噪声与振动控制

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封面、目次

2022, 42(5): 0-1.

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无叶片风力机捕能柱涡激摆动气动噪声分析

龚曙光, 李志, 谢桂兰, 卢海山

2022, 42(5): 1-5.

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针对基于涡激振动无叶片风力机的气动噪声问题，建立捕能柱涡激横向摆动的仿真模型并进行验证，结合SST湍流模型和声类比法，探讨来流风速对捕能柱横向摆动噪声及远场噪声辐射的影响。结果表明，捕能柱涡激摆动产生的噪声为低频噪声，且噪声大小与其摆动角度和频率有关；捕能柱涡激摆动的气动声源为偶极子声源；最大噪声位于捕能柱中段位置，且捕能柱底部的噪声要大于其顶端；辐射噪声声压级与漩涡脱落频率存在对应关系；当来流风速处于锁频风速区间时噪声最大，且其衰减率小于非锁频风速。所得结论可为无叶片风力机的设计与安装提供指导。

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含弹性基础压电功能梯度圆柱壳的振动分析

吕志鹏, 刘文光, 刘超, 张宇航

2022, 42(5): 6-12.

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为分析多物理场下含双参数弹性基础压电功能梯度圆柱壳的自由振动特性，以含Pasternak-Winkler 弹性基础压电功能梯度圆柱壳为对象，采用1 阶剪切变形理论和Hamilton 变分原理推导多场作用下含弹性基础压电功能梯度圆柱壳的模态频率方程，讨论弹性基础参数、温度梯度、压电层的材料种类和功能梯度层的材料组分等对模态频率的影响。结果表明，模态频率随温度梯度的增大而减小，随陶瓷体积分数指数和弹性基础参数的增大而增大；选用BaTiO3时，圆柱壳的模态频率以及对温度梯度的敏感性均最大，而受外激励电压的影响最小；相较于外激励电压，温度梯度对模态频率影响较大。

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水下仿生贝壳电磁驱动器动力学分析

崔磊, 黄兴保, 杨斌堂

2022, 42(5): 13-20.

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仿生驱动是水下航行技术的一个重要发展趋势，目前仿生贝壳相关研究较少，为了研究仿生贝壳电磁驱动器的动力学特性，首先基于电磁感应和双贝类贝壳的外形结构及喷射运动机制提出一种仿生贝壳电磁驱动器，建立驱动器执行机构的动力学模型并推导动力学参数，构建永磁体受到的磁力矩的数学模型。接着通过Ansoft Maxwell 进行电磁仿真验证，依据对数螺线极坐标方程建立仿生贝壳模型并通过永磁体阵列排布优化动力学参数。最后完成动力学响应计算和分析。结果表明，磁力矩模型验证结果准确，优化后仿生贝壳驱动器动力学幅频响应均存在一个共振峰值，且在外部激励为10 Hz附近时均出现相位跳跃现象，当系统阻尼为0.003 N∙s/m时，执行机构振动幅值出现短暂平台效应而后迅速衰减。研究结果可为基于仿生贝壳电磁驱动器的流量控制系统和水下航行系统的动力学分析提供参考。

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雨刮反转过程摩擦特性分析

杨雪, 王岩松, 郭辉, 郑立辉, 袁涛, 孙裴

2022, 42(5): 21-28.

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从理论分析角度出发，建立雨刮-风窗系统的动力学及摩擦模型，研究雨刮-风窗系统运动时摩擦产生振动噪声的原因，以期改善汽车NVH性能。建立动力学模型，推导并无量纲化解析式；基于摩擦系数-相对速度负斜率公式、库伦摩擦定律及流体润滑特性，分别对雨刮-风窗系统在干燥、湿润运行工况建立摩擦模型，研究不同工况下刮片角度、摩擦系数及摩擦力随时间变化情况；应用非线性解析法——龙格-库塔法，分析动力响应及摩擦特性。模型仿真结果准确复现出雨刮片实际运动中相关振动特性；通过对比不同工况下的仿真结果，验证动力学模型及摩擦模型的有效性。建立的动力学及摩擦模型，可为雨刮片结构优化、雨刮-风窗系统振动噪声控制及相关的固体接触研究提供一定理论参考。

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重载铁路桥墩基础冲刷对车-轨-桥系统动力响应影响

陈松, 龚凯, 黄群杰, 梁展维, 王成, 余翠英

2022, 42(5): 29-34.

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为分析基础冲刷对车-轨-桥系统动力响应的影响规律，基于货物列车-轨道-桥梁系统（简称“FTTB系统”）空间振动计算模型，采用等效刚度模拟基础冲刷，建立基础冲刷条件下的FTTB系统空间振动计算模型；根据《铁路桥涵地基和基础设计规范》中的m法，计算不同冲刷深度下的等效刚度并编制计算软件；将等效刚度输入模型，计算并分析不同车速下基础冲刷对FTTB系统动力响应影响。研究结果表明：冲刷对基础横向等效刚度的影响大于竖向刚度；车速≥70 km/h 且冲刷外露至桩基时轮重减载幅度增大，建议适当减速；桩基外露2 m时对梁体跨中横向振幅及墩顶横向振幅影响显著，建议对桥墩基础进行加固。上述结论可为重载铁路桥墩基础的养护维修提供参考。

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三维远场长周期地震下层间隔震结构减震性能分析

周旺旺, 刘德稳, 陈李昊, 刘阳, 杨帆

2022, 42(5): 35-41.

