振动与冲击杂志2018年第16期-振动与冲击杂志社

振动与冲击杂志2018年第16期

柔性平面3-RRR并联机器人耦合动力学及模态特性研究

盛连超李威王禹桥范孟豹杨雪锋
为了有效抑制柔性平面3-RRR并联机器人柔性杆件的弹性变形，针对现有动力学模型复杂，不易求解，控制器设计困难等问题，首先，考虑刚柔耦合效应及两端集中转动惯量对柔性中间连杆的作用，确定柔性中间连杆的边界条件为两端铰支并计算其振型函数。然后，考虑柔性中间连杆的主要振动模态及系统惯性力和耦合力的影响，在保证精度的基础上建立系统简单实用的动力学模型。最后，将所建动力学模型分析结果与有限元分析软件（ANSYS）及模态试验结果对比，结果表明，文中所建立动力学模型能够有效反映柔性平面3-RRR并联机器人的主要振动模态，并能充分反映惯性力和耦合力对柔性中间连杆动力学模型及模态特性的影响，同时此模型由于动态参数较少，方便依托动力学模型为基础的控制方案实施。
碰撞阻尼器的颤振行为研究

杜妍辰，?王彬
碰撞阻尼器是一种利用碰撞实现有效减振的振动控制装置，属于非线性振动领域，在机械控制等方面有着非常广泛的应用。颤振是指振动过程中出现的连续碰撞的现象，目前对于碰撞阻尼器中颤振现象的研究未见报道。对以碰撞阻尼器为原型得到的两自由度碰撞减振系统的颤振行为进行了研究，通过理论推导的方法得到了系统颤振完成点及颤振完成时间。并运用四阶Runge-Kutta法对系统的微分方程进行了数值模拟，计算得到的不同参数条件下系统分岔图和时域图验证了理论推导的正确性。此外发现黏滞的存在是判断完全颤振与非完全颤振的重要特征。该研究可以有效解决碰撞阻尼中的颤振问题,为揭示碰撞阻尼器的减振机理提供参考。
基于流动坐标系的3维空间动力非线性有限元方法

王涛，?刘德贵，?胡安杰
为了考虑3维空间中柔性结构大幅振动的几何非线性振动效应，建立了基于流动坐标系（CR列式）的Newmark-?β?非线性有限元动力时程计算方法。在动力时程计算的每一个时间步中，考虑结构的几何非线性，考虑初始应力和重力的时变效应，通过平衡迭代计算，得到有限元模型各个节点的位移、速度、加速度。开发了使用杆、梁单元的有限元计算程序，并提供了详细的计算方法与计算流程。设计了多个算例，计算得到了柔性结构在3维空间的非线性振动现象，依据非线性振动理论解释了现象的原理。通过算例与ANSYS的进行了对比，结果表明：算法与程序编制正确可靠，计算效率高，适用于柔性结构在3维空间中大幅度非线性振动的计算与研究。
离心泵回流漩涡空化的非定常特性研究

袁建平，侯敬生，付燕霞，胡纪伟，张皓阳，沈陈栋
为研究离心泵回流漩涡空化的非定常特性，采用ANSYS CFX 14.5，基于标准k-?湍流模型和Rayleigh-Plesset方程的均相流空化模型，在小流量工况点0.4Qd下，针对IS65-50-160离心泵进行非定常数值模拟，获得了回流漩涡空化的发展过程及叶轮叶片前缘处的压力脉动特性，并与其试验结果进行了对比。同时，针对叶轮和叶片前缘处的压力脉动监测点进行了相位交叉性分析。结果表明：在0.4Qd工况下，当空化系数σ=0.056时，回流漩涡的发展会随着叶片旋转而发生变化，且整个过程中存在3个旋转分量；叶轮进口面未出现旋转分量，而叶片前缘附近出现了3个旋转分量，其传播频率比分别为0.35、0.66与1.95。
不同饱水度红砂岩静态本构关系及动态力学性能研究

