噪声与振动控制

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2022-1期封面、目次

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2022, 42(1): 0-0.

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板结构中声学黑洞参数优化及其阵列的能量汇集效应分析

梁浩鸣, 高康, 刘献栋, 鲍岳, 单颖春, 何田

2022, 42(1): 1-7.

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声学黑洞结构是一种可实现板内弯曲波操控和振动能量汇聚的新结构，在振动和噪声控制领域具有应用
前景，因此对内嵌于板结构的二维声学黑洞及其阵列的动力学特性和设计方法进行研究十分必要。首先给出描述声
学黑洞汇集效果的定量参数，然后通过正交试验得出内嵌于板结构的单二维声学黑洞几何参数在一定范围内的最优
值；最后，基于这些参数设计声学黑洞并组成包含两声学黑洞的阵列，在频域内研究板结构具有不同排布方式声学黑
洞阵列时的能量汇集效应。结果表明，在一定频带范围内两个声学黑洞组成的阵列的能量汇聚效应比单声学黑洞更
为明显，且横向排列的声学黑洞阵列结构具有更好的能量汇聚效果。对于声学黑洞阵列和阻尼减振的设计具有一定
参考价值。

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基于ANSYS二次开发的轮轨耦合模型及应用研究

孟宪金, 刘林芽, 秦佳良, 李辉, 左志远

2022, 42(1): 8-13.

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基于ANSYS的二次开发技术，首先利用APDL语言提出一种具有广泛适用性的轮轨耦合相互作用计算方
法。在该计算方法中，车辆部分基于多体动力学理论建模，并通过APDL语言编程到ANSYS中，再根据有限元理论对
轨道部分进行仿真，充分考虑轮轨非线性接触，车辆系统和轨道系统分别采用显式积分和隐式积分求解。然后，通过
与文献中采用交叉迭代算法计算得到的车辆-轨道垂向耦合系统动力响应对比，验证模型和计算方法的正确性。最后，
以高速列车-CRTSⅡ型板式无砟轨道为例，利用该方法分析扣件失效数量对耦合系统动力响应的影响。研究结果表
明：单个扣件失效对车辆系统的动力响应影响有限，对于钢轨的动力响应影响较大；扣件失效数量的增加会显著增大
车轨系统的动力响应，加剧轮轨的磨耗和相邻钢轨扣件的失效。提出的计算方法可以对不同型式的轨道结构和轨下
基础进行分析，对于轮轨耦合动力特性的研究具有很好的适用性。

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含间隙多约束碰撞振动系统稳定性分析

王超, 丁旺才, 李得洋, 丁杰

2022, 42(1): 14-19.

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针对一类单自由度含间隙多约束碰撞振动系统，通过在碰撞面处建立系统的Poincaré 映射，推导系统的Jacobi
矩阵，将连续动力系统转换为离散动力系统，并利用Gram-Schmidt 正交化和范式归一化计算得到系统的Lyapunov
指数谱。通过数值模拟，计算系统混沌吸引子与周期吸引子的收敛序列，结合系统相图、单参分岔图及Lyapunov 指数
谱，分析系统周期运动稳定性及各类分岔现象，通过控制系统参数双向变化发现相邻周期运动间存在的周期共存现
象，验证该计算方法的有效性和正确性，研究成果可为后续针对该系统的混沌判断及混沌控制提供理论依据。

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基于弹性圆柱壳的柔性齿轮副建模及动力学分析

张洋, 关先磊, 王青山

2022, 42(1): 20-27.

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基于弹性圆柱壳理论，建立柔性齿轮副等效简化模型。首先采用具有时变刚度的弹簧模拟齿轮交替啮合过程，其中时变啮合刚度通过解析模型得到；同时采用径向和切向支撑弹簧模拟轴和轴承的柔性。接着根据能量原理，推导柔性齿轮副系统的动能、应变能、啮合弹簧势能以及支撑弹簧势能。随后基于微分求积有限法(DQFEM)对能量表达式进行离散，分别使用拉格朗日方程和Newmark迭代来求解柔性齿轮副模型的模态和动态响应。通过收敛性分析，研究模型的数值稳定性，再与ANSYS的有限元模型进行模态特性的对比，验证模型的正确性。然后分析柔性齿轮副模型的固有频率随转速的变化规律，并给出齿轮啮合模型自然频率的坎贝尔图。最后，通过与基于齿轮体刚性假设的扭振模型进行对比，从时域和频域两方面阐述齿轮柔性对系统动力学特性带来的影响。

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热环境对功能梯度薄壁圆柱壳模态频率的影响

吕志鹏, 刘文光, 刘超, 丰霞瑶, 张宇航

2022, 42(1): 28-33.

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以热环境对金属陶瓷功能梯度薄壁圆柱壳模态频率的影响为研究对象，首先在描述功能梯度薄壁圆柱壳模型和四种典型的热环境模型的基础上，通过Love 薄壳理论得到了薄壁圆柱壳的应变能和动能，运用Rayleigh-Ritz 法推导圆柱壳的模态频率方程。然后分别以镍金属圆柱壳和镍钢功能梯度材料圆柱壳为对象，验证模态频率方程的合理性。最后分析不同温度场对金属陶瓷功能梯度薄壁圆柱壳环向振动和轴向振动模态频率的影响。结果表明：随着温度的升高，金属陶瓷功能梯度薄壁圆柱壳的模态频率逐渐下降，均匀温度场下模态频率下降速率最快，其次是线性温度场和非线性温度场，热流温度场对模态频率的影响几乎可以忽略；热环境只影响模态频率的大小，不影响模态频率随波数的变化趋势。

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数控机床电机-斜齿轮齿条耦合进给系统动态特性分析#br#

王昊, 龙新华, 杜家楠

2022, 42(1): 34-40.

