2024年, 第44卷, 第1期 刊出日期:2024-02-18 上一期   
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封面、目次
2024年-1期封面、目次
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2024, 44(1): 0-1. 
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振动理论与数值解法
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
2024, 44(1): 1-6. 
摘要 ( )   PDF(2100KB) ( )  
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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地震和高铁共同作用下桩网复合地基振动特性
高广运, 潘天舒, 耿建龙, 陈少杰,
2024, 44(1): 7-14. 
摘要 ( )   PDF(2665KB) ( )  
为研究地震和高铁列车荷载共同作用下桩网复合地基振动特性,通过建立轨道-路堤-桩网复合地基三维有限元计算模型,分别与实测数据和一维波动理论对比验证模型的正确性。通过对比不同荷载工况下地面位移和加速度时频振动曲线,分析地震和高铁两动载共同作用时不同车速下桩网复合地基时频振动特性,研究桩体模量对桩网复合地基减震效果的影响。研究表明,Hollister 地震荷载和高铁荷载共同作用下,距轨道中心1 m处地面振动位移由地震荷载主导,地面振动加速度由列车荷载主导;20 Hz以下地面低频振动由高铁和地震荷载共同控制,地面高频振动主要由列车荷载控制。Lytle Creek 地震荷载和高铁荷载共同作用下,桩网复合地基地面振动位移和加速度峰值均大于高铁荷载单独作用下的值;增加桩体模量对高铁荷载单独作用和两动载共同作用下桩网复合地基地面振动均有减振效果,但两动载共同作用下增加桩体模量对地面减振效果比高铁荷载单独作用下弱。
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圆柱空腔橡胶层局域共振声子晶体双层板减振特性分析
宋春生, 杨琪, 贾博, 杜刚
2024, 44(1): 15-21. 
摘要 ( )   PDF(2779KB) ( )  
针对机械设备中的低频减振问题,提出一种圆柱空腔橡胶层局域共振声子晶体双层板结构,即在双层板间周期性排列具有圆柱空腔的橡胶层和实心散射体振子。首先结合弹性波理论和BLOCH定理,采用有限元方法计算带隙范围并分析弯曲波带隙形成的原理,其次通过单变量和组合变量的方式分析单元参数对带隙的影响规律并依此对单元参数进行调整,使其弯曲波带隙范围为48.52~206.21 Hz,最后通过振动传输特性仿真验证其对弯曲波振动的减振效果。研究表明,圆柱空腔橡胶层双层板式声子晶体可以产生200 Hz以下的弯曲波带隙,且可以通过调整单元参数来使其匹配目标减振频段。声子晶体板的振动传输特性分析和振动位移图验证了其对带隙范围内弯曲波传输的抑制作用,可为基于声子晶体减振的工程应用提供一定的参考。
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含润滑移动载荷系统的三维动力学分析
刘硕, 张博宏, 崔毅, 高礼宁, 李玉娟, 王子敬
2024, 44(1): 22-28. 
摘要 ( )   PDF(2157KB) ( )  
含润滑的移动载荷系统在实际工程中十分常见,而这种系统的动力学特性研究却鲜有报道。因此,提出一种三维润滑振动耦合动力学模型,用于分析含润滑移动载荷系统在激励下的结构振动响应。三维润滑振动耦合模型分别由润滑模型和多柔体动力学模型组成,通过将两模型计算结果相互传递来实现耦合,并通过迭代算法求解。此外,设计并制造相应实验装置。通过将根据模型计算和实验测量得到的结构在激励下的振动响应进行对比,以验证模型的准确性。对比结果显示:采用该模型能够准确预测结构的阻尼振动周期与振幅衰减时间,振动幅值相差不超过2.22 dB,可以满足工程精度要求。最后,利用三维润滑振动耦合模型分析移动载荷速度对结构振动的影响,结果表明:随着载荷移动速度增加,结构阻尼振动最大加速度幅值基本不变,但阻尼振动衰减时间大幅减小。
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协方差驱动随机子空间辨识的参数敏感性分析
赵丽洁, 高晓建, 练继建
2024, 44(1): 29-36. 
摘要 ( )   PDF(2650KB) ( )  
协方差驱动随机子空间辨识(Covariance-driven Stochastic Subspace Identification,SSI-cov)是近年来发展较为成熟的工作模态分析方法。针对其识别精度和效率对参数设置具有较高敏感性的问题,基于敏感性分析方法,利用奇异熵增量跳跃点明显程度、频率平均识别误差、阻尼比总变异系数、振型平均模态置信因子、运行时间5 种评价指标以及稳定图,通过一经典五自由度层模型仿真算例,研究Toeplitz 矩阵行块数、采样频率、数据长度对SSI-cov 识别结果的影响规律。并给出既能满足精度要求又可控制程序运行时间的参数建议取值范围。最后,通过一缩尺三层框架模型在白噪声激励下实测数据对提出的根据SSI-cov 改进参数设置进行验证,结果表明提出的各参数建议取值范围均较为合理。
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电磁主动吸振器控制算法匹配优化效果研究
赵存生, 刘瑞琪, 张庆伟, 魏云毅
2024, 44(1): 37-43. 
摘要 ( )   PDF(2805KB) ( )  
舰船动力设备系统产生的持续低频振动会严重影响舰船的声隐身性能及舰船精密设备的工作性能。以自主设计研制的电磁主动吸振器为对象,为了匹配电磁主动吸振器的实际使用工况,在滤波-x 最小均方( Filter-x LeastMean Square,FxLMS )控制算法中引入抑制因子,对主动控制力的输出进行限幅。首先通过数值仿真分析验证匹配优化后的控制算法对振动控制的抑制效果,然后介绍基于电磁主动吸振器工程样机搭建的主动控制实验台架系统,以单频激励工况为基础开展主动控制效果验证实验,证明电磁吸振器与匹配优化后的控制算法对低频机械振动控制的有效性。数值仿真和实验结果表明,针对自主设计研制的电磁主动吸振器而提出的匹配优化主动控制算法能够有效抑制低频机械振动响应,在时域和频域均可以取得显著的振动控制效果。
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准零刚度隔振座椅的理论与实验研究
赵峰, 吕善文, 陈鹿民, 崔晓康, 李艳芹, 冯桂珍
2024, 44(1): 44-51. 
