噪声与振动控制

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2023, 43(2): 0-1.

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气囊缓冲技术研究现状与应用启示

沈超, 杜建国, 李万华, 吕学利, 卫剑征

2023, 43(2): 1-8.

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通过梳理气囊缓冲技术的发展历程和研究成果，总结缓冲气囊的一般构造、工作原理和设计流程。分别从气囊静态起爆展开特性研究、气体发生器与药剂研制、气囊动态起爆展开特性研究三个方面，介绍气囊缓冲关键技术。通过分析气囊缓冲技术典型特例——空气弹簧的研究现状，讨论既有气囊缓冲技术在工程结构隔震应用中所存在的问题，提出能够同时适用于天然地震动和爆炸冲击震动的地下防护工程概念性气囊式智能隔震系统构想。研究旨在拓宽气囊缓冲技术的应用范围，促进隔震系统向智能化、功能多样化方向发展。

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弹性连接直流电机驱动振动系统的自同步研究

王凯, 许佳陆, 黄家晟, 宋汉文

2023, 43(2): 9-14.

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由弹性连接的直流电机驱动的振动系统体积更小，其自同步理论对于小型化同步装置的研制具有重要意义，本文基于理论、仿真对这类系统进行研究。使用Lagrange 方程建立振动系统的动力学模型，并通过小参数法得到两电机的耦合方程，将此类振动系统的同步问题转化为小参数耦合方程零值解的存在性与稳定性问题。根据耦合方程零解的存在条件推导两直流电机达到同步运动的必要性条件，并应用Routh-Hurwitz 准则得到两电机同步运动的稳定性条件。最后通过数值仿真对理论进行验证。结果表明：系统满足一定参数条件时可以实现相位差在0°和180°附近的两种稳定同步运动。

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基于扩张状态观测器的压电结构复合滑模振动控制

徐状, 李生权, 李娟, 王书旺, 张路瑶, 陈东雷

2023, 43(2): 15-20.

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针对压电固支板振动系统的模型不确定、高次谐波和外部激励等干扰问题，设计出一种基于线性扩张状态观测器与滑模控制的复合振动主动控制策略。首先，基于辅助变量法建立压电固支板结构的数学模型，进而设计线性扩张状态观测器对系统状态变量与总干扰进行实时估计，再通过前馈通道补偿的方式，抵消模型误差、外界激励等干扰对系统的影响；然后,基于估计值设计滑模控制器，利用较小的切换项增益抑制观测器的估计误差，从而降低滑模控制的抖振，并利用李雅普诺夫稳定判据准则分析所提振动控制系统的全局稳定性。最后，基于NI-PCIe6343 采集系统，搭建振动控制实验平台，并对设计的复合振动主动控制策略进行实验。实验验证结果表明，所提振动控制策略对压电固支板的振动幅值降低87.5 %，具有较强的抗干扰能力且对压电固支板的振动抑制性能良好。

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空间网壳结构GMA风振光-电主动控制研究

刘博, 谢江胜, 李彬彬, 王社良

2023, 43(2): 21-27.

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为解决空间网壳结构发生的局部动力失稳、疲劳破坏和变形过大等风振破坏问题，设计离网光伏发电系统供能，超磁致伸缩驱动器（Giant Magnetostrictive Actuator，GMA）出力的GMA风振光-电主动控制系统。基于该系统，进行空间网壳结构风振控制仿真分析，采用免疫遗传算法对不同数量的GMA布置位置进行优化，并基于LQR算法的主动控制策略，提出以综合减振评价指标作为复杂空间杆系结构主动控制效果的评价指标。分析结果表明：GMA风振光-电主动控制系统对网壳结构的风振响应具有良好的控制效果，采用免疫遗传算法对GMA优化布置后，节点的位移及加速度响应最大控制效果均得到显著的提升。当使用70 个经过优化布置的GMA时，网壳结构的位移和加速度综合减振指标分别可达到0.64 和0.72。

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随机振动疲劳寿命评估频域法模型适用性研究

袁盛铭, 吴兴文, 赵明花, 池茂儒

2023, 43(2): 28-34.

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为了研究频域法中的应力幅值概率密度函数(Probability Density Function，PDF)模型在随机振动疲劳寿命评估过程中的适用性，首先介绍常用的5 种频域法模型，接着设置由不同谱宽系数、中心频率和功率谱密度(Power Spectral Density，PSD)谱值组合的限带白噪声应力功率谱。在此基础上利用傅里叶逆变换得到对应的时域信号，并将频域法模型计算得到的应力幅值概率密度函数与模拟的时域信号经过雨流循环计数得到的结果进行对比，评估各种频域模型的适用性和精度。结果表明，在整个带宽范围内，ZhaoBaker 模型和Dirlik 模型都有较高的准确性和适用性，Weibull 模型在模拟小谱宽系数(ε<0.15)的单峰谱和谱宽系数大于0.6 的宽带PSD时拥有不错的精度；频域模型的精度误差都随中心频率和谱值的增加有不同程度的下降。

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连续档覆冰八分裂导线舞动特征数值模拟研究

丁顺利, 蔡萌琦, 黄汉杰, 田博文, 梁俊豪, 周林抒

2023, 43(2): 35-42.

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利用非线性有限元方法建立多档覆冰八分裂导线的数值模型，模拟研究线路在不同参数下的舞动。基于导线动力特性和舞动特征，分析连续档线路在不同风速、档距、档数下的舞动模式、频率特性、振动幅值和轨迹，并与孤立档线路的舞动特性进行比较。结果表明，连续档线路各档的舞动特征有明显差异，且连续档线路与孤立档线路之间也存在较大差别，故在研究导线舞动防治技术时应把这些差异考虑在内。

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高阶多重同步挤压变换识别时变结构瞬时频率

李宇祖, 刘景良, 骆勇鹏, 盛叶,

2023, 43(2): 43-50.