郑广辉，许金余,，王鹏，方新宇，王佩玺，闻名
基于电液伺服压力试验机和φ100 mm SHPB试验平台，分别对四种饱水度红砂岩试样进行静态压缩试验和六种应变率的动态冲击试验；借鉴宏观唯象损伤力学概念及Lemairte损伤模型，依据不同饱水度红砂岩静态压缩试验结果，拟合得到分段式水软化-应变损伤本构关系，最后利用所得本构关系，对静态压缩试验结果进行合理分析；SHPB冲击试验结果表明：（1）各饱水度红砂岩均呈现出明显的应变率效应，峰值应力、峰值应变及峰值模量均随着应变率的增大而增大；（2）在水-岩-力的响应体系中，既存在水对岩石的软化作用，同时又存在应变率、孔隙水以及岩石结构之间的动力耦合强化作用，这两种作用始终存在，但随着应变率的变化，两种作用的效能发挥有所浮动，进而影响红砂岩所呈现出的性能。
装设有设备的大偏心高层工业厂房的振动台试验研究

王昌盛徐家云涂建维陈凯文王礼杭
针对装设有设备大偏心高层工业厂房振动控制研究存在不足的问题，以醋酸厂钢结构厂房为研究对象，在理论分析和数值计算的基础上进行振动台试验。选取1:8的缩尺比设计制作了振动台试验缩尺模型。通过振动台试验测试了结构体系的动力特性，分别对无控制结构、设备上装设粘滞阻尼器的结构、同时在设备上装设粘滞阻尼器和在钢框架结构上装设磁流变弹性体阻尼器的结构这三种工况进行了无控制、被动控制和混合控制振动台试验。试验结果表明：在设备四周装设的粘滞阻尼器对设备减震效果显著，但对钢框架结构的减震效果很小；同时装设了粘滞阻尼器和磁流变弹性体阻尼器的混合结构控制策略对钢框架结构和设备的振动都有显著控制作用。
泡沫铝填充结构救生舱热-压力耦合冲击性能研究

沈佳兴，徐平，于英华
为提高救生舱的隔热和安全性，设计一种泡沫铝填充结构救生舱。采用Workbench仿真分析的方法研究原型救生舱和泡沫铝填充结构救生舱的隔热和抗热-压力耦合冲击性能。通过对比分析可知在相同的热-压力耦合冲击作用下，泡沫铝填充结构救生舱的温度和应力及变形分别减小51.88%，30.19%和20.72%。证明：泡沫铝填充结构救生舱具有更好的隔热和安全性，为新型结构的救生舱设计与制造提供新思路和新途径。
改进的EEMD方法及其在滚动轴承故障诊断中的应用

程军圣王健桂林
针对集合经验模态分解( Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD)方法只考虑了噪声的幅值对分解结果的影响，而且添加的白噪声不能完全中和的问题，通过分析噪声的最大频率对分解结果的影响，提出一种改进的EEMD方法。将总体平均次数固定为2，然后对信号添加最大频率和幅值不同的噪声进行分解，遍历之后由分解结果的正交性系数判断分解效果，将正交性系数最小的作为最终分解结果，同时结合补充的EEMD(Complementary EEMD，CEEMD)方法降低残余噪声对分解结果的影响。通过仿真信号和实测信号分析，结果表明改进方法在抑制模态混淆和故障诊断方面较原始方法有一定优势。
基于序列匹配的螺旋桨轴频自动提取方法

杨日杰，郑晓庆，韩建辉，李大卫
针对船舶、潜艇等水声目标螺旋桨轴频自动提取困难的问题，文中提出一种基于平均能量累积和脉冲序列匹配的水声目标螺旋桨轴频特征提取算法，算法首先将噪声不同频段的调制信息利用多频段融合改进方法对DEMON谱进行线增强，然后利用平均能量累积方法对与螺旋桨轴频及其谐波相关的线谱进行提取，由于提取的线谱所对应轴频或谐波次数不明确，最后算法通过序列匹配方法计算线谱对应的谐波次数，从而实现螺旋桨轴频的自动提取，通过实验验证，算法取得了较好效果。
饱和多孔介质的二维Green函数及地震反应的BEM计算

魏纲，，宋宥整，丁伯阳
按照De Hoop的方法，通过三维解答的积分得到集中力作用下饱和多孔介质U-P形式的二维Green函数，利用耦合纵波的解耦及分波类型的奇异点处理，完成了集中力作用下半空间多孔介质动力响应的BEM计算，通过Duhamel公式积分分别给出了在输入EI Centro和2008年汶川地震加速度记录后的饱和土隧道的地震响应计算。研究结果表明：隧道的地震放大作用明显；EI Centro或汶川2008地震记录作用下，隧道底部的响应均要大于中间和顶部的响应。
基于瞬时频率估计与Vold-Kalman滤波的铣削颤振识别