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数控机床进给系统动态误差是影响加工精度的一个重要因素。针对大型镜像铣床斜齿轮齿条进给系统，通过势能法和切片积分法获得时变啮合刚度，同时考虑啮合误差引入的内部激励建立斜齿轮齿条动力学模型。针对矢量控制电机，建立交流同步伺服电机的双闭环控制动力学模型。将电机模型与齿轮齿条动力学串联构成机电耦合系统动力学模型，通过Simulink 仿真和实验研究，分析啮合误差、电机动态特性对于进给系统动态传递误差的影响，明确了齿轮齿条误差是进给系统的主要误差源。研究成果可为高动态精度的进给系统设计提供参考。

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基于JS-BP模型和JS散度的随机有限元模型修正

盛腾威, 殷红, 彭珍瑞, 张亚峰

2022, 42(1): 41-47.

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对考虑试验参数不确定性的有限元模型修正方法展开研究。首先假设待修正参数和响应特征量都服从正
态分布，将不确定性模型修正问题转化为均值和标准差的修正问题；其次采用拉丁超立方抽样选取待修正参数样本点
作为输入，并计算其对应的频响函数进行常数Q变换提取第一层系数作为输出，通过海蜇算法(JS)优化BP神经网络的
权值和阈值，构建JS-BP神经网络模型；最后以最小化JS 散度作为目标函数，实现对待修正参数的均值和标准差的同
步修正。空间桁架算例表明，所提方法能够有效地修正结构参数的均值和标准差，并且在试验数据标准差不同时仍能
得到较好的修正效果。

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局域共振型平板结构的低频振动与声辐射特性分析#br#

郭彭, 周奇郑, 朱拥勇, 骆子寅

2022, 42(1): 48-55.

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抑制低频振动与辐射噪声对提高水下航行器的声隐身性能具有重要意义。首先建立含局域共振元胞的平板结构横向振动模型，采用模态叠加法和谐波平衡法导出耦合振动方程的解析解，其次给出5 Hz～300 Hz范围内平板表面平均振速级与辐射声功率级解析表达式，研究元胞中吸振器参数对平板声振特性的影响，最终对目标频段平板结构的振动控制效果进行优化设计。研究表明：研究的频率范围内，局域共振型平板结构在吸振器固有频率附近会产生能够抑制其低频振动与噪声的频带；随吸振器阻尼的增大，减振频带拓宽且减振降噪性能减弱；多振子元胞具有多个减振频带，频带的叠加使得其低频减振降噪性能优于单振子元胞；经粒子群算法优化后在目标频段单振子、双振子、四振子元胞的减振降噪效率分别可达到26.3 %、29.8 %、29.1 %。研究结果可为水下航行器低频振动以及噪声的控制提供参考。

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滚振试验台液压管道系统的振动特性分析

周新建, 吕康, 周生通, 郭维年

2022, 42(1): 56-60.

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液压管道系统是跨座式单轨车辆滚动振动试验台的重要组成部分，在设计过程中需要对管道的振动特性进行重点分析。为此，基于单向和双向流固耦合的模态分析方法，采用k-ε 的湍流模型，对比分析管道在不同分析方法下的固有频率和振型；在双向流固耦合基础上分析流体速度和压强对管道的影响。研究表明：单向流固耦合下管道的固有频率均大于双向流固耦合作用下管道的固有频率，相差率达2 %～10 %，相同阶次下的振型形态基本一致；流体压强对管道的固有频率的影响比流体速度大，在一定的压强范围内，管道的固有频率随着流体的压强增加而增加，流体的管道总变形量和等效应力随流体压强和支管流速增加而增加。

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全封闭设备舱对隧道内160 km/h地铁气动声源影响#br#

杨志刚, 高建勇, 谭晓明, 余永革, 刘慧芳, 吴雨薇

2022, 42(1): 61-66.

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随着地铁列车速度提升至160 km/h，隧道环境下地铁列车表面气动激励显著增强。应用大涡模拟对隧道内160 km/h 地铁列车脉动流场结构和表面气动噪声源进行数值仿真，定量评估全封闭设备舱设计对地铁列车气动声学性能的优化效果。结果表明：全封闭设备舱设计能够疏导车底气流，使车底气流更多集中在转向架舱两侧溢出，同时引起车下主要涡结构尺度增大。对应的，列车整车车体气动噪声源能量减小约2.9 %；其中头车、中车1 分别增大5.7 %和9.4 %，中车2 和尾车分别减小4.2 %和13.8 %，各节车体声源能量分布更加均匀；列车高频声源能量减小，整车800 Hz峰值频谱能量减小约4.0 %。研究成果将为160 km/h地铁列车气动降噪设计提供参考。

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法向振动对Burridge-Knopoff模型Stick-Slip运动影响数值研究#br#

姜磊,

2022, 42(1): 67-70.

