振动与冲击

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李宾宾1, 2, 刘亚飞1, 王佩祥2, 郭善知3

振动与冲击. 2025, 44(10): 1-9.

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冲击振动测试因其方便、低成本，且单次冲击能同时激发多阶模态等特点，被广泛应用于模态分析中。为实现冲击测试中模态参数识别的高效求解和不确定性分析，提出一种快速贝叶斯快速傅里叶变换模态参数识别方法。该研究从频域结构振动方程入手，构建似然函数，基于拉普拉斯逼近算法以高斯概率分布形式近似求解模态参数的后验概率分布。首先，求得各模态参数的梯度并利用坐标下降法最小化负对数似然函数 (negative log likelihood function，NLLF)，此时得到的模态参数值即为后验均值。然后，基于矩阵代数手段，求得NLLF在后验均值处的二阶导数矩阵，其逆矩阵给出模态参数的后验协方差矩阵。最后，通过数值模拟和试验室测试数据验证该算法的准确性和高效性，以及相对于基于环境激振测试和自由振动测试的优越性。

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组合抑爆对管网内甲烷爆炸实验研究及抑爆机理分析

贾进章1, 2, 张先如1, 2, 3, 吴汶芮3

振动与冲击. 2025, 44(10): 10-20.

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在矿井作业以及天然气运输作业中，甲烷爆炸后产生的冲击波与火焰波所带来的危害较大，为减少爆炸对生命安全和财产安全的损害，该研究在自行搭建的管网系统中利用泡沫铁镍可填充性，将泡沫铁镍与粉体进行组合，通过管网内抑爆试验研究得到泡沫铁镍与粉体最佳组合，利用粉体热解特性与Materials Studio分析NH4H2PO4微观抑制甲烷爆炸机理。试验结果表明：30ppi孔径的泡沫铁镍与70 gNH4H2PO4粉体可以有效地抑制管网内甲烷爆炸，可使管网内甲烷爆炸压力峰值降幅最大可达82.5%；使得各支路火焰传播速度分别降至10.01 m/s、10.99 m/s、11.78 m/s、9.78 m/s；可使各支路温度峰值分别降至359 K、341 K、324 K、337 K。二者组合抑制甲烷爆炸的机理主要物理抑制体现在两者吸热反应中，化学抑制体现在NH3•、NH2•、NH•等受热发分解出大量活性基团捕获甲烷爆炸中的关键自由基，降低甲烷爆炸过程所需自由基浓度。

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增压式脉冲水射流破碎硬岩机制及性能表征

凌远非1, 2, 王晓强1, 2, 汤积仁3, 张洋凯4

振动与冲击. 2025, 44(10): 21-29.

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增压式脉冲水射流作为一种新型的脉冲水射流，具有增压幅度大、射流参数可控和能量利用率高等优势，在硬岩破碎领域具有广阔的应用前景。为进一步提升射流破岩性能，利用自行研制增压式脉冲水射流发生系统开展破碎花岗岩试验，基于三维形貌扫描技术，提出射流破岩宏观性能精确表征方法，探究不同工艺参数对射流破岩性能的影响规律，揭示射流作用下岩体内部细观破裂机制和损伤分布特征。结果表明：射流压力为60 MPa时破岩性能参数存在明显的阶跃式增长，靶距大于100 mm时破岩性能参数急剧下降，喷嘴直径为0.5 mm时破岩性能参数达到最大。花岗岩在射流冲击作用下形成以“初生裂纹、径向裂纹、衍生裂纹”组成的裂纹网络，破碎坑呈勺状，入口面积大，深度较浅，破碎形式为由内部裂隙扩展所引起的片状剥落；同时，射流对岩体的损伤破坏存在着局部效应，随着深度的增大，总体损伤区域分布范围基本不变，密集损伤区域和损伤程度迅速减小。研究结果为推动增压式脉冲水射流破碎硬岩工程应用提供理论支撑。

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循环荷载作用下石灰岩动态力学响应特征与损伤演化机制

雷小磊, 汪海波, 段继超, 王梦想, 吕闹

振动与冲击. 2025, 44(10): 30-40.

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为了探究循环荷载作用下石灰岩力学性能以及损伤演化机理，开展了一系列室内试验、理论分析和数值模拟。首先，对石灰岩实施了分离式霍普金森压杆（SHPB）单次与等幅循环冲击试验，并结合Weibull损伤理论构建动载损伤演化模型，并利用ANSYS/LSDYNA对石灰岩开展循环爆破数值模拟。结果显示，单次冲击作用下，冲击气压升高导致石灰岩峰值应力增大、屈服应变增加；循环冲击作用下，随着冲击气压从0.15 MPa升至0.30 MPa，试件破裂所需冲击次数逐渐减少，由13次减至3次；随着冲击次数增加，试件屈服应变增大，弹性模量、峰值应力降低，累积损伤近1时发生破坏；爆破次数增加，模型炮孔周边的粉碎区域扩大，主裂纹持续扩展，损伤不断累积。本研究定义的损伤变量实现了对循环冲击荷载作用下累积损伤演化全过程完整统一的描述，建立的爆破荷载作用下岩石损伤表达式有效揭示了单次爆破过程中岩石损伤分布特性，符合工程爆破理论体系，能够为工程爆破作业提供重要参考。

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网状高分子材料对卧式储罐油气爆炸抑制实验研究

蒋新生, 周磊, 王赛, 林科宇, 储汇, 李润

振动与冲击. 2025, 44(10): 41-48.

