wave2Foam构建高精度涌潮数值水槽，求解雷诺平均的Navier-Stokes方程。首先，进行高精度涌潮数值水槽计算涌潮传播、演变及与桩柱体相互作用的能力。然后，数值计算涌潮与桩柱体相互作用过程中涌潮传播、演变、及桩柱体结构动力响应特性的变化规律，并阐明不同形态涌潮与桩柱体发生相互作用时涌潮复杂水动力特性机理。系统分析不同涌潮高度、潮前水深、桩柱体斜置角度和作用方向对涌潮水动力载荷和最大冲击压强的影响。结果表明：涌潮与桩柱体发生相互作用时，涌潮最大水动力载荷和最大冲击压强随着涌潮高度的增加显著增加，呈现出线性增大趋势；波状涌潮和弱旋滚涌潮的最大水动力载荷和最大冲击压强随潮前水深的增大而增大，然而强漩滚涌潮冲击桩柱体时的最大水动力载荷和最大冲击压强随潮前水深的变化没有明显增大的趋势；涌潮冲击桩柱体过程中，相比垂直桩柱体涌潮对正向斜置桩柱体作用的水动力载荷较小，且最大冲击压强的大小也因桩柱体的斜置发生了明显的减小现象。基于对涌潮最大水动力载荷和最大冲击压强数据结果进行系统整理，结合理论特性分析，提出适合不同形态涌潮冲击桩柱体时的最大水动力载荷和涌潮最大冲击压强的理论计算公式。为强潮区域桥梁基础结构的设计提供参考意义。

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极高地应力条件下光面爆破围岩损伤规律研究

黄永辉1, 占宇飞1, 张洪波1, 李清林2, 阮迅3

振动与冲击. 2025, 44(6): 104-112.

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针对深埋隧道开挖过程中存在极高地应力的情况，为研究地应力对光面爆破围岩损伤产生的影响，采用基于ANSYS/LS-DYNA软件的数值模拟方法，通过结构化网格-有限元-粒子流耦合算法（S-FEM-SPH）进行三维模拟。研究在双向等值地应力0Mpa~40Mpa条件下的光面爆破围岩损伤规律，研究结果表明：边帮和顶板处的围岩损伤度根据爆心距的变化分为水平直线阶段和反“S”型曲线下降阶段；在反“S”型曲线下降阶段，距离爆心距中间位置的围岩，损伤度随爆心距的下降速率大；地应力对边帮和顶板处的围岩损伤均有影响，但对边帮处围岩损伤的影响大于顶板处，当地应力大于20Mpa时影响更加明显；通过对比边帮和顶板处有效塑性应变和围岩损伤深度随地应力的变化规律，从而验证了围岩损伤深度随地应力增加呈现先减小后增大变化规律的正确性。

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高速侵彻下脆性金属弹丸损伤特性研究

王维占1, 景彤2, 李红莉3, 孟凡高4, 郑灿杰4, 赵太勇1

振动与冲击. 2025, 44(6): 113-120.

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研究动能弹对典型防护靶板的冲击响应特性对改进弹丸威力设计具有指导意义。本文通过弹道冲击试验和理论建模分析，研究了12.7mm动能弹对3种典型靶板（混凝土靶（工况1）、装甲钢靶（工况2）、陶瓷复合装甲靶（工况3））的冲击响应特性，并建立了用于表征脆性动能弹断裂特性的计算模型。研究发现：基于应力波理论建立的计算模型能够较好的分析典型靶板作用下弹体的断裂起始与终止位置，且计算结果与试验结果规律一致性较好，适用可靠性较高。其中，弹体对靶板的冲击载荷产生的拉伸波和剪切波是导致弹芯断裂方式发生变化的重要因素。冲击载荷较小时，弹芯最先呈现弹性响应特性（工况1），随着冲击载荷的增大，弹芯由拉伸断裂向剪切断裂方向转变，断面也由解理/韧窝断裂（工况2）向单一的解理断裂趋势（工况3）转变，且弹芯剩余高度逐渐减小。

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杆式射流水下侵彻性能数值模拟及试验研究

张雪梅1, 2, 谢兴博1, 钟明寿1, 顾文彬1, 沈朝虎3

振动与冲击. 2025, 44(6): 121-129.

