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1. 基于图卷积神经网络的滚动轴承故障诊断
谭启瑜, 马萍, 张宏立
噪声与振动控制    2023, 43 (6): 101-108.  
摘要182)      PDF(pc) (2320KB)(180)    收藏
滚动轴承在噪声环境下发生故障时其振动信号往往呈现出非平稳、特征混叠、故障特征易被噪声淹没等特点,为更有效地挖掘其在强噪声环境中的故障特征,提高诊断准确率,提出一种基于图卷积神经网络(GraphConvolutional Networks,GCN)的滚动轴承故障诊断方法。首先,通过快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)将振动信号转化为频域信号,并根据变换后的频谱定义节点和边,将故障信号构造为全连接图;然后,利用GCN提取全连接图的节点特征;最后,使用全连接层和Softmax 作为分类器对提取的节点特征进行分类识别。实验结果表明,所提方法与机器学习、深度学习和其他图神经网络诊断模型相比,准确率更高,抗噪性更好,可有效实现强噪声背景下端到端的滚动轴承智能故障诊断。
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2. 新型颗粒阻尼惯容减振器设计及其减振性能分析
郑飞云, 王宪杰, 江鑫禹, 王如双, 任浩, 雷春雨
噪声与振动控制    2023, 43 (5): 286-291.  
摘要180)      PDF(pc) (2085KB)(168)    收藏
颗粒阻尼器利用颗粒与颗粒或者颗粒与容器之间的碰撞与摩擦消耗振动能量,具有优良的振动控制性能。惯容减振技术可加剧阻尼元件的耗能,具有耗能增效的作用。结合颗粒阻尼减振技术和惯容减振技术,设计一种新型颗粒阻尼惯容减振器;采用离散元软件与多体动力学软件进行联合仿真,在仿真模型基础上研究颗粒材料类型、粒径、数目、初始位移量、激振频率参数变化对减振特性的影响规律。研究结果表明:颗粒阻尼惯容减振器的减振效果随着颗粒填充率增大先增强后减弱,随着颗粒粒径减小增强;所选材料中,钢材颗粒的减振性能优于其他材料;控制其他条件相同时,振动位移越大,减振效果越好;该减振器对于不同的振动频率都具有一定减振效果,但在中高频率范围内及自振频率附近减振效果更佳。该模型仿真结果可为结构抗震及抗风设计提供参考。
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3. 考虑重流体耦合效应的双层板-腔结构振动与声辐射分析
李清盛, 李天匀, 朱翔, 张帅, 聂睿
噪声与振动控制    2023, 43 (5): 1-7.  
摘要179)      PDF(pc) (1877KB)(213)    收藏
考虑半空间声场内重流体的声振耦合效应,对有限大双层板-腔结构的振动与声辐射特性进行研究。采用改进傅里叶级数描述薄板位移和腔内声压,通过Rayleigh 积分建立辐射板表面辐射声压和辐射板位移的关系,基于Hamilton 原理,提出采用Rayleigh-Ritz 法分析耦合系统声振特性的半解析方法,并通过和有限元结果对比验证方法的收敛性和准确性。分析单位简谐力激励下,声腔厚度和腔内流体介质对双层板-腔结构声辐射特性的影响。结果表明:重流体的耦合效应使薄板(奇,奇)模态振型显著变化,声腔较薄时声辐射对声腔厚度变化较敏感。相较于腔内流体声速,腔内流体密度对声辐射有较大影响。
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4. 基于深度学习模型的风机叶片结冰故障诊断
汤占军, 史小兵, 肖遥, 李英娜
噪声与振动控制    2023, 43 (4): 96-103.  
摘要172)      PDF(pc) (1909KB)(269)    收藏
风力发电机叶片出现结冰现象时若照常工作,不仅会影响经济效益,严重时还会直接损坏叶片等设备引发安全事故。为此提出一种使用KmeansSMOTE的数据平衡方法与应用结冰相关的机理构建新特征和RFECV-DT特征筛选算法相结合的特征工程互补的数据处理方式,之后采用卷积神经网络模型进行训练与预测。实验结果表明,在卷积神经网络模型中采用KmeansSMOTE算法比SMOTE算法准确率提升2.78 %。模型采用特征工程时比不采用特征工程相比准确率高出4.77 %。与KNN、SVM、LR这些传统模型相比,所有衡量指标均有提升且不存在过拟合现象。所提出的方法,可解决应用SMOTE插值机制所带来的不足并且对特征工程进行精细化设计,也为风机叶片结冰故障诊断问题提供一种新的解决思路。
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5. 声学黑洞排列组合板结构的减振特性研究
解妙霞, 张泽珲, 魏远琪, 高锋伟
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 53-59.  
摘要156)      PDF(pc) (3463KB)(345)    收藏
声学黑洞结构是一种弹性波操控结构,利用它可以实现对弹性波的减振降噪和能量回收。为了探究按照一定方式排列组合的声学黑洞结构的减振特性,设计4 种方案的声学黑洞板结构。采用有限元法进行谐响应分析,提取不同频率下的振动速度级曲线;进行瞬态分析,提取结构上的振动功率流分布。并对比不同方案板结构的减振特性。结果表明:声学黑洞组合体结构具有良好的能量聚集效应,在一定的频率范围内,其减振效果优于其他声学黑洞结构,研究为新型声学黑洞的结构设计提供一种新思路。
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6. 电动汽车加速横向抖动分析与优化
黄应来, 张军, 沈龙
噪声与振动控制    2023, 43 (4): 194-199.  
