噪声与振动控制

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2023, 43(4): 0-1.

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泵喷推进器压电复合材料导管及定子结构的振动控制

李志欣, 郑智伟, 黄修长

2023, 43(4): 1-6.

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泵喷推进器导管及定子表面的分布式脉动压力通过导管和定子传递激励艇体振动的过程中，在导管和定子结构模态处会产生动力放大效应。为对该动力放大效应进行控制，提出内嵌压电片的碳纤维-玻璃纤维复合材料导管及定子结构，通过引入串联电阻-电感（Resistance-Inductance，RL）分流电路、负电容压电分流电路对导管和定子结构模态处的振动响应进行控制，以有效降低通过导管和定子传递至艇体的传递力。建立复合材料导管及定子结构的动力学模型、结构-压电分流电路机电耦合动力学模型，获得结构的固有频率、位移频响、最优控制分流电路参数及控制效果。结果表明：导管及定子结构第一、第二、第六、第八阶模态是振动传递动力放大效应显著的主要模态；串联RL压电分流电路可对主要模态的动力放大进行有效抑制，相应模态的传递力幅值分别降低6.35 dB、1.7 dB、0.4 dB和2.68 dB；相比于串联RL压电分流电路，串联负电容压电分流电路在相应模态的振动控制效果分别增加2.93 dB、2.70 dB、0.70dB、1.37 dB；并联负电容压电分流电路的振动控制效果分别增加2.90 dB、2.40 dB、0.60 dB、1.36 dB。

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移动简谐荷载下曲线整体式轨道振动特性研究

崔正阳, 黄强, 黄腾锋, 张雨萱, 郑荣跃,

2023, 43(4): 7-13.

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随着城市轨道交通曲线段线路增多，曲线轨道的环境振动问题逐渐引发社会关注。以曲线整体式轨道为例，利用双重傅里叶变换和围道积分推导移动简谐荷载下曲线轨道的挠度响应解答，研究曲线轨道的频散特性及空间振动特性。研究表明，曲线轨道的自振频率与频散曲线的最小频率接近，约等于单自由度质量-弹簧系统的自振频率计算值。当扣件阻尼为欠阻尼时，轨道挠度随荷载频率升高先增大后减少，最大值在自振频率位置，当扣件阻尼过大时，轨道挠度随频率升高不断减少。在满足曲线轨道最小曲线半径的要求下，列车速度对曲线轨道竖向挠度的影响很小，径向挠度则随列车速度的增加先减小后增大，存在一个理想车速使得径向挠度为零。增加曲线半径对竖向挠度无影响，但会引起原理想车速范围内径向挠度增大和最大扭转角值减少，增加超高角对竖向挠度也无影响但可以有效减少径向挠度。研究对于曲线轨道的减振设计具有一定的参考价值。

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浮筏隔振系统动力学建模与软件开发

陈森, 万志威, 朱翔, 李天匀, 张威

2023, 43(4): 14-20.

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现代舰船机电设备多采用大型浮筏隔振系统进行动力设备的隔振与冲击隔离。基于多刚体动力学理论，建立复杂空间多刚体系统动力学方程，可以用于浮筏系统方案设计阶段的摇摆、振动与抗冲击计算。首先建立各子系统的动力学方程，再通过各子系统的组装得到整个系统的动力学方程。系统的刚度和阻尼矩阵均可以通过方向余弦矩阵R、迁移变换矩阵T等矩阵之间的基本运算得到，无须矩阵求导和方程线性化。理论推导得到的质量、刚度矩阵和阻尼矩阵与有限元法生成的质量、刚度、阻尼矩阵完全一致，验证本方法建模的准确性。在此基础上，在MATLAB环境下用App Designer 开发一款浮筏隔振系统静、动态分析软件，可对浮筏隔振系统的静力、摇摆、振动与抗冲击性能进行快速预报，结果与有限元法计算结果吻合良好。该软件有望解决浮筏隔振系统在初期设计阶段计算周期长且繁琐的难题。

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多层SVR选择机制在变流器噪声预测的应用

温涛, 王琥, 彭宣霖, 夏亮

2023, 43(4): 21-26.