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为了提高聚能装药战斗部从空中打击水中目标的准确性，建立了杆式射流从空气中成型至射流水下侵彻靶板全过程的分阶段递进式数值计算模型，并通过静破甲试验校核了计算模型，提高了计算模型的精度，误差为5 %以内。试验中采用通断测速网靶测出了聚能射流入水前、入水后以及着靶前的速度，其最小误差率为0.39%，平均误差率为4.16%。通过研究发现了杆式射流入水前和入水后的速度呈线性减小，着靶前速度呈线性增大的变化规律；杆式射流在水中的破甲深度随着空气炸高的增大，有先增加后减小的变化规律；聚能装药在水中的最佳炸高为4.89倍的装药直径，水中最大的侵彻深度为1.3倍的装药直径。为聚能装药战斗部在空气中隔水打击水中目标的研究提供了依据与参考。

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隔振器橡胶材料本构模型参数获取及冲击性能仿真

王遥遥1, 罗竹辉1, 汪涵1, 周熙盛2, 王虎2, 陈诗璐1

振动与冲击. 2025, 44(6): 130-136.

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由于橡胶隔振器样件制备和冲击性能测试周期长、费用高，需要在样件制备前进行仿真分析以评估结构和材料设计或选型的可行性。参照隔振器跌落式冲击测试方法，在LS-DYNA软件中建立隔振器冲击性能仿真分析有限元模型，选择Mooney-Rivlin-Maxwell模型作为橡胶粘超弹性本构模型。为了获取冲击工况下橡胶材料的本构模型参数，将隔振器用橡胶材料制成球体，开展橡胶球体与钢板冲击试验与有限元仿真分析。建立广义回归神经网络（generalized regression neural network，GRNN），使用优化后的GRNN模型和试验数据对橡胶材料本构模型参数进行预测。开展橡胶隔振器冲击仿真分析计算，仿真计算与测试结果较为接近，建立的有限元仿真分析模型可以用来评估隔振器的冲击性能，为开展橡胶隔振器冲击性能仿真分析和冲击工况下橡胶材料本构模型参数的获取提供一种参考的方法。

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碎冰环境下运动体入水空泡演化特性实验研究

鹿麟1, 2, 杨鹏杰1, 刘澜洋3, 邹瑞3, 陈凯敏1, 胡彦晓4

振动与冲击. 2025, 44(6): 137-143.

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为研究随机冰场对运动体入水过程的影响，引入随机冰场结合高速摄影技术，开展了碎冰环境下的运动体垂直入水实验。对比分析了无冰环境与碎冰环境下的运动体入水过程中的差异，入水过程分为入水冲击阶段和带空泡运动阶段两个阶段进行研究，得到了碎冰环境下运动体入水的空泡演化特性；通过对比不同碎冰密度下运动体入水的空泡演化过程，总结得出了碎冰密度对于运动体空泡演化特性以及入水运动特性的影响规律。研究结果表明：在入水冲击阶段，与无冰环境相比，碎冰环境下同一深度处空泡直径较大并且空泡扩张持续的时间更长；在带空泡运动阶段，碎冰阻碍了空泡收缩，空泡收缩时间延长。相比于无冰环境，空泡直径与空泡长度均较大，产生的溃灭尾迹更加严重。随着碎冰密度的增加，空泡的闭合长度和最大直径呈现出明显的增长趋势，空泡表面闭合的时间也相应推迟，运动体速度衰减的幅度更大。

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近岸水下钻孔爆破能量波传播规律及对水工构筑物毁伤效应研究

徐平1, 2, 侯伟琦1, 乔世范3, 董辉1, 2, 罗晓光1, 2, 赵炜1

振动与冲击. 2025, 44(6): 144-156.