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为了探究网状高分子材料对卧式储罐油气爆炸抑制影响，设计搭建了（L/D≈3.1，V=1000L）卧式储罐实验系统，分析了抑爆材料填充率对油气爆炸特征参数的影响规律，探究了抑爆材料对油气爆炸的抑制机理。结果表明：装填网状高分子材料后，卧式储罐油气爆炸威力被显著削弱，火焰传播受到明显的阻滞作用，火焰传播速度下降；随着填充率的增加，爆炸超压最大值、平均升压速率、爆炸威力指数逐渐下降，最大超压值到达时间逐渐延长；火焰在抑爆材料内传播过程中，因受到“冷壁效应”、“器壁效应”和材料热分解作用影响，导致油气爆炸发展过程受到抑制。

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冲击载荷对动静压径向轴承时变热流体润滑特性的影响

苗新明1, 郭红1, 寇清硕1, 杨帅1, 2

振动与冲击. 2025, 44(10): 49-57.

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本文综合流体力学、热力学、转子动力学等理论，建立冲击载荷作用下动静压轴承热流体数学模型，运用有限差分法和欧拉法等计算并分析冲击载荷对轴承热流体性能的影响。结果表明：动静压轴承受到冲击后承载力等参数呈现正弦变化趋势，轴心轨迹为闭合曲线；方向相反、幅值相等的冲击载荷使得动静压轴承承载力和轴心轨迹呈现对称变化趋势，冲击幅值每提高120N，水平承载力变化峰值增加33%-47%，竖直承载力变化峰值提升1.9%-2.3%；冲击载荷及轴承结构参数对最小油膜厚度影响显著，冲击幅值每增加120N，最小油膜厚度变化约0.3μm；计入温度场分布动静压轴承特性参数与等温模型相比，最大油膜压力值降低2%，最小油膜厚度降低7%，轴心轨迹变化趋势一致，但初始位置相差较大。

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基于Kriging代理模型的新型箱梁气动外形优化

白桦1, 叶茂2, 杨光1, 高广中1

振动与冲击. 2025, 44(10): 58-65.

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为解决传统的桥梁断面气动措施优化方法优化效率低下且搜索范围有限等缺点，提出了一种由风洞试验驱动，将Kriging代理模型和多点搜索策略相结合的主梁断面气动外形优化方法，对2000m级悬索桥新型箱梁断面在倒L型导流板的水平板宽度L、下中央稳定板高度H和检修车轨道位置J构成的多参数设计空间内的气动外形进行优化。首先使用改进拉丁超立方试验设计方法获取设计空间内的初始样本点，通过风洞试验获得初始样本的颤振临界风速；然后建立设计参数和颤振临界风速的初始Kriging代理模型；接着使用新提出的并行加点准则添加更新点更新代理模型。最终优化获得了颤振性能最佳断面匹配的设计参数，通过风洞试验验证了优化结果的正确性。结果表明：Kriging代理模型结合多点搜索策略对桥梁断面气动外形进行优化，显著提高了优化效率；最优断面的颤振临界风速比原断面提高了51%，比单独设置倒L型导流板时提高了13%；倒L型导流板的水平板宽度L对颤振性能影响程度最为显著。

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磁浮球系统辨识与IMC-PID参数整定方法研究

冯悦昕1, 张鹏辉2, 邹晋彬2, 邓自刚2

振动与冲击. 2025, 44(10): 66-75.

摘要 ( 20 ) PDF全文 ( 12 )

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磁浮球作为典型的电磁悬浮系统，需要准确的理论模型以进行精密控制，因此提出一种基于修正电磁力公式的系统辨识方法及 IMC-PID 控制器，有效提高理论模型的精确度与参数整定的效率。首先，分析了电磁力公式的推导过程，建立了电磁仿真模型，对电磁力–悬浮间隙、偏置电流公式进行了修正。其次，通过采集实际电流对正弦目标信号的响应，确定了在相同电磁力下偏置电流与悬浮间隙之间的关系。使用不同质量的钢球进行上述步骤，即可得到不同电磁力下悬浮间隙与偏置电流对应关系。采用修正后的公式进行拟合，得到磁浮球实物的参数具体值。结合动力学方程，并定义平衡点处的悬浮间隙与偏置电流为位移和控制电流，推导出磁浮球系统的位移、电流刚度及精确传递函数。最后，基于内模控制理论设计 IMC-PID 控制器，通过单个参数计算出 PID 全部参数，并进行了控制仿真与实验验证。实验结果表明，系统辨识得到的理论模型与实物系统的响应高度吻合，验证了系统辨识结果的准确性，IMC-PID 控制器也大大提高了参数整定效率。

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表面缺陷对圆柱体涡激振动和驰振模态影响机制实验研究

张伟国1, 饶志华1, 2, 苏峰1, 姜俊川3, 刘坤翔1, 倪问池3

振动与冲击. 2025, 44(10): 76-83.