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针对多重同步挤压变换及其改进算法存在估算瞬时频率精度不高的问题，提出新的高阶多重同步挤压变换算法并应用于时变结构的瞬时频率识别。该方法首先通过引入高阶瞬时振幅与相位得到精度更高地估算1 阶瞬时频率，然后采用递推法得到估算的高阶瞬时频率。其次，对高阶瞬时频率进行多次迭代并对迭代后的瞬时频率进行重排，从而得到高阶多重同步挤压变换后的瞬时频带。再次，运用时频系数模局部极大值法在限定的频带范围内提取瞬时频率曲线。通过两组数值算例和一个质量突变的悬臂梁试验验证所提新方法的有效性，研究结果表明：相比现有的多重同步挤压变换改进算法，高阶多重同步挤压变换不仅具有较好的精度，而且可以减少未重排点。

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一种新型双振子声子晶体带隙特性研究

邢媛, 张波, 张瑶, 潘玉栋, 宋家兴, 王萌

2023, 43(2): 51-57.

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为获得较宽频率范围弹性波耗散性能，并有效控制减振降噪频率带宽，提出一种新型双振子声子晶体结构，研究其能带和传输特性，并利用COMSOL Multiphysics 软件计算该声子晶体结构起始频率、截止频率以及相应的振动模态，分析该结构带隙形成机理，以及散射体密度和尺寸对该声子晶体带隙的影响规律。研究表明：双振子声子晶体结构带隙打开是基体中长波行波与振子的谐振相互耦合作用产生的结果。研究结果可为工业装备的噪声与振动控制提供一种新方法。

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考虑陀螺效应的面齿轮振动特性分析

李晓贞, 苏阔, 李同杰, 王娟

2023, 43(2): 58-63.

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为提高面齿轮传动系统的动力学特性，建立考虑陀螺效应、包含时变啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙、支撑刚度和阻尼等参数的非线性动力学模型。采用欧拉单步法对非线性动力学方程进行求解，分析模型计算结果的准确性和合理性。分析面齿轮传动系统啮合线位移、啮合力以及面齿轮和圆柱齿轮振动位移与时变啮合刚度幅值系数变化之间的关系，并通过两齿轮质心坐标平面相图得到两齿轮质心的振动情况。

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组合步长的改进仿射投影主动噪声控制算法

彭诺蒙, 李晨, 余凌浩

2023, 43(2): 64-69.

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为了改善在主动噪声控制(Active Noise Control，ANC)中由不平稳脉冲噪声引起的经典仿射投影算法稳态误差高的缺陷，利用鲁棒类M估计器代价函数对误差信号的饱和特性，将其与权重向量的L2 范数约束相结合，提出类M估计器函数仿射投影算法。该算法的收敛精度相较于经典符号仿射投影算法提升3.2 dB。为了进一步提升收敛速度，将组合步长技术引入上述算法来自适应调节权重约束中的步长参数，调节收敛速度与稳态误差之间的矛盾。仿真结果表明，最终提出的算法突破固定步长的限制，可实现更快的收敛速率和更低的稳态误差，相较于已有仿射投影算法，在收敛速度方面提升2 倍，在收敛精度方面提高10 dB。该算法可为之后仿射投影算法的研究提供理论指导和实验依据。

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双索系泊系统漂浮式风力机动力响应研究

黄昱衡, 封周权, 华旭刚, 陈政清

2023, 43(2): 70-77.

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提出一种用于漂浮式风力机的新型双索系泊系统，研究其对减少漂浮式风力机平台动态响应的有效性及系泊系统本身的力学性能。算例所采用的漂浮式风力机为OC4-DeepCwind 三浮筒半潜式风力机，通过OrcaFlex 软件建立相应风力机模型和两种系泊系统（原始单索系泊系统和新型双索系泊系统）。在一定海况条件下对比研究双索系泊系统相比于原始单索系泊系统对减少漂浮式风力机平台动态响应的优势。结果表明：相比于原单索系泊系统，双索系泊系统漂浮式风力机的振动响应有明显降低，但改变缆索预张力和副索导缆孔位置对漂浮式风力机振动响应影响不明显。

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基于视觉系统的特高压屏蔽环振动参数辨识

姜岚, 程若恒, 罗曼平, 陈大

2023, 43(2): 78-85.

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特高压屏蔽环具有尺寸大、刚度小、动力荷载效应显著的特点，其结构动力参数的辨识对揭示屏蔽环振动机理、探索振动控制技术具有重要的研究意义和工程应用价值。基于视觉系统提出一种特高压屏蔽环振动参数监测与识别的新方法。首先在图像上创建模板，经过基于互相关的图像匹配定位，获取模板在连续序列图像上的像素级匹配点，针对互相关函数呈现出的峰值特性，利用二次曲面拟合法实现屏蔽环位移时程数据的亚像素定位。然后采用移动平均滤波降低相机晃动产生的噪声信号，最后通过快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)求解屏蔽环的振动频率。以某特高压交流线路屏蔽环为例，将该方法与模态测试、有限元分析的计算结果对比，验证其可行性。

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局域共振型周期管路系统振动特性研究

夏兆旺, 鞠福瑜, 卢志伟, 史德祥

2023, 43(2): 86-91.

