噪声与振动控制

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2022年-4期封面、目次页

年-期封面、目次页

2022, 42(4): 0-1.

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基于松耦合法的π型主梁竖向涡振数值模拟

王向阳, 张帅辉

2022, 42(4): 1-7.

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：借助软件FLUENT，基于松耦合方法将自编Newmark-β 算法程序对接FLUENT求解流固耦合问题的数值模拟方法。通过对宽高比为4 的矩形断面竖向涡激振动进行数值模拟验证了该方法的可靠性。利用ANSYS建立某拟建汉江斜拉桥的三维有限元动力模型，获取其主要动力基频特性以及质量参数。建立二维π梁断面绕流模型，计算在不同来流风速下该桥梁断面竖向自由度的振幅以及旋涡脱落频率变化情况，模拟出涡激振动的“锁定”区间，并分析某完整周期内梁断面的瞬时涡脱变化以及竖向涡振机理。

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具有气流的穿孔板主动吸声方法

朱从云, 张仁琪, 丁国芳, 黄其柏

2022, 42(4): 8-12.

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吸声材料吸声、穿孔板吸声、阻抗复合吸声等被动吸声方法无法根据噪声频率的改变而对其吸声系数进行相应调整。为解决此问题，提出通过向消声器内部引入定量气流来调节吸声系数的主动吸声方法。首先通过一个驱动装置对穿孔板背后空腔的容积进行调整，使穿孔板先达到共振状态，然后在穿孔板背后的空腔内引入定量的气流，使引入的气流与排气气流在穿孔板背后的空腔内形成复合流场，在复合流场中，声波与气流的相互作用会产生非定常的脱落涡环现象，引起能量的转换和改变消声器内壁的阻抗性质，从而改变消声器的吸声系数。实验结果表明：提出的方法可在噪声频率不断改变的情况下有效地对吸声系数进行相应调整，使吸声系数始终维持在最大值。

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地铁车辆柔性车体半主动悬挂天棚模糊控制

孟建军, 宋浩, 胥如迅, 李德仓, 陈晓强

2022, 42(4): 13-19.

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为了提高地铁车辆乘坐舒适度，采用天棚模糊控制策略对地铁车辆车体横向振动进行控制。由于地铁车辆车体的轻量化以及运营时速的不断提高，在搭建地铁车辆动力学模型时需考虑车体柔性特征。因此，搭建基于柔性车体的地铁车辆刚柔耦合动力学模型，对车体振动进行计算并与刚性车辆模型及实测数据对比。将地铁车辆刚柔耦合动力学模型导入MATLAB，基于天棚模糊控制策略建立联合仿真控制模型仿真车体振动，并且与不同控制策略对比。结果表明：考虑车体柔性的地铁车辆刚柔耦合动力学模型仿真结果更加接近实测情况，基于天棚阻尼的模糊复合控制相比于传统的天棚阻尼控制，能够取得更优的减振效果，使车辆的动力学性能得到更大程度改善。

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搭载分数槽永磁电机的电驱动总成振动控制

郭栋, 任杰, 葛帅帅, 张韬, 周仪

2022, 42(4): 20-24.

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为探究搭载分数槽永磁电机的某电驱动总成在电磁激励、齿轮激励共同作用下的振动特性，通过整车NVH试验识别出电驱动总成在890 Hz与1 176 Hz处存在共振带。为控制该现象，综合考虑电机电磁力波、减速器齿轮激励以及总成结构耦合特性，建立电驱动总成壳体振动响应模型，采用多源激励与结构弱耦合的方法对总成壳体进行振动响应分析，并结合整车试验数据验证仿真分析的有效性，计算结果表明径向电磁力波对振动响应的贡献量较大。针对系统振动问题，建立转子分段斜极模型以及采用外圆开槽的方法，以期降低齿槽转矩、改善气隙磁场谐波从而控制壳体振动响应。该研究可为电驱动总成振动抑制提供一些参考。

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采用谱单元Galerkin 法求解非线性模态

李诚, 李鸿光

2022, 42(4): 25-31.

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为进一步提高非线性振动系统在不变流形定义下的非线性模态的求解精度，采用一种基于谱单元的Galerkin求解方案。不同于已有的非线性模态Galerkin 分片求解方法，该方案选取第二类Chebyshev 多项式的零点构造单元的Lagrange 插值函数，将其与谐波函数一起作为基函数对整个求解域进行Galerkin 离散。在展开系数的迭代求解中，Jacobian 矩阵的稀疏性因选取的谱单元阶数不同而不同。采用该方法与分片求解法分别计算一个非线性振动系统的非线性模态并进行比较。结果表明该方法在求解域较大时仍可获得较为准确的解。

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弹性接触支撑梁横向振动动力学建模研究

陈校锋, 朱翔, 李天匀, 毛艺达, 王春旭

2022, 42(4): 32-37.