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为研究近岸水下钻孔爆破能量波传播规律，评估地震波、水击波协同作用下水库大坝的毁伤效应及地震波对库岸基坑的毁伤效应，以桂林市第二水源工程-引水工程取水口水下钻孔爆破工程为背景，采用全耦合拉格朗日-欧拉算法开展近岸水下钻孔爆破数值模拟研究，分析爆破能量波传播形态变化及衰减规律、水库大坝及库岸基坑动力响应特征。研究结果表明：1）现场测试水击波峰值压力随距离比例药量（Q1/3/R）的衰减特征、大坝振动速度时程曲线及峰值振动速度变化规律与数值模拟的结果具有较高的吻合性，且现场测试和数值模拟得到的水击波峰值压力衰减特征均与Cole经验公式有较高的拟合性，验证了水下钻孔爆破数值模拟模型的可靠性。2）基于水击波在水库库水、地震波在水库库底岩体中传播衰减特征的直观分析结果，将爆破能量波传播过程划分为三个阶段：爆炸阶段、扩散阶段及衰减阶段；爆破能量波传播引起介质振动速度v=0.1cm/s的地震波、水击波的影响范围依次为270m、206.28m，均未传播至水库大坝坝脚。3）水击波峰值压力随爆心距、深度增加衰减显著，基于爆破相似类比法建立了同时考虑爆心距与水下深度的双因素水击波峰值压力经验计算公式，可用于可靠预测水域中任意位置的水击波峰值压力。4）爆破能量波在水库大坝中传播引起芯墙与坝体产生明显的动力响应，坝体迎爆面底部区域振动响应较为显著且坝脚区域产生损伤；坝体迎爆面坝底监测点峰值振动速度仅为0.17cm/s，小于规范规定限值2.5cm/s，初步判断水库大坝处于安全稳定状态；坝体迎爆面坝脚区域最大损伤比仅为25%，为确保大坝绝对安全，需要考虑对水库大坝采取适当的隔振及防护措施。5）爆破地震波在库岸岩体中传播，引起库岸基坑迎爆面、基坑坑底及坑侧、基坑背爆面依次出现动力响应，迎爆面库岸基坑坑顶的峰值应力与峰值振动速度最大，近距离大药量爆破会对库岸基坑的安全稳定造成不利影响，需要对库岸基坑采取严格的加固和隔振措施。研究成果也可为类似工程爆破施工能量波传播规律分析和不利影响评估提供参考。

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山区V形峡谷桥位风场特性风洞试验研究

靖洪淼1, 2, 3, 赵万茹3, 赵健4, 安路明4, 于超4, 刘庆宽1, 2, 3

振动与冲击. 2025, 44(6): 157-167.

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山区峡谷桥位处的风场特性非常复杂，成为山区大跨桥梁设计和建造的新难题。为准确获取山区峡谷内的风场特性，并研究风场特性的分布规律，以某待建大跨桥梁所在的山区V形峡谷桥位风场为研究对象，分别进行了均匀来流和边界层湍流风场来流下地形模型风洞试验，研究了不同风向角下桥位的平均风场特性和脉动风场特性，分析了桥塔和主梁位置处的风场特性分布规律。并对比了边界层湍流风场来流下V形峡谷中主梁1/6跨和跨中与来流风特性。结果表明：相关抗风规范中适用于平坦地形的风剖面无法应用于山区峡谷地形，并且峡谷内风攻角变化范围较大，V形峡谷内风攻角取值范围建议-20°~+20°。当来流方向和峡谷走向一致时，湍流强度也较小，而桥梁背风侧湍流强度大，桥梁设计时应对背风侧加固。主梁跨中和桥塔位置的脉动风功率谱均与von Kármán谱吻合。本研究可为类似的山区V形峡谷大跨桥梁的抗风分析和设计提供参考。

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顶面人群动载作用下砖-土城墙动力响应分析

卢俊龙1, 李超芳1, 田鹏刚2, 李明东1, 吴晓琴1

振动与冲击. 2025, 44(6): 168-175.