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Burridge-Knopoff 模型是研究地震和其他机械系统动力学行为的实用模型。考虑到摩擦力的影响，Burridge-Knopoff 模型运动呈现出动力学非线性，Stick-Slip 运动是这种模型的典型运动特征。滑块法向振动对这种模型运动行为的影响规律尚未被有效研究，为此建立一种考虑了滑块法向振动影响的Burridge-Knopoff 模型。Stribeck 模型被用来刻画依赖于滑块与传送带之间相对速度的摩擦力。采用数值方法分析系统的典型运动规律，研究法向振动的频率和相位对系统运动模式的影响规律，考虑法向振动的Burridge-Knopoff 模型存在混沌和分岔现象得到证实。

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基于参数激励的两自由度耦合MEMS谐振式陀螺

吕路婧, 李崇, 綦声波

2022, 42(1): 71-78.

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模态耦合是微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System, MEMS)陀螺仪的主要误差来源，针对这个问题，首先从建立陀螺的两自由度动力学模型入手，研究非理想模态耦合条件下的参数激励方法。然后，将多尺度法、龙格-库塔法(Runge-Kutta methods)和牛顿迭代法（Newton-Raphson method）等综合分析方法应用于该模型，表征模态耦合对参数驱动的影响。最终的仿真结果表明，通过适当调节参数激励的强度可以有效地放大两个模态的振动振幅，特别是当参数激励进入不稳定区域时效果更明显。而耦合项会引起微陀螺模态之间的能量传递，产生的影响是响应振幅会被修正，并且刚度耦合可以提升不稳定区的阈值，改变共振频率。这些结论有助于设计者改进和提高MEMS陀螺仪的设计及性能。

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基于残差神经网络的风机叶片结冰故障诊断

沈学利, 杨莹, 秦鑫宇, 俞辉

2022, 42(1): 79-87.

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风力发电机叶片结冰故障直接影响风力发电机的运行安全和发电效率。针对这一问题，提出一种基于一维残差神经网络(1DRes-CNN)的叶片结冰诊断模型，该模型通过风机SCADA数据进行风机叶片结冰故障诊断。首先通过标记标签、数据分割、类间平衡和归一化对SCADA数据进行预处理；然后基于叶片结冰物理机制和XGBoost特征重要性计算选取与叶片结冰最相关的特征；最后利用构建好的1DRes-CNN模型进行叶片结冰诊断、实验结果表明，经过优化选取的特征，相较于SCADA全部特征作为1DRes-CNN模型输入，风叶结冰诊断准确率提升约为7 %。此外，与卷积神经网络、支持向量机和随机森林模型相比，该模型具有更高的诊断性能和泛化能力。

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多故障源混合信息的特征分离与精确辨识

张建宇, 王国峰, 杨洋

2022, 42(1): 88-94.

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多故障源的耦合问题，一直以来都是诊断领域面临的最大难题之一，能否实现多源信号解耦将直接影响故障诊断的准确性。在信源卷积混合的前提下，以多通道反卷积理论为基础，首先研究多故障源混合信息的特征分离方法。接着借助卷积混合后的仿真信号，研究反卷积系统的关键参数——初始滤波器长度对分离效果的影响。进而提出一种自适应的多源信息分离方法。为了确定分离系统的输入通道数量，基于小波分析与奇异值分解完成信号的源数估计；再通过设定滤波器长度的迭代区间，计算出不同参数下分离系统输出信号的时域指标，并自动选取最佳长度使得分离结果最优。最后，经滚动轴承的复合故障实验和多故障并发的工程数据验证，表明该方法在设定的滤波器长度范围内，能够根据信号的差异性自动寻优最佳参数，并成功分离出原始信号中隐含的各个故障源信息，实现机械故障的精确辨识。

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基于L1 最小范数法的波束形成方法参数研究

毛锦, 孙健, 刘凯, 刘江

2022, 42(1): 95-99.

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L1 最小范数法的波束形成方法具有运行速度快、识别准确度高、分辨率好等优点，广泛应用于声源识别领域，然而因该方法参数选取较为困难，在使用中需要花费大量时间来试值。针对此问题，建立声源测量模型，研究不同条件下约束参数的取值。基于详细的理论推导与数值模拟仿真，分析约束参数ε 与声源距离，信噪比和阵列孔径之间的关系。数值模拟结果表明：信噪比为10 dB到40 dB之间，测量距离大于0.5 m，测量阵列采用49 个阵列单元时，可以实现声源的精确定位，并且约束参数的变化范围很小，在不同的频率下呈现一定的规律性。发现这种变化规律为参数选择提供了可靠的理论基础，可大大缩短取值的时间，具有很高的可行性。

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基于奇异谱分解和两层支持向量机轴承故障诊断方法#br#

汤天宝, 周志健, 张涛, 李可, 卢立新

2022, 42(1): 100-105.

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为了解决轴承故障诊断数据样本量少，背景噪声干扰大和准确率不高的问题，提出一种基于奇异谱分解(Singular spectral decomposition，SSD)和两层支持向量机(Two-layer support vector machines，TSVM)的轴承故障诊断方法SSD-TSVM。该方法首先采集信号构建信号矩阵，然后对矩阵进行奇异谱分解，得到奇异谱分量(Singular spectralcomponent，SSC)和残差。根据改进的峭度准则选取奇异谱分量，进行矩阵重构，完成重构后进行特征提取，生成特征向量矩阵作为TSVM的输入。在输入层完成降维处理生成新的特征向量矩阵，在输出层进行轴承故障类型分类。最后分别采用西储大学公开轴承数据集和实验室风机轴承数据集进行验证。与多种其他故障诊断方法对比表明，SSDTSVM方法在轴承故障诊断方面具有更高的准确率。

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基于PARAFAC分析和SVM离心泵故障诊断方法

柯耀, 王琪, 苗育茁, 黄浪, 陈汉新

2022, 42(1): 106-111.