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考虑弹性梁与支撑弹簧之间的接触行为，建立三支撑弹性接触梁的分段线性动力学模型。采用假定振型法给出接触支撑梁的横向位移方程，推导得到梁和接触状态下的支撑弹簧的动能和势能，通过能量变分原理推导得到接触支撑梁的振动微分方程。利用Runge-Kutta 法求解梁在简谐激励下的时域、频域响应。理论计算结果与有限元法的计算结果吻合良好，验证了方法的准确性。然后借助分岔图分析表明不同的激励幅值、激励频率和弹簧刚度系数会使接触支撑梁产生性质不同的周期运动或混沌运动，从而影响接触支撑梁的非线性振动特性。

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盆架型压电平面电机响应面法动力学特性优化

王哲逸, 李冀, 李晨捷, 龙玉繁, 贺红林

2022, 42(4): 38-45.

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：为解决压电电机定子在设计过程中存在的定子结构尺寸难以拟定、驱动足激励变形难以最大化以及进行多目标设计时难以求得全局最优解等问题，以盆架型压电电机定子为研究对象，在以有限元法构造定子参数化模型的基础上，利用模态置信准则(modal Assurance Criterion，MAC)进行定子工作模态的筛选与捕获，采用中心复合设计法(Central Composite Design，CCD)生成采样计算点，结合克里金法(Kriging Method)搭建相关特征结构尺寸参数的响应面优化模型，并运用多目标遗传优化算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ，NSGA-Ⅱ)在基于响应面模型所得的设计空间内进行最优解的全局搜索。通过定子谐响应分析得到弯-纵振频差相对于“试凑法”所得结果下降30 %，且无明显干扰模态，由此验证了优化模型的正确性。瞬态分析结果表明定子驱动足的x 方向位移为6.4 μm，y 方向位移为5.48 μm，z 方向位移为6.16 μm，各相位移均有明显增长。说明根据优化设计得到的定子驱动足位移更大，三相工作模态更接近，电机运行更加平稳。

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Duffing 系统共存周期解的稳定性与分岔演化

张锦涛, 王昕, 吕小红, 金花

2022, 42(4): 46-51.

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以Duffing 系统为研究对象，将延续算法和打靶法相结合，对系统共存的周期解进行延拓追踪，研究周期解的稳定性与分岔。结合吸引域、相图和Poincaré 映射图揭示共存吸引子的吸引域随系统参数变化的侵蚀演变过程。结果表明：Duffing 系统普遍存在多周期解的共存现象；鞍结分岔是共存吸引子产生或消失的重要原因，并且会导致其吸引域的拓扑结构发生突变；周期解的叉式分岔产生一个不稳定的周期解和两个稳定的反对称周期解；反对称吸引子的吸引域互相缠绕，导致系统的稳定性降低；当反对称吸引子经倍周期分岔进入或退出混沌时，会发生混沌吸引子的内部激变。

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基于间接边界元法开孔板声辐射研究

徐明林, 张利华, 皮君涛, 葛泽昊, 刘聪睿, 周波

2022, 42(4): 52-57.

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针对开孔板结构进行声学数值模拟。首先利用有限元软件Patran 进行开孔板建模、网格生成以及模态分析，并将模型和模态结果导入声学仿真软件Virtual. Lab Acoustics 进行声辐射分析，得到开孔板结构的辐射声功率以及指向性声功率。并在此基础上研究开孔形状、开孔尺寸以及加强筋对板结构声辐射的影响，发现板结构固有频率是影响声辐射的重要因素。

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刚柔耦合机械臂的滑模预测振动控制研究

林冲, 王刚, 徐丽莎, 邓华

2022, 42(4): 58-63.

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针对刚柔耦合机械臂动力学模型的非线性、强耦合、时变问题，提出一种滑模预测控制方法可有效降低柔性臂的末端振动，同时提高末端轨迹跟踪性能和运动精度。首先采用输出重定义法得到柔性臂末端的观测量，将内动态子系统转换为零动态子系统，抑制柔性臂末端的振动；预测作为跟踪误差及其高阶导数组合的滑模面，将滑模面引入到预测控制的二次性能指标中，根据预测模型预估系统未来的输出，消除末端控制误差，并通过稳定性分析论证控制器的稳定性。最后通过仿真和实验验证该方法的有效性，证明其可提高刚柔耦合机械臂的运动精度。

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环境激励下风机结构模态识别算法的对比

赵艳, 郑卫锋, 王新武, 杜艳强, 王振宇

2022, 42(4): 64-68.

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为了准确掌握风机结构在实际运行中的动态特性，对风机结构的振动响应和运行数据进行现场监测，基于随机子空间算法（Stochastic Subspace Identification，SSI），使用3 种不同的加权算法对监测数据进行模态分析，并将其与数值模型的模态分析结果进行比较。结果表明：SSI-UPC和SSI-PC算法精度较高，且采用SSI-UPC算法可以识别出较多的模态阶数，而SSI-CVA算法识别效果最差。此外，风机的数值模型在频域特征上与实际风机基本一致。该成果可以为同类型风机的设计、数值模拟提供参考和验证，同时为连续识别风机运行过程中的重要振动模态奠定基础。

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基于负电阻电磁分流阻尼的结构振动控制

李戈, 毛崎波, 王永

2022, 42(4): 69-73.