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涡激振动（VIV）是细长海洋结构（如隔水管和井口）疲劳损伤的一个重要因素，必须在设计中予以考虑。目前，预测此类结构涡激振动的工程方法通常依赖于圆柱体的VIV数据库，但未能考虑因腐蚀等因素导致的表面缺陷。因此，预测结果可能忽略由表面缺陷引起的振动放大效应，导致低估结构振动幅度和疲劳损伤。针对这一问题，通过模型试验，分析了具有不同缺陷深度和来流角度的缺陷圆柱体的流致振动响应特性。结果表明，缺陷圆柱体的模态特性复杂，表现出多种模式，如驰振、涡振和共振模式。表面缺陷会激发驰振模态，并显著增加圆柱体的振动幅度，最大可达7.5倍。在攻角为0°时，缺陷圆柱体表现出最高的振动幅度和最大的共振范围，然而，在攻角接近90°时，缺陷圆柱体的振幅急剧降低且低于完整圆柱体。表面缺陷也会抑制涡振模态，进而抑制驰振，圆柱在7.5%的缺陷深度下有最大驰振振幅。此外，表面缺陷还会导致共振的流速区间范围增大。

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硫酸盐侵蚀前后叠堆型压电智能骨料的俘能特性实验研究

兰成明1, 雷富杰1, 王建军2

振动与冲击. 2025, 44(10): 84-96.

摘要 ( 20 ) PDF全文 ( 4 )

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压电智能骨料是一种具备优异力电耦合性能的智能器件，已经广泛应用于土木工程领域的结构健康监测。然而，目前主要侧重于器件的驱动和传感特性，而对于器件的俘能特性尚未研究。此外，器件嵌入到混凝土结构或土体中工作时可能会受到硫酸盐的侵蚀，进而影响其工作性能，但关于器件抗侵蚀能力的研究鲜有报道。基于此，以叠堆型压电智能骨料为研究对象，首先测试了器件在简谐荷载和轨枕力作用下的俘能特性，然后开展了121天的硫酸钠溶液侵蚀实验，并对侵蚀后的器件俘能特性以及承载能力进行了测试分析。研究结果表明：叠堆型压电智能骨料具有良好的俘能水平，但受硫酸盐侵蚀影响较大；侵蚀后的器件仍具备良好的电导特征，并且具有良好的承载能力，承载力均保持在75kN以上。

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不同弦长分布方式下轴流泵叶轮性能优化及分析

孙壮壮1, 朱亚东1, 2, 陈加琦3, 汤方平2, 吕宁1, 陈松山3

振动与冲击. 2025, 44(10): 97-105.

摘要 ( 19 ) PDF全文 ( 9 )

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为了研究弦长分布方式对高比转速轴流泵性能的影响，本研究选取了三种常见的叶片弦长分布方式，以某比转速1200左右的高比转速轴流泵为基准对象，保持比转速和盘面比一致，基于自动优化设计平台对不同弦长分布方式下轴流泵叶轮进行优化研究，对比其外特性和空化性能。研究结果表明：与原方案相比，按弦长线性分布、叶栅稠密度线性分布优化得到的叶轮外特性相差较小。采用叶顶弦长减小的分布方式可有效提升设计流量和大流量工况下的叶轮效率，该分布方式下最大弦长在0.7倍叶轮直径附近，但这种分布方式也造成小流量工况下叶轮效率的下降，主要是由于小流量工况下叶顶间隙泄漏流强度的增大。此外，在小流量和设计流量工况下，叶顶弦长减小的分布方式设计得到的泵具有更大的临界空化余量，而大流量工况下则相反。但在深度空化时，叶顶弦长减小的分布方式叶片表面空泡面积更小，一定程度上改善了深度空化下的水泵性能。研究揭示了不同弦长分布方式对轴流泵叶轮性能的影响，结果可为同类旋转机械的优化设计提供参考。

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基于微波全场测振的桥梁轻量化监测技术

田文迪1, 熊玉勇1, 吴朔阳1, 范振华2, 程寿山3, 彭志科1

振动与冲击. 2025, 44(10): 106-115.

摘要 ( 29 ) PDF全文 ( 13 )

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桥梁结构的健康监测对于保障交通安全、延长使用寿命、提升运营维护效率等都具有重要的意义，但现有的桥梁监测方法在测量性能、成本及效率上还有待提升。为此，基于新型非接触式微波全场振动测量方法，开展桥梁轻量化监测的应用技术研究。阐述了微波全场测振系统的硬件架构以及全场多目标识别与位移提取的感知原理。发挥微波全场测振的优势，从设备、感测、数据三个层面建立了桥梁轻量化监测方法，提出了基于微波的桥梁全场域多跨挠度与多索索力测量技术。开展不同工况下滑台模拟振动测量实验，验证微波全场测振相较于传统微波测振技术在抑制耦合干扰上的有效性。开展系杆拱桥的结构动态响应户外测试，测量并分析了桥体多测点挠度变化与吊杆索力分布，验证了所提方法能够高效地实现桥梁全场域挠度与索力的测量，为桥梁轻量化健康监测提供了新的技术手段与思路。开展了微波测振仪与传统加速度计吊杆基频测量对比实验，进一步验证了所提方法的准确性。

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振动对深水钻井表层导管竖向承载力影响规律试验研究

王立琰1, 尹宜勇1, 齐林山1, 刘国栋1, 李君1, 夏修建2, 白翰钦2

振动与冲击. 2025, 44(10): 116-126.

摘要 ( 19 ) PDF全文 ( 7 )

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为加快导管喷射到位后竖向承载力提升速度，缩短表层导管静置时间，提出一种振动固导管工艺，并研究该工艺中振动参数对导管竖向承载力提升的影响规律。首先，通过对振动固导管工艺中的力学过程进行分析，并在此基础上运用量纲分析法推导了振动固导管系统模拟试验的相似关系。其次，设计搭建了振动固导管工艺中导管竖向承载力模拟试验平台和试验方案；运用控制变量法和方差分析法得到了不同振动频率和振动时间对导管竖向承载力影响规律和显著程度。最后，建立了原型导管-黏土有限元模型，基于该模型分析了振动对原型导管竖向承载力提升的影响。室内模拟试验和有限元数值模拟结果均表明：振动处理对导管竖向承载力提升具有促进作用。然而，由模拟试验获得的原型导管所需振动参数和实际应用中的振动参数存在一些偏差，这是由于室内模拟试验在1g重力场下进行，这导致模型土体和原型深水土体参数具有差异。该研究为加速导管竖向承载力的提升提供了新思路，具有一定的工程价值。

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基于面内振动的内嵌式环形超声电机结构设计

李争, 高帅, 高世豪, 孙鹤旭

振动与冲击. 2025, 44(10): 127-139.