汪晓姗，彭志，陈是扦
颤振严重制约了高速铣削加工效率。动态铣削力信号具有非线性、非平稳的特点，常规的信号分解方法难以处理该类信号。本文提出了一种基于瞬时频率估计和Vold-Kalman滤波的多分量信号分解方法，并运用该信号分解方法识别颤振。首先，基于频谱集中性指标估计信号的瞬时频率参数；然后，用Vold-Kalman滤波器提取对应参数的各信号分量；由于颤振时铣削力信号的能量分布在频域发生变化，由此引入能量熵的定义。最后采用分解得到的子信号能量熵变化来识别颤振。实验分析表明该方法有效可行。
基于独立特征选择与流形学习的故障诊断

杜伟，房立清，齐子元
为了有效利用特征集所包含的敏感特征进行故障诊断，提出基于独立特征选择（Individual feature selection，IFS）与流形学习的故障诊断方法。首先，从多个角度提取振动信号的混合特征，构建原始高维特征集。然后，采用一种改进的核Fisher特征选择方法为每两类故障状态独立选择敏感特征集，并通过线性局部切空间排列（Linear local tangent space alignment，LLTSA）算法挖掘出可区分度更高的特征子集。最后，采用“一对一”的方法训练多个二类分类支持向量机（SVM），将得到的低维特征输入多分类故障诊断模型进行识别。液压泵故障诊断实验表明，所提方法具备较高的诊断准确率。
应用自适应带宽信号的BS-EMD混叠消除

蒋永华，焦卫东，李荣强，唐超，郑佳佳，蔡建程
经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,简称 EMD）存在的模态混叠现象严重影响了其应用效果，成为制约其在工程中推广应用的一个重要难题。在总结引起模态混叠的主要原因及分析模态混叠产生机理的基础上，借鉴高频谐波加入法（High Frequency Harmonic Added EMD, 简称HFHA-EMD）原理并对高频谐波信号的构造进行改进，提出了一种应用自适应带宽信号的B样条EMD（B-Spline EMD,简称 BS-EMD）模态混叠消除方法。该方法利用EMD的二进带通滤波特性和总是先分离高频分量的特点，根据被分析信号的BS-EMD得到的第一个IMF分量确定带宽限制频率和带宽限制幅值，从而构造出自适应带宽限制信号。通过在原始信号中添加自适应带宽限制信号来改变EMD带通滤波器的中心频率，再进行BS-EMD分解消除模态混叠。与EMD、BS-EMD进行对比分析，验证了本文方法的优越性。与HFHA-EMD的对比仿真分析表明，两种方法都可以有效消除模态混叠现象，但是本文方法在构造自适应带宽限制信号上更加明确可行，也更具自适应性。对含复杂异常事件的实际转子故障信号分析也验证了本文方法在工程应用中的有效性和可行性。
摊铺机熨平板冲击与振动耦合压实特性研究

贾洁，刘洪海，辛强，万一品
为了提高沥青摊铺机对铺层混合料的初始密实度，针对摊铺机熨平板上的振捣和振动压实装置与材料组成的动力学压实系统，考虑振捣器压实物料时对熨平板产生的反作用力，将振捣器的冲击作用简化为周期性矩形波，采用傅里叶级数对振捣激励进行表达，建立了振捣激励和振动激励共同作用下的压实系统动力学模型，分析不同的振捣频率与振动频率对熨平板动态力学性能的影响，并对振捣与振动的耦合压实作用进行计算分析。探讨铺层材料的摊铺密实度与频率变化特性曲线，并进行仿真计算和试验研究，结果表明：熨平板的最大响应峰值出现在共振频率处，在高于共振频率区段，响应幅值相比于最大峰值降低了23%，此时铺层压实效果好，熨平板工作平稳；振捣器对铺层的密实作用大于振动器，在振捣和振动的耦合压实作用下，作用于熨平板的激励存在3个主频成分，以激起被压材料中不同固有频率的复杂成分，为铺层压实过程产生多方位共振提供基础；在研究高密实振动熨平板对铺层混合料的振动密实特性时，除了要分析振动频率接近于铺层的固有频率的主共振以外，还应注意振捣器的冲击作用并考虑振动与振捣的耦合对铺层混合料的压实效果。研究结论可为摊铺机熨平装置振动参数的选择提供依据。
机床电主轴多结构耦合损耗因子的试验研究