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提出将负电阻模拟电路接入电磁分流阻尼(Elctromagnetic Shunt Damper，EMSD)的LRC分流电路以中和线圈直流电阻，从而增大电流和控制力，提高振动控制效果。推导将基于LRC分流的EMSD用于控制悬臂梁振动的状态空间模型，数值计算结果表明：加入负电阻能有效提高控制水平；LRC分流电路能控制悬臂梁任意一阶模态的振动；在结构固有频率较小时，EMSD能起到多模态控制效果，并且引入负电阻能在一定程度上使这种多模态控制效果更为显著。

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存在轴向分布不平衡质量多盘拉杆转子非线性动力学特性

赵立, 张昊随, 柳亦兵, 周超

2022, 42(4): 74-79.

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多级透平叶片故障是燃气轮机气路故障的主要模式，叶片故障表现为质量在轴向分布不均匀。对存在轴向分布不平衡质量的多盘拉杆转子动力学特性展开研究，使用集中质量法建立了四盘拉杆转子模型，采用不同盘上的质量不平衡模拟不同部位的叶片故障，并考虑油膜力与轮盘接触效应等非线性因素。使用四阶龙格-库塔法对模型进行求解，得出轴承处的频谱、轴心轨迹等曲线图。分析不同转速下当转子两个盘上存在叶片故障时，故障位置对转子动力学特性的影响，结果表明当两个盘故障位置发生变化时，轴承频谱、轴心轨迹和相位差的变化具有一定规律性。此结果能为燃机转子的状态监测和故障诊断提供一定的理论依据。

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基于Stewart 平台的空间挠性体振动复合控制

喇启云, 周徐斌, 吕旺, 周春华

2022, 42(4): 80-84.

摘要 ( )

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针对在空间大型挠性体表面布置压电驱动器控制挠性振动时，存在驱动力不足、驱动器安装困难等问题，提出一种在空间挠性体根部安装Stewart 平台来控制挠性振动的方法。同时考虑Stewart 平台动力学模型和空间挠性体动力学模型的不确定性，建立以Stewart 平台跟踪误差和挠性体模态位移为状态量的复合动力学模型。利用LQR(linear quadratic regulator）控制方法设计复合动力学模型的控制律，获得Stewart 平台的期望位姿，然后设计Stewart 平台运动的滑模控制器，以跟踪期望位姿，实现对挠性体的振动控制。对大型挠性太阳阵进行复合控制仿真研究。结果表明，所采用的基于Stewart平台的空间挠性体振动复合控制方法能够有效抑制太阳阵的挠性振动。

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减振镗杆系统非线性动态特性与吸振能量研究

杨杏, 韩威, 石建飞

2022, 42(4): 85-92.

摘要 ( )

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内置式减振镗杆系统的振动与噪声一直是国内外研究的热点问题。为研究减振镗杆系统非线性振动与内部减振块吸振能量变化特性，引入考虑镗杆内部阻尼液和橡胶圈耦合作用的非线性阻尼和时变刚度，建立两自由度减振镗杆系统非线性动力学模型；基于减振块与镗杆杆体之间的相对运动分析，构建减振块吸振能量模型。研究减振块质量和外激励频率对系统动力学响应以及减振块最大吸振能量的影响特性，探讨非线性振动特征如分岔、准周期运动和混沌等与吸振能量变化之间的内在规律。考虑减振块质量与外激励频率关联作用或匹配关系的影响，分析参数平面上系统非线性动力学行为和减振块最大吸振能量的分布特性，研究结果可为减振镗杆系统结构优化设计和动态性能改善提供科学依据。

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滚动轴承振动特性评价指标工况敏感度分析

涂文兵, 梁杰, 周建民, 杨锦雯, 杨本梦

2022, 42(4): 93-99.

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运行工况的改变会对滚动轴承故障诊断中振动评价指标识别的准确性产生重要影响。本文以NU306E圆柱滚子轴承为研究对象，通过搭建轴承试验台测试获取了不同轴承故障类型、转速与载速条件下的振动信号峭度值、均方根值和脉冲值，分析了评价指标随轴承工况改变的变化趋势和敏感程度，并给出了剔除工况影响因素后的评价指标计算公式。研究结果表明：脉冲指标对工况变化的敏感度较低，而峭度指标对内圈故障轴承的载荷变化较为敏感；均方根值较适用于处于相对重载工况下的轴承外圈故障诊断中；在未知轴承故障类型情况下进行故障诊断时选用峭度评价指标最为合适；采用本文提出的评价指标计算公式可有效提高轴承故障诊断的准确性。该结论可为轴承故障诊断提供理论指导。

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麻雀算法参数优化VMD联合K-SVD的滚动轴承故障诊断

褚惟, 王贵勇, 刘韬, 王振亚

2022, 42(4): 100-106.

摘要 ( )

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针对经典K-均值奇异值分解(K-means Singular Value Decomposition，K-SVD)易受噪声干扰产生虚假原子，导致信号稀疏不彻底、故障特征识别困难的问题，提出基于麻雀算法优化变分模态分解(Variational Modal Decomposition，VMD) 参数联合K-SVD的滚动轴承故障诊断方法。首先引入包络熵适应度函数指标并基于麻雀算法优化VMD的模态层数k 和平衡因子α。其次利用平方包络谱峭度指标遴选最优模态，以所选模态分量相空间构造Hankel 矩阵进行K-SVD字典学习。最后对恢复至时间序列的稀疏重构信号进行包络解调，提取轴承故障特征频率。通过轴承故障仿真信号和全寿命实验信号进行验证，证明相较于经典K-SVD算法，所提方法在低信噪比条件下在轴承故障特征提取方面具有优势，有一定的工程应用价值。

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基于深度迁移学习的滑动轴承-转子故障诊断

朱琰, 黄敏, 王小静, 郑成东

2022, 42(4): 107-114.