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管路系统广泛应用于船舶动力设备、空调通风管道等系统中，是振动传递的一个重要途径，控制管路的振动可有效抑制其对振动噪声的传递。声子晶体周期管路结构设计技术能有效减低管路系统的低频振动噪声。以一种局域共振型周期管路为研究对象，建立周期管路系统的仿真模型，分析局域振子宽度、外径和材料密度等参数对周期管路减振效果的影响规律，并通过试验进行验证。结果表明：局域振子的宽度和材料密度对管路系统减振效果影响明显，最高可降低7.8 dB；局域振子的外径对管路系统的振级落差影响较小。基于局域共振设计周期管路系统可为管路系统的减振设计提供新的思路。

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采用响应面法的复合板结构噪声优化设计

朱从云, 段帅兵

2023, 43(2): 92-97.

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针对复合材料层合板结构出现的噪声问题，将响应面法RSM（Response Surface Method）与遗传优化算法相结合，提出一种降低复合材料层合板声压级的优化方法。该方法基于四边形复合材料层合板结构建立有限元分析模型，通过三因子试验设计点设计试验计划表，结合最小二乘法构建复合材料层合板声压级的2 阶响应面近似模型。以影响层合板噪声的显著因子为设计变量，层合板的声压级为设计目标，采用遗传算法对响应面近似模型进行优化，结果表明，使用该方法对复合材料层合板的噪声特性进行分析，可明显提高优化效率并为工程实际提供参考。

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双重惯质调谐质量阻尼器的参数优化与振动分析

陈扬, 张研, 陈达

2023, 43(2): 98-103.

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为研究惯质耦合布置对于调谐质量阻尼器(TMD)减振性能的影响，提出一种新型的被动控制装置，即双重惯质调谐质量阻尼器(DTMDI)。将DTMDI布置在单自由度主结构上，对振动系统分别开展了H∞优化与H2优化，得到两种优化方法下最优调谐参数的解析解形式。在参数优化分析的基础上，比较分析了DTMDI与三种已有的被动控制装置(TMD、TMDI和TIMS)的减振效果。研究结果表明，惯质耦合布置不会提升TMD的工作性能；当主结构的阻尼比被忽略时，减振效果从高到低依次为：TMDI>DTMDI>TMD>TIMS。提出的DTMDI具有较好的减振效果。

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基于改进VMD的岩石破裂声发射信号滤波算法

王婷婷, 王威华, 陈建玲, 孙勤江, 谭跃龙

2023, 43(2): 104-111.

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在岩体损伤演化的过程中会释放出带有大量信息的声发射(Acoustic Emission，AE)信号，针对AE信号的非平稳性和非线性等特点以及在采用变分模态分解(Variational Mode Decomposition，VMD)算法对岩石AE信号去噪时分解参数K和惩罚因子α 难以确定的问题，将VMD算法应用于岩石破裂AE信号滤波中，对岩体AE信号进行预处理，利用Tent 混沌优化的麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm，SSA)对VMD算法的参数K和α 进行优化搜索，其适应度函数为包络熵最小值。之后根据搜索结果来确定VMD的分解参数K和惩罚因子α，并利用优化后的VMD对岩石破裂AE信号进行滤波。经仿真和实验分析可知，Tent-SSA的优化速度和优化精度较为优越，Tent-SSA-VMD的滤波效果优于常规滤波算法。

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基于MPA-VMD的滚动轴承故障诊断方法

吴科伟, 封远鹏, 王超, 王广斌, 何水龙, 蒋占四,

2023, 43(2): 112-119.

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针对变分模态分解方法（Variation mode decomposition, VMD）在提取滚动轴承振动信号的故障特征频率时受参数设置影响及敏感模态分量的选取问题，构建一种基于海洋捕食者算法（Marine Predator Algorithm，MPA）优化变分模态分解的滚动轴承故障诊断方法。首先，利用以包络熵为适应度函数的海洋捕食者算法对变分模态分解算法的模态个数K和二次惩罚因子α 进行自适应选定；其次，使用获得的最佳参数组合对故障振动信号进行变分模态分解，得到多个本征模态分量（Intrinsic Mode Function，IMF）；最后，计算各模态分量的平方包络基尼系数（Squared EnvelopeGini Index，SEGI），选择系数最大的模态作为最优IMF并进行包络分析，提取相应的故障特征频率。通过公开数据集和实验数据验证表明该方法可解决VMD受参数设置影响的问题，成功诊断轴承故障。且相比于峭度和相关系数指标，平方包络基尼系数指标在筛选最优IMF具备更佳的准确性和鲁棒性。

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基于CEEMDAN–MPE算法的地铁短波长钢轨波磨识别

马添翼, 李伟, 陈建政, 赖伊雯, 杨吉忠

2023, 43(2): 120-126.

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针对地铁钢轨波磨检测效率低、准确率低等问题，提出一种基于自适应噪声完备集合经验模态分解–多尺度排列熵的地铁短波长钢轨波磨识别方法。首先采用自适应噪声完备集合经验模态分解（CEEMDAN）方法将轴箱振动加速度信号逐级分解为多个不同特征时间尺度相对平稳的固有模态函数（IMF）；引入多尺度排列熵（MPE）分析各IMF在不同尺度上的熵均值，计算各IMF的相关系数，然后将随机程度较大或信噪比较低的分量剔除，计算剩余IMF的能量值及总能量值，通过设定阈值判断是否存在钢轨波磨，最后对能量值超过阈值的分量进行小波包时频分析，提取振动中心频率确定钢轨波磨波长。结果表明：（1）基于CEEMDAN–MPE算法可通过轴箱振动加速度准确识别短波长钢轨波磨及发生区域；（2）该方法在识别短波长波磨的准确性上优于EEMD 能量值和小波包能量熵方法，并且能够较为准确地提取短波长波磨不平顺导致的振动响应，便于针对波磨的波深做进一步分析。

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基于应变模态的风机塔筒根部疲劳裂纹损伤检测研究

李鹏飞, 张则荣, 张威, 樊智敏

2023, 43(2): 127-131.