李海虹，王菲
机床电主轴的精细化动力学建模是确保其高速高精且平稳运行的理论基础。电主轴结构复杂，而采用统计能量分析原理可以实现对复杂系统动力学模型的求解。针对统计能量分析研究模型中的关键参数，本文以耦合损耗因子为研究对象，建立了多结构的内损耗因子、总损耗因子、能量比及耦合损耗因子的试验理论模型；依据瞬态衰减法测试并通过数据处理获得了耦合子系统内损耗因子和总损耗因子，利用均值导纳法获取耦合子系统能量比，根据瞬态能量平衡方程计算了耦合损耗因子；通过与理论分析对比，验证了本次提出的瞬态激励试验实现耦合损耗因子的测量分析方法是正确的。该方法可实现快速高效的获取复杂动力学系统的耦合损耗因子。
基于稀疏贝叶斯学习的高分辨率Patch近场声全息

扈宇，胡定玉，方宇，肖悦
针对基于空间二维Fourier变换的近场声全息技术的重建效果受到测量孔径与测点数影响的问题, 提出一种基于稀疏贝叶斯学习的高分辨率Patch近场声全息方法。首先利用高斯核函数和稀疏贝叶斯学习算法对全息面声压进行插值和外推，然后利用插值和外推后的全息面声压进行近场声全息重建。仿真和实验结果表明，所提方法可有效抑制小全息孔径测量对重建精度的影响，同时可以在测点较少的情况下极大提升全息重建的空间分辨率。另外，仿真结果还证明了插值过程具有较好的稳定性，可以在一定程度上提高测量数据的信噪比。
挠性支承可倾瓦轴承动力特性研究

杨期江李伟光赵学智郭明军
本文考虑油膜惯性与温粘效应，根据瓦块受力平衡方程，运动微分方程等，建立了挠性支承可倾瓦轴承动力学模型；提出一种挠性支承可倾瓦轴承的静平衡位置迭代计算方法，即基于PDE工具箱快速求解轴承非定常工况Reynolds 方程及二维能量方程，采用Newton-Raphson 迭代法可直接计算得到轴颈、瓦块静平衡位置。仿真结果与试验数据进行对比分析，验证了本文的动力学模型及仿真计算方法。
基于改进EEMD的红砂岩声发射信号的频谱特性研究

戴聪聪，程铁栋，宗路，罗小燕
针对EEMD算法在以往选取有效固有模态函数（IMF）时存在误判现象，提出了一种将EEMD与云相似度理论相结合的去噪方法。首先，通过构造连续声发射信号的仿真实验，并与互相关系数法选取固有模态函数作了比较，以信噪比和均方误差作为指标，验证了该方法能更好地提高信噪比；其次，利用改进EEMD算法对红砂岩声发射信号进行频率特征提取，结果表明：声发射信号分解的固有模态函数前三个IMF分量的云相似值较大,与其它分量的差值范围为0.346~0.906，经过多组实验统计分析选取阈值为0.655；最后，通过功率谱分析,将0~25KHZ对应于IMF4、IMF5、IMF6、IMF7、IMF8低频分量，25~150KHZ对应于IMF1、IMF2、IMF3高频分量，且红砂岩破裂过程的声发射信号的有效频段为25~150KHZ。
轨道车辆车体半主动式磁流变吸振器的减振特性研究

周伟浩，文永蓬，尚慧琳, 宗志祥，郭林生
以降低城市轨道交通车辆车体的垂向振动、提高乘客舒适度为目的，根据磁流变弹性体材料刚度可调、固有频率可变的特点，建立了包含磁流变弹性体的半主动吸振器的车轨垂向振动模型，提出了适用于城轨车辆的利用磁流变弹性体的动力吸振器设计方法。针对城市轨道车辆的客流量及车速变化频繁的特点，利用多元回归分析法拟合了半主动式磁流变吸振器的最佳设计频率表达式，研究刚度优化后的半主动式磁流变吸振器对车体垂向减振特性，并进一步指出了磁流变吸振器的优点。结果表明：在磁流变吸振器的有效工作频段内，半主动式磁流变吸振器在车体的各振动频率点的吸振能力都优于被动式吸振器，其宽频减振优势明显；经过最佳设计频率表达式修正的磁流变吸振器可与车体始终处于谐振状态，使车辆的运行品质时刻保持在优级。本文的工作为利用磁流变弹性体的轨道车辆车体半主动式吸振器的应用提供了参考依据。
基于更新提升形态小波变换的车辆目标震动信号特征提取