摘要 ( )   PDF(2744KB) ( )  
针对车辆座椅的低频隔振问题,基于经典三弹簧准零刚度(Quasi-zero Stiffness,QZS)模型,建立座椅隔振实验模型,采用仿真和实验方法评价座椅模型的隔振性能。首先,对于三弹簧QZS模型,讨论参数对QZS的影响,获得QZS条件。其次,采用ADAMS仿真分析三弹簧QZS座椅模型,仿真和理论位移传递率具有较好的一致性。然后,制作三弹簧QZS座椅实验模型,通过静态实验调整实验模型获得QZS特性。最后,采用振动台对QZS座椅在1~10 Hz频率范围内开展大幅谐波位移激励隔振实验,同时采用Polytec 激光测振仪分别获得振动台和座椅的位移响应,通过实验位移传递率评价QZS座椅隔振性能并验证理论分析正确性;相比对应的线性刚度隔振座椅,三弹簧QZS座椅具有较宽隔振频带和较小传递率。研究三弹簧QZS座椅的隔振性能可为后续可供实际工程应用的QZS座椅研究提供参考,同时也指出QZS座椅研究中存在的困难。
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任意边界条件下带集中质量的连续多跨梁自振特性分析
吴宗欢, 王亚波, 李冰冰, 闻保健, 马乾瑛
2024, 44(1): 52-58. 
摘要 ( )   PDF(2041KB) ( )  
提出一种用于求解任意边界条件下带有任意集中质量的连续多跨梁的自振特性的方法。求解过程为:运用改进的傅里叶级数法(Improved Fourier Series Method,IFSM)确定梁的位移形函数,通过Rayleigh-Ritz 法得到梁的拉格日方程,然后利用Hamilton 原理得到频率特征矩阵,通过求解广义特征值求得自振频率及位移振型。随后,对所提出的方法的收敛性和精度进行讨论,与现有文献中的方法对比,该方法具有计算精度较高、收敛性好、收敛速度快等特点。讨论不同边界条件下截断数、跨数以及频率阶数之间的关系。最后通过工程中的实际案例说明该方法的实用性,与现有文献对比可知,其精度可达99.9 %以上,由此验证了该方法的可靠性以及适用性。该方法易于通过编程实现快速计算,可为工程运用提供便捷有效的理论支撑。
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基于自适应鲸鱼算法的桥梁传感器优化布置方法
马成武, 高博, 李泽山
2024, 44(1): 59-63. 
摘要 ( )   PDF(1654KB) ( )  
为解决桥梁健康监测系统中传感器优化布置问题,提出一种基于自适应鲸鱼优化算法的传感器布置方法。通过Fisher 信息阵二范数变化率和模态有效参与质量提取模态,有效避免模态冗余。引入Kent 映射生成初始测点,以模态置信准则为适应度函数。针对鲸鱼算法中参数既控制算法的全局和局部搜索又控制算法的搜索步长,且其开发能力不足等问题,将鲸鱼算法中的参数A 分解为决策因子A1 和衰减因子A2。通过决策因子A1 控制鲸鱼算法的全局和局部搜索,增强算法跳出局部最优的能力;通过衰减因子A2 动态调整算法的搜索步长,提升鲸鱼算法搜索效率和精度。通过哈齐大桥进行实例验证,结果表明,改进后鲸鱼算法的模态置信矩阵精度相比粒子群算法提升82.29 %。
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重力参数对非阻塞性颗粒阻尼减振特性的影响
张超, 侯炳坤, 黑晓涛, 王雷, 陈天宁
2024, 44(1): 64-69. 
摘要 ( )   PDF(1854KB) ( )  
针对非阻塞性颗粒阻尼(Non-obstructive Particle Damping,NOPD)在微重力、超重及离心等非常态环境中减振效果较差的问题,采用重力加速度表征这些非常态物理环境,利用离散元法(Discrete Element Method,DEM)研究重力参数对NOPD减振特性的影响,同时还分析NOPD最优填充比及最优粒径比等结构参数在不同重力条件下的变化规律。研究表明,重力加速度在0.7~1.0 g 之间时NOPD 减振效果最好。在微重力环境下,当重力参数变化时,NOPD最优填充比为0.85,最优粒径比为0.45。而当重力加速度大于1 g 时,NOPD最优填充比及最优粒径比均随重力加速度的增加而减小,且其最优范围也均有所扩大。
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多胞复合型声学结构吸声性能研究
梁江妹, 柳政卿, , 朱兵斌, 王秋成
2024, 44(1): 70-74. 
摘要 ( )   PDF(1911KB) ( )  
针对一种多胞复合型吸声结构进行声学性能研究,其具有吸声频带宽、声学性能突出、设计自由度高的特点。利用马氏理论和Delany-Bazley 模型分别构建微穿孔板和多孔性吸声材料层,通过传递矩阵法和声电类比等效电路法建立平行排列的多胞复合型声学结构理论模型,利用有限元法构建阻抗管仿真模型并对多胞复合型声学结构进行声学分析。对比理论计算结果和仿真试验数据,发现两者具有较好的拟合度。研究表明:多胞复合型吸声结构在全频率段内具有较好的吸声性能,通过调整各吸声单元的设计参数和变量,例如排列组合方式、微穿孔板的穿孔率以及微穿孔板后空气层厚度等,可以对不同频率段内的噪声进行有效吸收。
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声学黑洞铝型材板结构减振特性仿真研究
彭飞, 张欣超, 张洪辉, 廖杨
2024, 44(1): 75-79. 