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西安城墙是典型的外包砖内部夯土结构文化遗产建筑，在墙顶人群荷载作用下产生的应力易引起损伤而危及结构安全。为研究人群荷载作用下墙体结构的动力响应及损伤机制，进行原位动力测试分析了其动力特性及动力响应，并采用块体离散元软件3DEC建立三维数值模型进行动力计算，得到墙顶人群荷载激励下的动态响应，依据分析结果对城墙结构安全性进行了评估。结果表明：人群动载引起城墙的动力响应随墙体高度的增加呈放大效应，墙体顶部响应最为显著，沿竖直方向的动力响应高于水平方向。随着人群密度的增加，沿高度方向墙体应变变化明显，其中墙体洞口上方及墙垛、女儿墙附近应变较大。因此，在高密度人群荷载作用下城墙洞口顶部及墙顶易发生破坏，应进行必要的监测。

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间隔性天窗启闭对网壳结构风荷载影响规律的试验研究

李宇青1, 王昕1, 刘小兵1, 2, 3, 陈安杰1, 崔会敏2, 3, 4

振动与冲击. 2025, 44(6): 176-183.

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大跨柱面网壳结构由于质量轻、柔度大，对风荷载比较敏感，在顶部开启间隔性天窗对结构的抗风性能具有较大的影响。以某大跨度柱面网壳结构为研究对象，通过刚性模型测压风洞试验方法，分析了在不同风向角下顶部间隔性天窗启闭对结构的体型系数、整体力系数以及极值风压系数的影响规律。结果表明：天窗的启闭对结构外表面风荷载影响整体较小，对内表面风荷载的影响比较明显。内表面风荷载的变化是导致结构风荷载随天窗启闭变化的主要原因。在跨向来流下，与天窗关闭时相比，天窗开启时，结构的跨向整体力更大，增大幅度约为34%，这种“增大效应”随着来流偏离跨向逐渐减弱，当偏离跨向60°时基本消失；结构的竖向整体力更小，减小幅度约为47%，这种“减小效应”随着来流偏离跨向逐渐减弱，但即使偏离90°（纵向来流）时仍存在。与天窗关闭时相比，天窗开启时结构的正向极值风压力增大，大部分区域的负向极值风吸力减小，但天窗局部区域的负向极值风吸力有所增大。

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有限元模型修正中的贝叶斯深度神经网络构架优化设计

何宇轩, 尹涛, 王曦

振动与冲击. 2025, 44(6): 184-190.

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贝叶斯神经网络（BNN）相较于传统人工神经网络具有更强的噪声鲁棒性，在结构系统识别与健康监测领域逐渐受到关注，目前该领域的相关文献主要集中于单隐含层BNN的应用及其构架设计。具有一定深度的多隐含层构架相比于单隐含层在复杂高维数据拟合上通常具有更强的泛化能力，但针对多隐含层BNN构架优化设计问题的研究目前尚未见报道。本文旨在针对多隐含层BNN并结合有限元模型修正问题开展构架优化设计研究，发展基于证据对数的多隐含层BNN网络性能定量量度，并提出一种实现多隐含层BNN各隐含层神经元数量同步优化的高效算法，获得针对具体模型修正问题的多隐含层BNN构架优化设计方案。通过基于现场实测模态参数的某大跨度钢结构人行桥模型修正验证了所提出方法的正确性和有效性。

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结构状态-参数-激励同步实时识别的改进UKF方法

黄可1, 2, 刘春芳1, 黄杜康1, 戴理朝1, 王磊1

振动与冲击. 2025, 44(6): 191-201.

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在激励未知情况下，针对现有基于无迹卡尔曼滤波（unscented Kalman filter，UKF）的结构识别方法存在未知量多、计算效率低，难以实现结构状态、结构参数和激励的实时更新等问题，本文提出了结构状态-参数-激励同步实时识别的改进UKF方法。该方法通过将未知激励和未知参数模拟为随机游走模型，建立了结构状态、结构参数和外激励相统一的状态向量，有效减少识别过程中未知量的个数，并解决了未知激励不能同步更新的问题。利用刚度退化表征结构损伤，考虑识别过程中观测噪声的影响，基于地震作用下两个非线性迟滞模型算例验证了方法的有效性。结果表明：在仅观测非线性结构部分加速度响应的情况下，建议方法不仅能同步实时识别非线性结构的状态、参数以及外激励，还能在刚度退化之后实时追踪结构的刚度损伤。

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超弹性SMA带肋筋增强ECC梁抗弯性能试验

钱辉1, 李韩羽1, 王翔宇1, 赵徽1, 2, 师亦飞1

振动与冲击. 2025, 44(6): 202-212.