摘要154)      PDF(pc) (1928KB)(234)    收藏
电动汽车大扭矩加速时普遍存在因半轴轴向派生力引起的整车横向抖动问题。以某电动车型前驱动系统引起的整车横向抖动问题为背景,通过主观评价和客观测试识别抖动频率特征和主要传递路径,从悬置刚度、半轴派生力、半轴角度、车身前端模态等方面提出系统的解决方案,将座椅导轨抖动幅值从0.45 m/s2降低到0.1 m/s2。提出整车横向抖动传递函数概念,将整车级抖动目标分解为半轴派生力目标和整车传递函数目标,并通过优化悬置布置和模态分布以降低传递函数。抖动解决方案和目标分解方法对电动汽车驱动系统NVH开发具有参考意义。
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7. 含周期声学黑洞梁的板架结构振动特性
付俊勇, 朱翔, 李天匀, 李敬, 刘文乐,
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 21-26.  
摘要153)      PDF(pc) (2252KB)(310)    收藏
声学黑洞结构通过使结构厚度按幂率渐变,改变结构阻抗从而调控弯曲波在结构中的波长和波速,可实现能量在黑洞区域的聚集和耗散。目前关于声学黑洞结构的研究主要是针对嵌入式声学黑洞,基于周期声学黑洞结构在部分频带良好的减振特性,将带阻尼层的周期声学黑洞梁贴敷在薄板上,提升薄板的减振效果并起到加强板刚度的作用。采用有限元法研究带周期声学黑洞梁的板架结构的减振效果,并将其基于敷设阻尼层和黑洞梁材料进行对比分析。结果表明,含声学黑洞梁能明显削弱振动速度传递响应,较好抑制板的振动;敷设阻尼层能增强对板减振效果,且适当增加黑洞梁数量能提升结构抑振性能;钢质梁较铝质梁刚度更大,能进一步增加板架结构的抑制带宽和增强抑制效果。
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8. 一种基于LSTM的汽车路噪预测方法
刘伟, 黄海波, 范大力, 王大一, 丁渭平
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 145-152.  
摘要152)      PDF(pc) (2696KB)(294)    收藏
汽车路噪的分析与治理是NVH(Noise,Vibration And Harshness)工作的重要组成部分。由于路噪的产生机理复杂,建立机理模型较困难,故引入数据驱动方法对路噪进行研究。首先,对路噪影响因素进行剖析,界定出具有显著性的影响因素。在此基础上,运用长短时记忆神经网络算法(LSTM)揭示路噪与其影响因素间的复杂非线性关系,建立路噪预测模型。进而在粗糙沥青路面分别以40 km/h、60 km/h的车速工况采集悬架相关部件振动数据和驾驶员右耳畔噪声数据,以获得样本用于路噪模型的训练和检验。并采用Mixup 数据增强策略合成新的样本,从而使样本量不足状况得到改善。进一步,对LSTM路噪预测模型进行检验与分析,测试结果均方误差为0.076 2,表明预测效果良好,证明所提方法的有效性。同时,将BPNN、SVR与LSTM预测方法进行比较,发现LSTM路噪预测模型精度更高,泛化能力更好,从而证明该方法的优越性。
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9. 半主动式薄膜型声学超材料超低频隔声特性研究
陈传敏, 乔钏熙, 郭兆枫, 杜鹏宇, 陈炜, 刘松涛,
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 60-65.  
摘要150)      PDF(pc) (1754KB)(384)    收藏
针对变电站50 Hz的超低频噪声较难控制的特点,设计一种半主动式薄膜型声学超材料,通过仿真模拟计算其隔声特性。该材料以钕铁硼磁铁作为中心质量块负载于边界固定的橡胶薄膜上,并装配通电螺线管作为半主动控制系统。通过仿真模拟及数值分析手段对其隔声特性进行研究。通过改变电流强度准确控制中心钕铁硼磁铁质量块的受力,最终改变薄膜张力,实现隔声峰频率的控制,与一般的薄膜声学超材料相比,其具有缓解薄膜材料疲劳等优点;并对薄膜厚度以及质量块厚度、大小对薄膜型声学超材料声学特性的影响进行研究。仿真结果表明:该材料对于50 Hz的超低频噪声隔声量达到130 dB,具有优良的隔声性能。
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10. 地铁列车对数据中心精密设备的振动影响评价
黄自武, 何卫,
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 167-174.  
摘要149)      PDF(pc) (2811KB)(309)    收藏
以西安某拟建数据中心为例,开展地铁列车运行对数据中心机房设备的振动影响评价。以“振源-传播途径-受振体”为基线,采用实测与数值计算相结合的研究方法。首先,开展场地自由衰减特性测试,获取地铁列车振动沿场地的传播规律;其次,在拟建建筑物场地边界距离地铁线路最近处布置测点,获取过车时的振动响应;然后,建立拟建建筑物结构有限元模型,获取其主要动力特性;最后,以场地实测加速度作为输入,采用一致激励法进行结构的车致振动响应计算,并对建筑物内精密设备的振动影响进行预测与评价。研究表明:(1)地铁列车运行时该数据中心机房设备振动达标;(2)地铁列车振动主频集中在31.5 Hz~80 Hz;在31.5 Hz以下的中低频段,场地表现出明显的整体振动特点;在31.5 Hz以上的中高频段,地面高频振动分量随距离迅速衰减;(3)会车工况与近轨工况地面监测结果接近,说明近轨列车振动能级显著大于远轨,会车时振动能量较近轨列车增加不明显。研究思路可为此类结构的振动分析和减隔振设计提供参考。
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11. 城市轨道交通不同减振轨道结构振动测试与分析
黄瑞堂
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 232-237.  