杜锴，方向，张胜，王怀玺，黄俊逸
针对传统线性小波变换在处理地面目标震动信号上的局限性，提出了一种更新提升形态小波来提取车辆目标震动信号的特征信息。利用仿真信号和实测的两类车辆目标震动信号进行对比分析，分析结果表明与传统线性小波和极大形态提升小波相比，更新提升形态小波不仅能在强噪声环境下有效提取目标信号的特征信息，同时不受低频信号干扰，为基于震动信号的地面目标精确识别提供了一条新的途径。
基于时域谱单元的三维压电耦合结构波传播分析

鱼则行，徐超
针对压电元件在结构健康监测领域的广泛应用，推导了一种三维压电耦合时域谱单元。考虑压电元件用作驱动器与传感器时两种不同的工况，分别用本文的谱单元方法和传统有限元法计算了弹性导波在压电耦合结构中的传播行为，以验证所本文方法的精度和效率；进一步开展了结构弹性波传播实验，实验验证了本文方法的有效性。结果表明：相较于传统有限元法，在波传播问题中，谱单元方法能够大大降低计算规模，提高运算速度；在模拟弹性导波的A0模式时，谱单元方法能够快速收敛到精确解；与实验结果的比较进一步验证了本文方法在三维压电耦合结构波传播问题模拟中的有效性。
有限幅波理论下小水线面双体船非线性波激振动研究

唐宇航，陈志坚
海浪是海洋环境中最为复杂的自然现象，其时空概率分布具有较大的随机性。随着船舶制造吨位、尺度的加大，以及船型的复杂化，船体总振动频率不断降低，以致与波浪激励力频率逐步靠近，进而带来了较为严重的波激振动问题。目前，主要从线性和非线性的角度对波激振动进行研究，已有的线性理论往往难以解释低频激励诱发的船舶高频波激振动现象。从引起波激振动激励的源头出发，指出有限幅波理论中含有高阶分量，在独立于船型情况下能有效地解释船舶在波浪中产生高阶振动的激励力来源；推导了受航速、航向、波高、波频等因素影响下的波浪激励力表达式，同时指出了评估波浪参数的决定方法。利用虚拟质量法完成了双体船流固耦合波激振动响应计算，对比了该船在不同波频参与激励下，船体振动响应的差异。结果表明：有限幅波中高阶成分可对船舶产生高频激励，微幅波理论在研究船舶高频振动方面具有一定的局限性。
时间尺度上二阶Emden-Fowler型延迟动态方程的振动性

杨甲山,
研究了时间尺度上一类二阶非线性中立型阻尼Emden-Fowler型延迟泛函动态方程的振动性,利用时间尺度上的微积分理论和广义的Riccati变换、Yang不等式、Hölder不等式以及一些分析技巧,在两种情形下建立了该方程的几个新的振动准则,所得结果充分反映了阻尼项和中立项在系统振动中的影响作用,所举例子说明,这些准则不仅推广并改进了一些已有的结果,而且具有较好的实用性和可操作性.
基于弹塑性谱位移的钢筋混凝土框架概率地震需求分析

徐超，?耿飞，?温增平
地震动参数的选择是影响概率地震需求分析中输入地震动的选择和调整以及分析结果可靠性的重要因素。开展概率地震需求分析时，常采用的地震动参数主要有峰值加速度和对应于结构基本周期的加速度反应谱值。但是，一方面，结构响应与地震动峰值加速度的相关性较差。另一方面，对应于结构基本周期的加速度反应谱值不能体现结构基本周期之外的地震动频率成分对结构地震反应的影响。以弹塑性谱位移作为地震动参数开展RC框架结构的概率地震需求分析研究。基于模态 Pushover分析提出了弹塑性谱位移的计算方法；借助云图法和改进的增量动力法开展典型框架结构的概率地震需求分析，基于回归拟合及残差分析研究了弹塑性谱位移的充分有效性，并与弹性谱位移进行了比较。研究表明：弹塑性谱位移能够反映大于结构基本周期的地震动频率成分对结构弹塑性地震反应的影响，改善了弹性谱位移仅反映单一地震动频率成分对结构反应影响的不足，可以较合理地揭示由于结构软化导致自振周期延长后地震动的破坏作用。
活塞内流道磁流变减振器热耦合阻尼特性分析