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实际地震具有多维特性，只在水平方向考虑往往不够真实全面，而且远场长周期地震不同于普通地震，具有周期长，持时长、低频成分丰富等特征，对周期较大的隔震类等结构会产生不利影响，需深入探讨。选取6 条远场长周期地震和3 条普通地震作为地震输入，对大底盘层间隔震结构模型，进行罕遇地震下的动力弹塑性分析。针对结构出现的层间位移角与隔震支座位移超限问题，设置三维隔震支座，并与设置传统水平隔震支座结构进行地震响应分析对比。结果表明：三维远场长周期地震下，大底盘层间隔震结构地震响应显著增大，层间隔震结构减震性能变差；三维远场长周期地震下，采用传统水平隔震支座时，结构层间位移角与隔震支座位移出现超限问题；采用三维隔震支座后，可解决超限问题，结构的层间位移角、层间剪力均明显减少，且对竖向地震力也具有良好减震效果。

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多种激励环境下智能结构振动控制实验验证研究

张婷, 程智

2022, 42(5): 42-48.

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跨度大、薄且阻尼小的悬臂结构易受到外界复杂环境干扰，导致悬臂结构产生的振动很难在短时间内减小到零。以压电智能悬臂梁为研究对象，在随机激励环境、风变环境和温控环境下，开展智能结构的振动控制实验研究工作。基于极点配置控制和最小方差自校正控制的理论，实验研究多种激励环境下智能结构产生的振动得到有效控制的方法，对比多种激励环境下智能结构振动控制结果，分析多种激励环境下智能结构振动控制效果。实验结果表明多种激励环境下智能悬臂结构产生的振动在采用自适应控制后得到了更为有效的控制，这为柔性结构的动力学设计、寿命延长及减振降噪问题提供了更为有效的理论和技术支持。

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双V型IPMSM辅助槽对齿槽转矩的影响

庞亮, 赵朝会, 申合彪, 陆海玲, 秦海鸿

2022, 42(5): 49-53.

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针对双V型内置式永磁同步电机（IPMSM）齿槽转矩较大的问题，根据齿槽转矩的产生原理，借助ANSYSmaxwell 有限元仿真软件建立10 极60 槽内置式双V型永磁同步电机模型，探讨在定子和转子上同时开对称辅助槽的可行性，运用双变量参数化分析定子和转子上开对称辅助槽位置、半径对齿槽转矩的影响。最后对比分析开对称辅助槽前后电机的各项性能，结果表明：合理开设定子和转子辅助槽能有效削弱齿槽转矩并保证电机其他性能基本不变。

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激励力施加方式对结构振动特性影响研究

胡甫才, 刘浩天, 郭磊

2022, 42(5): 54-59.

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为了更合理的预测空压机结构振动特性，对CZ60/30型往复式压缩机进行有限元数值模拟，研究了激励力施加方式对机体振动特性的影响。首先建立空压机机体有限元模型，并计算空压机机体受到的主要激励力。在进行活塞侧推力和气体力对气缸内壁的激励加载时，按照等活塞行程和等运行时间两种方式将一个运动周期分成10部分，分析不同激励力施加方式对计算结果的影响。结果显示等活塞行程分段方式仿真结果更能反应空压机低频振动特性，实验结果与仿真结果也较为吻合，证明了计算方法的可行性。

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二维圆柱对旋转单极子点源的声散射

薛丝丹, 钱振昊, 何嘉华, 刘秋洪,

2022, 42(5): 60-65.

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采用理论分析和数值计算方法研究二维刚性圆柱对旋转单极子点源入射声波的散射效应。齐次Helmholtz方程基本解在极坐标系内用自由空间格林函数的级数展开式表示。对任意形状的刚性散射边界，通过求解线性声学波动方程建立声场边界积分表达式。数值解可在频域下采用边界元方法获取。进一步利用贝塞尔函数的加法定理，分别推导点源与圆柱同轴、异轴旋转状态下的声场理论解析表达式。边界元方法的数值解与理论解析解吻合一致。点源向外辐射声波的频率由点源谐振频率、旋转频率和谐波阶次共同决定。点源与圆柱同轴旋转时，谐波阶次为0 的声波以同心圆状向外辐射，不为0 的声波则以螺旋状向外辐射，螺旋瓣的数量由谐波阶次的绝对值相同。点源与圆柱异轴旋转时，圆柱的声散射呈现显著的偶极子特征，且声场的指向性复杂。

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基础激励下转子-轴承-支座系统动力学特性研究

徐敬岗, 邓景珊, 李峰

2022, 42(5): 66-73.

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针对基础激励影响转子轴承系统动力学特性问题，提出基于有限元和集中质量法的转子系统耦合动力学模型，分析基础激励对系统动力学特性的影响规律。模型中，转子采用梁单元离散建立有限元模型，滚动轴承考虑非线性接触力和间隙影响，支承阻尼环采用Kelvin-Voigt 线性力学模型表征其力学特征。通过Runge-Kutta 数值方法研究基础位移激励对系统动力学行为的影响规律；在此基础上，基于遗传算法对支承阻尼环的动力学参数进行优化设计。结果表明：基础在水平或垂直方向上的位移激励不仅对该方向转子振动有影响，对其他方向振动也存在一定影响；基础激励频率不等于滚动轴承VC(Varying Compliance)频率或其谐波频率时，系统中出现了组合共振现象；同时，经优化设计后，基础激励对系统动力学行为的影响显著降低。研究结果为基础振动下转子轴承系统的动力学分析提供了理论支撑。

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基于有限集模型预测控制BPMSMS输出性能研究

白郭蒙, 单文桃, 恽之恒

2022, 42(5): 74-79.