摘要148)      PDF(pc) (2333KB)(566)    收藏
以地铁线路的普通整体道床、Ⅲ型减振扣件、聚氨酯减振垫和钢弹簧浮置板轨道为研究对象,通过现场行车振动测试对比分析不同减振措施下轨道结构的减振效果,同时利用锤击试验研究不同减振措施下轨道结构的频响特征和衰减特性。结果表明:4 种类型轨道的钢轨振动加速度相差不大,钢弹簧浮置板轨道的隧道壁振动加速度最小;各种轨道的高频减振效果均好于低频减振效果,Ⅲ型减振扣件、聚氨酯减振垫和钢弹簧浮置板分别使隧道壁振动降低2.9 dB、13.7 dB和22.4 dB;减振扣件刚度减小导致钢轨共振频率明显减小,对沿钢轨纵向传播的振动衰减能力降低;聚氨酯减振垫和钢弹簧浮置板轨道钢轨频响特征与振动衰减特性的变化规律具有一致性。
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12. 泵喷推进器压电复合材料导管及定子结构的振动控制
李志欣, 郑智伟, 黄修长
噪声与振动控制    2023, 43 (4): 1-6.  
摘要146)      PDF(pc) (2169KB)(280)    收藏
泵喷推进器导管及定子表面的分布式脉动压力通过导管和定子传递激励艇体振动的过程中,在导管和定子结构模态处会产生动力放大效应。为对该动力放大效应进行控制,提出内嵌压电片的碳纤维-玻璃纤维复合材料导管及定子结构,通过引入串联电阻-电感(Resistance-Inductance,RL)分流电路、负电容压电分流电路对导管和定子结构模态处的振动响应进行控制,以有效降低通过导管和定子传递至艇体的传递力。建立复合材料导管及定子结构的动力学模型、结构-压电分流电路机电耦合动力学模型,获得结构的固有频率、位移频响、最优控制分流电路参数及控制效果。结果表明:导管及定子结构第一、第二、第六、第八阶模态是振动传递动力放大效应显著的主要模态;串联RL压电分流电路可对主要模态的动力放大进行有效抑制,相应模态的传递力幅值分别降低6.35 dB、1.7 dB、0.4 dB和2.68 dB;相比于串联RL压电分流电路,串联负电容压电分流电路在相应模态的振动控制效果分别增加2.93 dB、2.70 dB、0.70dB、1.37 dB;并联负电容压电分流电路的振动控制效果分别增加2.90 dB、2.40 dB、0.60 dB、1.36 dB。
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13. 基于数据融合的风电机组主传动链典型故障分层诊断方法
程凯, 王鹏宇, 王晓东, 包涛, 吴宇航, 杨苹
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 125-131.  
摘要146)      PDF(pc) (1792KB)(346)    收藏
风电机组主传动链故障是影响风电机组年运行时间的主要故障类型,提高其诊断精度是确保风电场稳定可靠运行的关键。为提升风电机组主传动链故障诊断精度,在主传动链上增加高频振动监测系统对其振动信号进行精细化分析。由于分别根据高频振动监测信号与风电机组数据采集与监视控制系统(Supervisory Control and Data Acquisition,SCADA)实时监测信号独立进行故障诊断时,难以发现风电机组主传动链的早期故障。为此,提出一种基于3 类数据源融合的智能故障诊断方法,通过融合SCADA实时监测系统振动数据、非振动数据和振动监测系统振动数据3 类不同时间尺度数据,建立基于自编码网络的典型故障分层诊断模型。实际诊断案例表明,基于3 类数据源融合的典型故障分层诊断模型可准确定位风电机组的典型故障。
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14. 基于参数自适应VMD和MCKD的滚动轴承微弱故障特征提取
刘迎松, 魏志刚, 束海星, 刘晓超, 陆强
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 102-109.  
摘要144)      PDF(pc) (2364KB)(661)    收藏
针对传输路径复杂和强噪声干扰条件下滚动轴承故障信号信噪比低、微弱故障特征难以提取的问题,提出一种将参数优化变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)与最大相关峭度解卷积(Maximum Correlated Kurtosis Deconvolution, MCKD)相结合的滚动轴承微弱故障特征提取方法。首先,利用经麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm, SSA)优化的VMD对故障信号进行自适应分解,构建加权峭度指标以筛选有效模态分量;然后对有效模态分量利用经SSA优化后的MCKD进行增强;最后,对增强后的信号进行包络解调分析,提取出轴承故障特征频率。实验和工程实际案例分析表明,所提出的方法能够自适应增强轴承信号中的微弱冲击成分,有效提取出强噪声背景下的滚动轴承微弱故障特征。
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15. 磁场下黏弹性基体中输流纳米管稳定性分析
李明, 邓乾, 吕刘飞
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 1-5.  
摘要139)      PDF(pc) (1506KB)(386)    收藏
:基于非局部连续介质理论,应用哈密顿原理建立轴向磁场作用下黏弹性基体中固支输流单层碳纳米管(Single-walled Carbon Nanotube,SWCNT)系统振动微分方程,应用微分变换法( Differential Transformation Method,DTM )求解该振动方程,着重研究黏弹性基体、轴向磁场、小尺度效应耦合作用时该系统的振动稳定性问题。数值计算结果表明:输流碳纳米管无论是否嵌入黏弹性基体中,磁场的作用均能提高系统的稳定性,而小尺度系数的增加则降低系统稳定性。黏弹性基体的阻尼系数加大系统的振动耗能,当阻尼系数处于较大数值时,系统振动能量迅速耗散,在管内流体流速还处于较低数值时系统即产生发散失稳现象。进一步研究表明在考虑小尺度效应、轴向磁场与基体耦合作用时,较强的轴向磁场可以降低小尺度效应、基体阻尼系数对系统的影响;即使存在小尺度效应,对于弹性系数较大的基体,其阻尼系数对振动系统的影响程度仍大大降低。
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16. 基于VMD-SDP融合图像和CNN的往复压缩机故障诊断
王海峰, 王则林
噪声与振动控制    2023, 43 (4): 116-121.  