摘要 ( )

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深度神经网络在滚动轴承故障诊断领域得到广泛应用，而将深度神经网络应用于滑动轴承-转子系统故障诊断的研究较少。其中大多数研究假设轴承故障的训练数据与测试数据分布相同，基于该训练数据得到的神经网络能较好地对轴承故障进行描述，但当轴承转子系统的结构和工况发生变化，原神经网络就不能对故障进行准确诊断。提出一种基于改进型联合分布差异（Improved Joint Distribution Discrepancy，IM-JDD）方法的深度卷积迁移学习框架(Deep Convolutional Transfer Learning Network，DCTLN)，该框架采用二维振动图像作为网络输入，通过深度卷积神经网络提取图像的可迁移特征，提出的改进型联合分布差异方法实现了不同结构及工况下滑动轴承-转子系统故障特征的迁移学习。最后在结构不同的滑动轴承-转子实验台上进行测试，结果表明，本框架在不同工况下和不同机器间对无
标记故障样本具有较强的诊断能力，并优于其他竞争方法。

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基于二维视觉的管道振动监测方法

汤彬坤, 冯阳, 赖文沁, 许贤良, 李思钰, 钟剑锋

2022, 42(4): 115-120.

摘要 ( )

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：为实现管道振动的在线监测，提出一种基于二维视觉相机的管道振动测量系统。通过二维视觉相机对管道表面的人工预制条纹图案进行实时采集，再采用所提出的图像处理算法对条纹图像进行处理，提取管道径向二维振动信息，从而实现管道振动的监测与分析。通过SOLIDWORKS运动仿真和成像模块建立管道的视觉测量模型，模拟4 种不同振幅和频率的管道振动，并通过仿真成像条纹序列得到各振动模式下的振动信号，验证了所提出方法的可行性与准确性。最后与基于电涡流传感器的测量方法进行对比实验，结果表明所提出方法可实现管道径向二维振动的同步测量。

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运营桥梁的变形程度评价和预测分析

郝付军

2022, 42(4): 121-126.

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：为合理评价桥梁现有运营状况，以桥梁变形监测成果为基础，先通过极限位移准则构建变形程度分级指标，以实现对桥梁变形程度的评价；其次，利用经验模态分解、核极限学习机和混沌理论构建基于变形数据信息分解基础上的预测模型，以实现其变形预测；最后，通过对比变形程度评价结果和变形预测分析结果，综合判断桥梁运营状况。实例分析表明：某桥梁变形程度已相对较大，变形程度等级为Ⅳ级，变形趋于向稳定方向发展；同时，通过变形预测分析可得该预测模型具有较高的预测精度，其预测结果的平均相对误差均小于2 %，且外推预测结果显示，桥梁变形具有小速率增加趋势，也趋于向稳定方向发展。因此，综合两者分析结果，得出该桥梁变形已趋于稳定，运营状况良好的结论。

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欠定无人机发动机开车声音信号盲源分离

唐铭阳, 吴亚锋, 周楠

2022, 42(4): 127-131.

摘要 ( )

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针对无人机发动机开车实验，设计了一个四通道声音信号采集系统并对采集信号进行盲源分离。首先以相关系数为标准采集4 路信号，其次选取其中3 路信号利用EMD-NLPCA盲源分离算法进行欠定盲源分离，最后得到发动机螺桨噪声、排气噪声、试验间的风机噪声和其他背景噪声等4 种信号，为进一步进行发动机故障定位和诊断提供了必要的数据基础。

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轴承动载荷识别方法改进及试验验证

刘志强, 陈亚明, 沈德明, 杨建刚, 谭平

2022, 42(4): 132-137.

摘要 ( )

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轴承动载荷是影响旋转机械安全稳定运行的重要因素。在基于频响函数求逆法的动载荷识别模型基础上，针对频响函数矩阵病态性问题，提出基于响应点优化和截断奇异值分解（Truncated Singular Value Decomposition，TSVD）法的矩阵病态消除方法。首先，选择条件数最小的测点组合进行响应点优化，再利用TSVD法识别轴承动载荷。在所搭建的双转子实验台上设计识别方案，通过改变轮盘不平衡量，验证了根据该方法识别轴承动载荷的可靠性。

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电机转子振动信号故障特征提取方法

申海锋, 石颉

2022, 42(4): 138-143.

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电机振动信号具有非平稳、非线性特性，在进行时频域特征提取时需要人工确定时间窗口和基函数。针对该问题，提出一种基于EEMD(Ensemble Empirical Mode Decomposition)分解和权重熵变换的特征提取方法。该方法应用EEMD进行自适应分解，同时提取IMF(Intrinsic Mode Function)方差作为初始特征值，并提出将权重熵作为衡量特征值重要性的标准，通过权重熵对原始特征值进行空间变换，扩大特征向量间的差异。为验证该方法的有效性和优越性，对4 种状态下的电机转子进行振动信号采集，用于制作转子故障数据集，并运用EEMD进行特征提取。实验结果表明，基于EEMD分解和权重熵变换的特征提取方法能够更好地从振动信号中提取特征向量，在对电机进行故障诊断时具有更高的准确性。

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基于PSO-LSSVM球磨机负荷参数预测及监测系统开发

罗小燕, 黄耀锋, 李波波, 刘吉顺

2022, 42(4): 144-151.