朱石沙，黄鹏程，唐利波，章岱
模拟研究了采用横向工作间隙的活塞内流道磁流变减振器（MRD）在热平衡状态下的阻尼特性。基于AMESim分析了汽车以不同速度在不同路面行驶时缸筒内流体达到热平衡的温度；模拟活塞振动并耦合热平衡温度从流体的角度计算了MRD的示功曲线；通过恒温加热模拟减振器的热平衡温度在振动试验台上对MRD的阻尼特性进行了测试。结果显示，汽车的行驶速度对减振器的阻尼性能有影响，当车速为40km/h、70km/h、110km/h时，MRD的阻尼性能分别下降了9.4%、16.67%、20.69%。测试结果与仿真结果基本吻合。
改进型大行程板式铅剪切阻尼器力学模型及减震控制研究

王宝顺，闫维明，何浩祥
传统铅剪切阻尼器的大变形能力不足，且通常易出现耗能效率偏低及稳定性较差等问题。在普通大行程板式铅剪切阻尼器（LSD-LS）的基础上，提出改进型大行程板式铅剪切阻尼器（ILSD-LS）的构造和设计方法。利用铅的理想刚塑性本构关系，建立了改进型大行程板式铅剪切阻尼器力学模型。通过模拟仿真和性能试验结果进一步验证ILSD-LS比LSD-LS具有更优越的出力、耗能能力和稳定性，且提出的阻尼力计算方法合理准确。考虑普通地震动和长周期地震动特性，对安有ILSD-LS的高层结构进行弹塑性时程分析。结果表明采用ILSD-LS的高层建筑结构减震率较高，且长周期地震动作用下的ILSD-LS减震效果更佳。
基于模态叠加法的大型风力机典型工况动态特性分析

曹莉，孙文磊，周建星
为提高复杂多变工况下风力机工作性能和使用寿命，建立风力机动态特性计算模型，采用了基于模态叠加法的风力机动态特性计算方法，并对2MW大型风力机在启动、正常停机、湍流、阵风等典型工况下进行动态特性分析，总结了在不同工况下风力机的动态特性。结果表明：在极端运行阵风作用下风力机的动态特性最为明显，叶尖处的最大动响应的最大值相对于其稳态振幅均值反向增加了359.78%，塔架顶部的最大动应力的最大值相对于稳态应力均值增加了357.63%，该结果为风力机系统进一步优化设计与提高其运行效率及安全性提供了理论依据。
深孔变刚度/阻尼钻削系统的建模与稳定性研究

孔令飞，?陈博，?王杰，?崔博
依据深孔钻削刀具系统的实际布局形式，构建了包含有变刚度/阻尼辅助支撑的深孔加工刀具系统模型，模型中考虑了引发陀螺效应及切厚再生效应的因素。以Euler-Bernoulli梁单元模型为基础，运用矩阵传递函数方法，使得更多至关重要的局部设计信息融入进深孔刀具系统动力学方程，例如变刚度/阻尼辅助支撑、授油器及刀具结构形式等。通过理论计算与实验结果的对比，证实了该模型的准确性与可行性。以此为基础，结合频域特征向量的稳定性判据，研究了综合陀螺效应及切厚再生效应影响因素条件下深孔钻削刀具系统的稳定性与加工转速、钻削深度及施加的励磁电流之间的关联关系，验证了新型变刚度/阻尼钻削系统对提升刀具系统稳定性的有效性，这些将为实现深孔切削刀具振动行为带有目标性地主动式调控奠定基础。
VMD样本熵特征提取方法及其在行星变速箱故障诊断中的应用