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夹心式结构超声电机相比于贴片式超声电机有着振动特性好、结构紧凑、环境适应性强、疲劳寿命高等优点，越来越受到超声电机设计的关注。为了充分利用夹心式结构的振动特性，提出了一种基于面内振动的内嵌式环形超声电机。该超声电机通过环形定子上产生的行波，定子内、外驱动齿可以双面驱动所设计的柔性转子，柔性转子可实现定、转子间的预压力补偿，更加贴合定子，使定、转子间接触方式变为柱面接触；改变输入两相电压信号的相位可实现电机转向，同时该超声电机通过改变固定方式可实现两种不同的输出方式。首先介绍了该超声电机的整体结构，工作原理，结构尺寸设计；之后分析了定子各结构参数对特征频率的影响，实现了定子工作频段内的干扰模态分离，对环形定子整体进行了仿真分析，包括模态分析、谐响应分析以及振动特性分析；最后通过实验验证了所提出超声电机环形定子设计的可行性和工作原理的正确性。

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振动条件下立铣刀切削加工能量流构建方法

姜彬1, 范丽丽2, 褚圣先3, 董鹏3, 赵培轶1

振动与冲击. 2025, 44(10): 140-152.

摘要 ( 15 ) PDF全文 ( 2 )

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立铣刀切削过程中的能量流承担着驱动物质流流动的功能，能量流的变化特性决定着铣刀切削物质流的传递转换关系，进而影响铣削加工表面形成过程。依据振动作用下的铣刀瞬时切削行为，揭示切削加工过程中的能量构成及其传递转换关系；利用节点瞬时状态参量，定量表征铣刀能量流各个节点的能量；利用流量、流动势和阻，揭示能量流结构的流动状态；利用㶲效率，揭示切削过程输出有用能的分布特性；并利用铣刀瞬时切削能量效率与切削比能进行实验验证。铣刀瞬时切削能量效率与切削比能的解算结果与实验结果的灰色相对关联度大于0.81，相对误差小于19.9%，验证结果表明采用上述模型和方法，可揭示出铣削过程中能量流的变化特性。

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基于颗粒阻尼隔振器的船舶动力设备隔振系统性能研究

吉敏1, 林麟2, 胡建龙1, 吴雄杰1, 叶林昌3, 夏兆旺1

振动与冲击. 2025, 44(10): 153-160.

摘要 ( 20 ) PDF全文 ( 8 )

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针对船舶动力设备单层橡胶隔振系统减振性能有限的问题，结合颗粒阻尼技术和橡胶隔振器，提出了颗粒阻尼橡胶隔振系统。提出了基于多体动力学-离散元(MBD-DEM)耦合仿真方法，建立了悬臂梁颗粒阻尼减振系统仿真模型，并进行了试验验证，等效阻尼比仿真与试验的平均误差为7.0%。在此基础上建立了船舶动力设备单层颗粒阻尼隔振系统，研究了颗粒填充率、尺寸及材料等参数对隔振系统隔振性能的影响规律和其耗能特性。研究结果表明：填充率为90%时隔振效果最好；隔振效果随着颗粒尺寸增大而变好；填充颗粒为碳化钨颗粒时，隔振效果最好，共振频率处振动加速度级降低了7.7dB。

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结构振动模态灵敏度分析的改进子空间迭代法

曹鸿飞1, 2, 朋茜1, 2, 杨秋伟1, 2

振动与冲击. 2025, 44(10): 161-169.

摘要 ( 21 ) PDF全文 ( 7 )

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振动模态（特征值和特征向量）的灵敏度分析在结构振动控制、优化设计和损伤识别中被广泛应用。目前主流的模态灵敏度分析方法是模态叠加法、Nelson方法以及它们的改进算法。但这些算法应用于大规模工程结构的模态灵敏度分析时，普遍存在着计算效率不高的缺陷。为了节省计算成本，本文提出一种结构振动模态灵敏度分析的改进子空间迭代方法。首先通过差分运算，把模态灵敏度的计算问题转化为结构发生微小修改后的模态特征对计算问题；然后，提出一种近似柔度计算公式，用于快速估算结构修改后刚度矩阵的逆矩阵，并将其应用于子空间迭代法的过程中，以迅速获得结构微小修改后的模态特征对，据此便可快速计算出相应的模态灵敏度。以两个结构模型为例验证了所提方法，结果表明，所提方法的计算精度与现有的模态灵敏度算法基本相同，但计算时间大幅度减少了，显示出了这种新方法的计算效率显著优于现有方法，更加适合于分析大型结构的振动模态灵敏度。

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含三角形翼板箱型浮式防波堤消浪性能分析

陈昊希1, 赵峰1, 朱宏博1, 包艳1, 韩兆龙1, 夏天2

振动与冲击. 2025, 44(10): 170-179.