摘要 ( )

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针对球磨机筒体振动信号中存在非线性、非平稳性及环境噪声强等问题，提出一种基于粒子群优化最小二乘支持向量机（PSO-LSSVM）球磨机负荷参数（填充率和料球比）预测方法，并开发基于LabVIEW的球磨机负荷参数监测系统。通过粒子群(PSO)优化最小二乘支持向量机（LSSVM）算法中的正则化参数y 和核函数宽度，简化求解过程，提高模型训练速度。以球磨机筒体振动信号的Hilbert-边际谱样本熵为输入，以球磨机筒体内部的填充率和料球比为输出，建立基于PSO-LSSVM的磨机负荷参数预测模型。与LSSVM预测结果比较，该模型的预测精度较高，填充率平均绝对误差降低0.05、平均绝对百分误差降低8.09 %；料球比平均绝对误差降低0.04、平均绝对百分误差降低2.76 %。在线测试结果表明该在线监测系统准确率为64.37 %，且系统运行一次的平均时间为45 s，可实现球磨机负荷参数的实时预测。

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基于VMD-PE-MCKD低速重载滚动轴承故障特征提取

毛欢, 魏志刚, 刘迎松, 韦雅宁, 王宏元, 陆强

2022, 42(4): 152-157.

摘要 ( )

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针对低速重载滚动轴承故障特征频率低、难提取的问题，提出一种基于变分模态分解和最大相关峭度解卷积并且结合利用排列熵筛选分量的方法。首先对原始振动信号进行变分模态分解，得到若干个本征模态分量；其次，根据利用排列熵筛选分量的原则，将筛选出的分量利用最大相关峭度解卷积方法进行去噪；最后对处理后的分量进行包络谱分析，从而提取故障特征频率，实现故障诊断。通过分析低速轴承仿真信号以及工程实测所得低速重载轴承振动信号，验证了该方法的有效性。

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基于CEEMDAN-TSMPE-PCA风力发电机齿轮箱高速轴承故障诊断技术

张玉兰, 张宏伟, 王新环

2022, 42(4): 158-164.

摘要 ( )

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针对风力发电机组轴承故障信号微弱、不易提取、识别困难等问题，提出基于自适应白噪声完备经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise，CEEMDAN)、时移多尺度排列熵(Time-Shift Multiscale Permutation Entropy, TSMPE)、主成分分析法(Principal Component Analysis，PCA)相结合的振动信号降噪算法，结合改进人工鱼群(Improved Artificial Fish Swarm Algorithm，IAFSA)优化支持向量机(Support Vector Machine，SVM)分类算法，实现风力发电机轴承的故障诊断。首先将风力发电机轴承原始振动信号进行CEEMDAN分解，得到一系列由高频到低频的IMF分量，通过相关系数筛选出经CEEMDAN分解后所产生虚假分量以及残余噪声分量并进行剔除，再通过峭度值在剩余分量中筛选出包含故障信息较多的IMF分量进行信号重构；其次，采用TSMPE计算重构信号的敏感特征值，经PCA选择后组成特征向量；最后，以IAFSA优化SVM，训练IAFSA-SVM多分类故障分类器，实现风力发电机轴承故障识别。将该方法与其他组合方法进行比较，证明所提方法在风力发电机轴承故障诊断中具有优越性和有效性。

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DE算法优化CNN的滚动轴承故障诊断研究

孙祺淳李媛媛

2022, 42(4): 165-171.

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针对卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）在滚动轴承故障诊断应用中所存在超参数难以确定、网络输出不稳定等问题，提出一种基于差分进化算法（Differential Evolution，DE）优化卷积神经网络的故障诊断模型（CNN-DE）。首先，该故障诊断模型利用DE算法来自适应调节CNN中的超参数，同时将CNN的诊断精度和稳定性一起作为DE算法优化的目标，使得CNN在保证精度的同时降低网络的波动；其次，使用自适应噪声完备集合经验模态分解（Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise，CEEMDAN）结合多参数的诊断方法，从原始信号中提取出更加有效的故障特征；最后，根据提取出的特征采用CNN-DE、CNN和BP等算法进行故障诊断，结果表明所提出的算法模型拥有更高的精度和更稳定的性能，也具有优异的抗噪能力，显示了CNN-DE在故障诊断应用中的可靠性。

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动态减振轮毂驱动电动车半主动悬架系统优化控制

王小龙, 刘广璞, 黄晋英, 郭彦青

2022, 42(4): 172-176.