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在多尺度平行因子分析理论的基础上，将原始信号经过多尺度小波分解得到三维时频信号，再经平行因子分析得到通道加载因子、时间加载因子和频率加载因子，通过实验分析，后二者可以明显地表征设备正常或故障状态，利用这一特征建立不同状态的离心泵与其对应的时间加载因子和频率加载因子的映射关系，并以此作为改进粒子群算法优化后的支持向量机分类器的特征向量进行故障分类。与小波包能量特征相比，所提的这种诊断方法用于离心泵故障诊断时提取特征更为简便，所提分类器的分类准确率有显著提高，而其复杂度却没有明显增加。

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基于SSA和随机共振的旋转机械微弱信号提取

高康平, 徐信芯, 师宁, 焦生杰

2022, 42(1): 112-118.

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针对旋转机械早期故障信号微弱，富含大量噪声的问题，提出麻雀优化算法（SSA）和随机共振（SR）相结合的微弱信号提取方法。首先，对大参数信号进行变尺度处理，使其满足SR的要求；其次，以信噪比作为目标函数，运用SSA算法优化SR模型的结构参数，利用系统的SR实现微弱信号信噪比的提高；最后，通过仿真信号验证所提出方法的有效性，并将该方法应用于轴承内圈故障和轻度磨损钻头微弱信号的提取中。结果表明：提出的方法对微弱信号的提取性能优于传统的SR模型以及PSO-SR模型，有效提高了信号信噪比，实现了故障微弱信号的提取与增强。

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基于变分模态分解的静电监测信号去噪方法研究

刘舒沁, 刘若晨, 王益民, 张进武

2022, 42(1): 119-124.

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受外界环境中的电磁等因素的影响，机械设备的有效静电信号往往被噪声淹没，使其故障特征难以提取。针对这一问题，提出一种基于变分模态分解的静电监测信号的去噪方法。首先，通过迭代计算出变分模态分解的最优解；然后，通过得出的最优解对静电监测信号进行重构；最后，对选取的分量进行故障特征提取并进行去噪得到变分模态方法去噪后的信号。通过仿真分析和实验验证将此方法与小波去噪、集合经验模态分解进行对比。分析结果表明，该方法能够有效地提取滚动轴承的故障特征并进行去噪处理。

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基于改进MPE与KELM的滚动轴承故障诊断

赵云, , 宿磊, , 李可, , 顾杰斐, , 卢立新,

2022, 42(1): 125-131.

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针对滚动轴承发生故障时非线性信号特征难以提取导致诊断效率较低的难题，提出一种基于参数优化改进的多尺度排列熵(Multi-scale permutation entropy，MPE)与核极限学习机(Kernel extreme learning machine，KELM)相结合的故障诊断方法。首先，使用关联积分法(C-C算法)对MPE的嵌入维数和时间延迟进行优化；其次，计算滚动轴承振动信号在选定的经验参数与优化参数下各尺度的排列熵值并以此构建特征向量；最后，利用KELM对滚动轴承进行故障分类。结果表明，参数优化后的MPE结合KELM的故障诊断方法能够有效地提取出故障特征进而很好地实现故障诊断。

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基于SED-EMD的大圆机轻微齿轮偏心故障诊断

和丹, , 张丽洁, 肖渊, , 刘学婧

2022, 42(1): 132-137.

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针对大圆机的大型薄壁齿轮在制造与装配过程中容易产生偏心问题，提出一种基于振动信号的齿轮偏心故障检测方法。首先，利用偏斜度解卷积（Skewness Deconvolution，SED）增强振动信号中的齿轮偏心故障特征。其次，运用经验模态分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)将目标信号分解为有限个固有模式分量（Intrinsic Mode Function，IMF）。然后，提出加权-相关频峭度指标（Weighted Correlation-frequency Kurtosis，WCK）自适应提取包含偏心故障特征的IMF分量，并结合峭度与峰值比指标刻画故障信息。最后，开展了大圆机齿轮偏心故障诊断实验研究，实验结果表明该方法可自适应提取故障分量，结合故障分量的频率、峭度与峰值比指标可以实现齿轮偏心故障判定与定位。

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磁浮车辆辅助变流器的风机轴承振动失效分析

丁杰, 尹亮, 杨小高

2022, 42(1): 138-143.

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针对磁浮列车辅助变流器的外转子风机轴承短期内失效问题，首先开展风机装车线路运行和台架安装变频运行的振动测试和频响测试，结合外转子风机双质量振子系统的分析，揭示风机轴承过度磨损故障的原因为耦合共振，耦合共振是由风机4 倍电磁激振力波及4 倍电流谐波激励与其定转子同向运动轴向振动模态产生的。然后提出基于故障振动形态和实测载荷谱归纳方法的故障复现试验方案，并在振动台上成功复现故障。最后给出调整波形弹片的刚度、优化辅助变流器电源谐波电流和适当提高风机转速的整改方案。研究成果可为类似结构的故障定位、分析和复现提供理论指导。

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基于WELCH算法集成学习模型的滚动轴承故障诊断#br#

张龙, 周俊

2022, 42(1): 144-149.