摘要 ( 17 ) PDF全文 ( 4 )

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传统箱型浮式防波堤结构形式简单，安装方便，然而对长波消浪效果有限；为了有效提高这类浮式防波堤的消浪性能，本文提出了一种带三角形翼板的新型浮式防波堤结构形式。首先，基于粘性不可压缩流体动力学理论，建立了浮式防波堤流固耦合数值计算模型，并与文献数据对比验证了其适用性和可行性；接着在不同波浪要素工况下，数值分析了该新型防波堤的消浪性能，计算结果显示当翼板角度为22.5°时消浪性能达到最优；在此基础上，进一步分析了该角度下箱体不同吃水深度对消浪效果的影响。对涡量场和速度场的分析结果显示：含三角形翼板浮式防波堤不仅通过翼板反射作用减少透过波浪，也通过形成涡流，有效耗散入射波浪能，从而其消浪性能显著优于传统箱型浮式防波堤。本文所提出的新型防波堤结构形式可为实际工程中消浪应用提供一定的参考。

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考虑流体和扶正器的固井套管柱系统振动响应分析

王立琰1, 尹宜勇1, 齐林山1, 于永金2, 夏修建2, 胡原农2, 刘卫雄1

振动与冲击. 2025, 44(10): 180-190.

摘要 ( 22 ) PDF全文 ( 7 )

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复杂的井下环境导致振动工况下固井套管柱系统振动响应异常复杂。为揭示固井套管柱系统动力学行为规律，该研究首先考虑钻井液、水泥浆和扶正器等因素，建立固井套管柱系统动力学模型并运用分离变量法和模态叠加法对系统的振动特性和振动位移响应进行求解。在此基础上，通过模态试验和振动响应试验验证模型的正确性。最后，研究套管柱参数、流体参数和扶正器刚度等对固井套管柱系统振动特性和振动位移响应的影响机理，分析振动在套管柱上的传播规律。结果表明：流体密度和套管柱材料参数对振动特性影响显著。套管柱尺寸参数、阻尼比和扶正器刚度对系统振动特性和振动位移响应均显著性影响。在满足固井工艺要求的前提下，选取小直径薄壁套管，粘滞系数较小的水泥浆和低刚度的扶正器将有益于提高振动响应幅值。在振动固井作业时，激励频率的选取应该综合考虑振动响应幅值和振动分布。该研究为精确求解固井套管柱系振动响应和振动固井装备参数设计及应用提供了理论依据和技术支撑。

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输油管路变参数波纹管动力吸振器设计及应力优化分析

叶茂

振动与冲击. 2025, 44(10): 191-197.

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波纹管吸振器在油气输运管线的减振降噪方面具有重要应用价值。变参数的非周期波纹管通过结构优化，在保证减振性能同时还可以在一定程度上改善吸振器的疲劳寿命，但目前变参数波纹管的力学特性尚缺少有效的理论计算方法。针对一种变圆环半径的波纹管吸振器结构，建立了其板壳力学模型，通过圆环板和圆环壳的控制方程及连接条件并给出了波纹管刚度及应力的计算方法；继而通过有限元及文献结果比对，证实了板壳力学模型的准确性和可靠性；最后，对变参数非周期波纹管结构，分析了变波纹管圆环半径对波纹管结构应力的影响规律，研究结果表明：圆环壳半径越大，子午面内由薄膜内力和弯矩引起的总正应力则越小，变圆弧半径优化结构对改善吸振器的疲劳寿命越有利。本文相关研究成果可为变参数波纹管吸振器的结构设计及优化提供有效理论支撑。

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不平整激励对飞机-跑道系统动力响应的作用机制

刘诗福1, 2, 赵家福1, 2, 侯天新1, 2, 凌建明1, 2

振动与冲击. 2025, 44(10): 198-207.

摘要 ( 14 ) PDF全文 ( 7 )

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跑道不平整是飞机滑跑最重要的激励因素，对跑道服役寿命、飞机地面运行安全影响显著。为揭示不平整激励对飞机-跑道系统动力响应的作用机制，本文建立了考虑飞机空间振动的三维整机模型以及考虑半刚性基层的跑道结构双层板模型，通过实测和模拟重构了跑道三维及二维不平整，引入新型快速显式积分法对多参数、高自由度的飞机-跑道耦合系统时域求解与分析。结果表明：实测三维不平整激励下，飞机前端的振动响应显著大于重心附近，不平整激励的横向效应引发了左右主起落架动载的差异，除了竖向振动外，俯仰、侧倾运动对飞机动力响应也产生了较大影响；相对于二维不平整，三维不平整激励下飞机动载系数是二维工况的1.20~1.52倍，三维不平整激励下面层底部纵向动应变是二维工况的1.20~1.49倍，实际跑道平整度分析评价应从二维转向三维；以目前规范中跑道平整度指标为对象，当平整度恶化到次等级时，飞机振动响应指数级陡增，建议跑道平整度等级应始终保持在中等及以上水平；道面不平整程度对道面纵向应变和竖向位移均有较大影响，在道面结构分析设计中应考虑不平整带来的动力效应。

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叶端振动信号频谱分析的前后向平滑MUSIC法

平艳1, 王增坤2, 3, 范志飞1, 袁超1, 杨志勃3, 乔百杰3

振动与冲击. 2025, 44(10): 208-214.