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针对无轴承电机支撑的永磁同步电主轴运行时的电流响应不灵敏、转矩脉动和转子振动等问题，提出基于有限集模型预测控制算法的BPMSMS控制策略。在完整的BPMSMS电压模型基础上，考虑转矩电流和转子位移的影响，进一步推导悬浮绕组模型预测电流方程，建立完整的无轴承永磁同步电主轴模型预测控制下的电流数学模型。根据使用的代价函数分别求出转矩控制和悬浮力控制的最优开关状态量，使得实际电流与参考电流误差更小，以此获得更好的转矩控制效果和转子振动抑制效果。仿真实验结果表明：在有限集模型预测控制下，BPMSMS具有更好的电流跟踪效果，转矩脉动小；在外加负载和干扰力时也能实现转子的稳定悬浮，系统鲁棒性较好。

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输电线路内悬浮抱杆起升动载系数的研究

马勇, 夏拥军, 孟凡豪, 孙立江, 安平, 龚岩

2022, 42(5): 80-84.

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输电线路内悬浮抱杆因使用安装方便而被广泛应用于输电线路的施工过程。然而内悬浮抱杆动力学特性的研究尚不完善，因此有必要建立内悬浮抱杆起升动载系数的动力学模型。根据位移与刚度的关系，对内悬浮抱杆的等效刚度进行求解；利用动能等效的原理，对内悬浮抱杆的等效质量进行求解。根据等效刚度和等效质量的求解结果，计算得到起升动载系数的表达式，并利用有限元软件进行仿真验证。结果表明起升动载系数能够很好地反映内悬浮抱杆的起升动载特性，可为内悬浮抱杆的设计计算提供理论依据和设计规范的修订提供一定的参考。

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带格栅腔体结构水下声辐射性能研究

胡昊明, 崔洪宇

2022, 42(5): 85-89.

摘要 ( )

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带格栅腔体结构在流激作用下极易产生结构振动和噪声，较大噪声会影响舰船隐身性能。本文采用分离涡模拟并结合有限元耦合边界元方法，对栅条不同布放方式下腔体结构的绕流流场和水下声辐射特性进行分析。研究结果表明，在来流激励下，带格栅腔体结构的栅条振动响应较大，在共振频率处有较大的声辐射，与来流方向平行的格栅声辐射性能优于同来流方向垂直的格栅，结构振动声功率级随来流速度增加而增大。

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水下圆柱壳结构流噪声仿真及降噪技术研究

周志洪, 林永水, 陈威, 池晴佳

2022, 42(5): 90-95.

摘要 ( )

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为探究圆柱壳结构横向来流时流噪声的产生机理和控制技术，对其高雷诺数下的流噪声进行数值仿真，并分析声学覆盖层对流噪声向壳内传播的阻抑作用。首先基于SSTk-ω 湍流模型对流场进行分析，并运用Lighthill 声类比理论构建流噪声数值计算模型，分析圆柱壳内外的声场特性，比较不同声学覆盖层圆柱壳内的声压级。结果表明：流噪声的峰值频率与流场的涡脱落频率一致，为低频噪声；聚氨酯弹性体、聚氨酯泡沫以及铅三种声学覆盖层，铅的吸隔声性能最好，且适当增加空气层对低频噪声的抑制效果更为明显。研究可为水下圆柱壳内流噪声降噪提供一定的指导。

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基于VMD-IMDE-PNN的滚动轴承故障诊断方法

刘备, 蔡剑华, 彭梓齐

2022, 42(5): 96-101.

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为了提高滚动轴承故障诊断的准确性，提出一种变分模态分解( Variational Mode Decomposition，VMD )、改进粗粒化多尺度散布熵( Improved Coarse-grained Multi-scale Dispersion Entropy，IMDE )和概率神经网络(Probabilistic Neural Network，PNN )相结合的滚动轴承故障诊断方法。首先对振动信号进行VMD处理，根据互相关系数准则筛选最佳模态分量，突显振动信号的故障特性；然后针对多尺度散布熵（Multi-scale Dispersion Entropy，MDE）不稳定的缺点，对MDE的粗粒化过程进行改进，提出IMDE的非线性分析方法。模拟信号分析结果表明，相比于MDE方法，IMDE方法降低了熵值波动，提高了熵值稳定性。将两种方法运用于实际滚动轴承实验数据，发现相比于MDE，IMDE熵值曲线更平滑稳定，不同滚动轴承状态下的IMDE熵值曲线区分更加明显。最后采用PNN对提取的特征进行识别，与MPE-PNN，MDE-PNN以及VMD-MDE-PNN方法相比，所提的MD-IMDE-PNN方法能精确地识别滚动轴承的故障类型，且识别率更高。

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基于双输入单输出ARX模型的塔机起重臂结构损伤诊断方法

王胜春李文豪安宏安增辉

2022, 42(5): 102-107.