杨大为，冯辅周，赵永东，江鹏程，丁闯
针对行星变速箱故障特征微弱、信号传递路径复杂，传统样本熵特征难以区分其工作状态的问题，提出了结合变分模态分解（VMD）和样本熵的特征提取方法，深入研究了VMD算法中分解尺度和二次惩罚因子的优化策略，给出了基于敏感度最大原则的VMD分解各IMF与原信号相关系数阈值的确定方法。在行星变速箱故障模拟试验台采集不同试验工况下振动信号，考虑行星齿轮运行周期问题以获取可用数据。结果表明，与样本熵和EEMD样本熵相比，VMD样本熵具有计算效率高、对不同状态的区分能力强、采样频率对其计算结果影响小等特点，可用于行星变速箱的故障诊断。
基于Shannon熵的自适应小波包阈值函数去噪算法研究

周建，向北平，倪磊，艾攀华
小波包去噪算法的关键问题在于对信号进行去噪时，如何有效地消除噪声且尽可能地保留原始信号的小波包系数。传统阈值函数由于无可调节参数，其去噪形式固定，无法根据小波包分解系数的噪声成分自适应地进行调整，去噪效果有待提升。据此，将Shannon信息熵作为调节参数引入小波包阈值函数中，提出一种基于Shannon熵的自适应小波包阈值去噪算法，对信号进行小波包分解并计算最大分解尺度小波包系数的Shannon熵值，依据该值对阈值函数进行调整，以实现在强噪声背景下对小波包系数进行大尺度的收缩，而在弱噪声背景下实现阈值收缩的平滑过渡。采用该方法对仿真信号与轴承振动实验信号进行去噪分析，并与其它小波包阈值去噪算法相对比，结果表明该方法去噪效果更好且在滤除噪声的同时有效地保留了信号的原始特征。
基于一阶剪切变形理论FGM梁自由振动的改进型GDQ法求解

蒲育，?滕兆春
基于一阶剪切变形梁理论(FSBT)，建立了以轴向位移、横向位移及转角为未知函数的FGM梁自由振动的控制微分方程组。引入边界控制参数并采用改进型广义微分求积法(GDQ)数值研究了4种典型边界FGM梁自由振动的频率特性。结果表明本文的分析方法对FGM梁自由振动研究行之有效。刻画并分析了边界条件、梯度指标、跨厚比对FGM梁自振频率的影响规律。
锁定状态下一维可展桁架球铰连接刚度识别

周李真辉, ，曹芝腑，姜东,，董萼良，费庆国
针对某一维可展桁架的球形铰链连接，利用动力学模型修正方法识别了了其连接刚度特性。将可展结构进行简化处理，使其处于展开锁定状态，单独考虑铰链刚度。首先对锁定后的展开单元进行精细化有限元建模，利用接触分析方法，得到球铰连接等效线性刚度初值。其次，建立展开单元的参数化模型，并采用六向刚度弹簧单元对球铰连接进行等效线性处理。然后对锁定状态下的可展开结构单元进行模态测试，利用试验模态参数识别球铰的连接刚度。最后将识别的连接刚度值带入由三个展开单元组成的一维可展桁架，通过与试验模态数据对比验证了识别结果的准确性。研究结果表明，利用本文的基于动力学模型修正的空间可展开结构球铰连接刚度识别方法，能够准确识别球铰连接刚度，建立准确的动力学分析模型。
近海域地震动的时频特征与工程特性

陈苏，?周越，?李小军?,?，?傅磊
利用美国加州及日本相模湾近海域地震台站采集的地震动记录，采用希尔伯特-黄变换方法计算得到近海域地震动时频分布特征；将其加速度反应谱、动力放大系数?β?谱与不同工程领域抗震设计规范进行对比。研究结果表明：近海域地震动含有丰富的长周期成分，优势能量集中于长周期与特长周期段内；归一化边际谱能量分布与震中距有一定的相关性；近海域地震动水平向分量强度远高于其竖向分量。进一步发现，多数近海域地震动反应谱动力放大系数?β?谱峰值远超目前常用规范标准反应谱的平台值，也就是近海域地震动反应谱的中长周期值远大于现有抗震设计规范的取值，采用现有陆域地震动设计规范开展近海工程地震安全性设计存在风险。近海域地震动长周期特性在大跨桥梁、油气平台等重大近海工程设计中应得到充分关注。
基于谐波窗函数的桥梁振动信号分解与重构