摘要 ( 16 ) PDF全文 ( 5 )

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叶端定时是航空发动机叶片叶端振动非接触测量的有效手段，但其采样模式决定了所采信号具有高度欠采样特征，需要进行抗混叠频谱分析从而提取转子叶片固有频率这一关键指标。利用了前向平滑策略的改进多重信号分类法（MUltiple SIgnal Classification，MUSIC）能实现抗混叠但无法充分发挥平滑方法的优势。因此，本文提出适用于叶端定时信号处理的前后向平滑MUSIC法，通过建立传感器的对称布局条件，利用前后向平滑方法代替前向平滑方法，得到更准确的自相关矩阵估计，进而提高叶片固有频率估计性能，并通过仿真和实验验证了在样本数量、算法参数等相同的情况下，前后向平滑MUSIC法的混叠与噪声抑制能力得到了提升。

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某航空机载集成设备架正向隔振设计与方法研究

杨成博2, 彭丽1, 王昆平1, 宋玉杰2, 石建奎2

振动与冲击. 2025, 44(10): 215-223.

摘要 ( 16 ) PDF全文 ( 7 )

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随着现代飞机性能大幅提高，航空机载集成设备架在重量受严格限制条件下需要承受非常恶劣的机械环境，针对某刚性连接设备架耐久振动试验发生疲劳失效问题，结合实际抗振迫切需求开展隔振设计研究，如何合理选择隔振器是最核心关键技术，系统阐述了基于理论计算、仿真分析、试验验证的隔振设计完整流程和过程，区别于之前经验设计，从产品自身对隔振器性能参数需求主动出发，建立了一种正向隔振设计方法，对隔振系统目标频率、隔振器关键参数进行理论分析和计算，确定隔振器选型，在此基础上，进一步进行仿真分析和试验验证。结果表明：根据此隔振设计方法进行隔振器选型隔振效果明显，整体隔振效率达到55%以上，理论计算和仿真分析准确，试验顺利通过，验证了在强振动环境下该隔振正向设计流程的合理性和方法有效性，具有重要的实际意义和广阔应用前景。

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CFRP筋混凝土柱抗震性能拟静力试验研究

亓立刚1, 2, 刘超然1, 周颖1, 杨燕2, 鲁懿虬1, 许国文2, 韩泽斌2

振动与冲击. 2025, 44(10): 224-232.

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碳纤维增强复合（carbon fiber-reinforced polymer, CFRP）筋是一种高强、耐腐蚀的非金属材料，将其引入混凝土结构可提升结构全寿命周期性能。目前CFRP筋鲜有应用到混凝土结构的一个重要原因在于其线弹性使得CFRP筋混凝土结构不再符合传统的延性抗震认知。为了揭示CFRP筋混凝土柱的抗震机理，本文以纵筋配筋率、箍筋间距和轴压比为参数，设计、制作了4个全CFRP筋混凝土柱、1个钢筋混凝土柱和1个CFRP/钢筋混合配筋柱试件，并开展拟静力试验，对比各影响因素对构件裂缝形态、承载能力、残余变形、耗能能力的作用，考察CFRP筋的实际发挥作用。试验结果表明，钢筋混凝土试件发生钢筋屈曲、核心混凝土压溃破坏，而全CFRP筋混凝土试件均由于CFRP纵筋陆续脆性断裂而迅速失去承载能力，受压CFRP筋在箍筋处受到箍筋横向抵抗的剪力易被剪断。CFRP筋混凝土柱试件均展现出较高的极限承载力，极限位移角在5%及以上，残余位移极小，耗能性能较弱，具有鲜明的优缺点：“强承载力、低损伤”但“低延性、脆性破坏”。本试验可为CFRP筋混凝土结构的抗震设计和应用提供基础数据。

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一种新型多维电涡流调谐质量阻尼器及结构减震控制研究

宋剑桥1, 李宏男2, 张皓1, 付兴2

振动与冲击. 2025, 44(10): 233-240.

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地震动和结构都具有多维的特性，在地震作用下结构不仅会产生平动也会发生扭转，传统的调谐质量阻尼器一般只能控制结构的平动，无法有效控制结构的扭转反应。因此，本文提出了一种新型多维电涡流调谐质量阻尼器（Multidimensional eddy current tuned mass dampers，简称MEC-TMD），可同时控制结构的平动和扭转反应。在分析了阻尼器内在结构形式和推导了阻尼力计算公式的基础上，以一个典型的偏心结构为研究对象，考虑不同场地的地震动的影响，利用有限元数值模拟方法对比分析了MEC-TMD与传统TMD的减震控制效率，初步验证了本文所提出的MEC-TMD的有效性。结果表明：所提出的MEC-TMD对结构地震作用下的平动和扭转反应均有良好的控制效果，该阻尼器的研发对于有效控制结构的扭转反应具有积极的意义和应用价值。

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基于改进的Hilbert-Huang高速铁路轨道短波不平顺识别研究

周素霞1, 2, 纪泽1, 2, 曲直3, 靳雨松1, 2

振动与冲击. 2025, 44(10): 241-249.

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为准确可靠识别高速铁路轨道上的短波不平顺特征，针对Hilbert-Huang变换方法中的模态混叠和端点效应问题，提出了改进的Hilbert-Huang算法。运用修正Akima方法，优化分段三次Hermite插值法，对构建的调幅调频信号区间重新赋予权重，有效避免了包络曲线的过冲和欠冲问题并保持光滑性；基于边界局部特征尺度延拓法，对构建的复合信号进行处理，抑制了端点效应中的发散现象。采用改进的Hilbert-Huang算法与EEMD算法进行对比分析，结果表明，改进的Hilbert-Huang算法具有更好的信号分离效果。基于改进的Hilbert-Huang算法对高速铁路轨道短波不平顺实测信号进行分解，应用边际谱和Hilbert谱对IMF分量进行分析，得到的波长与位置信息与实际测量结果吻合度较高。

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横风环境下装配风阻制动装置高速列车制动安全速度阈值研究

谢红太1, 2, 王红1, 汤劲松3, 王云飞4

振动与冲击. 2025, 44(10): 250-260.