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本文研究加工出一种超弹性Ni-Ti SMA带肋筋，以解决传统光圆形状记忆合金（shape memory alloys，SMA）棒材与混凝土基材粘结性能不足的问题。试验设计制作了一根超弹性带肋SMA筋增强ECC梁及4根对照组矩形截面适筋梁，应用数字图像相关技术进行同步观测采集，计算分析梁的表面裂缝发展情况。对梁进行四点弯曲低周单向循环加载试验，以研究受弯梁的各项力学性能。研究结果表明：经时效热处理后的带肋SMA筋与光圆SMA筋相比超弹性滞回效应相似，且超弹性性能有所提升。与其他试验梁相比，带肋SMA筋增强ECC梁的变形延性、极限承载力、自复位能力和裂缝控制能力均得到显著提升。所有梁在整个加载过程中未出现受拉纵筋滑移和断裂现象，受拉纵筋与混凝土协同工作性能良好。基于材料一维本构模型和具体假设的基础上，推导并建立了所研究复合梁的承载力简化计算模型，并有效验证其准确性。

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基于扩展D-P的粮食筒仓地震作用下动态侧压力影响参数研究

许启铿1, 张振乾1, 刘强1, 王丽坤2, 李亮3

振动与冲击. 2025, 44(6): 213-222.

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地震作用下，筒仓结构与粮食颗粒的动力相互作用引起的动态超压是筒仓结构安全的重要问题。为此，基于扩展的Drucker-Prager模型的（扩展D-P模型）颗粒本构，建立了柱承式筒仓-粮食颗粒有限元模型，并结合开展的振动台试验对动态侧压力进行对比分析和验证，进一步构建实仓有限元模型，研究多种粮食参数对动态侧压力的影响规律，并进行了灰色关联分析。结果表明：基于扩展D-P模型的有限元模型能够反映筒仓粮食动态侧压力的变化趋势，验证了有限元模型的合理性；摩擦系数对动态侧压力的影响与所处高度相关；弹性模量对动态侧压力的关联度最大；研究揭示了地震作用下粮食参数对动态侧压力的影响机理及参数影响关联性，为筒仓-粮食颗粒动力问题数值模拟的参数选取提供了借鉴，也为筒仓结构抗震设计提供参考。

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古沉积盆地的泥石流不稳定运动与震动信号的响应

黄锋1, 2, 吕立群1, 马超1, 侯成宥1, 皋子琪1, 朱贵楠1

振动与冲击. 2025, 44(6): 223-230.

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（意义）黄河主流的下切导致同德盆地侵蚀基准面下降，促使同德盆地由古沉积区转化为侵蚀区，泥石流灾害频发，其形成运动过程的监测有利于保障河谷底部牧民的生命财产安全。（方法）运用带通滤波器（BP-filter）、快速傅里叶变换（FFT）、功率谱密度（PSD）等地震动信号处理方法，揭示泥石流运动过程中的时频特征和能量特征；结合视频、泥位计、流速计、压力传感器等监测设备分析了泥石流动力学参数与震动信号之间的关系。（结果）结果表明： STA/LTA比值能够响应泥石流事件，龙头的R值远大于龙身，当泥石流呈现阵性流时，STA/LTA比值有激增现象，而且监测值比实际值要提前；功率谱密度能反映泥石流的不稳定运动过程，中、高频率的功率谱密度与低频率相比包含着更多的泥石流动力学信息；以单一能量阈值去区分泥石流和山洪并不可行，其能量阈值受到泥石流不稳定运动过程中沿岸崩滑物质加入的影响；地震动信号与泥石流泥位、流量、流速等单一运动参数的响应关系差，与质量流的响应关系最好。

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新型金属弹簧隔震支座的试验研究及理论分析

梁煜明1, 2, 白羽1, 2, 马明3

振动与冲击. 2025, 44(6): 231-243.