摘要 ( )

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为抑制轮毂电机所导致的电动车悬架系统振动负效应问题，基于动态减振半主动悬架构型，在最优控制理论框架下，分别设计全状态反馈二次最优（LQR）控制器和部分状态反馈H∞最优控制器，并分别以簧上质量加速度、电机所受最大动态力、电机垂向振动加速度、悬架位移和轮胎动载荷最小为目标，利用非支配排序遗传算法(NSGA-II)对加权系数进行优化。仿真分析结果表明：通过合理参数优化设计，部分状态反馈H∞最优控制可具有与全状态反馈LQR控制基本相当的控制性能。

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基于降维-回归的车内声品质时变烦躁度评价

王增政, 王岩松, 郭辉, 袁涛, 郑立辉, 孙裴

2022, 42(4): 177-183.

摘要 ( )

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用心理声学参量表征声品质评价指标，可直观描述人对噪声信号的主观感觉。相比于听审团评分，它具有简单快速、效率高的优点，在此基础上将多个客观参量降维到低维空间，用少数具有代表性的参量定量表征主观感受，有利于声品质评价的标准化。通过采集轿车车内噪声信号，以等间隔不同车速状态和怠速状态下的噪声样本作为研究对象，考虑汽车车内噪声特性的时变效应，分别计算出噪声样本的心理声学客观参数时变算术平均值。提出以“时变烦躁度”作为主观评价指标，以语义细分法结合数字等级评分法作为主观评价方法进行主观评价试验。用因子分析对6 种客观参量进行降维，结合显著相关性分析确定出响度(Z)、粗糙度、AI 指数3 个客观参量，并用多元回归建立声品质烦躁度评价预测数学模型。预测结果显示：回归预测三参量模型的相对误差率在5 %以下，比六参量模型相对误差率低，预测效果比较理想，说明这3 个参量可以有效表征主观烦躁度，同时证明噪声声品质的时变烦躁度评价预测模型是有效的.

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基于LBM-FE-SEA方法汽车风窗噪声数值模拟研究#br#

宗轶琦, 张乾坤, 杨易, 江财茂, 罗泽敏

2022, 42(4): 184-189.

摘要 ( )

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为研究某车型风窗噪声，根据格子波尔兹曼（Lattice Boltzmann，LBM）方法获得高速行驶工况下车身表面各监测点处的1/3 倍频程声压级及平均输入激励。采用混合有限元-统计能量分析（Finite Element-Statistical EnergyAnalysis，FE-SEA）方法对该车型车内噪声进行输入激励下的数值模拟，得到驾驶员耳旁声压级结果，并与实车道路试验比较，验证了该方法的可靠性。仿真结果表明，在20 Hz～125 Hz范围内，混合FE-SEA方法精度高于统计能量分析（Statistical Energy Analysis，SEA）方法；在125 Hz～400 Hz中频范围内，根据混合FE-SEA方法所得结果与道路试验结果更为吻合，与试验结果的误差最大值不超过3 dB；在400 Hz～1 000 Hz范围内，SEA方法的精度逐渐提升，其计算结果与试验值吻合度升高。据此进行的车身部件贡献量分析表明左前侧窗在整个频段内都对驾驶员耳旁噪声有影响，
左后侧窗对其贡献量最小。

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城市轨道交通受电弓参数敏度分析及优化设计

祁文延, 王江文, 张士宇, 黄仲, 卢静, 梅桂明

2022, 42(4): 190-195.

摘要 ( )

PDF(2632KB) ( )

为研究城市轨道交通受电弓单参数优化和双参数优化对弓网系统耦合性能的影响，首先建立受电弓-刚性接触网系统动力学模型，根据线路实测数据验证模型的准确性，然后采用接触力随机统计特征作为参数优化的目标函数，对CED125D型受电弓的9 个等效参数进行敏度分析，得到弓头等效质量的敏度评级最高，上框架等效质量及等效刚度次之，下框架等效刚度最低，并给出单参数优化建议。最后分析受电弓弓头3 个等效参数联合变化时的接触力统计特征，结果表明双参数优化能实现比单参数优化更好的弓网耦合性能，该研究可为城市轨道交通弓网系统设计、选型和评价提供参考。

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汽车冷却风扇叶片仿生设计与降噪分析

董月千寻, 郭浩, 王书文

2022, 42(4): 196-200.

摘要 ( )

PDF(1927KB) ( )

为了减少汽车冷却风扇产生的噪声，模仿猫头鹰翅膀的条纹状突起结构和翅膀前缘的锯齿状结构，对风扇叶片进行仿生学设计。通过正交实验设计确定9 种风扇叶片的设计方案，对9 种叶片方案进行计算流体动力学仿真分析，仿真结果表明，经仿生设计后的大部分叶片都起到降噪的效果。将由3D打印所得的叶片模型安装在原有的风扇叶片上进行噪声实验，对实验结果进行极差分析，研究各设计参数对风扇降噪效果的影响。通过极差分析得出，对降噪效果影响最大的因素是叶片条纹半径，其次是条纹所在圆弧间距离，然后是齿槽半径，最后是齿槽所在圆弧间距离。该研究对于汽车冷却风扇的降噪设计具有一定的参考价值。

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消声片对汽车盘式制动器摩擦尖叫特性影响研究

袁琼

2022, 42(4): 201-207.