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针对滚动轴承振动信号具有非平稳性、非线性且易受背景噪声干扰，故障特征难以提取等问题，提出一种基于WELCH功率谱算法的集成学习模型的故障诊断方法。首先使用WELCH算法对轴承的原始振动信号进行预处理，从中提取峭度、偏度、波形因子、峰值因子、脉冲因子和裕度因子6 个参数，作为支持向量机的特征向量；然后结合集成学习算法构造Bagging-SVM集成学习模型。实验结果表明，与单一的SVM分类器相比较，Bagging-SVM 集成模型对于轴承的故障诊断性能更优；在不同电机转速下的轴承故障诊断中，诊断率分别为97 %，98 %，98 %和99.5 %；说明了该集成模型在不同工况下的适用性强，诊断性能优秀。

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低温多效海水淡化蒸发器换热管振动监测与分析

侯峰, 张奭, 刘瑞, 陈向民, 向沫煜, 李录平

2022, 42(1): 150-155.

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低温多效海水淡化蒸发器换热管在振动与腐蚀的作用下容易发生破损，严重危及装置运行的可靠性和淡化水的品质。通过换热管自振频率的测量和管束振动监测，分析不同工况下换热管不同位置的振动信号时域波形图和频谱特征，研究喷淋密度、蒸发量和蒸发温度等因素对换热管振动的影响。研究结果表明，喷淋冲击导致传热管振动强度远大于降膜流动与蒸汽横掠引起的流致振动；在蒸发器运行温度（40℃～70℃）范围内，温度变化对管束振动幅值的影响较小，喷淋密度和蒸发量的增加会导致换热管振动强度增加，且管束的最大振动位移峰峰值未超过相关设计标准。

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基于改进叠加自动编码器轴承智能故障诊断方法

陈国成, 张建, 菅光雷

2022, 42(1): 156-161.

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有效的智能故障诊断模型已经成为机械设备故障预测与健康管理的研究热点，故障诊断模型建立的重点工作是学习高分辨率的故障特征，传统方法往往过多依赖于人工或者先验知识，故急需以一种智能方式从输入信号中自动地提取特征。首先利用SAE从振动信号的频谱中学习特征，并选用L1 正则化约束SAE的学习能力防止模型产生过拟合现象；随后选用Softmax 回归函数建立故障分类器，将提取的信号特征输入其中实现故障类型的分类。最后通过一组滚动轴承实验数据对所提方法的准确性进行验证，实验结果显示这种深度神经网络方法在进行轴承智能故障诊断时能够直接从频域信号中学习出高分辨率特征，并且能够达到98.93 %的测试准确率，优于对比方法。

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裙板结构对市域列车车外噪声的影响分析

顾汉星, 张捷, 张开林, 冯读贝, 肖新标

2022, 42(1): 162-167.

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为了研究裙板结构对市域列车车外噪声的降噪效果，基于声线跟踪法，建立4 节编组的车外噪声仿真模型。考虑车辆的主要噪声源，包括轮轨噪声、气动噪声、辅助设备噪声等，同时考虑影响车辆振动和噪声的关键边界条件，包括列车结构、桥梁结构、地面声反射等，计算列车140 km/h 匀速运行时的车外通过噪声，并进一步研究车厢底部不同位置安装半/全遮挡裙板，以及裙板内侧铺设不同吸声材料后的车外降噪效果。研究结果表明，转向架及辅助设备位置安装全遮挡裙板的降噪效果最好，可降低车外噪声约3 dB(A)；转向架裙板内侧铺设平均吸声系数为0.64 的吸声材料后，可进一步降低车外噪声最多2.2 dB(A)。

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不同轨道结构地铁噪声辐射测试及分析

张啟乐, 刘林芽, 陈高峰

2022, 42(1): 168-172.

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对某地铁普通整体道床地段与钢弹簧浮置板道床地段隧道内和车内噪声进行测试，研究列车内外噪声辐射大小及频谱特性。研究结果表明：隧道内距离轨面越近，噪声越高，说明轮轨噪声为主要噪声源；同一轨道区段，不同车厢内噪声峰值频率相同，但是噪声峰值有略微区别；浮置板地段，隧道内噪声在40 Hz～125 Hz频段，车内噪声在20 Hz～400 Hz频段较普通道床地段有所增大，其他频段隧道内和车内噪声均不大于普通道床地段；对隧道内和车内噪声的1/3 倍频程声压级曲线进行A计权处理，普通道床和浮置板道床地段声压级峰值频率较计权之前均变大，计权后普通道床地段和浮置板地段车内噪声等效声级相差很小，不到1 dB(A)。

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基于小波时频偏相干分析的车内异响声源识别及改善#br#

李皓, 陈长征, 王洁

2022, 42(1): 173-177.

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针对华晨宝马3 系车辆行驶时车内有异常噪声的现象，进行相应的路面测试。首先，通过路面测试及主观评估分析出异响源的范围，其次使用东华测试DH5902 设备对该范围和驾驶员耳旁的噪声信号进行数据采集，对采集到的数据进行高通滤波处理，然后用MATLAB软件对其进行小波偏相干分析，从而识别出异响源的主要贡献部件，提出改造方案并验证。结果表明:应用小波偏相干分析能够准确找到车辆异响源的主要贡献部件，基于该方法所提出的改造措施有效降低了车内的噪声，该方法的有效性得到验证。

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MT车型换挡杆振动试验研究与仿真分析

黄超华, 陈志远, 田子龙, 陈寒霜, 马安康

2022, 42(1): 178-181.