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针对轨道交通车辆中的变流器噪声降噪问题，提出一种基于多层支持向量回归（Support Vector Regression，SVR）的选择机制，用以构建噪声预测模型。首先，以训练基准函数为支撑，构建特征向量与SVR、核函数之间的映射关系。随后根据测试数据的特征，依托之前的映射关系，完成SVR、核函数的筛选。最后，使用粒子群优化算法（Particle Swarm Optimization，PSO）完成参数匹配和模型构建。研究中先通过三个测试函数，验证多层SVR选择机制的准确率，再将构建的方法应用于变流器的噪声预测。结果表明：同其他常用的SVR方法相比，所研究的方法在预测效果上取得较大的提升。

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曲线半径对跨座式单轨车桥耦合系统振动影响

周新建, 罗建新, 冯后东, 李飞, 李子珺, 万云峰

2023, 43(4): 27-33.

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为探究轨道梁的曲线半径对跨座式单轨车桥耦合系统振动的影响，基于拉格朗日动力学方程式，在考虑柔性轨道梁的情况下，采用UM建立跨座式单轨的车桥耦合系统。研究通过设置固定曲线超高率，改变轨道梁曲线半径和行车速度来分析不同曲线半径的轨道梁对单轨车桥耦合系统的影响。分析结果发现：100 m曲线半径的轨道梁，其竖向振动位移和车体质心竖向位移对车辆速度的变化较敏感，稳定轮和导向轮在大超高率和速度变化较大时，左右侧轮胎径向力出现较大差异，将使轮胎磨损，并且车辆通过性差。曲线半径为200 m～300 m时，轨道梁和车体的振动幅值变化小，导向轮与稳定轮两侧受力均衡，10 %超高设置适中。当曲线半径更大时，在固定超高情况下，车体离心力减小，车体出现内倾趋势，两侧稳定轮和导向轮的径向力出现明显差异，车辆长期行驶在此工况下也会导致两侧轮胎磨损不均。综合分析，曲线超高随曲线半径的增大而减小，可使车辆具有良好的通过性。

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小净距双孔隧道爆破振动分析及爆孔优化措施

何曜城, 魏立恒, 倪修能, 许健, 王国波

2023, 43(4): 34-41.

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为探讨小净距隧道爆破振动影响范围和程度，依托实际工程建立小净距双隧道爆破数值分析模型，对比分析不同爆破荷载计算公式下围岩位移变形以及振动速度，研究爆破荷载计算公式的合理选择，分析爆破过程中的超挖风险，提出一种简便的布孔设计方法，并依此进行数值仿真对比分析，验证该方法的有效性。对比分析表明：建立的多孔爆破数值模型能够较好地仿真隧道多孔爆破开挖振动速度的演化规律，所提出的简便多爆孔同心圆布孔方案可确定更为精确的爆破当量。研究成果可为相关的城市隧道爆破开挖需要进行振动控制的况提供设计参考。

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基于遗传算法和TOPSIS法的混合励磁电机齿槽转矩优化

庞亮, 杨清亮, 赵朝会, 申合彪, 张闻东, 秦海鸿

2023, 43(4): 42-48.

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针对切向聚磁型并联结构混合励磁电机（TMPS-HESM）随着励磁电流增加导致齿槽转矩剧增容易引发电机振动噪声的问题，根据齿槽转矩的产生原理，探讨改变转子极靴宽度、磁极偏心距和气隙长度削弱电机齿槽转矩的可行性。借助Maxwell and Workbench and Optislong 联合仿真软件建立8 极48 槽TMPS-HESM模型，运用遗传算法进行全局多目标优化，得到pareto 最优解集后使用优劣解距离法(TOPSIS)客观选取最优解。最后对比分析优化前后电机的各项其他性能，结果表明：采用遗传算法和TOPSIS 法对电机参数进行优化，能提升电机多目标优化效率，不仅可解决混合励磁电机励磁电流增加导致齿槽转矩剧增的问题，还能有效削弱电机转矩脉动，提升电机平均转矩，在减少电机的振动噪声和提高电机输出转矩方面均取得改善。

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浅海中振动圆柱壳激发的舰船地震波的传播规律

黄浩吴绍维

2023, 43(4): 49-53.