摘要 ( )

PDF(2953KB) ( )

建立某车型浮钳式盘式制动器有限元模型，通过有限元软件ABAQUS中的复特征值分析法，对比分析有/无消声片状态下制动系统的稳定性，探讨通过消声片改善制动摩擦尖叫的作用机理，并对消声片结构与制动摩擦尖叫之间的关系进行研究。结果表明，制动器的不稳定振动模态主要表现为制动盘的面外模态，同时随有制动卡钳、保持架以及摩擦片等的弯曲与扭转运动，制动尖叫噪声具有多频耦合的特性。在制动器中引入具有特定结构与材料形式的消声片能够有效降低系统的尖叫倾向和强度，尤其是在抑制低频尖叫方面效果显著。消声片基板存在一个最佳厚度值（0.5 mm），使得减振降噪的效果达到最佳，过度增大或减小消声片基板厚度可能导致降噪效果减弱，使尖叫强度开始上升。对消声片表面进行开沟槽处理能够改变制动力的传递特性，使得制动界面接触应力分布更加均匀，界面能量堆积现象被削弱，从而改善制动系统的稳定性。以上分析结果对认识消声片的减振降噪特性以及其结构优化设计具有一定的工程指导意义。

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轻型商用车动力总成悬置系统隔振优化研究

王东亮, 杜遥, 孙玉华, 叶磊, 陈永哲

2022, 42(4): 208-213.

摘要 ( )

PDF(1873KB) ( )

以某轻型商用车设计开发阶段动力总成悬置系统的隔振优化问题作为研究对象，充分利用该动力总成悬置系统的基本特征，通过建立ADAMS仿真计算模型，掌握悬置系统的固有特性，并且获知系统y 向与z 向、x 向与γ 向的频率间隔太小，存在重叠趋势，在y-α-γ 方向存在较为明显的耦合振动。为了通过优化改善系统隔振性能，针对原状态下的悬置系统，研究了悬置刚度和悬置位置对系统隔振特性的影响规律。结果表明：左右悬置的侧向刚度对y-α-γ 方向的耦合影响较大；在一定范围内，前后悬置位置的靠拢可以显著提高系统的解耦度。依据系统隔振特性的影响规律，结合车型开发的现实条件，对悬置刚度和悬置位置进行了优化分析。优化后悬置系统固有频率间隔增大、各向解耦度显著提高，很好改善了原状态下存在的耦合现象。最后，计算悬置系统的振动响应特性曲线，发现优化后各悬置点的振动响应幅值总体下降，系统的隔振性能得到显著提高。

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软土与岩层地质下地铁隧道振动传递特性分析

蔡子博, 鞠龙华, 彭克群, 王安斌

2022, 42(4): 214-218.

摘要 ( )

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在软土和岩层不同地质条件下采集列车通过时隧道壁及隧道上方地面距隧道中心线水平距离为0、15 m和30 m处的垂向振动，经过Fourier 变换和1/3 倍频程处理得到振动的频谱特性，分析不同频段振动的传递损失。结果显示，对于软土地质和岩层地质，在传递过程中都存在两个振动峰值；振动从隧道壁传至地面0 m时，软土内高频振动衰减较大，岩层内低频振动衰减较大；在地面传播过程中，对于软土地质，在15 m处出现振动放大现象；在30 m测试距离内，12.5 Hz 以下的低频振动在两种地质条件下均衰减较小，在30 m处40 Hz 以上的振动在两种地质条件下均衰减较大，此研究结果可为不同地质条件下地铁线路上部建筑减振及地铁线路规划提供参考。

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基于废旧胶粉沥青混凝土路面降噪效果分析

乔建刚, 孔伟伟, 宋志旭

2022, 42(4): 219-225.

摘要 ( )

PDF(1669KB) ( )

为了降低路面噪声，提高驾驶员的行车舒适性以及周边居民的生活品质，以大量试验数据为基础，采用ANSYS有限元仿真软件对胶粉沥青混凝土路面与普通沥青路面受冲击荷载作用的时间与速度、加速度、位移相互关系进行分析，构建胶粉沥青路面竖向加速度、位移、速度与时间关系模型，运用对偶原理分析胶粉沥青路面竖向速度的衰减规律，确立速度衰变值与时间关系模型；结合能量守恒原理探究胶粉沥青路面的降噪机理，揭示胶粉沥青路面可有效减弱轮胎与接触面的振动效应，相比普通沥青路面可使噪声值降低4.82 dB，响度降低28.4 %，为利用废旧轮胎在道路工程中降低噪声提供一种新的研究思路。

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单排桩隔振效果试验研究

刘晶磊, 杨烁, 魏宝川, 吴浩, 赵敏

2022, 42(4): 226-234.

摘要 ( )

PDF(2415KB) ( )

为了研究单排桩的桩长、桩径、桩间距以及振源距离等因素在连续型荷载作用下的隔振效果与非单调性，通过室外试验，以连续型荷载作为振源，以地表振幅降低比作为评价指标，对以上影响单排桩隔振效果的因素进行分析。结果表明：增加桩长可以提升隔振效果，当桩长增加1.67 倍时，有效隔振区域增大2.29 倍。增大桩径可以增加有效隔振区域，桩径增大3 倍，有效隔振区域增加2.32 倍。增大桩间距会降低隔振效果，当桩间距增大3 倍时，桩后区域振幅降低比也随之增大，有效隔振区域的距离变远，并且有效隔振区域变小5.42 倍。振源距离的增加也不利于单排桩在连续型荷载作用下的隔振。随着振源距离的增加，振幅降低比Ar 值的变化存在着明显的非单调性，当振源距离与10 cm桩径一半的比值为1～7 时，Ar 达到最大值。当振源距离与10 cm桩径一半的比值为15.6～24.0 时，Ar 达到最小值，在波谷区范围内存在有效隔振区域。

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电磁-永磁式强非线性吸振器的减振性能研究

唐明君, 陈建恩, 陆文星, 杜锦龙,

2022, 42(4): 235-239.