摘要138)      PDF(pc) (2102KB)(211)    收藏
为提高往复压缩机的故障诊断精度,结合变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)、SDP变换和卷积神经网络(Convolution Neural Networ,CNN),提出基于VMD-SDP融合图像和CNN的往复压缩机故障诊断新方法。方法第一步通过VMD将信号自适应分解成6 个本征模态函数分量(Intrinsic Mode Functions,IMF),第二步通过SDP变换将6 个IMF分量变换成极坐标下的图像,从而得到VMD-SDP融合图像,第三步通过CNN对VMD-SDP融合图像进行识别,得到最终的诊断结果。往复压缩机诊断实例结果表明,所提方法在耗时更少的情况下,得到100 %的诊断精度,比其他几种方法更具优势。
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17. 基于知识蒸馏和深度可分离卷积的轴承故障轻量化诊断
王成林
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 139-144.  
摘要137)      PDF(pc) (1960KB)(276)    收藏
轴承是旋转机械的基础元件,对其状态的精准监测是确保旋转机械安全、稳定、健康运行的关键。近年来,卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)凭借其优异的性能,在轴承故障诊断领域中倍受学者青睐。然而,受制于成本因素,许多具有较多参数的优秀诊断方法难以直接用于工业现场。因此,借助深度可分离卷积网络(Depthwise Separable Convolutional Neural Network, DSCNN)压缩模型的参数量,然后通过知识蒸馏(KnowledgeDistillation, KD)技术保障模型的精度,以实现轻量化故障诊断的目标。在不同噪声干扰和不同训练数据量的条件下分析所提出方法的有效性。结果表明,相比于传统CNN,DSCNN+KD”的策略能够在确保模型精度的条件下将参数量降低一个数据量级,且具有较好的抗噪能力。
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18. 电磁调谐惯质阻尼器参数优化及减振分析
文理, 孙洪鑫, 罗一帆, 黄朝阳, 温青
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 254-259.  
摘要135)      PDF(pc) (2200KB)(284)    收藏
利用惯质单元和电磁阻尼单元代替传统调谐质量阻尼器的质量和黏性阻尼,形成电磁调谐惯质阻尼器(Electromagnetic Tuned Inerter Damper,ETID),以单自由结构为研究对象,对ETID 的减振性能进行理论与数值计算。首先,建立单自由度-ETID耦合结构动力学方程,以被控主结构的位移峰值为优化目标,利用H∞ 范数优化理论进行参数优化,通过蒙特卡洛模式搜索法和粒子群算法两种智能算法对ETID 的频率比、电磁阻尼比和机电耦合系数进行数值优化。其次,在不同失谐频率下开展调谐参数的频域分析,研究ETID的鲁棒性。最后,在惯质比为2 %的条件下,进行多个地震波激励下的时域仿真分析,并与经典调谐质量阻尼器(Tuned Inerter mass damper,TMD)的减振性能进行对比,仿真结果表明在特定的地震作用下ETID控制效果明显,鲁棒性能良好。
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19. 纯电动车驱动电机加速噪声分析及优化
罗德洋, 张吉健, 常光宝,
噪声与振动控制    2023, 43 (5): 203-208.  
摘要134)      PDF(pc) (1890KB)(295)    收藏
为研究纯电动车的电机电磁振动噪声问题,采用试验与仿真相结合的方法,对某款电机进行加速振动与噪声测试,通过诊断分析确定其主要噪声阶次为48 阶,主要问题转速点为4 300 r/min、6 500 r/min 和9 800 r/min,随后采用仿真手段对电机加速过程的电磁噪声进行电磁-振动-噪声的多物理场耦合分析,对比仿真与测试结果发现两者吻合较好,说明该仿真方法具有较高的精度。随后进行电磁噪声源及结构板块贡献量分析,发现转速点4 300 r/min 和6 500 r/min 的噪声主要由转矩脉动产生,而9 800 r/min 的噪声由径向电磁力产生,主要声辐射部位为出线盒和控制器盖板,进而通过优化电机转子外圆开槽尺寸和结构刚度来降低电磁噪声,仿真及试验结果验证了优化后电磁噪声已明显降低。
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20. 封面、目次页、封底
封面、目次页、封底
噪声与振动控制    2023, 43 (4): 0-1.  
摘要132)      PDF(pc) (9634KB)(290)    收藏
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21. 基于局域共振型声子晶体塔筒结构海上风机减振特性研究
张健, 沈伟明, 钱登辉
噪声与振动控制    2024, 44 (1): 1-6.  
摘要129)      PDF(pc) (2100KB)(139)    收藏
针对海上风机的振动控制问题,提出一种局域共振型声子晶体塔筒结构,基于周期结构的Bloch 定理,采用有限元法计算该结构的能带结构、特征模态所对应的位移场以及相应有限周期声子晶体塔筒结构的振动传输曲线,对其展现出的带隙特性进行分析。基于局域共振带隙的形成,研究声子晶体塔筒结构的振动控制问题,可将其应用于不同海洋环境中海上风机特定频率的减振。得出声子晶体塔筒结构在xy 平面内与z 方向上受激励时的振动传输曲线,选取两者在特定频率下的结构位移图分别进行分析,计算出非理想化声子晶体塔筒结构在xy 平面内与z 方向上受激励时的振动传输曲线并加以对比。研究各参数对声子晶体塔筒结构带隙衰减频段的影响规律,通过合理调整设计参数,可以实现结构特定范围内的低频隔振,证明其在复杂海洋环境中海上风机减振方面具有很好的应用前景。
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22. 声学黑洞在圆柱壳上的应用及结构优化研究
魏建红, 向阳, 廖琳, 张春吉,
噪声与振动控制    2023, 43 (5): 59-65.  