摘要 ( )   PDF(2148KB) ( )  
声学黑洞(Acoustic Black Hole,ABH)技术作为一种新型高效的能量聚焦以及振动控制技术,在减振降噪方面具有很好应用潜力。铝型材板结构作为一种夹层结构,具有高比刚度和高比强度等优异轻量化特性,广泛应用于列车外地板、船舶、航空航天等领域中。为了探究ABH和铝型材板结构相结合后是否还具有典型的ABH效应,运用有限元数值模拟方法研究嵌入式ABH铝型材板结构的振动能量聚焦特性。对于频点和频带聚焦特性分析结果表明,在铝型材板结构中嵌入ABH特征结构可以起到显著振动能量聚焦效果。此外,根据聚焦特性分析结果,在ABH铝型材板结构中的ABH特定区域内敷设阻尼材料,并通过仿真计算验证了其减振特性。结果表明,由ABH铝型材板结构附加阻尼材料所得的组合结构振动水平显著低于普通铝型材板结构,部分频率下振动衰减高达52.6 dB。这为轨道交通领域提供了一种很有应用潜力的结构减振降噪新思路。
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基于传递矩阵法的声学覆盖层透射系数预报研究
张嘉伟, 胡昊灏, 黄一帆, 任雅馨
2024, 44(1): 80-85. 
摘要 ( )   PDF(2007KB) ( )  
针对含周期单元声学覆盖层的透射系数计算方法展开研究,提出一种数值加解析的联合方法用于改善计算效率,首先以声阻抗管三水听器双负载法测试原理为基础,建立有限元模型并获取覆盖层的等效传递矩阵,结合多层均匀介质声透射解析理论计算覆盖层透射系数。为验证算法的准确性,将有限元直接计算结果与该算法计算结果对比,结果显示采用该算法在大部分频率范围内能准确预报透射系数。该方法可为有效优化声学覆盖层降噪性能提供理论支撑与方法指导。
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双层底结构优化及减振效果分析
满思伟, 张保成, 马翠贞, 刘广花
2024, 44(1): 86-91. 
摘要 ( )   PDF(2140KB) ( )  
针对海洋平台安装基座隔振性能分析,建立其所在位置的基础结构(双层底结构)有限元模型,以点群加速度响应最大幅值处的振级落差为评价指标,采用变密度法对双层底结构进行开孔、开孔与加筋两种方案的拓扑优化,并与原始结构减振效果进行对比分析,同时开展试验验证优化结果。结果表明:优化后基座振级落差较原始基座提升3.41 dB,试验结果与仿真结果的最大误差为5.2 %。两者具有很好的一致性,优化结果可靠,优化后减振效果明显。对基座减振设计具有一定的指导和借鉴意义。
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仿鹰翼型叶片幅流风机气动噪声性能研究
高志鑫, 何锋, 赵京, 刁雷
2024, 44(1): 92-95. 
摘要 ( )   PDF(1895KB) ( )  
为进一步优化幅流风机气动噪声性能,以某地铁空调系统中幅流风机为研究对象,提取雀鹰羽翼展向40%截面处作为参考,重构风机叶片。基于Fluent 软件,采用Realizable K-ε 模型,利用数值模拟方法和声类比FW-H方程,对仿鹰翼型叶片风机进行流场及气动噪声分析。结果表明,仿鹰翼型叶片风机较原风机风量增加2.67 m³/min,叶轮效率提高3.07 %,噪声降低2.34 dB。仿鹰翼型叶片可有效抑制漩涡噪声,改善幅流风机气动性能和声学性能。
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直升机主减磁流变隔振系统自适应控制研究
王运志, 周瑾, 曹晓彦, 徐园平
2024, 44(1): 96-103. 
摘要 ( )   PDF(2457KB) ( )  
为了有效减小直升机旋翼通过主减速器向机身传递的多方向、宽频带振动,提出一种基于全系数自适应控制的新型直升机主减磁流变隔振系统。首先,对剪切阀式磁流变阻尼器进行力学特性测试,并采用Bouc-Wen 模型建立磁流变阻尼器动力学模型。其次,介绍主减磁流变隔振系统的结构方案及其工作原理,并采用拉格朗日能量法推导系统的动力学方程,对其动力学特性进行仿真分析。随后,针对主减磁流变隔振系统的振动特性,设计基于特征模型的全系数自适应控制器,在扫频激励下进行数值仿真。最后,搭建磁流变隔振实验台,进行垂向振动控制验证实验。结果表明,与被动隔振及天棚控制相比,基于特征模型的全系数自适应控制器具有更好的隔振性能,能有效减小直升机旋翼向机身传递的振动。
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振荡器驱动方板的有限元模型和克拉尼图形
曹磊磊, 陈海峰, 常博
2024, 44(1): 104-110. 
摘要 ( )   PDF(2576KB) ( )  
振荡器驱动的方板在稳态振动时所形成的克拉尼图形(驻波节线图形)在噪声源识别和颗粒移动操控等领域得到广泛应用。现有的对方板克拉尼图形的研究多采用实验和近似的理论分析方法。基于参数分析建立振荡器驱动方板的简化有限元模型和适当的边界条件,进而通过固有频率和振型分析,根据振型有效质量的大小预测和再现多组实验中出现的共振频率和克拉尼图形。对薄板在任意驱动频率下的稳态振动,通过振型叠加法快速准确计算出其振幅节线图形,与实验中相同频率下的克拉尼图形几乎相同。振荡器驱动的方板在共振频率下的克拉尼图形可解释为固有频率对应的振型,在非共振频率下的克拉尼图形可以解释为多个振型的叠加。通过建立具有适当边界条件的有限元模型,对振荡器驱动方板的克拉尼图形给出具有明确物理意义解释。
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信号处理与故障诊断
基于格拉姆角场与深度卷积生成对抗网络的行星齿轮箱故障诊断
古莹奎, 石昌武, 陈家芳
2024, 44(1): 111-118. 
摘要 ( )   PDF(2678KB) ( )  
针对行星齿轮箱故障诊断中样本分布不均衡所引起的模型泛化能力差及诊断精度低等问题,采用格拉姆角场图像编码技术和深度卷积生成对抗网络相结合进行数据增强,融合AlexNet 卷积神经网络进行故障诊断。将采集到的一维振动信号转化为格拉姆角场图,按比例划分训练集与测试集,将训练集样本与随机向量输入到深度卷积生成对抗网络模型中,交替训练生成器与判别器,达到纳什平衡,生成与原始样本类似的生成样本,从而实现故障样本的增广。用原始样本与生成的增广样本训练卷积神经网络分类模型,完成行星齿轮箱的故障识别。实验结果表明,所提方法能够有效提升样本不均衡条件下的行星齿轮箱故障诊断精度,使之达到99.15 %,且能使收敛速度更快。
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无量纲与SVM的石化机组旋转机械故障诊断方法
周凌孟, 张清华, 邓飞其, 孙国玺, 苏乃权, 朱冠华
2024, 44(1): 119-125. 