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为解决刚性滑板支座滑动过程水平刚度为零的问题，研发了一种新型金属弹簧隔震支座。通过金属弹簧组件的纯剪切试验和隔震支座的压剪试验，研究构件部分和支座整体的恢复力特性及关系，研究结果表明隔震支座的竖向承载力与水平恢复力相互独立，金属弹簧组件具有非线性的弹性恢复力，恢复力随位移增大而增加，隔震支座的摩擦力大小与竖向压力有关，耗能效果随竖向压力增大而增加。提出了边界约束条件下的曲线形状的欧拉伯努利梁大变形的计算方法，用于分析弹簧组件中变曲率弹簧片的力-位移关系，进而能根据弹簧材料和尺寸准确计算隔震支座的水平恢复力。所采用的理论分析方法与拟静力试验以及有限元算法的结果相比，吻合较好，具有可靠的计算精度和较高的计算效率。

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基于FEM-IBIEM的河谷坝址地震动输入方法及地震动场模拟研究

王飞1, 2, 刘云贺3, 李虎1, 4, 薛炳1, 4, 牟猷1, 4, 宋志强3

振动与冲击. 2025, 44(6): 244-253.

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地震动输入是大坝抗震安全分析的基础，然而目前地震动输入尚未合理考虑河谷散射效应对大坝动力响应的影响。本文将河谷场地总运动场分解为平坦半空间自由场和河谷散射场分别求解，采用间接边界积分方程法求解河谷场地散射场，将其与平坦半空间自由场叠加获得河谷场地总运动场（地震动场），通过封闭解验证了间接边界积分方程法的精度。进而，采用有限元法模拟河谷场地内部，同时将河谷地基截断边界处总运动场转换为等效地震输入荷载，建立了总运动场结合黏弹性人工边界的波动输入方法。应用基于有限元法-间接边界积分方程法建立的地震波动输入方法，数值求解了梯形河谷场地地震动场，分析了自由场波动输入和总运动场波动输入下河谷动力响应的差异。结果表明：自由场波动输入下河谷关键位置位移峰值、波形与精确解存在较大偏差，水平和竖向位移最大误差分别达15.6%、29.3%；总运动场波动输入下位移峰值、波形与精确解拟合良好。本文建立的波动输入方法计算精度高，合理考虑了河谷散射效应，为更准确地预测河谷上大坝动力响应提供了基础。

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基于地脉动数据的北川老县城河谷场地效应研究

陈钰鑫1, 2, 李平1, 2, 3, 高志寅1, 2, 田兆阳4, 薄景山1, 2, 李孝波1, 2

振动与冲击. 2025, 44(6): 254-262.

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北川老县城独特的河谷地形是其成为汶川Ms8.0特大地震受灾情况最严重地区的主要原因之一，这表明局部不规则地形对地震动传播和频谱特性有着显著影响。为深入研究该区域河谷场地效应，以北川老县城湔江河谷为研究区，在区域地质调查与钻探的基础上，沿湔江河谷左侧布设两条近乎平行河流方向的测线，开展地脉动测试，采用水平与垂直谱比方法并结合现场地质考察和钻探等结果，综合分析北川老县城河谷场地效应，研究结果表明：（1）湔江河谷场地放大效应显著，湔江河谷场地土层卓越频率集中于3.89-12.11 Hz，与卓越频率相对应的峰值放大系数为2.12-7.26。（2）脉动测点H/V谱比曲线大多呈现双峰或多峰形，表明在地下不同深度处存在两个或多个波阻抗界面。靠近河流Ⅱ号测线测点的放大倍数几乎均大于靠近山体Ⅰ号测线测点，且土层卓越频率几乎均小于Ⅰ号测线测点。两测线均在0.8 Hz左右存在阻抗比略大的分界面，在8 Hz左右存在阻抗比更大的分界面。（3）将脉动数据与实际钻孔资料相结合，初步给出了湔江河谷区域深度-频率关系式。研究成果不仅可为北川老县城震害研究提供参考，也可为河谷场地效应的深入研究积累基础性资料。

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高速铁路基床细颗粒动力迁移机制与临界水力梯度研究

蒋红光1, 王新宇1, 马川义2, 张宁2, 刘舜3, 王川2

振动与冲击. 2025, 44(6): 263-271.