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风力发电机塔筒根部所受弯矩大易产生疲劳裂纹，及早地检测发现裂纹有利于防止风机倒塌破坏。研究一种基于应变模态的塔筒根部疲劳裂纹损伤识别方法。首先建立塔筒的振动微分方程和应变模态；然后构建风机模型并进行模态分析，研究塔筒损伤前后固有频率、位移和应变模态振型的差异；最后建立应变模态变化率的疲劳裂纹识别指标，并基于最小二乘法拟合应变模态变化率与损伤程度的数学关系。结果表明：塔筒受损前后固有频率和位移模态振型无显著改变，无法进行损伤定位；应变模态振型在受损处出现峰值突变，且损伤程度越高突变越明显；应变模态变化率与损伤程度呈正相关，采用六次多项式可拟合出两者的关系。

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变转速下对数平方包络谱在滚动轴承故障诊断中的应用

赵克钦, 程峰, 杨世飞

2023, 43(2): 132-138.

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变转速工况下，转速变化会导致不同时间段峭度值出现变化，且高脉冲噪声会导致振动信号的峭度值突然变大。这些因素削弱了快速谱峭度图(Fast kurtogram,简称FK)方法提取微弱故障特征方面的性能，为了克服这些缺陷，提出一种基于对数平方包络谱的新特征--对数包络阶次循环分量(Log-envelope Order Cyclic Content，简称LEOC)，构造出一种对数包络阶次循环分量图(Log-envelope Order Cycligram，简称LEOCgram)。首先使用1/3 二叉树结构对原始信号进行多层次滤波，并计算每一组滤波子信号的平方包络。然后，通过计算阶次跟踪(Computed Order Tracking，简称COT)技术对每一组的平方包络序列进行角域重采样，计算每一组滤波信号的对数平方包络谱并进行自相关分析得到可能的故障特征阶。最后计算LEOC值，LEOC最大值对应的频带即为最优解调频带。将最优解调频带作为滤波器的参数对原始信号进行滤波，通过对滤波后的信号进行包络阶次分析并根据包络阶次谱的阶次结构可以确定故障类型。仿真信号和试验轴承外圈故障信号的分析结果表明，该方法在速度波动范围较大时，能够准确地对滚动轴承故障进行诊断，且不受随机高脉冲噪声的影响。

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一种滚动轴承早期故障预警技术及试验验证

曹桂松, 苗慧慧, 王雨薇, 刘西洋, 曹玮, 陈果

2023, 43(2): 139-146.

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针对滚动轴承运行状态在线监测，提出一种新的滚动轴承早期故障预警技术。首先，通过二进离散小波分解提取共振频带；然后，通过自相关分析抑制频带信号中的非周期性成分并进一步提升信噪比；最后，基于小波包络频谱构造一个新的特征量，通过该特征量的变化趋势来反映轴承的健康状态。将新方法应用于滚动轴承在线监测，分别对三组滚动轴承的全寿命试验数据进行分析，结果表明，提出的在线监测技术相较于传统有效值监测更为敏感，能够更早地发现滚动轴承早期微弱故障，实现故障的早期预警及定位。

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基于移动多尺度重构的交互式能量熵齿轮故障诊断

王贡献徐志海胡志辉向磊张淼

2023, 43(2): 147-153.

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为精确提取振动信号中表征齿轮故障类型与程度的敏感特征，提出一种基于移动多尺度重构的交互式能量熵（Moving Multi-scale Reconstruction Based Interactive Energy Entropy，MMR-IEE）齿轮故障诊断方法。通过移动均值重构获得齿轮振动信号在不同尺度下重构信号，利用相邻数据点构成滑动窗口使振动信号的信息提取更加充分；计算不同尺度通道下的原始信号与重构信号能量分布，采用交互式叠加法获得的特征向量表征因故障而导致的振动信号能量突变。在此基础上，结合k 最邻近（k-Nearest Neighbor，kNN）模式分类器，提出一种新的齿轮故障诊断方法，并将提出的方法应用于齿轮实验数据分析。结果表明，MMR-IEE 方法有强故障特征提取能力，不同转速与不同工况下，齿轮故障诊断准确率达到99 %。

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基于振动参数图像融合灰度共生矩阵的电抗器机械状态辨识方法

张嵩阳, 王磊磊, 吕中宾, 田旭, 王东晖, 王广周

2023, 43(2): 154-161.

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为更有效地监测电抗器的工作状态，提出一种基于振动参数图像融合灰度共生矩阵的电抗器机械状态辨识方法。首先对电抗器施加不同大小的电压、预紧力以模拟不同工况，在采用工作变形分析的基础上，利用灰度共生矩阵提取不同工况下工作变形分析云图的纹理特征，引入能够定量表征电抗器振动情况的振型相关系数，进而得到电抗器振动参数结合工作变形分析灰度图纹理特征的融合特征矩阵，最后利用支持向量机实现电抗器的状态辨识。通过模拟绕组松动故障试验，将所提方法与单一基于灰度共生矩阵的常规辨识方法进行比较，实验结果表明：所提方法能够有效地提取电抗器振动信号特征参量，且诊断精度相较于常规方法有明显提升，准确率可达93.6 %。

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采用大核注意力机制的抗噪轴承故障诊断模型

董荣, 徐育为, 龙志宏, 张益辉, 钟坤, 屠宇

2023, 43(2): 162-168.