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为保障下一代装配风阻制动装置高速列车在恶劣风环境中的风阻制动安全，根据现有风阻制动整机设计、工作姿态及系统布局等方面研究成果，以某型动车组为参考，装配8套“蝶形”风阻制动装置，分别建立横风作用下列车空气动力学模型和车辆轨道系统动力学模型，仿真计算在风载荷作用下装配风阻制动装置高速列车动力学行为，通过列车行车安全指标评估确定风阻制动安全速度阈值。研究结果表明：横风作用下，装配风阻制动装置的高速列车运行稳定性和安全性主要受控于头车，在速度200~400 km/h运行时，气动力系数与0~30 m/s横风呈二次非线性关系，随着横风强度的增大，阻力系数增长率逐渐减小，横向力系数和升力系数增长率逐渐增大；轮重减载率是速度200~400 km/h风阻制动安全评估的控制性指标，在风速为10~30 m/s范围内，轮重减载率与运行速度之间近似线性相关；参照国家技术标准和相关试验数据，仿真计算得出的风阻制动安全速度区域，有效落在列车行车安全区域内，在20 m/s横风环境运行时，风阻制动安全速度不超过186.1 km/h；15 m/s横风环境运行时，风阻制动安全速度不超过324.6 km/h；10 m/s横风环境运行时，风阻制动安全速度不超过370.1 km/h。本文研究得出的横风环境中风阻制动安全速度阈值，可为风阻制动装置的优化设计以及运行安全控制提供技术参考。

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基于阶次搜索MUSIC的动叶片异步振动参数辨识算法研究

范振芳1, 黄晋英1, 刘思远2, 卫焦霖1

振动与冲击. 2025, 44(10): 261-268.

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叶端定时（blade tip timing, BTT）技术是当前研究重大装备动叶片状态监测与故障诊断的趋势，但BTT技术固有的非均匀、欠采样特性诱使动叶片振动参数辨识困难。本文围绕动叶片异步振动参数辨识问题，首先，通过快速傅里叶变换（fast Fourier transform, FFT）算法提取动叶片异步振动幅值和异步振动频率的非整数阶次；随后，改进现有多信号分类（multiple signal classification, MUSIC）算法，提出基于阶次搜索MUSIC（engine order search-based multiple signal classification, EOS-MUSIC）的动叶片异步振动频率整数阶次搜索策略；最后，融合EOS-MUSIC算法与FFT算法分析结果辨识动叶片异步振动参数。基于MATLAB软件仿真动叶片异步振动信号，与现有MUSIC算法比较，验证了EOS-MUSIC算法的可信性和准确性。在离心压气机试验台开展叶轮叶片振动试验，与应变片法相比，EOS-MUSIC算法频率辨识绝对误差为3.36Hz，相对误差仅为0.53%。本文在FFT算法预处理的基础上，通过阶次搜索辨识动叶片异步振动参数，克服了现有MUSIC算法搜索周期长和辨识精度低的难题，为动叶片异步振动参数辨识提供了理论支撑。

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基于自注意力和域自适应的风电机组异常状态检测

王晓霞1, 2, 郑肖剑1, 柳璞1, 王荣康1, 王涛3

振动与冲击. 2025, 44(10): 269-277.

摘要 ( 25 ) PDF全文 ( 9 )

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针对新建风电机组历史数据不足及不同机组间数据分布差异大的问题，提出一种结合自注意力机制与域自适应网络的风电机组异常状态检测方法。首先，采用编码器-解码器结构对源域和目标域风电机组运行数据进行特征重构，以捕捉潜在的风电模式和领域信息。然后，设计自注意力模块，通过与域判别器的对抗学习提取跨域共享特征，根据跨域信息的匹配度自动加权不同机组的领域信息，实现动态特征重构，从而提升模型对不同机组数据分布变化的适应性。最后，计算重构误差作为异常分数用于异常检测。实际风电机组运行数据的结果表明，该方法在历史数据有限的条件下能够高效地识别风机异常状态，相较于其他深度学习和深度迁移学习方法，显著提升了检测精度。

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基于语义融合零样本学习的轴承复合故障诊断模型

李耀华, 赵佳, 张鑫杰

振动与冲击. 2025, 44(10): 278-286.

摘要 ( 21 ) PDF全文 ( 5 )

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针对滚动轴承在复杂环境下故障类型耦合及数据获取难题，提出了一种基于语义融合零样本学习的轴承复合故障诊断模型。在训练阶段，采用语义自编码器（semantic auto encoder,SAE）来建立视觉空间与语义空间之间的联系，从而缓解域偏移问题，测试阶段通过相似度计算来识别未知故障。不同于传统方法，提出了一种语义融合的编码策略，将轴承故障的振动幅值和频率特征转化为具体的语义表示。这种方法保留了丰富的物理信息，并通过融合这些信息增强了故障类型间的语义差异，从而显著提高了复合故障分类的准确性。此外，模型结合卷积神经网络（Convolutional Neural Network,CNN）和自适应边缘中心损失（Adaptive Margin Center Loss,AMCL），进一步优化了故障特征提取，更精准地捕捉轴承的复合故障特征。实验结果表明，该模型在复合故障识别上取得了87.96%的准确率，优于对比模型。

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基于CFasterVit-TFAM与COS-UMAP模型的滚动轴承故障诊断

戚晓利, 崔德海, 王志文, 赵方祥, 王兆俊, 毛俊懿, 杨文好

振动与冲击. 2025, 44(10): 287-300.