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针对塔机起重臂结构的健康诊断，提出了一种基于时序数据的双输入单输出ARX的塔机起重臂结构损伤诊断模型，即以起重臂上相邻三个节点中的中间节点的动态位移数据作为输出，以中间节点的相邻两节点的动态位移数据作为输入建立诊断模型。推导了模型参数的最小二乘估计，并且为了进一步减小最小二乘法的参数估计产生的偏差，采用花朵授粉算法（Flower Pollination Algorithm，FPA）对模型参数进行优化。通过有限元对塔机建模并对模型施加塔机起升时的动态激励载荷，获取起重臂上相关节点完好工况与损伤工况的动态位移数据。用诊断模型对所获取的动态位移数据处理得到损伤特征参数，并定义损伤程度参数，以此对起重臂结构健康状态、损伤位置及损伤程度进行较为准确的诊断。

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基于浅层Inception-MobileNet旋转机械故障诊断

孙国栋, 杨雄, 黄得龙, 高媛

2022, 42(5): 108-115.

摘要 ( )

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针对现有的旋转机械故障诊断算法存在着时频表示模糊、特征提取困难，从而导致故障诊断效率和精度低的问题，提出一种基于浅层Inception-MobileNet 的旋转机械故障诊断模型。该模型通过拼接法将原始振动信号转换为二维图像，然后采用多尺度卷积核提取不同分辨率的特征图，并结合深度可分离卷积实现特征学习与分类。该网络在CWRU数据集和MFPT数据集上分别实现了十种故障分类和三种故障分类，分类精度为99.5 %和95.78 %。与传统的网络进行比较，该网络可提高特征提取能力，并且在相同数据集上该网络实现的故障识别精度最高。

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利用声压幅值相关性识别声源特性研究

潘邦雄, 罗瀚波, 赵秀亮, 赵晓丹

2022, 42(5): 116-122.

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基于相位信息识别声源的传统方法在测量声信号前需要进行严格的相位匹配，对测量设备要求较高。通过对延时求和波束形成算法作形式上的转化，说明其运算机制是利用声压信号相位进行相关诊断，进一步研究提出利用声信号幅值识别声源的方法。将传声器阵列测得的声压幅值组成声压幅值向量，与虚拟点声源声压幅值向量做内积，搜索内积模的最大值，根据柯西-施瓦兹不等式定理确定声源位置。建立相应的识别步骤，对球面波声源进行仿真识别，并比较本方法与波束形成方法的识别特性的差异，且进行相应的实验验证。结果表明，本方法能有效识别出简谐波声源，且拥有良好的抗噪能力，可消除波束形成法识别高频声源时出现的“鬼影”现象；当传声器阵列存在误差时，比波束形成法有更准确的识别结果。

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GASA-PSO优化算法共振稀疏分解齿轮故障诊断研究#br#

高永新, 戴忠林, 秦灿

2022, 42(5): 123-127.

摘要 ( )

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针对齿轮箱齿轮早期微弱故障信号在恶劣工况下信噪比降低、故障特征不明显、提取困难等问题，提出一种基于遗传模拟退火算法与粒子群算法融合的共振稀疏分解故障诊断方法，对成分复杂、存在模态混叠的非平稳齿轮箱振动信号进行分析。建立齿轮箱故障模型，模拟齿轮故障信号，将遗传模拟退火算法与粒子群融合算法对品质因子全局快速寻优，利用最匹配品质因子对齿轮振动信号分离得到高、低共振分量与残差分量，对低共振分量做Hilbert 包络分析,得到冲击脉冲信号,进而对齿轮箱进行故障诊断；利用MATLAB仿真分析与实验证明，所提出的方法可以有效提取齿轮箱早期微弱的故障信号，具有较高的分离精度，实现齿轮微弱故障诊断，证明了该方法的可行性与有效性。

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基于SVMFE的往复压缩机气阀故障诊断方法

李纯辉, 马永财, 徐国林, 赵海洋, 赵海峰

2022, 42(5): 128-133.

摘要 ( )

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针对多尺度模糊熵（Multi-scale Fuzzy Entropy，MFE）在粗粒化计算过程中存在的问题，为准确地提取往复压缩机的故障特征，将滑动方差法引入到多尺度模糊熵中，提出基于滑动方差的多尺度模糊熵(Sliding Variance Multiscale Fuzzy Entropy，SVMFE）方法。以高斯白噪声为仿真信号，将SVMFE 方法与MFE 分析对比，仿真结果表明SVMFE 方法在衡量序列复杂性上更准确、更稳定。基于此，提出一种基于SVMFE 与极限学习机（Extreme Learning Machine，ELM）的往复压缩机故障诊断方法。最后，运用所提方法对气阀故障信号分析，与基于多尺度模糊熵的故障诊断方法进行对比，验证了所提出方法的有效性，且具有较高的故障识别率。

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改进TCPN变工况轴承故障诊断方法

胡春生, 李国利, 马良, 闫小鹏, 魏红星

2022, 42(5): 134-141.

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针对变工况条件下传统方法仅提取局部特征导致准确率低以及样本维度过高导致训练耗时巨大等问题，提出一种改进的时域卷积池化网络模型（Temporal Convolutional Pooling Neural Network，简称TCPN）。首先，将原始轴承振动信号经过短时傅里叶变换得到二维时频矩阵，再将二维时频矩阵平铺为一维时频序列，并取绝对值；其次，虽然膨胀卷积可以大幅度扩大感受野，但是对于轴承振动信号等高维特征仍需要较深的网络结构，因此对膨胀卷积进行结构优化，用于挖掘全局特征，同时降低模型复杂程度。再次，为模糊不同工况下相同故障的分布差异，对残差块进行结构优化，使用小卷积核提取局部特征，以拼接的方式与膨胀卷积进行特征融合，兼顾轴承振动信号中的全局特征与局部特征；最后，为了解决训练样本维度太高导致的训练成本过高的问题，对原始数据进行降采样研究，在保持较高准确率的情况下大量节省了训练时间。将所提方法与传统卷积神经网络及时域卷积神经网络（Temporal convolutional neural network，简称TCN）相比，实验结果表明，提出的模型准确率提高约5 %，模型训练耗时降低约30 %，并且收敛速度更快，训练模型的迭代次数更少，具有很强的鲁棒性。

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用加窗插值法抑制振动信号工频噪声

张晓涛, 李伟光

2022, 42(5): 142-147.