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针对滚动轴承故障诊断模型易受轴承工作环境噪声以及运行数据样本数量影响的特点，提出一种并行大核注意力机制卷积神经网络（PLKACNN）。首先，将一维时间序列通过短时傅里叶变换转化成二维图像作为模型的输入，使用并行大核注意力机制实现对不同维度的故障特征的提取；其次，将并行支路所得的特征图进行堆叠以获得整体信息，最终通过整合卷积层以及全连接层对整体信息进行学习以及分类。结果表明PLKACNN能够有效识别滚动轴承故障程度和故障位置，在带噪数据集上获得平均98.5 %的准确率，并且在带噪小样本实验中获得92.81 %平均准确率，证明所提PLKACNN具有较好的噪声鲁棒性以及泛化能力。

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阻尼连续可调半主动悬架平滑天棚控制策略研究

张丽霞, 李宁斐, 梁冠群, 危银涛

2023, 43(2): 169-173.

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为了验证平滑天棚控制的有效性和其有效的参数优化算法，以2 自由度悬架系统模型为研究对象，建立综合性能评价指标，经过粒子群算法优化参数，仿真结果表明，与被动悬架相比，综合性能评价指标提升11.17 %。以舒适性为控制目标，采用随机路面激励，平滑天棚控制的簧上质量加速度均方根值与被动悬架和开关天棚控制相比，都有显著的降低；采用正弦扫频激励，对系统振动传递特性进行分析，仿真结果表明，在中高频段，平滑天棚控制对簧上质量振动有较好的抑制效果。最后，通过半主动需悬架机械硬件在环试验，试验结果表明，平滑天棚控制可以减少振颤，降低簧上质量加速度。

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中低速磁悬浮列车车内噪声预测与分析

程思韬, 冯读贝, 金旭炜, 肖新标, 黄运华, 韩健

2023, 43(2): 174-178.

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中低速磁悬浮列车的车内噪声对乘客的舒适性有很大影响，而关于中低速磁悬浮车内噪声特性仿真分析较少，有必要开展中低速磁悬浮列车车内噪声预测与分析。首先基于统计能量分析（SEA）对中低速磁悬浮列车进行车内噪声建模；然后，对仿真结果进行功率流分析，得到车内最大噪声出现的位置与显著频段；最后分别针对声源激励和车体隔声进行车内噪声灵敏度分析。结果表明：中低速磁悬浮列车车内最大噪声出现在客室中部和250 Hz～800 Hz频段内，这与车下声源分布有密切关系。地板隔声和受电靴-供电轨系统空气声源激励变化对车内噪声影响最为显著。通过统计能量分析和灵敏度分析对中低速磁悬浮车内噪声进行预测和分析，为我国中低速磁悬浮列车的低噪声设计提供有益参考。

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转矩扰动激励下盘式制动器非线性振动分析

刘献宇韩清振王骏骋

2023, 43(2): 179-184.

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基于汽车盘式制动器单自由度模型研究了转矩扰动对其颤振行为的影响。依据Stribeck模型分析了盘式制动器的振动模式和不同模式下的平衡点及稳定性。在未受转矩激励下，制动系统轨线可能穿越Stick，Stick-slip和Slip三个区域，且在一定的制动压力下还会出现极限环振动；在转矩扰动激励下，制动系统的振动同样会穿越三个区域，但由于分界线也受到激励的影响，导致振动行为更加复杂；无论是否受到激励，随着制动压力的增加，制动系统的振幅都将逐渐增加；在相同制动压力下，当制动系统受到转矩激励时，振动幅值大于未受激励情况。研究可为揭示制动器颤振的影响因素提供参考。

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市域轨道交通高架列车车外噪声源识别试验

王朝亮, 吴晓龙, 张良涛, 张超, 罗云柯, 宋立忠

2023, 43(2): 185-189.

摘要 ( )

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基于波束形成技术，利用市域轨道交通D型车实车声源成像数据，研究市域列车整车车外噪声源频谱特性，分析受电弓、转向架等局部区域噪声源对辐射噪声的贡献特点，并评估局部噪声特性变化对总噪声特性的影响，得到以下结论：局部噪声源的贡献方面，市域轨道交通D型车转向架区域是主要辐射噪声贡献区，其贡献所占比重超过63 %，100 km/h 以上运行时其贡献所占比重超过80 %；受电弓区域是次级辐射噪声贡献区；其他区域的噪声贡献相对较小。试验研究成果可为市域轨道交通列车减振降噪优化设计提供有力的技术指导。

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弹性车轮地铁车辆过曲线性能分析

吴坤, 周信, 钟硕乔, 崔越

2023, 43(2): 190-196.