摘要 ( )   PDF(2367KB) ( )  
针对石化机组旋转机械故障信息存在非线性、重叠性等特点,提出一种无量纲与支持向量机(SupportVector Machine,SVM)的石化机组旋转机械故障诊断方法。首先对采集的振动信号进行分析并将其无量纲化;接着通过特征选择选取高价值与敏感性强的无量纲特征,降低分类模型复杂度并提高算法速度;最后通过选取合适的SVM分类模型进行分类诊断。结合具有无量纲特征的故障敏感性与SVM的非线性分类性进行诊断分类,并通过石化机组故障诊断实验平台进行验证,表明该方法相比于其他经典分类方法分类效果更好,分类正确率为99.1 %,证明了方法的有效性。
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基于随机子空间法的滑动轴承运行模态参数识别
王晓澎, 张浩, 李欣, 肖森, 刘璇
2024, 44(1): 126-133. 
摘要 ( )   PDF(2323KB) ( )  
滑动轴承的运行模态参数是其状态监测和早期故障诊断的重要指标,利用随机子空间法识别滑动轴承运行模态参数时,环境噪声和阶数过估计引起的虚假模态会影响真实模态参数的识别。为减少虚假模态的干扰,首先对振动信号利用互补集合经验模态分解和小波变换相结合的方法进行降噪处理,然后将预处理后的信号分段并分别进行模态参数识别,通过对比同阶极点获得更清晰的稳定图,最后采用谱聚类算法实现模态参数的自动选择。通过数值仿真和相关试验验证该方法的有效性。
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基于自适应窗口与压缩幅值的瞬时转频估计
王贡献, 卢广浩, 胡志辉, 付泽
2024, 44(1): 134-141. 
摘要 ( )   PDF(2302KB) ( )  
针对变转速工况下轴承信号的时频分布能量发散、噪声和谐波干扰强导致其转频难以获取的问题,提出一种基于自适应窗口和压缩幅值的瞬时转频估计方法。首先,通过自适应窗口在频率轴方向搜索出脊线窗口避免噪声和谐波的干扰;其次,在脊线窗口内用压缩幅值方法集中发散的脊线能量;然后,用惩罚函数法提取脊线,实现转频的精确估计;最后,根据采用轴承实验台收集的数据验证了所提出方法的有效性和鲁棒性。结果表明,相比于传统方法,采用所提方法估计瞬时转动频率使误差降低约8 %。
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皮带输送机托辊故障声源定位方法
张中盘, 张明, 时瑛, 李宁钢, 董帆, 万书亭
2024, 44(1): 142-147. 
摘要 ( )   PDF(2079KB) ( )  
为实现对皮带输送机托辊故障实时监测,提出一种基于广义互相关时延估计的托辊故障声源定位方法,并开发相关系统。首先通过安装在与皮带输送机旁间隔一定距离处的传声器采集声音信号,采用VMD与包络谱峭度法有效提取托辊声音信号的故障频率信息。随后采用广义互相关时延估计算法对声音信号中选定的IMF分量进行广义互相关时延估计,根据时延域中互相关系数最大值所对应的时间差确定时延,结合声音在空气介质中的传播速度,以及故障声源位置与传声器之间的空间几何关系,确定故障声源位置。最后开发出托辊故障声源定位系统并投入现场运行,实验和现场应用结果表明,采用所提方法及相关系统能够实现托辊故障声源的准确定位。
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遗传算法优化变分模态分解在轴承故障特征提取中的应用
单玉庭, 刘韬, 褚惟, 缪护
2024, 44(1): 148-153. 
摘要 ( )   PDF(2253KB) ( )  
针对变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)过程中模态分量个数和惩罚参数大小依赖先验知识,单一或顺序优化单一参数可能导致局部最优的问题,提出以包络熵和包络峭度因子作为适应度函数,利用遗传算法全局寻优的特点,对VMD的模态分量个数和惩罚参数组合进行优化。通过最优参数组合下的VMD对信号进行分解,可以获得多个本征模态分量( Intrinsic Mode Function,IMF ),选择适应度函数最小IMF分量作为有效IMF分量进行包络解调,从中提取轴承信号的故障特征频率。对多种轴承故障类型信号进行分析并与其他方法对比,结果表明所提方法能有效提取轴承故障特征,有助于实现微弱故障条件下轴承故障特征频率的准确提取。
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自适应STWF与改进OMP的滚动轴承微弱故障诊断方法
和丹, 魏豪, 胡胜, 王琇峰, 刘晖
2024, 44(1): 154-161. 
摘要 ( )   PDF(2519KB) ( )  
针对工业环境中随机冲击干扰下滚动轴承微弱故障特征提取难题,提出一种基于自适应短时维纳滤波(Adaptive Short Time Wiener Filtering,ASTWF )和改进正交匹配追踪( Orthogonal Matching Pursuit,OMP )的滚动轴承故障特征提取方法。该方法首先采用包络峭度和随余比( Random Shocks and Margin Ratio,RMR)作为联合判据,界定窗长界限并自适应确定STWF最优窗长参数,进而将随机冲击干扰从测试信号中分离出来;然后,利用立方包络自相关谱估计信号中周期频率,构造周期原子库,降低匹配原子冗余度;最后,利用相似性理论优化匹配追踪迭代终止条件,并结合周期原子库,实现弱故障冲击特征快速、准确提取。根据仿真信号和通过变速箱下线检测所得工程数据,可验证所提出方法可有效识别随机冲击干扰下的滚动轴承微弱故障特征。对比最小熵形态反卷积( Minimum EntropyMorphological Deconvolution,MEMD )方法对于随机冲击干扰下滚动轴承微弱故障特征提取效果,发现所提出方法具有更好的故障特征提取能力;与经典OMP方法相比,所提出改进OMP方法信号重构速度提升66 %。
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改进融合指标的新型盲解卷积算法在轴承故障诊断中的应用
田甜, 唐贵基, 田寅初, 王晓龙
2024, 44(1): 162-167. 