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对广泛存在的工频噪声，采用加窗插值方法开展研究，以抑制振动信号的工频噪声。首先，对比分析矩形窗、汉宁窗和六项余弦窗三种典型窗函数的特征；其次，采用数值仿真方法分析窗函数对插值计算结果的影响，当工频噪声频谱与有用成分频谱的间距不同时应选用不同的窗函数；最后，将加窗插值法用于实测振动信号的工频噪声抑制，当振动信号加汉宁窗时工频噪声的插值计算结果最准确，工频噪声抑制效果最好。数值仿真和工程应用表明加窗插值法用于振动信号工频噪声抑制是有效的。

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基于混沌理论砂轮磨钝过程声发射信号试验研究

陈芸, 杨嘉睿, 金容鑫, 赵淳, 毛汉领

2022, 42(5): 148-153.

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针对砂轮磨钝过程中声发射信号的非线性特性，通过采集到的砂轮初期、稳定、严重三个不同磨损阶段的声发射信号，在混沌理论的基础上，提取砂轮磨钝过程声发射信号的最大Lyapunov 指数、关联维数以及K熵这三个特征量并进行计算、分析。结果表明，砂轮磨钝过程声发射信号的最大Lyapunov 指数、关联维数和K熵与砂轮磨损阶段存在着对应关系，可以用这三个混沌特征量来对砂轮的不同磨损阶段进行表征，为运用声发射信号实现砂轮磨钝过程的检测提供了一种新的思路。

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基于最大相关峭度解卷积行星齿轮箱微弱故障诊断#br#

刘峰, 任丽佳

2022, 42(5): 154-158.

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最小熵解卷积(MED)是一种常规的微弱故障特征提取方法，对局部故障脉冲有比较好的提取效果，但是对于含有周期性故障脉冲的振动信号，故障特征识别率比较低。微弱故障时候的行星齿轮箱产生的振动信号通常是周期性的，MED不能取得比较好的识别效果。针对行星齿轮微弱故障特征难以提取的问题，将最大相关峭度解卷积(MCKD)方法应用到行星齿轮箱微弱故障特征提取中。MCKD避免了最小熵解卷积对周期性冲击识别度低的缺点，同时可以有效抑制行星齿轮箱中谐波和噪声分量，准确地识别出行星齿轮箱所处状态。为了验证该方法在行星齿轮箱中的应用价值，将两种方法分别应用在传动系统综合诊断平台收集到的振动信号中，结果表明MCKD算法对于行星齿轮箱微弱故障识别有比较好的效果。

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基于Hankel矩阵与图结构的GIS设备运行状态识别方法

施胜丹, 黄金军, 赵文强, 杨勇, 王枭

2022, 42(5): 159-164.

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在图结构理论的基础上，提出一种Hankel 矩阵改进的气体绝缘开关设备机械状态识别方法。首先利用非冗余声压频域信号和Hankel 矩阵实现图模型的表征；其次，借助于鞅检验方法实现故障的检测，利用主成分分析计算故障时平均Hankel 矩阵的权重并将其作为特征参量训练模型；最后，利用支持向量机实现不同故障的分类。实验结果表明：所提方法能够有效提取不同状态下的特征参量，诊断准确率高达91.67 %，相较于常规方法提升约12 %，为气体绝缘开关设备的机械故障诊断提供了一种可行的解决思路。

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考虑轴承故障高速列车齿轮传动系统振动响应分析

张阿中, 刘建新, 蔡久凤

2022, 42(5): 165-170.

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齿轮传动系统在高速列车运行过程中起着连接和动力传递的关键作用，齿轮传动系统中的滚动轴承长期处于高速运行状况，易于出现故障。为研究轴承出现故障后高速列车齿轮传动系统的振动响应，基于Hertz 接触理论，考虑齿轮传动系统输入轴上圆柱滚子轴承内圈滚道上的剥离故障，利用三维建模软件SolidWorks 和动力学软件Recur-Dyn分别建立正常工况和故障工况下的齿轮传动系统动力学模型。通过仿真分析可以发现：故障工况下，输入轴上轴承滚子的角速度会出现周期性突变，输出轴上从动齿轮的角速度变化剧烈，而轴承滚子的角速度几乎不变；输入轴上包括主动齿轮在内的所有零件振动加速度明显增大，并且输出轴上零件的振动加速度也有所增大；主动齿轮和从动齿轮齿面接触力增大；输入轴上轴承滚子与内圈会瞬时脱离，影响轴承的稳定运行。研究结果可为高速列车齿轮传动系统中轴承故障的诊断、预防提供参考数据。

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地铁浮置板轨道系统导纳特性与钢轨波磨关系研究

陆文学, 杨新文, 赵治均

2022, 42(5): 171-176.