摘要128)      PDF(pc) (2222KB)(100)    收藏
针对声学黑洞(Acoustic Black Hole,ABH)在圆柱壳结构上的应用问题,首先采用有限元法分析嵌入ABH的圆柱壳结构的振动特性并讨论不同结构尺寸对其振动特性的影响。随后对结构开展进一步研究,在嵌入ABH的圆柱壳结构外布置局域振子,分析其振动特性,并讨论不同材料振子及振子不同的质量分布对结构振动特性的影响。结果表明:相比原结构,嵌入ABH的圆柱壳结构的振动传递损失增加;当结构内径增大时,振动峰值向高频移动,振动衰减增大;在嵌入ABH的结构外侧附加振子使其发生局域共振可增加振动衰减,改善结构的振动特性;若采用不同材料振子,其质量增大时,振动衰减会向低频移动;随着振子外侧质量向中心集中,结构固有频率随之降低,振动衰减前移,可知振子质量及刚度参数对结构的振动特性有较大影响。
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23. 冲击扰动下空间柔性体振动的主动抑制研究
喇启云, 周徐斌, 吕旺, 周春华, 虞自飞, 刘兴天
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 34-39.  
摘要128)      PDF(pc) (1986KB)(610)    收藏
将浮动基Stewart 平台作为振动控制作动装置,串联在卫星平台与空间大柔性体之间,并设计积分加速度反馈和积分力反馈控制器来抑制柔性体振动。对比分析采用被动阻尼、积分加速度反馈、积分力反馈振动抑制方法时柔性体与卫星本体之间的位移传递特性。通过计算系统各阶模态下Stewart 平台的模态应变能比例,明确Stewart 对柔性体低阶模态振动抑制效果好于对高阶模态振动抑制效果,并分析不同控制策略下系统稳定性,给出最佳振动控制增益。建立“卫星本体-Stewart 平台-柔性太阳阵”的Adams模型,研究太阳阵受瞬态激励和姿态机动工况下,分别采用积分加速度反馈和积分力反馈时Stewart 平台的振动抑制能力。结果表明,将Stewart 平台作为主动作动装置,对于冲击扰动引起的低频柔性振动具有显著抑制作用,且积分力反馈的振动抑制效果优于积分加速度反馈。
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24. 应用SDP点对称特征融合图像的行星齿轮箱故障诊断
崔宝珍, 彭智慧, 王浩楠, 任川, 高乐乐
噪声与振动控制    2023, 43 (4): 82-88.  
摘要123)      PDF(pc) (2697KB)(263)    收藏
行星齿轮箱的内部结构复杂,其振动信号呈现非线性、非平稳特点,通过对比两种对原始振动信号处理的方法,应用点对称特征融合图像(Symmetrized Dot Pattern,SDP)达到故障诊断的目的。第一种方法是将采集到的振动信号进行变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)并将各阶IMF分量通过SDP转换为极坐标图像;第二种方法是将多测点采集到的原始振动信号直接通过SDP 将时频信号转换为极坐标图像;利用卷积神经网络(Convolution Neural Network,CNN)对两种不同方式的SDP图像进行识别分类。通过行星齿轮箱故障实验台验证,结果表明时频融合能够更有效地实现故障诊断且分类准确率高达98.5 %。
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25. 大缸径柴油机增压器BPF噪声控制研究
王鑫, 胡亮, 王明阳, 丁万荞, 张福根
噪声与振动控制    2023, 43 (4): 295-300.  
摘要123)      PDF(pc) (2512KB)(260)    收藏
为降低大缸径柴油机增压器BPF噪声,通过试验验证增压器增加消声环、进气空滤包裹吸声棉对BPF噪声的控制效果,结果表明:增压器增加消声环可以有效降低中高负荷工况下的BPF噪声,消声环轴向安装间隙对降噪效果有一定影响,当安装间隙小于流量拓宽槽间隙时,尽管降噪效果最好,但会对降低柴油机进气流量,增加喘振风险,当安装间隙大于流量拓宽槽间隙时,降噪效果并不理想,当两者间隙一致时,既能保证柴油机进气正常,也能有较好的降噪效果;在不影响柴油机进气的前提下,进气空滤包裹吸声棉后,所有工况下的柴油机噪声均有不同程度的降低,主要降低增压器BPF及倍频噪声,对中低频的进气噪声和结构辐射噪声也有一定的衰减作用。研究结果可为大缸径柴油机降噪设计提供参考。
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26. 微薄膜超材料复合隔声结构的低频宽带隔声研究
李安康, 杨坤, 彭安, 吴恒亮
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 260-264.  
摘要121)      PDF(pc) (1290KB)(232)    收藏
在治理环境噪声方面低频隔声是一个难以解决的顽疾。随着声学超材料的发展,发现由薄膜微结构周期排列构成的轻质隔声材料具有优异的低频隔声性能。研究这种低频隔声材料与传统隔声材料的组合,通过设计这样一种复合结构实现覆盖低频到中高频的高效宽带隔声。在理论上推导出薄膜微结构的隔声量计算公式及简化公式,同时结合传统均质板的隔声理论,实现对复合隔声结构整体隔声的理论预测。通过对所设计样件的测试验证了理论模型的有效性,结果表明该复合结构具有高效的宽带隔声效果。该研究对低频宽带噪声控制具有较大应用价值。
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27. 移动简谐荷载下曲线整体式轨道振动特性研究
崔正阳, 黄强, 黄腾锋, 张雨萱, 郑荣跃,
噪声与振动控制    2023, 43 (4): 7-13.  