摘要 ( )   PDF(1914KB) ( )  
为解决现有盲解卷积算法易受随机脉冲影响的问题,综合时域特征和频域特征,提出一个新的故障敏感指标,即包络谱峭度-包络基尼系数融合指标(Envelope Spectral Kurtosis-envelope Gini Index,ESKEG)。该指标对周期性脉冲更敏感,不易受随机脉冲的影响。基于该指标,提出一个新的解卷积算法,即基于最大ESKEG的盲解卷积,并采用粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)求解滤波器系数。通过仿真振动信号和实验仿真信号进行验证,结果表明相比于其他盲解卷积算法,所提出的PSO-ESKEG算法在故障先验知识未知的情况下,能更有效避免受到随机脉冲信号的影响。
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基于稀疏编码的复杂机械振动信号盲分离方法
王金东, 王畅, 赵海洋, 李彦阳, 曹威龙, 黄飞虎
2024, 44(1): 168-173. 
摘要 ( )   PDF(2029KB) ( )  
复杂机械振动信号激励源较多,故源信号之间互为相关源,且较难满足统计独立特性,导致传统盲源分离方法分离效果不佳。对此,提出一种基于信号稀疏编码的机械振动信号盲分离方法。盲源分离的关键在于对混合矩阵的精确估计,然而机械振源中相关成分的存在严重影响混合矩阵的估计。对此,首先对观测信号进行短时傅里叶变换,增加信号稀疏性;然后利用稀疏编码筛选出具备直线聚类特性的时频观测点,利用K均值(K-means)聚类法找到聚类中心;最后利用所提筛选规则找到估计的混合矩阵,重构出源信号。通过对往复压缩机故障数据的分析,验证了所提方法有效性。
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基于Inception-LSTM的退火窑辊道系统轴承故障诊断
周康渠, 刘田创, 辛玉, 谢文南
2024, 44(1): 174-180. 
摘要 ( )   PDF(2600KB) ( )  
玻璃生产线退火窑辊道系统轴承运行状态显著影响玻璃品质和生产效率,实时监测各轴承运行状态对确保退火窑系统的平稳运行具有重要意义,提出结合Inception 模块和长短期神经网络(Long Short-term Memory,LSTM)的迁移诊断方法,对退火窑辊道系统中的辊道轴承和通轴轴承运行状态进行监测、诊断。首先,使用集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)对轴承信号进行分解和重构降噪,并利用直方均衡化增强重构信号小波时频图的聚集性。然后,针对样本充足的辊道轴承,建立Inception-LSTM网络,提取多尺度特征并学习其中的时间依赖关系,实现状态诊断。再次,针对转速不同且样本量少的通轴轴承,以辊道轴承信号为源域,以通轴轴承信号为目标域,以Inception-LSTM 网络为基础,使用多核最大均值差异(Multi-kernel Maximum Mean Discrepancies,MKMMD)减小分布差异,实现故障样本不平衡条件下的跨转速域不变特征提取和迁移诊断。最后,利用实验数据和实测数据验证本算法的有效性,结果表明,该方法能有效诊断出退火窑辊道系统轴承故障,且具有较高的准确率。
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基于群优化VMD算法的深水网箱振动信号特征提取及消噪方法研究
王娜娜
2024, 44(1): 181-186. 
摘要 ( )   PDF(2234KB) ( )  
针对传统变分模态分解在处理深海网箱振动信号时严重依赖于模态阶数和二次惩罚因子的参数选择问题,提出了一种基于狼群优化算法的变分模态分解方法。通过引入狼群优化算法和适应度函数优化分解,克服了变分模态分解在参数设置不当时造成的模态丢失或混叠的问题,从而实现了无先验知识情况下深水网箱振动信号的降噪及最优特征提取。为了验证提出方法的有效性,首先使用四自由度数值系统验证了提出方法的正确性,然后开展了坐底式深水网箱现场测试,并对实测数据进行结构特征信息提取及信号降噪,结果显示提出方法可以选择最佳的模态参数和惩罚因子实现信号的准确特征提取,验证了该方法在用于坐底式深水网箱结构安全监测时的有效性和实用性。
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基于EMD-SSSC分解的振动信号去势
杨穹, 秦仙蓉, 刘兆航, 孙远韬, 张氢
2024, 44(1): 187-191. 
摘要 ( )   PDF(2038KB) ( )  
提出一种基于经验模态分解和软筛分准则的振动信号去势方法EMD-SSSC(Empirical Mode Decomposition-Soft Sifting Stopping Criterion,EMD-SSSC),根据软筛分准则自适应控制筛分过程,改善本征模态函数的混叠问题,提高经验模态分解的精度与效率,从而有效去除振动信号的趋势项。通过解析函数和两自由度弹簧-质量-阻尼系统验证该方法的有效性和精度,并进一步将其应用于实际岸桥结构健康监测中加速度响应的去势。结果表明:采用EMD-SSSC方法可以准确剔除振动信号中的趋势项,去势精度远高于最小二乘法;所提出方法既可有效用于数值积分中因积分常数的存在而出现的趋势项,也可合理去除工程实际监测信号中的趋势项。
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运载工具振动与噪声
道岔冲击激扰对高速动车组车体弹性抖动的影响分析
王谢堂, 高建敏, 丁鑫, 昌超, 凌亮, 王开云
2024, 44(1): 192-198. 
摘要 ( )   PDF(2446KB) ( )  
为探究高速动车组通过道岔区域后车体的弹性抖动,建立考虑车体弹性的高速动车组刚柔耦合动力学模型和道岔冲击激扰模型。根据模型分析道岔冲击激扰作用下车体的弹性振动响应特征,通过仿真复现高速车辆的抖车现象,并与现场测试数据进行对比。在此基础上,分析车辆过岔速度、道岔激扰个数和道岔间隔对高速车辆车体弹性抖动的影响规律。结果表明:道岔冲击会导致车体1 阶菱形耦合共振;车辆过岔速度对车体弹性抖动有显著影响,当车速达到300 km/h 时,车体出现明显弹性抖动;连续道岔激扰会使车体横向振动叠加放大;车体横向振动加速度与道岔间隔之间存在非线性关系,当道岔间隔在50~80 m范围时,车体弹性振动更剧烈。研究结果可为寻找控制高速车辆弹性抖动的有效措施提供一定理论参考
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基于RBF-PSO算法的潜艇尾部结构噪声优化
李舒成, 张冠军, 柯昱照,
2024, 44(1): 199-204. 