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为了探明钢弹簧浮置板轨道区段波磨发生机理及与轮轨系统参数影响规律。首先基于现场测试的钢轨波磨特征，分析波磨典型波长及其通过频率；其次建立轮对和钢弹簧浮置板轨道三维有限元模型，分析轮轨共振模态与浮置板轨道钢轨导纳特性，探讨钢轨扣件刚度、浮置板隔振器刚度与轮对振动模态对钢弹簧浮置板区段钢轨波磨的影响规律。结果表明：（1）钢轨扣件刚度对波磨发生和发展有重要的影响。钢轨扣件刚度越低，将激发钢轨较大的振动，在特定频段上过大的钢轨振动会导致对应波长的波磨加剧，进而加速波磨的发展。（2）从轮轨系统模态分析，358 Hz的钢轨横向弯曲变形频率与测试线路产生特征波长为31.7 mm波磨引起的轮轨振动频率较为接近；可通过采取减振措施来抑制轮轨系统在358 Hz处的横向振动响应，会相应地减缓钢轨磨耗。

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某双质量飞轮怠速异响问题的分析与改善

张贵辉, 刘鹤龙, 史文库, 陈闯, 石磊, 李健

2022, 42(5): 177-181.

摘要 ( )

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某乘用车搭载1.0T三缸发动机，匹配湿式双离合（DCT）变速箱，在怠速工况存在敲击异响问题。通过研究分析推测该怠速异响可能是由双质量飞轮内部产生。为进一步解决该怠速异响问题，采集整车怠速工况下的转速波动信号作为双质量飞轮仿真模型的激励源。基于AMESim软件搭建双质量飞轮的怠速工况下的多自由度动力学仿真模型，通过仿真分析确定双质量飞轮的次级质量转动惯量、扭转刚度、基础阻尼力矩及自由转角对发动机扭振衰减效果的影响，得到该异响问题的解决方案并进行试验验证。结果表明，在一定的基础阻尼范围内，增大双质量飞轮的自由转角可以有效降低双质量飞轮的怠速敲击异响。

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曲线段浮置板轨道横向特征对车内噪声影响分析

高晓刚, 张震远, 周建, 王安斌, 鞠龙华

2022, 42(5): 182-186.

摘要 ( )

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以小半径曲线段浮置板轨道结构为研究对象，建立曲线段浮置板轨道的横向振动模型，结合现场的钢轨-道床-车厢等“三维一体”实时测试，重点挖掘同一时刻同一辆车下浮置板道床横向频响、钢轨粗糙度与车内噪声的频响相互对应特征，深入剖析曲线段浮置板轨道结构横向特征对车内噪声的影响机理。结果表明：（1）半径350 m曲线段浮置板轨道结构的横向中高动态频响400 Hz～630 Hz与车内噪声超标频段范围一致；（2）曲线段浮置板轨道钢轨31.5 mm的波长是导致车厢内噪声异常超标的主要原因；（3）抑制短波长波磨发展及添加谐振式钢轨阻尼器是控制车内噪声的主要方法，研究成果对车内噪声治理与轨道结构设计具有可靠的参考价值。

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航空发动机用聚四氟乙烯软管内压载荷下振动特性的研究

李明, 吴亚东, 杜朝辉

2022, 42(5): 187-193.

摘要 ( )

PDF(2151KB) ( )

为了分析用于航空发动机管路系统中的柔性软管的振动特性，搭建了激励振动试验台，采用锤击法测量七种规格聚四氟乙烯软管在空载条件和充液加压条件下的自由震荡衰减曲线，得到固有频率和阻尼比，以及测量了软管在不同压力载荷下的轴向应变和周向应变，得出软管应变分布随着压力载荷变化的规律。结果表明：充液加压工况下软管固有频率远小于空管的固有频率，在最大工作压力范围内，随着压力增加，固有频率仅小幅度增加，因此在对发动机管路系统进行调频时，应主要考虑管路介质因素而可以忽略压力的影响。随压力载荷增加，软管应变呈现非线性变化，沿管长方向分布比较均匀且以轴向拉应变为主，拉应力引起的弯曲刚度增强，导致固有频率下降。

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运行工况下电动汽车内置式永磁同步电机振动噪声源识别

李全峰, 刘世昌

2022, 42(5): 194-199.

摘要 ( )

PDF(2055KB) ( )

电动汽车内的振动和高频噪声直接影响汽车产品的结构安全性、舒适性和市场营销等各个方面，为解决某品牌电动汽车驱动系统内置式永磁同步电动机运行工况下振动噪声超标的问题，首先根据电磁场理论推导出电机空载和负载运行时产生的径向电磁力波解析表达式，得到径向电磁力波的阶次、频率和幅值，并给出电机运行时产生电磁和机械力波的频率。利用Brüel & Kjær3050-A型六通道数据采集系统对电机空载和负载运行时的振动加速度进行阶次扫频分析，对比试验频率和解析分析结果找到电机振动较大的原因；为进一步识别电机的噪声源，基于特征频率对比法并使用Brüel & Kjær PULSE Reflex 声学照相机套装对样机进行工况下的声全息试验实现了对噪声源的定位，可为车用内置式永磁电机振动噪声抑制技术提供参考。

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基于有限元-统计能量分析混合法座舱噪声特性研究

沈重, 陈忠明

2022, 42(5): 200-203.

摘要 ( )

PDF(1685KB) ( )

随着对人机功效性能的逐渐重视，军用飞机座舱噪声问题也逐渐成为飞行设计过程中须要考虑的一项重要指标。基于FEA-SEA混合单元的统计能量法对战斗机座舱噪声进行仿真分析，其总声压级仿真分析结果与飞行试验测试结果仅相差2 dB，表明该方法可为座舱噪声水平预计及座舱噪声水平优化提供仿真依据。

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基于阻尼设计的电动汽车三销节异响控制

高超, 赵要珍, 曹诚

2022, 42(5): 204-207.