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PDF(2244KB) ( )

为研究弹性车轮地铁车辆曲线通过性能的影响，建立刚柔耦合地铁车辆系统动力学模型。以实验测得橡胶径向和轴向刚度，求得弹性模量，通过有限元模态分析，在软件UM中建立考虑弹性车轮为柔性和考虑标准车轮为柔性的刚柔耦合地铁车辆模型。研究弹性车轮柔性对地铁车辆动态曲线通过的安全性及平稳性，对比分析不同工况下考虑弹性车轮结构柔性的刚柔耦合地铁车辆模型和考虑标准车轮结构柔性的刚柔耦合地铁车辆模型动态曲线通过时的动力学响应。通过对脱轨系数、轮轴横向力、轮轨接触角、车体横向振动加速度、车体垂向振动加速度、垂向平稳性、横向平稳性和轴箱横向振动加速度对比分析，得出结论如下：弹性车轮地铁车辆模型的脱轨系数、轮轴横向力、轮轨接触角、轴箱横向振动加速度、车体垂向振动加速度和垂向平稳性较标准柔性车轮均有不同程度的降低。弹性车轮地铁车辆模型的轮重减载率、车体横向振动加速度和横向平稳性较标准柔性车轮均有不同程度的微幅上升。

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非线性接触状态下的盘式制动器制动噪声分析

张雪松, 王兆恒

2023, 43(2): 197-202.

摘要 ( )

PDF(1888KB) ( )

针对盘式制动器的制动噪声问题，建立盘式制动器的动力学仿真模型。首先对盘式制动器制动时的瞬态结构进行分析，然后根据制动盘与摩擦片在制动过程中的接触状态，将制动盘与摩擦片之间的接触面划为4 个具有各自特征的接触区域，每个接触区域对应不同的接触应力。仿真过程中，分别将各接触区域相应的接触应力作为输入载荷进行加载，通过复特征值法的有限元仿真分析，得到制动器不稳定模态的分布及其振型，进而得到可能产生制动噪声的频率。最后通过制动试验，验证仿真结果的正确性。结果表明，盘式制动器的制动过程是一种非线性的接触过程，过大的非均匀分布的接触应力及其非线性变化将导致制动噪声，噪声频率主要分布在1 500 Hz～2 100 Hz之间。

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纯电动汽车转弯行驶差速器异响测试分析及优化

张军, 沈龙, 董海威

2023, 43(2): 203-208.

摘要 ( )

PDF(2148KB) ( )

差速器是纯电动汽车传动系统的重要传动部件之一，其性能好坏直接影响着车辆转弯行驶的功能性和舒适性。首先系统介绍某纯电动汽车低速转向异响的测试分析过程，通过整车与电驱动系统台架的排查等方法，查找出异响发生的原因。接着基于差速器设计方法和表面润滑摩擦原理，探讨差速器异响问题的潜在机理，并提出工程控制的措施方案。最后通过对半轴齿轮垫片表面处理工艺的改进，完全地消除整车转弯过程的异响问题。这对于纯电动汽车差速器NVH性能的工程开发具有一定的参考指导意义。

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APM车辆车内噪声仿真计算与优化分析

陈鹏飞, 周劲松, 陈江雪

2023, 43(2): 209-213.

摘要 ( )

PDF(2007KB) ( )

为研究自动旅客捷运（Automated Passenger Mover，APM）车辆车内噪声特性，建立FEM-SEA 声学分析模型。通过现场测试的方法得到结构振动激励和空气声源激励，将之施加于声学分析模型中，得到APM车辆车内噪声仿真结果，并与实测噪声结果校核以验证模型准确性，通过声学参数灵敏度分析，得到对车内关键部位影响较大的声学参数，为APM车辆车内噪声优化提供指导。

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路基段列车引起的大地振动试验研究

司丕贤, 尹学军, 雷晓燕

2023, 43(2): 214-221.

摘要 ( )

PDF(2912KB) ( )

为研究路基段列车引起环境振动传递特性以及列车编组、速度、轴重等因素对振动的影响，对昌九城际铁路线路基段进行大地振动现场测试。从时域、频域等多方面分析五种列车在不同速度下运行引起的三向大地振动。结果表明：近场大地振动能量集中在10 Hz～200 Hz，远场在10 Hz～80 Hz，近场处X、Y、Z 方向主频分别为38.7 Hz、51.9 Hz、64.4 Hz，远场处主频均为25.9 Hz；随着距离的增加，X与Z方向在各频段的振动衰减量相似，Y 方向在各频段的衰减量大于X 与Z 方向；地面竖向Z 振级与列车速度近似呈线性关系，在30 m 处Z 振级增大速率为0.0714dB/ （km/h）；列车速度变化对50～100 Hz的高频振动影响较大，速度由36 增大至119 km/h 时，16、50、100 Hz处Z方向分别增加了9.56、17.13、14.87 dB；列车编组对地面振动响应影响较小，当运行速度为115 km/h 时，CRH2A动车组列车的不同编组（8 节或16 节）下引起的地面振动响应几乎完全相同；列车轴重是影响地面振动响应大小的重要因素，且轴重越大引起的振动响应越大。

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济南2 号线地铁列车运行引起环境振动测试分析

魏焕卫, 刘亚珍, 陈娟, 罗威, 孔令坤

2023, 43(2): 222-229.

摘要 ( )

PDF(2543KB) ( )

为了解济南地区地铁运营产生的环境振动特性，分别在地铁车站、区间地面及邻近建筑物不同位置处设置测点，全面测试地铁2 号线运行引起的环境振动情况，分析不同测点振动响应的时频特征，探讨地铁环境振动在地面及不同结构物中的传播规律。研究表明：随与地铁隧道距离的增加，环境振动周期性逐渐减弱，地铁车站、区间地面及邻近建筑物内振动水平分布介于0.09 mm/s～0.72 mm/s、0.11 mm/s～0.64 mm/s 以及0.07 mm/s～0.15 mm/s 之间；地铁车站和邻近建筑物内振动频率成分较区间地面更为丰富，体现土体的材料阻尼和结构物激发中高频振动的作用。不同场地及建筑物内振动传播规律不同，建筑物基础和底板起到隔振减振作用。研究成果使现有地铁环境振动实测结果数据得到进一步充实，可为类似地层数值计算提供验证。

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航空噪声预测及其影响评价方法研究

王超, 杨紫霞, 崔春梅

2023, 43(2): 230-236.