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水-力共同作用下的高速铁路基床翻浆冒泥病害已逐渐显露，研究基床细颗粒所对应的临界水力梯度可有助于揭示翻浆冒泥的发生机制。为进一步研究高速铁路基床细颗粒动力迁移与临界水力梯度，基于构建的基床翻浆冒泥模型装置，开展了循环荷载下基床动水特性及细颗粒迁移试验，分析了水-力耦合作用下基床填料的动态孔隙水压力、水力梯度和浊度的演化规律，提出了基床填料的粒径特征与临界水力梯度的关系。结果表明：动载作用下饱和基床表层表现出超静正-负孔压交替作用，在荷载卸载时产生“负压泵吸”型的向上水力梯度，基床层间则是表现出“正压驱动”和“负压泵吸”联合作用的向上水力梯度；细颗粒在基床表层的分布与水力梯度一致，均呈现出两端高、中间低的“马鞍型”分布特征；对于基床底层，0.075 mm粒径颗粒发生迁移的临界水力梯度为0.052，低于基床层间水力梯度的试验值0.12~0.25，导致细颗粒向基床表层迁移；现行设计规范并不能完全避免动力翻浆冒泥病害，需结合列车动载水平进一步降低基床表层细颗粒含量。

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重载铁路小半径曲线钢轨型面非对称优化设计

丁旺才1, 2, 张建栋1, 葛菲元1, 吴少培1, 李得洋1, 李国芳1

振动与冲击. 2025, 44(6): 272-281.

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为研究重载铁路小半径曲线钢轨型面优化问题，以外、内轨钢轨磨耗面积及滚动圆半径差为优化目标，在考虑减缓磨耗的同时对车辆通曲能力进行优化，运用克里格理论拟合目标函数得到相应的数学模型；通过NURBS曲线对钢轨廓形进行参数化描述，结合第二代非支配遗传算法(NSGA-II)对目标函数进行求解得到优化目标对应的优化廓形，并从优化型面的磨耗性能、动力学性能、钢轨滚动接触疲劳及车轮磨耗性能等方面进行评价。结果表明：设计变量的范围对目标函数影响显著，优化设计变量范围后求解得到的最优廓形在磨耗面积和滚动圆半径差上的表现均优于初始设计变量范围对应的最优廓形；优化型面在磨耗指数、磨耗功及钢轨磨耗量方面均优于初始CN75型面，在轮对横移量等动力学性能方面也均优于初始CN75型面，可以更好保证列车运行的安全性和稳定性；在钢轨滚动接触疲劳方面，优化型面均优于初始CN75型面，其中右轨的优化效果最为显著；在车轮磨耗方面，优化型面与初始CN75型面对车轮的磨耗影响差异较小，外、内轨优化型面整体磨耗量较初始CN75型面有微幅减少，优化型面车轮磨耗性能优于初始CN75型面。

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基于车厢内部噪声的地铁钢轨波磨自监督快速识别方法

马超智1, 2, 王阳2, 张淑芳3, 钟杰4, 肖宏2

振动与冲击. 2025, 44(6): 282-290.

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钢轨波磨快速识别是轨道交通运维部门制定养修计划的基础，使用车厢内部（车内）噪声数据进行钢轨波磨快速识别具有显著优势。为解决车内噪声标签数据无法大量获取的问题及少标签样本通用学习的困难，提出了一种包含“预训练+精调”两阶段的钢轨波磨自监督识别模型。首先，获取了地铁列车运行时大量车内噪声数据，并利用小波降噪与小波变换技术建立了车内噪声时频图数据集。之后，预训练阶段采用降噪卷积自编码器对大量无标签车内噪声时频图进行表征学习，获取预训练最优参数；在精调阶段利用“编码器+分类器”对少量有标签的车内噪声时频图进行监督学习。最后，开展了模型实验及钢轨波磨识别评估。结果表明：所提出的钢轨波磨自监督识别模型能够自动有效抽取时频图主要特征，模型针对“无波磨”、“30~100 mm波磨”、“100~300 mm波磨”和“30~100 mm+100~300 mm波磨”的检测精度分别为95.62 %、96.46 %、92.38 %和90.37 %。

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某型车载导弹行进间发射安全性与发射精度研究

王艺伟, 陆凡, 李佳圣

振动与冲击. 2025, 44(6): 291-297.