摘要 ( 23 ) PDF全文 ( 10 )

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针对FasterVit网络存在的注意力机制失衡、池化策略缺陷导致部分重要特征无法保留和损失函数不能全面考虑所有类别的信息导致学习到的特征比较分散等问题，提出了一种基于CFasterVit-TFAM与COS-UMAP模型的滚动轴承故障诊断方法。该模型由FasterVit-TFAM网络、COS-UMAP降维算法和激活函数CMSD-Softmax组成。首先，提出了一种新的注意力机制TFAM，并与FasterVit网络结合，提升了FasterVit网络信息关注的均衡性和表征能力；其次，将基于余弦均匀流形逼近与投影（COS-UMAP）降维算法取代FasterVit网络全连接层前最后一次池化操作，有效筛选并保留多维数据中的重要特征；最后，将类距均值标准差损失函数替换Softmax激活函数中的交叉熵损失函数，更全面的学习特征并提高模型的泛化性。XJTU滚动轴承故障实验结果表明，TFAM注意力机制和其他注意力机制相比诊断准确率最大提升8%，COS-UMAP对比其他降维算法诊断准确率最大提升15.8%，CMSD对比交叉熵损失函数诊断准确率提升0.5%，所提模型对故障样本的识别准确率达到了99.6%，相比FasterVit提升了1.4%，相较于其他网络模型最大提升7.8%；东南大学滚动轴承数据集仿真验证实验结果表明，所提模型对故障样本识别率达98.6%，相比FasterVit提升了2.2%，平均每轮训练时间缩短了16.92s，对比其他网络模型最大提升12.2%，有效提高了滚动轴承故障诊断模型的准确率和泛化性能。

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基于DCGAN和U2-Net模型的齿轮点蚀辨识

刘妤, 谭钦宜, 古前程

振动与冲击. 2025, 44(10): 301-310.

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结合改建的齿轮试验台能够在线获取齿轮工作齿面图像的优势，探讨了基于机器视觉技术实现齿轮点蚀辨识的方法，并开展了试验研究。针对齿轮点蚀样本稀缺，采用深度卷积生成对抗网络（DCGAN），实现了样本的多样化、高质量扩增；结合前期研究基础，提取了齿轮的有效工作齿面，实现了齿面倾斜校正和畸变修正；引入ECA注意力机制，改进了U2-Net模型，实现了齿轮点蚀图像感兴趣区域的精确分割；在此基础上，通过统计齿轮历史点蚀率，构建了基于图像信号的齿轮点蚀辨识模型，实现了齿轮点蚀辨识。结果表明：采用机器视觉技术实现齿轮点蚀辨识的方法是可行的，基于DCGAN和U2-Net模型的齿轮点蚀识别准确率达93.56%。研究成果可为齿轮点蚀辨识提供一种更为直接、可靠的方法，对于机械装备的状态监测有一定的参考价值。

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考虑多部件间随机相关性的多阶段退化系统剩余寿命预测方法

朱彦军, 李可, 吴斌, 石慧

振动与冲击. 2025, 44(10): 311-322.

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多部件系统中部件之间退化可能存在不同程度的相互影响，使得多部件系统常常具有多阶段的退化特征。针对上述问题，本文考虑多部件系统各部件之间相互作用对退化模式的影响，提出一种基于维纳过程的连续退化双向随机相关影响的多阶段系统退化建模与剩余寿命预测方法。首先利用突变点检测建立考虑双向随机相关影响的多阶段维纳过程退化模型，用来描述部件间随机相互影响对多部件系统退化过程产生的影响。其次为了反应各部件退化异质性，并考虑部件的退化速率是由自身固有的退化速率和与其相关的部件产生的退化率相互作用两部分组成，将系统各阶段的漂移系数和扩散系数定义为随机参数，运用期望最大化算法估计未知参数。最后采用贝叶斯算法更新后验参数分布，预测突变点位置，根据首达时间推导考虑各部件之间退化随机相关性的多阶段退化系统剩余寿命的表达式，并通过数值模拟和C-MAPSS数据集验证了该方法的有效性。

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基于Stewart隔振平台的振动主动控制方法研究进展

杨仙娥, 刘学广

振动与冲击. 2025, 44(10): 323-338.

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飞机、船舶中精密光学仪器对振动环境要求日趋严格，基于Stewart平台的主动控制方法受到广泛关注。该研究首先调研了国内外Stewart主动隔振平台应用研究的发展历程，总结了有效载荷(Kg)、主动带宽(Hz)、最大振幅衰减(dB)等主要性能指标；其次，从Stewart主动隔振平台的关键技术，包括Stewart平台构型、各向同性优化与动态稳定性、耦合因素及解耦方法、动力学建模方法、智能材料驱动器的非线性及迟滞现象、主动控制算法进行了详细的概述，讨论了关键技术对主要性能指标的改进效果，指出了尚待解决的问题；并概述在复杂、时变振动环境中，多通道耦合自适应算法对Stewart隔振平台振动控制的优势。最后对Stewart主动隔振平台在精密光学仪器中的进一步发展进行了展望。

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2025年, 第44卷, 第10期　
刊出日期：2025-05-28

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