摘要 ( )

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针对某MT（Manual Transmission，简称MT）车型加速换挡杆振动问题，基于客观测试，首先按照振动源→振动传递路径→响应端表现的分析方法，对整个振动传递路径展开研究。然后考虑该MT车型换挡杆振动的传递路径，运用HyperMesh、Nastran 等软件对振动源（变速器换挡机构）、响应端（换挡杆）进行NVH分析，确认其中变速器换挡机构为振动源，换挡杆为响应端，最后对振动传递路径（换挡拉索）进行隔振试验验证。研究发现，换挡杆振动受到变速器换挡机构弹性体模态大小、换挡拉索隔振优劣的影响显著，研究所提出的振动源、振动传递路径的优化策略为相关项目的NVH（Noise，Vibration and Harshness）性能开发奠定了基础。

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小半径曲线地段钢轨波磨对于地面振动影响的测试分析#br#

杨哲, 雷晓燕, 刘庆杰, 冯青松

2022, 42(1): 182-186.

摘要 ( )

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针对地铁小半径曲线地段钢轨波磨对于地面环境振动的影响，选取某地铁普通整体道床小半径曲线钢轨有波磨与无波磨地段车辆通过时的隧道内及地面振动状况进行测试，同时测量有波磨地段与无波磨地段钢轨波磨实际状况。从频域角度对数据分析整理，研究结果表明：钢轨波磨对于隧道内及地面振动存在显著增大作用；列车通过引起的振动在钢轨-轨道板-隧道壁-地面的传播过程中逐渐降低，并且高频振动的下降速度大于低频振动；短波波磨对于钢轨振动的影响较为剧烈，而长波波磨对地面环境振动影响较大。

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空场及有车状态下隧道混响特性预测分析

刘卓昊, 肖新标, 刘谋凯, 张茜, 温泽峰

2022, 42(1): 187-192.

摘要 ( )

PDF(2200KB) ( )

隧道混响是隧道内列车噪声显著的关键因素，对混响特性进行预测分析有助于隧道内的降噪研究。采用脉冲响应积分法测试空场隧道混响时间，利用虚源法建立隧道壁面吸声系数数值计算模型，反推隧道壁面的吸声系数，将其输入给基于声线跟踪原理建立的隧道内声场响应预测分析模型，以混响时间和D/R比（Direct/Reverberant ratio）详细分析隧道内车体表面声场的混响特性。结果表明：隧道壁面吸声系数经验值与反推计算结果有较大差异，低于400 Hz频段经验值高于计算值，而高于400 Hz频段则反之。在车底响应面声源中心区域内直达声场强于混响声场，车底响应面的混响声场强度高于车顶响应面。混响时间均匀度从高到低的响应面分别为：车底、车顶、侧面，空场状态响应面上的平均混响时间明显高于有车状态下，其中车底响应面的最低。

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基于1/3 倍频程与传递函数方法的地铁轨道振动规律实验对比研究#br#

尹华拓, 袁宇, 曾志平, 黄旭东, 吴志鹏

2022, 42(1): 193-199.

摘要 ( )

PDF(1865KB) ( )

为了完善现有地铁轨道振动测试评价体系的不足之处，从而更全面地研究地铁轨道的振动传递特性。首先利用加速度传感器，以某地铁线路的减振道床和普通整体道床轨道为研究对象进行振动测试，然后采用“1/3 倍频程分析”对两者的钢轨、道床、隧道壁分频振级进行对比分析，最后采用“传递函数分析”方法对振动在钢轨、道床、隧道壁的传递过程进行了研究。研究表明：由于不同轨道结构的基础约束存在差异，减振道床的钢轨与道床的振动响应略大于普通整体道床，而隧道壁竖向的振动响应显著低于普通整体轨道，因此减振道床的减振效果主要体现于对列车垂向振动能量的耗散。“1/3 倍频程分析”以及“传递函数分析”两者方法侧重点不同，两种方法互为补充，对于地铁轨道减振效果的分析与评估均具有十分重要的意义。通过引入“传递函数分析”对地铁轨道振动特性进行研究分析，可以更加全面地评估减振道床的减振效果。

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火电厂自然通风冷却塔噪声治理研究

马琪顺, 鄢晓忠, 林日成, 何旭, 吴爱军, 陈绍龙

2022, 42(1): 200-205.

摘要 ( )

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湖南某火电厂配备两台双曲线自然通风冷却塔，冷却塔运行时噪声对周围居民影响较大。针对该问题，基于Cadna/A噪声预测评估软件，研究自然通风冷却塔在实施降噪网和声屏障联合降噪措施前后的声场分布。通过将预测值与现场实测值相比较，验证Cadna/A软件对该类冷却塔噪声计算的准确性，结果表明使用Cadna/A软件对火电厂自然通风冷却塔进行噪声研究是合适的。对于火电厂冷却塔，采用声屏障和降噪网联合降噪方案具有很好的降噪效果。

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车桥耦合振动下中承式拱桥吊杆汽车冲击效应

贺煊博, 郭增伟, 徐华

2022, 42(1): 206-213.