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为研究车载防空导弹行进间连续发射的安全性与发射精度，考虑车架柔性建立三轴轻型高机动发射车的刚柔耦合动力学模型，并构建不同标准等级路面模型，以此开展发射车发射动力学分析。经与实车跑车试验结果比对，验证了动力学模型正确性，通过对多路面不同车速的行进间发射动力学仿真，获得车体振动与导弹出筒姿态数据。研究结果表明，行进间发射时车速应根据路况等级采取相应限制，用以提高车体行驶稳定性及降低载弹振动响应；路面不平所导致的初始扰动变化具有随机性，但大部分工况下导弹出筒仍具有低头趋势，在导弹偏航基础上发射筒体结构对导弹具有一定纠偏作用；在车路因素及多速度的耦合作用下，风载荷对导弹出筒姿态的影响较小可忽略。

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基于多头卷积自编码器的桥梁结构信号重构与损伤识别方法研究

陈鑫婷1, 2, 张军1, 2, 鲁东明2, 3, 应柳祺2, 3, 李强2

振动与冲击. 2025, 44(6): 298-305.

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针对传统监督学习需要大量的标记损伤数据问题，本文基于多头卷积自编码器建立了桥梁结构振动信号的重构方法，使用基于均方误差的损伤评估指标分析拱桥结构和梁桥结构振动信号重构的有效性以及不同损伤状态下的变化规律。结果表明：多头卷积自编码器在重构振动信号及其后续的损伤识别方面精度优良，多头一维卷积结构在损伤检测精度和灵敏度上优于传统的一维卷积结构；通过拱桥有限元仿真数据与连续梁桥损伤实测数据进行了方法验证，发现本文方法能够准确地识别出桥梁结构的损伤发展趋势，在噪声环境下也具有较好的鲁棒性，可为桥梁结构健康监测数据分析提供参考。

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基于FDVI和CDDPM的小样本岸桥齿轮箱多类故障诊断

袁九海, 张氢, 张建群, 冯文宗, 孙远韬

振动与冲击. 2025, 44(6): 306-317.

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岸桥齿轮箱零部件数量多、故障类型丰富，且故障数据难以获取，其诊断面临小样本、多分类的问题。针对上述问题，提出了一种基于频域振动图（frequency domain vibration image，FDVI）和条件去噪扩散概率模型（conditional denoising diffusion probabilistic model，CDDPM）的故障诊断方法。首先将获取的振动信号转为FDVI图像，充分表征各故障的振动信号的特征信息。然后，使用CDDPM对小样本数据进行扩充，将标签信息输入到模型以控制生成故障样本类别，同时采用跳层采样加快样本生成速度。将扩充后的样本集输入卷积神经网络分类器中进行训练，提升分类器对小样本多类故障诊断的效果。在对CWRU数据集的17种故障类型和岸桥缩尺实验台数据集的29种故障类型的小样本诊断实验表明：样本扩充后CWRU数据集故障识别率由89.86%提高到99.30%；岸桥数据集故障识别率由68.63%提高到95.75%。上述分析表明所提方法能完成小样本条件下岸桥齿轮箱多类故障诊断任务。

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基于谐波特征的稀疏增强正则化及其在齿轮箱故障诊断中的应用

余立超, 黄媛, 王成龙, 罗华耿

振动与冲击. 2025, 44(6): 318-328.

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在基于振动监测的齿轮箱故障诊断中，如何准确提取由缺陷引起的周期性瞬态冲击信号是实现故障诊断的关键。但实际测量的振动信号往往包含多种干扰成分，使得瞬态冲击的提取十分困难。对此，本文提出一种基于谐波特征的稀疏增强正则化方法。该方法首先建立关于齿轮箱故障信号的加权稀疏优化模型；其次，基于谐波特征构造了一种反映周期性瞬态冲击信号强弱的指标；最后基于该指标实施重加权正则化，从而对干扰信号施加惩罚以增强降噪性能。对仿真信号和实际案例的分析结果验证了所提出方法对故障信号的重建精度优于其他稀疏分解方法和常规信号处理方法，因此能够提供更加准确的齿轮箱故障诊断结果。

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2025年, 第44卷, 第6期　
刊出日期：2025-03-28

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