摘要120)      PDF(pc) (2196KB)(190)    收藏
随着城市轨道交通曲线段线路增多,曲线轨道的环境振动问题逐渐引发社会关注。以曲线整体式轨道为例,利用双重傅里叶变换和围道积分推导移动简谐荷载下曲线轨道的挠度响应解答,研究曲线轨道的频散特性及空间振动特性。研究表明,曲线轨道的自振频率与频散曲线的最小频率接近,约等于单自由度质量-弹簧系统的自振频率计算值。当扣件阻尼为欠阻尼时,轨道挠度随荷载频率升高先增大后减少,最大值在自振频率位置,当扣件阻尼过大时,轨道挠度随频率升高不断减少。在满足曲线轨道最小曲线半径的要求下,列车速度对曲线轨道竖向挠度的影响很小,径向挠度则随列车速度的增加先减小后增大,存在一个理想车速使得径向挠度为零。增加曲线半径对竖向挠度无影响,但会引起原理想车速范围内径向挠度增大和最大扭转角值减少,增加超高角对竖向挠度也无影响但可以有效减少径向挠度。研究对于曲线轨道的减振设计具有一定的参考价值。
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28. 基于遗传算法和TOPSIS法的混合励磁电机齿槽转矩优化
庞亮, 杨清亮, 赵朝会, 申合彪, 张闻东, 秦海鸿
噪声与振动控制    2023, 43 (4): 42-48.  
摘要117)      PDF(pc) (2216KB)(274)    收藏
针对切向聚磁型并联结构混合励磁电机(TMPS-HESM)随着励磁电流增加导致齿槽转矩剧增容易引发电机振动噪声的问题,根据齿槽转矩的产生原理,探讨改变转子极靴宽度、磁极偏心距和气隙长度削弱电机齿槽转矩的可行性。借助Maxwell and Workbench and Optislong 联合仿真软件建立8 极48 槽TMPS-HESM模型,运用遗传算法进行全局多目标优化,得到pareto 最优解集后使用优劣解距离法(TOPSIS)客观选取最优解。最后对比分析优化前后电机的各项其他性能,结果表明:采用遗传算法和TOPSIS 法对电机参数进行优化,能提升电机多目标优化效率,不仅可解决混合励磁电机励磁电流增加导致齿槽转矩剧增的问题,还能有效削弱电机转矩脉动,提升电机平均转矩,在减少电机的振动噪声和提高电机输出转矩方面均取得改善。
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29. 基于声辐射模态方法的层合板声辐射特性分析
叶家志, 孙瑶
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 27-33.  
摘要116)      PDF(pc) (1780KB)(414)    收藏
以复合材料层合板的声辐射为研究对象,基于分层理论建立复合材料层合板有限元模型,获得复合材料层合板的固有振动特性;进一步基于声辐射模态理论,采用振动模态与声辐射模态耦合分析方法,考察铺设角度、铺设方式、铺层数量、边界条件等因素对层合板声辐射特性的影响,分别进行层合板的振声能量转化定性、定量分析。计算分析结果表明:(1)铺层角度对层合板声辐射影响较大,特别是对于单向铺设的情况,在(1,1)模态频率处铺设角度越大辐射效率越高,而在(3,1)模态频率处铺设角度越大辐射效率越低;(2)在单向、对称、反对称3 种铺设方式中,单向铺设的声辐射能力最弱,反对称铺设的声辐射能力最强;(3)铺层数量增加、边界约束增强均能提高板的声辐射能力。
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30. 交通荷载作用下不同场地微振动响应及衰减规律分析
邢云林, 孙浩诚, 张允士
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 182-187.  
摘要115)      PDF(pc) (2220KB)(352)    收藏
随着高科技电子产业的蓬勃发展,车辆行驶对高科技电子厂房产生的微振动影响逐渐引起人们的关注。为研究交通荷载作用下不同场地的振动响应及衰减规律,对上海、北京、太原3 个场地进行振动原位测试和分析。研究发现:相同振源在不同场地引起的振动响应及衰减速度不同,场地土越软,引起的振动响应越大,地面振动衰减速度越慢;频谱峰值对应频率随场地土硬度增大逐渐增大;高频信号振动衰减速度大于低频信号,低频信号传播距离较高频信号更远。在卡车以20 km/h 车速行驶工况下,中软土、中硬土场地距路中心60 m以后的测点场地振动水平低于VCD水平,适于布置电子厂房。对于软弱土场地,距路中心150 m的测点场地振动水平依然大于VC-D水平,需要考虑低频振动隔振。
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31. 地铁列车进站减速段临近高层建筑室内响应影响分析
焦旻, 陈帆, 何蕾, 王立忠, 杨斯尧, 杨正航
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 238-244.  