摘要 ( )

PDF(2105KB) ( )

针对中承式拱桥短吊杆在实际工程中易疲劳断裂的问题，采用接触约束法实现车桥耦合振动响应的求解，以某中承式拱桥为背景研究不同类型车辆过桥时不同长度吊杆轴力的时变特性和动力冲击效应，对比分析出、入桥侧短吊杆冲击效应的差异和不同部位吊杆的疲劳损伤分布规律。研究发现：车辆过桥时吊杆最大的力学响应出现在车辆通过该吊杆时刻，但吊杆轴向应力会出现波动，且应力波动的高频分量多发生于车辆经过吊杆后的余振阶段；车桥耦合振动所导致的吊杆轴向应力波动频率和幅值随吊杆长度的减小而逐渐增强，相同条件下算例最短吊杆的疲劳损伤度为最长吊杆的3 倍；出桥侧主梁因受车辆荷载激励“方向性”的影响，导致出桥侧短吊杆的轴向应力冲击系数达到入桥侧短吊杆的2 倍，且出桥侧吊杆的疲劳损伤度和疲劳动力放大系数均表现出大于等长度入桥侧吊杆的趋势；吊杆的疲劳损伤度随着车重的增加而增加，46 t车辆作用下短吊杆疲劳损伤度可达到2 t车辆的40 000 倍以上。

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基于CFD和风洞试验的钢桁梁悬索桥颤振稳定性分析#br#

蓝先林, 周礼平, 廖斌, 何淼, 徐向东, 朱承前

2022, 42(1): 214-219.

摘要 ( )

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为探究复杂山区超大跨钢桁梁悬索桥颤振稳定性，分别通过CFD数值模拟计算和风洞试验测试其颤振临界风速。首先基于山区某悬索桥场地特征计算其风参数，并结合ANSYS计算其关键振型及频率。其次基于CFD数值模拟，采用气动导数和流固耦合两种计算模式探究悬索桥主梁原始断面和气动优化后的颤振临界风速。最后对悬索桥主梁断面进行风洞试验，并将计算结果与CFD计算结果做对比分析。研究表明：桥位基本风速U10＝28.0 m/s，设计基准风速Ud＝37.20 m/s；CFD计算时，风攻角为0°、+3°与+5°时，原始断面颤振临界风速小于颤振检验风速，气动优化(设置上中央稳定板)后的断面颤振临界风速明显高于颤振检验风速；风洞试验结果表明主梁原断面在+3°风攻角颤振临界风速小于颤振检验风速；气动优化后，各风攻角下主桥结构颤振临界风速均大于该桥颤振检验风速，颤振稳定性满足规范要求。

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带陀螺型声子晶体的高速列车型材结构低频隔声性能探究#br#

张茜, 刘卓昊, 李承诚, 肖新标, 王衡禹

2022, 42(1): 220-226.

摘要 ( )

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针对高速列车地板型材结构低频段振动噪声问题，基于局域共振机理，设计一种新型的陀螺声子晶体结构。首先基于有限元方法，建立陀螺型声子晶体单元模型，计算得到单胞的能带结构，结合其振动模态，分析108 Hz～153 Hz弯曲波带隙和129 Hz～153 Hz完全带隙的形成机理，并探究结构参数对带隙特性的影响。然后建立周期排布的陀螺型声子晶体型材板件模型，计算在垂向单位均布力激励下陀螺型声子晶体型材板的振动传递损失，最后结合参考铝型材结构，探究陀螺型声子晶体结构对于隔声效果的影响。研究表明：增大元胞边长和基体板厚，带隙特性有向低频段、窄带隙的发展趋势；增加头环高度，隙特性有低频拓宽的趋势；而增加弹性连接件高度，对带隙特性无明显影响。在弯曲波带隙范围108 Hz～153 Hz内，有限声子晶体板结构的振动传递损失相比通带范围较明显的提高，且在110 Hz以下频段对于参考铝型材隔声效果有一定的改善。

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穿孔膜与扬声器组合结构吸声性能研究

张鹏, 李贤徽, 盖晓玲, 王文江, 李幸运

2022, 42(1): 227-231.

摘要 ( )

PDF(1818KB) ( )

针对穿孔膜结构低频吸声能力不足问题提出穿孔膜-扬声器复合吸声结构。将扬声器放置于穿孔膜结构后端组成复合吸声结构，可改善结构的低频吸声性能。利用传递矩阵方法建立复合结构吸声理论模型，通过数值计算软件对其吸声性能进行数值计算，并通过阻抗管实验对复合吸声结构的声学性能进行验证，结果显示复合吸声结构的理论和实验变化规律基本一致。扬声器在低频段引入一个吸声峰，调节扬声器的背腔深度可以扩大复合结构的吸声带宽，调节穿孔膜的背腔深度可以使吸声峰值向低频方向移动。合理地设计扬声器和穿孔膜的背腔深度，可以实现结构的高效低频吸声。

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胶辊式砻谷冲击振动隔离器力学特性研究

杨亚军, 廖敏, 张强, 刘鹏, 向智宗

2022, 42(1): 232-237.

摘要 ( )

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针对胶辊式砻谷冲击隔离的需求，设计一种砻谷辊冲击振动隔离器，组成六个隔离器并联构成的隔离系统，进行砻谷辊冲击振动隔离系统力学特性研究。建立冲击隔离系统静力学模型，获得系统刚度特性及系统初始静平衡位置保持力的静力学方程，分析辊内六连杆隔离器的刚度特性，结果表明，隔离系统的径向力关于胶辊中心轴线对称，胶辊的偏移量x 对系统刚度影响很小，系统保持力随预压缩比e 增大而增大。建立运动学模型，对隔离系统所受激励力进行傅里叶变换，采用杜哈曼积分法求出了隔离系统的响应表达式，分析了隔离系统的响应，结果表明，隔离系统的响应频率与脉冲激励频率一致，偏移量x 在（-0.09 mm～0.29 mm）之间，最大偏移量为0.29 mm。该研究为胶辊式砻谷的冲击振动隔离提供理论支持。

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半空间近场声全息技术的等效源配置研究

景文倩

2022, 42(1): 238-243.