摘要 ( )

PDF(1744KB) ( )

为了降低航空噪声对机场周边区域的影响，本文进行了面向未来规划的航空噪声预测及其影响评价方法研究。首先，根据当前实际飞行轨迹数据，分析得到机场起降交通流运行的普遍规律。结合机场交通流时空分布特性，建立面向未来规划的航空噪声等值线预测模型。为了直观评价航空噪声的影响，进行未来航空噪声等值线与机场周边土地的土地控制规划图的融合配准，从而实现未来航空噪声影响的可视化。最后，根据我国现行标准，总结提出机场周边土地与噪声相容评价及土地规划和相应飞机噪声隔声措施建议。以某大型机场为例，证明该方法的可行性，并针对噪声问题，为机场周边主要区域土地规划提供参考依据。

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建筑隔声频率特性与主观感受的关系研究

蔡阳生, 陈位凤, 吴志鸿, 王鸣, 赵越喆

2023, 43(2): 237-241.

摘要 ( )

PDF(1533KB) ( )

现行建筑隔声评价标准采用计权隔声量作为建筑隔声单值量，但过往研究发现，基于声压级差的隔声参量与主观感受的隔声效果之间仍存在差异。利用六种不同的建筑构件对三种噪声源的隔声结果，进行建筑隔声特性与响度级差之间的关系分析。结果表明，计权隔声量这一单值量可以在一定程度上体现人的主观感受，但并没有一种单值量可适用于评价各种噪声源所产生的响度级差。对于中高频较丰富的白噪声，不同构件产生的响度差的差异较大，对于低频较丰富的交通噪声，不同构件产生的响度级差的差异较小。相比之下，Rw+C100-3 150有可能更适合描述交通噪声的响度级差。对于隔声单值量高且隔声频率特性斜率大的建筑构件，可能会出现主观隔声效果不够理想的问题。

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办公建筑内数据机房噪声控制设计

陈頔, 饶紫云, 王凡

2023, 43(2): 242-247.

摘要 ( )

PDF(2637KB) ( )

数据机房内安装有大量网络交换机、服务器等IT 设备和保证温、湿度的空调设备，它们产生的噪声不容忽视，特别是当机房位于楼层中时，会对周围区域产生影响。针对某商业银行总行办公楼三楼数据机房产生的噪声问题进行改造，设计精密空调的减振台架和机房的隔、吸声方案。对比改造前、后的测试数据，改造后设计区域背景噪声达到国家规范标准，原有的噪声问题得到解决。该项目结果表明：精密空调设备要做特殊减振措施；空调机房不宜使用轻质隔墙；机房与办公区域位置应合理布置。研究为办公楼层中的数据机房减振降噪提供了一种适用方案。

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双层分流对冲穿孔管结构消声特性研究

张仁琪, 朱从云, 丁国芳, 黄其柏

2023, 43(2): 248-252.

摘要 ( )

PDF(1756KB) ( )

发动机排气系统中的噪声特性为高频、宽频带，以及排气气流作用下产生的再生噪声，传统的消声结构不能有效地解决该噪声问题。因此，提出通过将锥形分流单元与双层穿孔管相结合的消声方法。首先通过一个锥形分流单元对进入消声器的气流进行分流，分流后的气流在第一层穿孔管外腔得到充分的减速，再经过第一层穿孔管进行初次消声，然后通过第二层穿孔管进行二次消声，最后通过第二层穿孔管上的小孔进入到对冲腔，使气流在对冲腔发生对冲，气流在对冲的过程中速度逐渐降低，再生噪声减小消声效果增强。通过对双层穿孔管结构的传递损失进行推导，分析结构参数对消声性能的影响，得到传递损失的影响因素与变化特性，并进行实验验证。实验结果表明：提出的消声方法能够在高频入射声波的情况下维持较高的传递损失和较宽的消声频带。

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约束阻尼对二维声学黑洞薄板减振特性的影响

魏海婴, 温华兵, 康钦伟, 黄惠文, 史自强, 吕世金

2023, 43(2): 253-258.

摘要 ( )

PDF(2106KB) ( )

声学黑洞（Acoustic Black Holes，ABH）以结构厚度的幂律变化实现弹性波的汇聚，结合阻尼层能较好地抑制结构振动。为进一步实现结构的低频振动控制，将声学黑洞与约束阻尼复合，建立附加约束阻尼的二维声学黑洞薄板模型，采用数值方法计算加速度响应与结构损耗因子，研究二维声学黑洞板附加约束阻尼后的减振特性，并通过二维声学黑洞薄板振动试验开展验证，最后探究约束层材料、厚度及约束阻尼半径对声学黑洞板低频减振性能的影响规律。结果表明：相比于附加自由阻尼，约束阻尼使声学黑洞薄板在第一阶共振峰处的加速度导纳降低12.61 dB；当约束层厚度为截断厚度的2 倍左右时，薄板整体可以达到较佳的减振效果。研究可为声学黑洞薄板结构的低频减振应用提供重要参考。

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船舶动力设备截断式桁架浮筏减振特性研究

夏兆旺, 苏战发, 朱庭国, 付佳, 史德祥, 杨正奇

2023, 43(2): 259-264.