摘要114)      PDF(pc) (2926KB)(209)    收藏
为研究地铁列车进站减速段临近高层建筑室内振动响应规律,沿列车减速方向在隧道内盾构与明挖交界位置前后开展振动源现场测试,并基于实测钢轨振动加速度对临近框筒结构酒店建筑室内楼板振动响应开展有限元计算与分析,同时比较减速和匀速过站时室内振动响应的差异。结果显示,沿车速降低方向,隧道壁垂向振动加速度主频向低频移动,且幅值显著降低,减速段3 个断面洞壁最大Z 振级VLZmax算术平均值分别为73.6 dB、74.6 dB 和62.2dB;临近某25 层酒店建筑室内楼板垂向振动加速度峰值随楼层升高呈现波动性变化的特征,减速工况下,裙楼首层近轨侧典型楼板位置处典型频带垂向振动加速度级沿列车减速方向依次降低7.9 dB和6.4 dB,而主楼室内振动并未呈现沿列车运行方向降低的趋势;与减速运行相比,列车匀速运行时,裙楼和主楼室内振动响应有所增大,且在低楼层进站端增大较为显著,裙楼典型位置室内振动最大Z振级增加量最大为9.6 dB,主楼典型位置最大Z振级差异可达4.8 dB,说明对车站临近建筑进行地铁振动影响分析时,应尤其注意沿列车减速方向的振动变化规律。
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32. 基于SDP图像和深度卷积网络的发动机故障诊断
王运生, 王黎明
噪声与振动控制    2023, 43 (5): 175-180.  
摘要114)      PDF(pc) (2043KB)(134)    收藏
为提高发动机故障诊断精度,提出一种基于对称极坐标(Symmetrized Dot Pattern,SDP)图像和深度卷积网络(Deep Convolutional Neural Network,CNN)的发动机故障诊断新方法。该方法以SDP变换为基础,将发动机故障振动信号转换为SDP图像,而后将SDP图像作为CNN的输入,实现发动机故障的CNN自适应特征提取和诊断。进行发动机典型故障实验,并利用所提方法进行故障诊断,结果表明,根据SDP图像可以直观地对发动机典型故障进行区分且耗时较少,而根据CNN网络可以有效地对SDP图像进行识别,诊断精度达到99.14 %,相比于其他几种方法,诊断精度和计算效率均得到提升。
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33. 分数阶非线性隔振系统幅频特性及稳定性研究
屈鸣鹤, 吴少培, 俞力洋, 李国芳, 丁旺才
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 40-46.  
摘要113)      PDF(pc) (2225KB)(360)    收藏
建立分数阶非线性Zener 模型描述橡胶隔振系统的力学特性,采用高阶谐波平衡法求解系统响应的近似解,并与数值方法所得结果进行比较,给出系统发生鞍结分岔的边界条件,分析参数对系统多态共存频带以及幅频响应的影响规律。研究表明:不同激励频率下的系统动力学响应存在周期运动多样性;分数阶的系数增大会导致系统主共振和超谐波共振的峰值降低;随着分数阶的阶数增大,系统主共振幅值先降低后升高,三次超谐波共振幅值降低,而更高次超谐波共振幅值先升高后降低;系统在超低频区也存在有效隔振的情况,考虑高次超谐波响应的隔振性能与实际情况更为接近。
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34. 基于XGBoost算法的车内声品质预测及分析
张勇, 彭沸潭, 杨鄂川, 任克琳, 欧健
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 161-166.  
摘要111)      PDF(pc) (1631KB)(197)    收藏
利用极限梯度提升(XGBoost)算法建立特种车车内声品质预测模型。首先,进行车内噪声的采集试验并进行试验数据挑选,将其处理成68 个可以进行主观评价试验的有效声音样本,然后计算声音样本的客观参数,并分析各参数随工况的变化趋势。以客观参数作为声品质预测模型输入,主观评价预测值为输出,得出预测值与实际主观评价值的平均相对误差为2.43 %,相关性系数为0.943,表明根据XGBoost预测模型所得结果与主观评价一致。最后通过分析声品质客观参数的特点得到客观参数对主观分数的影响权重。
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35. 浮筏隔振系统动力学建模与软件开发
陈森, 万志威, 朱翔, 李天匀, 张威
噪声与振动控制    2023, 43 (4): 14-20.  
摘要110)      PDF(pc) (1920KB)(312)    收藏
现代舰船机电设备多采用大型浮筏隔振系统进行动力设备的隔振与冲击隔离。基于多刚体动力学理论,建立复杂空间多刚体系统动力学方程,可以用于浮筏系统方案设计阶段的摇摆、振动与抗冲击计算。首先建立各子系统的动力学方程,再通过各子系统的组装得到整个系统的动力学方程。系统的刚度和阻尼矩阵均可以通过方向余弦矩阵R、迁移变换矩阵T等矩阵之间的基本运算得到,无须矩阵求导和方程线性化。理论推导得到的质量、刚度矩阵和阻尼矩阵与有限元法生成的质量、刚度、阻尼矩阵完全一致,验证本方法建模的准确性。在此基础上,在MATLAB环境下用App Designer 开发一款浮筏隔振系统静、动态分析软件,可对浮筏隔振系统的静力、摇摆、振动与抗冲击性能进行快速预报,结果与有限元法计算结果吻合良好。该软件有望解决浮筏隔振系统在初期设计阶段计算周期长且繁琐的难题。
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36. 飞机飞越噪声自由场声压级测试方法研究
朱江辉,
噪声与振动控制    2023, 43 (4): 280-287.  