摘要 ( )

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当振动体位于某边界面上方时，通常可采用半空间近场声全息技术重构三维空间声场，以便考虑该边界面反射作用对声场的影响。其中，基于等效源法的半空间近场声全息技术将反射声视为由一系列位于边界面下方的等效源辐射所得，采用自由空间传递函数即可实现半空间声场重建，原理简单，计算方便，但该方法计算精度严重依赖于等效源配置。如果等效源配置不合理，重建精度很低，甚至重建失效。而目前的等效源配置方法主要适用于自由声场。以探索适用于半空间声场的等效源配置方法为目标，通过数值仿真研究和分析，寻找合适的等效源配置方案，最终获得更高更稳定的半空间声场重建精度。

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基于自适应组合形态滤波的柴油机气缸冲击信号检测

王珉, , 秦国军, , 廖一凡

2022, 42(1): 244-249.

摘要 ( )

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针对柴油机气缸缸盖表面振动信号在进行故障诊断时往往会伴随噪声干扰的问题，提出一种基于自适应组合形态滤波的冲击段分离与识别方法，从振动信号中检测冲击特征信息。首先，基于三种组合算子构造一种新的组合形态滤波器，可有效提取信号中的正负冲击特征；其次，通过基于局部极值的结构元素选取和基于梯度法的权值优化，构造自适应组合形态滤波器，使滤波效果达到最优；最后，依据柴油机工作时序分析提出气缸冲击信号检测流程，并将自适应组合形态滤波器应用到于冲击段的分离与识别。柴油机实验数据分析结果表明，该方法具有较好的混叠抑制和抗噪声干扰能力，可有效检测缸盖表面振动冲击信号。

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风力发电机塔筒晃动位移监测新方法

王华, 孟欢, 李萍

2022, 42(1): 250-254.

摘要 ( )

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海上单桩基础风机塔的晃动位移是其安全监测与评估的重要参量，但是目前还没有较成熟的精确自动化监测方法。为此提出一种新的监测方法，首先基于动态高精度倾角仪测挠法得出其0～0.2 Hz范围内的准静态挠度曲线，然后利用低频振动位移传感器直接测量出其0.2 Hz～10 Hz范围内的周期性振动位移信号，最后把两种信号同步叠加成为塔筒观测高程的晃动位移时程曲线。模型测试实验表明此方法的测量精度可达到毫米级别。基于实测数据，对2 座单桩风机塔筒在机仓对风向偏航时的晃动位移特性、台风作用下的晃动位移特性、正常工作及停机状态时晃动位移特性进行了详细的分析。分析结果表明：此方法可精确测量和分析出此类型塔筒的晃动位移频谱特性、幅值特性。

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工程中三维有限长声屏障的优化设计及应用

阮学云, 邵良友, 章林柯, 魏玥, 李达, 许祥涛

2022, 42(1): 255-259.

摘要 ( )

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声屏障因其经济有效，常作为主要的降噪措施，在工程中应用较广，但其结构尺寸设计多采用经验法和试探法，成本往往较高。根据已有的工程声屏障衰减算法，以实际工程中声屏障的综合成本最小为目标，建立声屏障结构尺寸的优化设计模型。利用MATLAB优化工具箱，对目标函数求解最优值。采用该方法，对江西某水泥厂立磨的声屏障进行优化设计，并使用Cadna/A噪声预测软件进行验证对比。结果表明，在达到相同降噪效果的情况下，声屏障的综合成本降低，验证了方法在实际工程应用中的可行性。

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家用中央空调室外机结构噪声分析与控制

夏凯, , 刘煜, , 门群英, 康玉勋, 张亚国

2022, 42(1): 260-264.

摘要 ( )

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开发阶段中的某型家用中央空调室外机在压缩机以4 200 r/min～4 500 r/min 转速运行时存在明显嗡嗡声异响，声品质体验的接受度差。针对该问题，通过噪声频谱特性分析、管路系统结构模态试验和仿真分析等手段，确定吸气管共振是产生室外机嗡嗡声异响的原因。基于模态仿真分析对吸气管进行调频设计，使其固有频率避开压缩机四倍频激励，同时配合阻尼块的减振作用，达到有效降噪的目的。实验结果表明，吸气管改进后整机噪声总值最大降幅达8 dB，嗡嗡声异响消失。所提供的分析方法和分析模型对家用中央空调室外机结构噪声的控制具有一定的参考价值。

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某SUV盘式制动器低频颤鸣测试分析与工程实践

张军, 吴良桢, 许华政, 屈亚堃, 余靖, 薛生龙

2022, 42(1): 265-270.

摘要 ( )

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汽车制动噪声是影响车辆驾乘舒适性的重要因素，而制动低频颤鸣问题常常发在低速行驶的工况，由于环境背景噪声较小，容易被市场用户投诉与抱怨，因针对该问题的工程改善方案涉及较多控制因素及相关零部件，所以一直是汽车制动舒适性开发的重点与难点。以某SUV(Sport Utility Vehicle)车型蠕行颤鸣问题的测试排查分析过程为例，系统地阐述制动颤鸣现象发生的原理，给出工程控制的措施，提出轮辋法兰安装面与车轮螺栓预紧方式是控制制动低频噪声的关键因素之一，并通过制动盘安装连接方式的优化，实车验证了改进方案的有效性，这对于提升制动NVH(Noise Vibration Harshness)性能工程开发具有较重要的借鉴与指导意义。

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