摘要 ( )   PDF(1965KB) ( )  
针对潜艇尾部结构噪声突出问题,选取潜艇尾部桨轴艇耦合模型为研究对象,以潜艇尾部质量为约束条件,以纵向、横向激励力下的水下潜艇尾部辐射声功率级为优化目标,设计以尾壳板厚度、T 型材结构参数(面板宽、腹板高、面板厚度、腹板厚度)为设计变量的均匀试验设计,采用径向基函数(Radia Basis Function,RBF)神经网络构建反映设计变量与优化目标之间映射关系的代理模型,使用粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)对潜艇尾部噪声进行多目标优化。研究表明:纵向激励下潜艇尾部水下辐射声功率合成级降低3.79 dB,横向激励下潜艇尾部水下辐射声功率合成级降低1.55 dB,潜艇尾部质量降低3.424 t。将RBF-PSO算法应用于潜艇尾部结构低频噪声优化问题效果较好,可以为潜艇的结构噪声优化提供指导。
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电动隐藏式外门把手噪声分析和优化设计
牛时光, 左曙光
2024, 44(1): 205-211. 
摘要 ( )   PDF(2246KB) ( )  
随着新能源汽车的发展,越来越注重车辆智能化和电动化,电动隐藏式外门把手被越来越多地应用在新能源汽车上。电动隐藏式外门把手在开启与关闭时,执行器产生工作噪声,噪声过大或声品质不好会引起用户抱怨。分析电动隐藏式外门把手工作噪声产生的原因,从外门把手本体结构、结构传递路径、空气传递路径和工作控制策略等4 个方面进行分析和优化设计,有效降低电动隐藏式外门把手的本体噪声及乘客舱内的辐射噪声,对汽车电动隐藏式外门把手噪声的优化设计具有一定参考价值和指导意义。
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车辆载荷下钢弹簧浮置板轨道振动特性分析
王文波, 关庆华, 温泽峰
2024, 44(1): 212-219. 
摘要 ( )   PDF(2832KB) ( )  
建立车辆-钢弹簧浮置板轨道垂向耦合振动有限元模型,分析车载作用下的浮置板轨道和车辆垂向振动特性。结果表明,钢轨和车体垂向振动在浮置板1 阶弯曲频率(10 Hz)、P2 共振频率、部分阶次的轮对弯曲频率及车轮辐板模态频率处存在明显峰值,其中车体振动在车体浮沉频率(1 Hz左右)处也存在明显峰值。扣件刚度和阻尼的影响主要在轮对1 阶弯曲频率以内的车辆-轨道系统耦合振动行为,扣件阻尼在高频处对轨道垂向振动也有较大影响。钢弹簧刚度和阻尼主要影响浮置板1 阶弯曲频率附近的车辆和轨道响应,对车辆运行平稳性影响显著。车辆悬挂参数及车体和构架质量对轨道振动基本无影响,簧下质量通过P2 共振以及系统约束下的轮对1 阶弯曲和辐板对称伞形模态影响轨道振动。增大一系悬挂刚度和阻尼以及二系悬挂阻尼会增大中高频的车体垂向振动加速度,二系悬挂刚度主要影响车体浮沉频率附近的车体垂向振动。车体、构架和簧下质量对车体浮沉运动、浮置板1 阶弯曲和P2 共振处的车体振动加速度峰值有影响。
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基于声子晶体的高速列车地板支撑层隔声研究
李海萍, 曹兴潇, 石广田, 张晓芸, , 宋杲, 张小安,
2024, 44(1): 220-225. 
摘要 ( )   PDF(2098KB) ( )  
随着高速列车运营速度不断提高,轨道交通产生的振动噪声会严重影响列车的车内声环境,进而降低乘坐舒适性,因此针对列车噪声源部位的车体隔声设计至关重要。目前的隔声措施能够有效控制车内中高频噪声,而对于低频噪声的抑制效果还有待进一步提升。声子晶体是一种具有弹性波带隙的周期性结构材料,该结构不需要大尺寸即可在局域共振作用下形成低频带隙,进而抑制弹性波的传播从而起到低频降噪作用。基于声子晶体周期性理论,以车辆转向架部位地板的木骨支撑层为对象,研究声子晶体在木骨支撑层隔声中的应用,系统分析声子晶体结构的带隙特性和隔声特性以及基于声子晶体结构的支撑层隔声性能。研究结果表明:通过改变结构形式及其参数可实现对于声子晶体结构的带隙形成频带及其隔声特性的人为设计和控制;以高速列车地板中的木骨结构为对象,结合声子晶体理论将其设计为木骨和声子晶体组合结构形式,不仅能够保持声子晶体在0~220 Hz低频段和620~710 Hz频段优越的隔声性能,同时可极大提升220~620 Hz频段的隔声性能;既维持该层结构的支撑作用,又能很好提升隔声性能,在高速列车地板设计中具有很强的有效性和适用性。
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环境振动与环境声学
重型数控机床-基础系统低频隔振研究
苏贺旺 刘志峰 李彦生 姜凯 张建涛
2024, 44(1): 226-233. 
摘要 ( )   PDF(2366KB) ( )  
为解决低频环境振动导致重型数控机床加工精度降低问题,考虑机床与振源距离、振动频率等因素,采用Plaxis 建立基于黏弹性人工边界的振源-土体-隔振沟三维模型,系统分析空沟、填充沟的参数(深度、宽度、距离、填充材料等)对隔振效果的影响,并首次提出空沟-泡沫填充沟的组合形式。结果表明,隔振沟深度是决定性因素,隔振沟距离越远隔振效率相对越低,空沟宽度影响很小,泡沫填充沟宽度的影响小于深度,双泡沫填充沟方案是比单泡沫沟更经济有效的替代方案,而空沟-泡沫填充沟的隔振性能更好且结构更稳定,最终,将此新型组合隔振形式应用到机床隔振,优化隔振沟参数后可将振动响应降低到原来的15 %以下,有效降低环境振动对机床的影响。
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噪声特性对言语可懂度评价的影响
宋嘉炜, 祝培生, 刘曦东, 刘浩成
2024, 44(1): 234-241. 