叶飞，?吴加权，?张馨予，?肖驰，?马琨
针对桥梁损伤检测过程中需要对原始振动信号中各阶次模态信号进行提取的需求，提出了一种利用自定义谐波窗函数进行信号提取方法。阐述了谐波窗函数的构建方法及信号提取时的分解与重构过程。对一钢筋混凝土梁的实测振动信号进行了分解与重构，提取了梁的五阶振动信号。实验结果表明，设计的谐波窗函数可以实现信号频段的自由划分；提取的信号具有无数据量损失、无相移、信号失真小等特点；可在信号提取的同时，实现噪声滤除。
节流孔式空气阻尼系统建模及参数影响分析

陈俊杰?,?，?殷智宏，?郭孔辉，?何江华，?曾祥坤5，?袁显举6
文中考虑空气弹簧橡胶气囊力学特性，采用分数导数Kelvin-Voigt模型和摩擦模型对空气弹簧橡胶气囊进行建模；并基于牛顿力学、热力学、流体力学和黏弹性力学，建立了节流孔式空气阻尼系统非线性模型。在系统工作平衡点附近，建立了该系统的线性化模型，并基于复刚度等效得到了系统的等效刚度和等效阻尼系数方程。文中以某空气弹簧为研究对象，实验验证了等效模型的有效性。在此基础上，分析了激振振幅、激振频率以及关键设计参数对系统等效刚度和等效阻尼系数的影响规律，这为空气悬架的刚度和阻尼匹配设计提供参考。
基于KL-HVD的转子振动故障诊断方法研究

朱霄珣，周沛，苑一鸣，徐博超，韩中合
希尔伯特振动分解(Hilbert Vibration Decomposition，HVD)由于其虚假分量问题，严重制约了其在实际故障诊断中的应用。针对该问题，引入信息论中的K-L散度概念，提出了基于K-L散度的HVD虚假分量识别方法（KL-HVD）。KL-HVD将HVD分量视作概率分布各不相同的信号，并且认为真实分量与原信号的概率分布较为相近。该方法在原HVD方法基础上，计算HVD各分量与原信号的K-L散度值，对分量的虚假性进行量化。由于真假分量之间具有较大的差异性，本文选用高斯混合模型对这些分量进行聚类，自动区分出虚假分量并予以去除。此外，文中分别利用互信息及相关系数方法对虚假分量问题进行研究。并将三种方法应用于转子振动问题分析，结果显示三者中KL-HVD方法能够更有效地识别虚假分量，更清晰地提取出故障的时频特征。
L型分割背腔的微穿孔板吸声结构的吸声性能研究

盖晓玲，李贤徽，邢拓，张斌，蔡泽农，王芳，韩钰
为了提高单层微穿孔板吸声结构的低频吸声性能，设计了一种L型分割背腔的微穿孔板吸声结构。基于微穿孔板吸声理论和声电等效电路原理，建立了两腔分割的L型分割背腔的微穿孔板吸声结构的声电等效电路模型。数值和实验结果表明：L型分割背腔的微穿孔板吸声结构能很好的改善单层微穿孔板结构低频吸声性能，并且明显拓宽了单层微穿孔板结构的吸声带宽。将此结构推广到N腔分割，实验结果和数值结果拟合的较好。
有无泄压条件下的管道油气爆轰实验研究

蒋新生，谢威，魏树旺，徐建楠，周毅
为研究密闭和泄压条件下油气爆轰波的发展规律的区别，以及密闭和泄压条件对管道爆轰的超压及火焰的影响，搭建了23.3m细长管道油气爆炸实验系统，并进行了油气爆炸实验。实验结果表明：不管是泄压还是密闭管道，当管道长度足够长时，都经历一个由爆燃转爆轰的过程；当管道内达到爆轰状态时，产生的最大超压值将达到3MPa以上；当火焰的传播至泄压点的距离过长时，泄压反而会使爆轰的发生时间提前，设置合理的泄压点位置对安全防护工程具有重要意义；爆轰后的泄压措施对体系的保护作用是后发性的，其能够达到最终降压目的，前提是体系的承压设计必须大于管道产生爆轰的最大超压；泄压条件下的油气爆炸管口喷射火焰长约3m，宽约1.5m，呈椭球型，对实际工程中的泄压安全距离具有参考价值，避免发生二次破坏。

振动与冲击杂志

振动与冲击杂志2018年第16期

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