摘要110)      PDF(pc) (3141KB)(192)    收藏
在飞机飞越噪声地面试验中,噪声测量受地面对声波散射的较大影响。为修正地面对飞越噪声测量的影响,开展飞行试验对飞越噪声自由场声压级测试技术的研究。首先,进行地面对飞机飞越噪声传播的影响分析,推导获取自由场声压级的修正方法,仿真分析影响因素。随后,设计三类可消除地面影响获得自由场声压级的飞越噪声测试方案,应用于某大型运输类民机的飞越噪声测试飞行试验,分析测试方案的适用性。试验结果表明,地面对飞越噪声测量有不可忽略的影响,提出的噪声测量方案均能在一定的宽频带内取得自由场声压级,其中采用带有声学硬反射面的传声器布置方式,在中低频段的宽频带的自由场声压级修正量约为+6 dB,采用加高布置传声器的方式在中高频段的自由场声压级修正量约为+2.8 dB,据此可简便、可靠地得到飞越噪声的自由场声压级,而针对不同的试验条件,需采用与之相适应的测量方法。
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37. 基于仿真模型与试验汽车排气消声器多目标优化
徐一心, 牟如强, 严才宝, 张鹏飞
噪声与振动控制    2023, 43 (4): 268-273.  
摘要109)      PDF(pc) (2133KB)(168)    收藏
安装消声器是降低汽车发动机排气噪声的主要手段,其设计的合理性对降低车辆噪声具有积极意义。针对所研究的某改款车型发动机排气噪声超目标进行优化研究,在GT-Power 中建立发动机声学仿真模型,为提高仿真计算效率,提出质量流模型代替发动机模型,并使用试验数据对质量流模型进行修正。根据仿真结果,以2 800 r/min、3 000 r/min 发动机转速下二阶声压级和2 200 r/min 发动机转速下四阶声压级为优化目标,以后消声器结构参数为变量,使用modeFRONTIER软件联合质量流模型,采用modeFRONTIER软件特有的多策略pilOPT 算法对排气消声器进行多目标优化。结果表明修正后的质量流模型可以很好地提高仿真计算精度。通过modeFRONTIER进行优化设计,在特定转速2 200 r/min~3 000 r/min,关注阶次的噪声最大降低1.6 dB(A),满足降噪要求,验证优化方法的有效性得到验证,优化效率也得以提高。
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38. 地铁列车振动环境影响响应面预测方法
孙烨, 刘维宁, 刘卫丰, 李春阳, 刘世行
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 202-207.  
摘要109)      PDF(pc) (2306KB)(240)    收藏
现有的地铁振动环境影响预测评价方法为采用链式经验公式,预测精度低且属于定值预测,而振动影响因素和预测结果都是动态变化的,定值预测方法对于预测结果的误差分布和准确度无法给出科学的评价和保证。针对在地铁建设可行性研究阶段后期对大量敏感目标点进行快速定量预测的需求,提出一种包含主要随机参数的最大Z振级(Maximum Z-vibration level,VLZ max)响应面预测模型,在频域解析模型计算结果基础上对解析预测法的结果进行数值修正,在提高计算效率的同时保证计算精度。结合实测案例介绍该模型在定值预测与概率预测两方面的应用,发现相应测点在工况下的最大Z振级68 %置信水平的预测区间能够很好覆盖实测值。对环评导则链式公式预测方法与响应面预测方法的准确度进行计算并采取预测准确度评价指标PAI(Prediction Accuracy Indicator)进行比较,证明了该方法在计算精准度上的优势。
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39. 磁极偏心切向聚磁型并联结构混合励磁电机的振动噪声研究
庞亮, 杨清亮, 赵朝会, 申合彪, 张闻东, 秦海鸿
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 47-52.  
摘要108)      PDF(pc) (2124KB)(642)    收藏
以一台2.5 kW切向聚磁型并联结构混合励磁电机为研究对象,研究切向聚磁型并联结构混合励磁电机磁极偏心对电机振动噪声的影响。根据电机电磁振动噪声相关理论,建立磁极偏心切向聚磁型并联结构混合励磁电机模型,采用磁极偏心优化其气隙磁密畸变率和电磁噪声,分析该电机在优化前后径向电磁力的阶次、频率特征,并对该电机的定子进行模态分析,利用ANSYSWorkbench 仿真平台搭建电机振动噪声耦合模型,计算优化前后电机的振动响应与噪声变化。结果表明:采用磁极偏心能有效优化电机气隙磁密和电磁力密度,气隙磁密谐波畸变率显著下降,电磁力(16,4 f1)分量幅值减小74 %,从而可达到抑制电机振动噪声的目的。
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40. 微粒板应用在消声器中的试验研究
张晓杰
噪声与振动控制    2023, 43 (3): 271-275.  
摘要103)      PDF(pc) (1652KB)(173)    收藏
微粒板是一种颗粒类阻性吸声材料,表面坚硬光滑,板内部孔隙连通,实际应用中通常以8 mm~10 mm厚薄板加空腔构成共振吸声结构,使其兼有阻性和共振吸声特性。阻性消声器主要依赖消声器内部填充的吸声材料实现消声,是工程中应用最多的一类消声器。具有共振吸声结构的消声器消声频带窄,消声量低,应用不多。设计含微粒板的消声器,通过试验研究微粒板阻性吸声、共振吸声以及声扩散在消声器中的作用。对所设计含有共振腔以及扩散弧面的消声器进行试验,结果显示,当采用粉红噪声声源时,通过在消声器声学管道内测量得到3 m长的消声器插入损失能达到20 dB左右。增加微粒板厚度可提升中频段消声能力;增大微粒板间的空腔可提升低频段消声能力;有扩散弧面时,在扩散频率范围内消声量波动较大;优化微粒板消声器的空腔设计能使其在全频带获得较好的消声性能,3m长消声器的插入损失能达到23 dB;实际工程应用中,可以根据声源特性,有针对性设计微粒板的厚度、空腔以及需要的扩散频率。优先考虑优化空腔的设计以增加共振吸声系数,对于微粒板消声器性能的提升较为关键。
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