摘要 ( )   PDF(1276KB) ( )  
言语可懂度是语言声房间和厅堂音质评价的重要指标,噪声特性是影响言语可懂度评价结果的重要因素之一。基于国内外相关文献就噪声特性对言语可懂度评价的影响进行系统研究,结果表明,噪声特性对言语可懂度的评价结果有显著影响:(1)噪声在时域上的波动起伏有利于言语理解,但会导致个体间差异增大并降低评价结果的稳定性;噪声频率范围和频谱分布与语言声越接近,在低频区的噪声量越大,对言语可懂度的影响越大;言语噪声能够导致额外的信息掩蔽,影响程度与言语噪声的数量、噪声和目标语之间的相似程度以及听者的个体因素等有关。(2)将当前基于稳态噪声的言语可懂度客观评价方法用于其他噪声时,可能造成对言语可懂度的低估或高估。非稳态噪声情况下的可懂度客观评价仍存在一些不确定的地方。结合当前的研究现状,进一步提出该领域的下一步研究方向。相关内容可为噪声环境中的言语可懂度主、客观评价提供参考。
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低频声信号的等烦恼度曲线研究
胡胜, 陈炜, 王俊杰, 赵瑞墩, 蔡俊
2024, 44(1): 242-246. 
摘要 ( )   PDF(1593KB) ( )  
低频噪声污染扰民问题越来越受到关注。由于低频噪声会使人们主观上感受到烦恼,因此基于等烦恼度的低频噪声主观评价方法成为研究热点。为此,从人体主观感受的角度研究低频噪声引起的烦恼变化规律,从而得到低频声信号的等烦恼度曲线。研究中招募被试,对声级从45~75 dB、频率从100~315 Hz 的42 个低频声信号开展主观烦恼度的绝对幅值评估实验,并对评价结果进行方差分析和数据拟合,得到不同频率下的剂量-效应公式,经过验证后绘制100~315 Hz低频范围内的等烦恼度曲线。研究结果表明,在声压级方面,低频声烦恼度满足剂量-效应的幂指数变化规律。在频率方面,同声级更低频率的声信号引起的烦恼度更高。该研究成果可为低频噪声的评价和治理提供思路与借鉴。
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地基和基础对建筑物地铁振动响应影响的研究
张婧, 宋瑞祥, 刘必灯, 邬玉斌, 吴琼, 杨洁
2024, 44(1): 247-254. 
摘要 ( )   PDF(2274KB) ( )  
随着我国地铁建设的飞速发展和城市用地日益紧缺,建筑物与地铁线路的距离越来越近。对于临近地铁的新建建筑,在设计阶段对于建筑结构开展抑制地铁振动的优化设计渐趋必要。以某临近地铁的待建建筑物为研究对象,采用数值仿真方法,对不同基础形式(桩筏基础和筏板基础)及不同地基类型(非挤土地基和挤土地基)建筑物的地铁振动响应进行对比分析,结果表明:桩筏基础抑制地铁振动的能力略优于筏板基础,基础形式变化对建筑物室外振动的影响不显著,且不会改变建筑物室内振动水平随楼层升高的变化规律,基础形式不同使建筑室内振动分布发生变化,但变化的规律性不显著;非挤土地基抑制地铁振动的能力明显优于挤土地基,地基类型变化亦不会改变建筑物室内振动水平随楼层升高的变化规律,但对建筑室外和室内振动响应的影响都较为显著。
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山地城市轨道交通高架段列车引起环境振动实测研究
干灵锋, 杨芳乙, 李力克, 石国兵, 王鹏
2024, 44(1): 255-260. 
摘要 ( )   PDF(2855KB) ( )  
对作为典型山地城市的重庆市轨道交通1 号线、9 号线和10 号线高架段列车运行所引起周围地面振动进行实测,将测得的地面垂向振动加速度数据在时域和频域内进行了分析。结果表明:同一线路高架段列车运行引起的振动主要频率分布区域基本一致,1 号线主要频率分布在52 Hz附近,9 号线主要频率分布在25 Hz附近,10 号线主要频率分布在37 Hz附近;随着距离的增加,高频振动衰减速度大于低频振动;高架段列车所引起地面振动的衰减规律总体趋势是随着距离的增大逐渐减小,振动在近场衰减较快,在距离桥梁中心线15 m范围外,振动衰减逐渐平缓,9 号线在距离中心线12 m位置出现一定程度的振动放大现象,10 号线在距离中心线25 m位置出现振动放大的现象,与平原地区相比,山地城市轨道交通引起的振动衰减趋势有所不同;不同线路高架段引起振动大小存在较大差异,1 号线振动源强为74.9 dB,9 号线振动源强为53.6 dB,10 号线振动源强为59.3 dB,1 号线高架段列车运行引起地面振动大于10 号线,由于车速较低且采取了梯形轨枕减振措施,9 号线引起的振动最小。
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建筑振动与建筑声学
高铁箱梁桥顶板纵向加筋对其声振特性的影响
王杰, 张小安, 杨建近, 包能能, 张晓芸, 石广田
2024, 44(1): 261-267. 