摘要 ( )

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提出一种新型的磁力非线性吸振器，该吸振器的电磁-永磁结构的力学特性曲线具有中间平缓、两端陡峭的强非线性特征。推导出连接该吸振器的线性振子的动力学方程并运用龙格库塔法对其所连接不同刚度的主振子的减振性能进行分析。研究结果表明，当外部激励达到吸振器的激活阈值以后，其能够实现宽频吸振并对于不同刚度的线性主振子均具有较高的减振性能。此外，适当减小电磁铁和永磁铁的间距，能够在一定程度上提升吸振器的减振性能。

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六轴宽轨机车液压减振器卸荷参数的选取

章新, 李建伟, 史青录, 李幸人, 王宇

2022, 42(4): 240-245.

摘要 ( )

PDF(2207KB) ( )

对出口白俄罗斯的某型六轴宽轨机车一系垂向减振器卸荷参数进行选取。利用SIMPACK软件建立共计90 个自由度的整车动力学模型，在AAR5 级轨道谱激励下，首先对一系垂向减振器双向比大于、等于及小于1 时所对应的机车动力学性能进行对比分析，以确定压缩与拉伸行程的卸荷参数之间关系；进而以平稳性为目标，结合减振器两端相对速度分布范围，确定单侧行程的卸荷速度及卸荷阻尼力；最后在不同工况下进行动力学性能对比分析。结果表明：减振器双向比为1 时，即压缩行程与拉伸行程的卸荷参数选取为相同数值时，机车动力学综合性能最优；以平稳性为目标确定的最优卸荷速度及阻尼力相比其他方案中的卸荷参数而言，机车的Sperling 指标、一、二系悬挂装置动荷系数、轮重减载率均明显最低，只有通过R600 曲线时的脱轨系数不是最佳，但也能够满足安全要求。有关结论可为该型机车减振器卸荷参数的选取提供理论依据。

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地铁振动测试“猫耳”状时程曲线分析及对策

俞泉瑜, 申琼玉, 初强, 曾向荣

2022, 42(4): 246-250.

摘要 ( )

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地铁振动测试数据的可靠性是客观评价地铁源强及减振措施效果的重要基础，除了测试断面及工况差异，测试结果还易受测试过程中操作细节及现场不确定因素的影响。列举实测中发现的地铁隧道壁振动测试的振级异常增大现象及案例，通过时域、频域及振级时程分析导致振级异常增大的“猫耳”状振级时程曲线，总结出其出现原因包括测试传感器选型、安装、电缆线连接及固定等易被忽略的问题，在此基础上所提出有针对性的应对措施可作为相关测试规范标准的补充，有助于提高地铁隧道壁振动测试结果的可靠性。

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往复式压缩机缓冲罐振动分析与控制

禹贵成, 严映华, 黎明, 尹爱军

2022, 42(4): 250-255.

摘要 ( )

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针对某储气库往复式压缩机组一级进气缓冲罐振动超标问题，对进气缓冲罐的振动及压力脉动进行测试分析，结合数值仿真分析讨论引起压缩机组进气缓冲罐振动超标的主要因素。为了有效解决缓冲罐振动超标问题，提出更改缓冲罐结构、安装刚性支撑和改变缓冲罐进气方向等振动治理方案，并进行数值仿真验证。根据现场工艺要求和条件，完成一级进气缓冲罐的现场改造，并进行现场振动测试分析和评价，结果表明治理后振动速度最大值为7.83mm/s，压力不均匀度为0.945 %，均满足API(American Petroleum Institute) 618 标准要求。压缩机组进气缓冲罐振动治理实施效果表明，所提出的减振措施有效降低进气缓冲罐的振动，延长了缓冲罐的使用寿命并提高了其可靠性。

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真空泵系统引致车内结构噪声快速识别与控制

徐猛, 袁细祥, 石计红, 李建, 林浩

2022, 42(4): 256-266.

摘要 ( )

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针对某车辆怠速工况下多次深踩制动踏板后驾驶室内出现“哒哒”声异响问题，采用小波分析方法快速识别出异响源为真空泵系统，对真空泵系统进行全面分析，确认异响原因为：采用真空泵抽真空时气流产生压力脉动冲击，该冲击经过“真空泵-管路-固定支架-前围板”结构路径产生异响传递至驾驶室。根据异响机理，提出4 种优化方案：（1）噪声源优化；（2）结构路径隔离；（3）路径低刚度隔振；（4）路径高阻尼衰减；详细介绍和对比分析4 种方法的优缺点，对于应用于工程实际的短期方案和长期方案给出建议，通过分析测试数据可知，采用这4 种方案可将原状态异常振动峰值从0.69 g分别降低至0.23 g、0.15 g（无异常峰值）、0.42 g、0.38 g，优化效果明显。

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