摘要 ( )

PDF(1446KB) ( )

NVH研究对新车型的研发及汽车舒适性的改善具有重要意义。针对电动车工况变换时产生的异响及冲击振动，首先通过模态测试结合噪声频谱，确定三销节轴承撞击壳体激发其模态是引起异响的主要原因。然后综合考虑减振降噪、散热及工艺成本等因素，采用在壳体表面局部粘贴阻尼的改进方法，通过数值计算明确了阻尼参数及粘贴方法。台架实验结果表明：在三销节壳体自由边附近50 %的表面上粘贴1.5 mm的自由阻尼可以明显抑制轴承撞击壳体激发的振动，从而有效改善冲击异响。

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公路交通荷载作用下场地微振动响应分析

孙浩诚, , 邢云林, 郝勇, , 董捷, , 王经磊

2022, 42(5): 208-213.

摘要 ( )

PDF(2042KB) ( )

随着高科技电子产业的快速发展，公路交通荷载对电子厂房精密设备的微振动影响引起人们的广泛关注。为研究交通荷载以不同行驶状态在道路行驶对场地振动响应的影响，对上海某一工业园区进行满载卡车以不同行驶状态通过时引起的场地振动响应测试与分析。研究发现：改变卡车编队方式引起的场地振动响应自大到小依次为串行、并行、单车行驶；卡车行驶速度越快，引起的场地振动响应越大，衰减速度越快；改变卡车行驶方式，匀速行驶引起的场地振动响应大于制动行驶。

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车速对曲线段组合式道床系统振动特性影响分析

王善高, 崔越, 鲁锦涛, 胡若邻, 周信

2022, 42(5): 214-220.

摘要 ( )

PDF(2262KB) ( )

为研究地铁车速对曲线段组合式道床系统振动特性的影响，对比分析地铁列车平均车速为20 km/h、40km/h 和60 km/h 工况下，曲线段组合式道床系统时域和频域的现场测试结果，分析结果表明：行车速度对曲线段组合式道床系统轨道结构垂向位移影响不大；低轨侧的轨道结构时域振动幅值均大于高轨侧；车速由20 km/h 增至60 km/h时，曲线段组合式道床系统低轨侧钢轨、轨道板和隧道壁的垂向振动加速度幅值分别提升14.7 dB、7.6 dB和8.6 dB，高轨侧幅值分别提升12.2 dB、8 dB 和8.4 dB；车速的提高主要增大了轨道结构63 Hz 以下和250 Hz 以上频段的振动，对80～200 Hz频段的振动影响不大；谐振盖板阻尼谐振器能降低组合道床在20～40 Hz频率范围内的垂向振动；车速为60 km/h时，组合式道床系统结构在1 Hz～25 Hz频段的振动显著增加，具体原因有待进一步研究。

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地下综合交通枢纽上盖建筑环境振动预测评估——以北京城市副中心站综合交通枢纽为例

张登科, 赵磊, 刘文, 陈旭超, 何远鹏, 成功

2022, 42(5): 221-226.

摘要 ( )

PDF(1943KB) ( )

地下综合交通枢纽在消除铁路分隔、创造高品质公共空间、集约用地等方面有天然优势，然而“站城一体”的设计目标对环境振动和噪声问题也提出了更高的要求。为满足枢纽地上高品质开发需求，以北京城市副中心站综合交通枢纽为例，建立上盖建筑环境振动及二次结构噪声预测模型，针对特定房屋结构进行环境振动及二次结构噪声分析。结果表明：1. 从建筑物室内振动评价角度而言，分频最大振级较Z振级结果更易超标；2. 从建筑物二次结构噪声评价角度而言，1/1 倍频程等效声级比等效A声压级结果更易超标；3. 房屋结构的二次结构噪声比环境振动更易超标。

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某大型工业厂房振动检测与减振分析

张宜聪, 张纪刚, 程赟, 时成龙, 张梦琳

2022, 42(5): 227-233.

摘要 ( )

PDF(1723KB) ( )

工业厂房作为生产设备最外层的保护装置，结构安全是企业生产的重要前提。当生产设备运行时，设备自身会产生多变荷载并引起厂房结构振动，长期的振动不仅会降低工作人员的舒适度，影响企业生产效率，甚至会造成结构的损坏、坍塌，造成严重的财产损失。对某大型工业厂房设备扰动进行现场检测与有限元分析，以人体舒适度、结构安全等相关规范对厂房振动响应评价，分析工业厂房结构异常振动原因及振动形式，根据振动特征及企业实际生产需求提出添加柱间支撑及安装调谐质量阻尼器等多种减振方案，并对调谐质量阻尼器控制系统参数进行优化，结果表明，优化后的减振控制系统能够降低厂房结构的振动响应，调整厂房结构的振动频率，避免外部激励引起厂房共振。此大型工业厂房的振动分析研究成果，可为其他同类型工业厂房的减振设计提供技术参考。

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基于水平集的二维半空间声屏障优化设计

张放, 姜富航, 陈海波

2022, 42(5): 234-238.