摘要 ( )

PDF(2439KB) ( )

为了减小船舶辅机振动的影响，提出一种截断式桁架浮筏结构，把具有带隙特性的截断式正方格栅结构引入船舶动力设备浮筏隔振系统的设计。研究截断式正方格栅结构的带隙特性和局域共振机理，分析截断式桁架筏架的振动传输特性，比较截断式桁架浮筏和传统浮筏隔振系统的隔振性能。研究结果表明：截断式正方格栅具有较好的低频带隙特性，通过调节几何和材料参数可调整桁架浮筏的带隙范围，截断式桁架浮筏隔振系统可比传统浮筏隔振系统的减振性能提高6.3 dB，具有良好的隔振效果。

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用于列车地板结构减振的动力吸振器设计

李哲豪, 郑辉

2023, 43(2): 265-271.

摘要 ( )

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动力吸振器作为一种振动控制的主要手段，很少被用于铁道车辆车体结构的振动控制。通过仿真分析发现车辆在33.6 Hz处存在地板局部振动放大现象。为解决该问题，建立地板-多重动力吸振器系统运动方程，推导得到动力放大系数函数，并提出一种基于偏导数的数值搜索方法，计算多重动力吸振器的最优参数。利用仿真方法提取地板目标模态的振型函数，并计算模态质量，最终得到地板最优多重动力吸振器参数。将动力吸振器建入车体仿真模型对其振动控制效果进行验证。结果表明，目标频率33.6 Hz处的地板振动加速度峰值下降23.98 %，且33.6 Hz附近的振动传递率也有所下降，所设计的地板多重动力吸振器具有良好的减振效果。

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用于变频噪声吸收的压电声学超材料

刘仕韬, 胡晓磊, 谷立敏, 黄震宇

2023, 43(2): 272-277.

摘要 ( )

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提出基于压电声学超材料的吸声单元结构和电路，通过调节压电并联负阻抗电路实现吸声频率移动。吸声结构由质量块、压电层合板和刚性背板组成，压电并联电路包含负电容和负电阻电路。通过建立包含吸声结构声阻抗和电路阻抗的吸声系数分析模型，获得吸声频率与负电容的关系函数，并通过模型的稳定性分析确定吸声频率可调范围。单元样件的数值仿真和声管实验表明，负电容电路可将样件单元的吸声频率从1 130 Hz移动到910 Hz，负电阻电路可以补偿吸声系数到0.9 以上。仿真与实验结果在可调频率范围内基本一致。

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磁流变液减振器性能试验研究

何鹏, 陈京会, 徐进, 刘凌豪, 吴超群,

2023, 43(2): 278-284.

摘要 ( )

PDF(1940KB) ( )

针对单一的性能评价指标无法表征磁流变液减振器的整体性能、难以实现减振器工作性能最优化的问题，采用试验测试方式，结合最大输出阻尼力、响应时间、示功曲线饱满程度等多个性能评价指标分析减振器在不同外部激励电流与激振速度下性能的变化规律。研究表明：最大输出阻尼力随外部激励电流的增大而增大，且输出阻尼力在活塞运动速度较小时受活塞运动速度的影响较大，在活塞运动速度足够大时受活塞运动速度的影响较小；活塞运动速度的增加会缩短减振器响应时间，阶跃电流的大小对响应时间的影响较小，但减振器的阶跃下降响应时间比阶跃上升响应时间长；在减振器装配过程中常存在的磁流变液灌装不足与体积补偿装置气体压强选择不当的问题会造成示功曲线发生畸变导致减振器的能量耗散性下降。研究结果可为磁流变液减振器的性能优化提供参考依据。

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航空用钢丝增强氟塑料软管脉冲载荷下寿命预测方法

冯凯, 史志勇, 李明, 吴亚东, 杜朝辉

2023, 43(2): 285-291.

摘要 ( )

PDF(2358KB) ( )

钢丝编织增强氟塑料高压软管广泛应用于航空发动机管路系统，以航空用某型号软管为研究对象，结合数值和试验的方法，研究其疲劳寿命性能。基于压力载荷下软管应变测量和钢丝尺度软管精细化有限元分析得到压力-钢丝应力模型，结合应变载荷谱和钢丝疲劳试验得到的钢丝应力寿命模型，对用于航空发动机外部管路中的聚四氟乙烯软管在脉冲载荷下的寿命进行预测，预测结果略有偏大，主要由于脉冲载荷下软管周向应力较大，且脉冲累计会持续增大周向应力，使软管寿命加速损耗，软管在脉冲载荷下疲劳失效形式以斜口破裂为主，与应力分析得到的断裂平面方向一致。

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变时基采样锤击法高精度传递函数的估计

杨陈, 高建勇, 王茂华

2023, 43(2): 292-297.

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传统锤击法试验模态分析时面临着高采样率带来噪声干扰、频率分辨率不足的问题，应怀樵等人发明了对力锤信号使用高采样频率、对响应信号采用较低采样频率的变时基采样技术（VTB），一定程度上改善了测试结果，但仍然存在变时基采样设置不灵活，传递函数在固有频率半功率带宽里分辨率不足、精度不高的问题。基于连续傅里叶谱变换、Chirp-z 变换方法，提出一种新的锤击法变时基传递函数高精度估计方法，可很好地解决传统变时基技术存在的问题。并采用数值模型、悬臂梁现场测试进行验证，结果表明所提出的算法优于传统等时间间隔采样技术，比传统变时基技术更为灵活，得到的传递函数质量较好，使得变时基采样技术具有较高的识别精度，可解决高采样率与频率分辨率不足的问题。

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