摘要 ( )   PDF(2681KB) ( )  
伴随着高速铁路箱梁桥的大规模建设,列车经过时引起的高架桥低频声辐射问题已成为限制其发展重要因素之一。为了缓解列车经过箱梁桥时的声辐射问题,有必要开展桥梁降噪措施研究。以高速铁路箱梁桥为研究对象,对箱梁桥顶板增设纵向筋板,采用多体系统动力学软件UM及有限元-边界元方法建立车辆-轨道-桥梁耦合动力学模型和声学预测模型,对原结构箱梁桥和加筋板箱梁桥的振动加速度、辐射声功率、线性声压级和声场分布等进行分析,研究顶板纵向加筋对箱梁桥声振特性的影响。研究结果表明:增设纵向筋板后箱梁桥各个板件振动加速度都明显减小,在顶板处减幅最大;增设纵向筋板后箱梁桥的辐射声功率和声压级明显降低,降噪效果良好;其对桥上声场的降噪效果好于桥下和桥侧声场。
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基于不同接头模拟方法的沉管隧道地震响应分析
马朝霞, 王玉军, 王国波
2024, 44(1): 268-275. 
摘要 ( )   PDF(3169KB) ( )  
沉管隧道是将沉管管节通过接头相连而成的纵向细长结构,接头的合理模拟至关重要。结合某沉管隧道工程提出两种接头模拟方法:沿截面均匀等效设置弹簧的方法和基于截面剪切键作用设置弹簧的方法。对于计算结果的对比分析表明:在纵向地震作用情况下由两种模拟方法得到的结果吻合较好,但在横向地震作用下沿截面均匀等效设置弹簧方法无法体现接头的抗剪特性。另外,横向地震作用时接头水平相对位移是纵向地震作用时的2~3 倍,因此更应关注沉管隧道横向抗震性能。研究成果对沉管隧道合理简化模型的建立和应用有一定参考价值。
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城际铁路曲线地段梯形轨枕有砟轨道动力性能分析
张永伟, 李萍, 李玉路, 周丽
2024, 44(1): 276-281. 
摘要 ( )   PDF(2202KB) ( )  
围绕梯形轨枕有砟轨道在城际铁路中适应性问题,测试城际列车以80~176 km/h 通过半径为1 432 m曲线地段时梯形轨枕有砟轨道系统动力性能指标,对比梯形轨枕有砟轨道和普通Ⅲ型枕动力性能。运用车辆与轨道动力相互作用原理和有限元方法建立曲线地段梯形轨枕有砟轨道动力学模型,进一步评估城际列车以不同速度通过时的行车安全性及舒适性。研究结果表明:(1)列车实际通过曲线地段梯形轨枕有砟轨道时的安全性和轨道结构稳定性均满足规范要求;(2)梯形轨枕有砟轨道较普通Ⅲ型枕有更良好的减振性能,车速从80 提高至176 km/h 时,减振效果从8.3 降低至6.2 dB;(3)考虑道床横向阻力非线性特性的车辆与轨道动力相互作用分析表明,随着车速增大,梯形轨枕有砟轨道动力响应增大,列车运行安全性和舒适性均降低,但仍满足规范要求,其中车辆与轨道的横向动力响应受车速影响更为明显。
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减振降噪设备与器材
基于近似模型的弹性背腔穿孔管消声器声学性能优化
张帆, 朱海潮, 侯九霄,
2024, 44(1): 282-287. 
摘要 ( )   PDF(1828KB) ( )  
弹性背腔穿孔管消声器利用声波和弹性管壁的耦合作用,相比于穿孔管消声器具有更好的低频消声性能。为了进一步提高该消声器的低频、宽频消声能力,采用遗传算法对其进行优化。首先,利用COMSOL有限元软件建立该消声器的传递损失计算模型。其次,分析弹性管壁材料对消声器低频消声性能的影响,并选取橡胶复合材料作为弹性管壁材料。再次,由于所采用的有限元模型计算耗时长,为节约时间资源,利用径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络方法建立近似模型代替有限元计算模型。最后,利用近似模型结合遗传算法进行全局寻优,获得该消声器结构参数的优化结果,并利用有限元模型验证优化的准确性。结果表明:优化后在100~1 000 Hz 低频段范围内弹性背腔穿孔管消声器消声带宽增加62 %,且平均传递损失提高3.6 dB。
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振动噪声测试技术
雨刮反转过程振动冲击特性实验研究
毛之安, 王岩松, 孙裴, 张舟云, 傅伟, 郭辉
2024, 44(1): 288-295. 
摘要 ( )   PDF(2715KB) ( )  
汽车雨刮反转时产生的振动冲击是引起雨刮噪声的主要因素之一。近年来,雨刮运动学及动力学性能得到广泛研究。为了研究雨刮反转过程的振动冲击特性,搭建一种基于平动测试系统的雨刮反转实验台,开展不同工况下雨刮反转过程中振动冲击实验与分析。结果表明,雨刮反转实验台能够实现对应实车各挡位调速功能,实验结果与实车测试在方向上具有一致性;其能够区分和模拟玻璃表面的不同干湿状态,并进行刮片力学状态分析;对于所测工况,刮刷速度与加减速对振动冲击的影响呈正相关,而相比刮刷速度,加减速时间对刮片反转过程中的振动冲击影响较小。实验研究结果对进一步分析雨刮噪声产生机理及噪声控制等具有一定意义与价值。
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高寒动车组牵引变流器的振动测试及分析
丁杰
2024, 44(1): 296-302. 
摘要 ( )   PDF(2211KB) ( )  
针对我国西北部地区恶劣天气和老化线路影响高寒动车组安全可靠运行的问题,开展实际线路运行时振动测试及分析。根据即墨至乌鲁木齐的车辆运行速度和地形特征,划分青岛—济南、济南—西安、西安—兰州、兰州—乌鲁木齐4 个区间,对比分析不同区间内的振动有效值。结合IEC 61373 标准,对比分析实测振动有效值、冲击峰值与标准值的差异。通过振动频谱分析牵引变流器不同部件的振动特性,利用统计容差法编制不同部件的实测载荷谱,并利用有限元方法分析中频和高频振动对牵引变流器结构的影响。结果表明,济南—西安区间内的振动高于其他区间,西安—兰州区间内的冲击高于其他区间;柜体吊耳和控制箱的振动主要体现在垂向与纵向,而横向较小,且以中频段和低频段为主;冷却风机的振动集中在低频段,来自于风机转频;功率模块振动以横向和纵向为主,中频段和高频段的振动远大于低频段。
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双月刊,创刊于1981年
主办:中国声学学会
承办:上海交通大学
ISSN 1006-1355
CN 31-1346/TB