摘要 ( )

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针对二维半空间声散射问题，采用水平集方法对声屏障截面进行优化设计。以Γ 型声屏障为例，给定水平集函数初始配置后，通过求解反应扩散方程来更新结构边界。目标函数设定为观测区域上声压的积分，并由伴随变量法计算出拓扑导数作为优化的梯度。声场与伴随场均采用边界元法进行求解，同时将半空间格林函数作为基本解，以模拟地面对声波的反射效果。在每次迭代中对零水平集基于结构面积进行过滤，仅保留主体部分作为声屏障的截面外形，实现基于拓扑优化的高效形状优化处理。数值算例给出过滤前后的优化结果，并利用商业软件COMSOL进行验证。

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工业消声器快速设计方法研究及其软件开发

吉容佩, 董一夫, 江喜山, 王玉兴, 吴卫东

2022, 42(5): 239-244.

摘要 ( )

PDF(1603KB) ( )

工业消声器普遍用于内燃机、变压器等需要通风换热、排放工质等场景的噪声控制。通常，消声器的初始设计需要根据经验公式粗略给出设计方案，并采用有限元法计算对应方案的传递损失。然而，消声器的使用环境一般不满足平面波激励的假设，因此，确定设计方案后，仍需制备样件模拟实际条件进行传递损失测试、调音，以确保优异的消声性能。理论上，每进行一次调音修正，都需要修改声学模型，重复上述计算、试制与测试，在很大程度上拉长了开发周期。考虑到消声器设计具有标准的范式，可以对典型设计、常用尺寸的消声元件进行声学仿真计算，获取典型环节的声传递损失曲线。实际使用中，根据选配的消声器结构与参数，快速设计修正消声器结构。鉴于此，以内燃机排气消声器为例，提出一种消声器快速设计的方法，并开发基于Android 平台的调音软件，能够辅助实现消声器的快速准确设计。

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基于磁流变弹性体的复合式双向隔振器设计

陈雨彬, 黄学功, 张文玲

2022, 42(5): 245-252.

摘要 ( )

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为了抑制机器人行走过程中与地面接触引起的振动与冲击，设计并制作一种复合式双向磁流变弹性体(Magnetorheological Elastomer，MRE)隔振器，制备硅橡胶基MRE，利用有限元软件对隔振器进行电磁学仿真分析，并搭建实验平台对隔振器的性能进行测试。实验结果表明，所制备的MRE材料的磁流变效应达到1 103 %；在垂直和水平方向，通入2 A 电流后该复合式双向MRE 隔振器等效刚度分别增加257.1 %与19.6 %，等效阻尼增加198.5 %与13.9 %，证明所提出的复合式双向MRE隔振器在振动控制中具有一定的应用潜力。

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新型组合式抗性消声器性能分析

陈永辉, , 王志刚, , 马炳杰, , 闫超群, , 姜小荧, , 陈艺凡,

2022, 42(5): 253-259.

摘要 ( )

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为探究一种新型组合式抗性消声器的阻力损失特性及消声特性，对其主要结构进行差异化设计及性能分析对比。首先确定新型组合式抗性消声器主要组成结构，接着对其中过渡管、对冲孔、内插管结构进行差异化设计，给出8 种不同的消声器结构方案，利用FLUENT及COMSOL仿真软件分别对1 至8 号消声器内部流场及消声特性进行仿真求解，并进行对比分析其压力损失特性及消声特性，最后选定2 号消声器方案并制成样机，进行试验验证。结果表明新型组合式抗性消声器有无插入管结构对其性能影响最大，有插入管结构在压力损失及消声性能上都比无插入管结构优异，过渡管结构及对冲孔结构的差异在于压力损失，其影响较小，而锥形过渡管在消声性能上会在680 Hz出现较好的二次消声峰值，新型组合式抗性消声器具有良好的压力损失及宽频的消声性能。

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柴油机分流气体对冲耦合消声器压力损失研究

张翼强, 武佩, 苏赫, 张海军, 张永安, 郭宇辰

2022, 42(5): 260-267.

摘要 ( )

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消声器设计中消声量与排气背压之间是相互矛盾且需要反复权衡的关系，同时消声器消声量、排气背压、气流通过性等性能评价指标与其内部气流速度有直接关系即内部气流速度越大，总体性能参数越差。以降低消声器内部气流速度为出发点，基于分流气体对冲降速原理，结合传统消声单元获得新型耦合结构消声器，并对其压力损失进行研究。采用理论分析、数值仿真和测试试验的方法，分析分流气体对冲结构的降速原理，并对新型耦合结构消声器压力损失进行研究。结果表明：气体经过对冲腔前后速度从57.6 m/s 降为28.7 m/s，对冲腔压力较原装消声器降低1.67 kPa，消声器内部湍动能场强度小于原装消声器，试验结果表明新型耦合结构消声器压力损失和出口气流速度比原装消声器均降低20 %以上。该新型耦合结构消声器的气流通过性能、压力损失、出口气流速度均优于原装消声器。

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正负刚度并联隔振系统建模与性能分析

朱亮, 周涛, 吴乙万, 白鸿柏, 汤宇

2022, 42(5): 268-273.

摘要 ( )

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针对重型装备低频减振难题，基于正负刚度并联原理，设计一种由矩形弹簧和碟形弹簧相互并联的低频被动隔振系统。建立隔振系统的简化模型并构建其运动微分方程，运用谐波平衡法分析得到其力传递率，分析在简谐力激励下的稳态周期响应。利用MATLAB对正负刚度并联隔振系统在扫频激励和随机激励下的响应特性进行仿真分析，进而搭建力传递率测试平台，验证所建动力学模型的正确性与合理性。仿真与试验的结果表明，所设计的正负刚度并联隔振系统具有良好的隔振性能，该成果可为重型装备低频隔振的研究提供理论和实验依据。

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