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研究浸没于浅海的振动圆柱壳激发舰船地震波的传播规律，对甚低频的地震波进行仿真计算，分析水深、潜深、海面边界条件及海底介质对舰船地震波传播影响的规律。研究结果表明：频率为10 Hz时，舰船地震波的主要振动方向为垂向，且垂向加速度空间分布无指向性；浅海深度相同时，舰船地震波信号随着潜深增加单调增强；圆柱壳距离海底不变时，舰船地震波信号随着浅海深度增加而变强；海面边界条件对舰船地震波的影响随潜深增加而减小；在硬质海底中传播的舰船地震波比在软质海底中的衰减更慢，海底介质的剪切波波速对舰船地震波传播的影响比较显著，而压缩波的波速对舰船地震波的传播影响较小。

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基于分段合成法的水下凸体结构声散射亮点模型

刘进伟, 韩林江, 宋昊, 周富霖, 彭子龙

2023, 43(4): 54-60.

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基于亮点模型基本理论，结合变形柱方法计算细长物体散射声场时切分目标的基本思想，分割凸体结构得到微元目标，利用亮点模型近似描述微元目标的散射声场，最后将考虑相位因素在内的亮点模型组成整体并计算得到凸体结构的目标强度。将亮点模型与分层弹性介质声传播理论相结合，得到计算非刚性表面凸体结构目标强度的亮点模型方法，分析1 kHz～10 kHz频段下目标强度角度频率谱，以及在5 kHz与8 kHz频率下刚性与非刚性表面凸体结构的目标强度特性曲线。结果表明，微元目标间的相位因素是影响亮点模型计算精度的重要因素，切分段数的选取与目标外形和计算频率有关。通过与板块元计算结果对比，证明该模型具有较高的计算精度，不仅拓宽亮点模型的适用范围，使其更加符合工程实际需求，可为时域回波预报提供更大的空间。

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柔性摩天轮结构抗风性能研究

何基业, 骆艳丽, 韦茂志, 赵友, 耿雪霄

2023, 43(4): 61-67.

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以福建某摩天轮结构为研究对象，使用ANSYS对其进行抗风性能研究。首先，采用线性滤波法数值模拟脉动风速时程；然后，考虑在节点挡风面积的影响下，进行时域内风荷载的模拟；最后，分别在顺向风和横向风2 种荷载工况下进行摩天轮结构的风振响应时程分析。研究结果表明：摩天轮结构的中上部对风较敏感；横向风对结构的影响均符合规范要求，且最大加速度为160 mm/s2，顺向风的加速度值波动较大，在个别时刻超过200 mm/s2，超出乘坐舒适度的要求，可考虑在轿厢连接处安装阻尼器来减少振动，也可考虑实施振动控制；在顺向风的影响下，加速度值在摩天轮结构5.3 m处到38.4 m增加较快，从38.4 m处到85.4 m增加比较缓慢，这也表现出柔性结构的特点。

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基于特征数据典型设计变电站干涉声场计算研究

蔡萱, 李小平, 石剑波, 江喜山, 张焕宇, 沈海涛

2023, 43(4): 68-73.

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提出一种基于特征数据的典型设计变电站干涉声场计算方法，以实测变电站内主变压器、高压电抗器等关键噪声源表面振动为声学计算边界，以实际测量变电站内部各建筑物的尺寸、高度及相对位置为建模依据，利用声学边界元法建立起变电站辐射噪声预测模型，对变电站内部环境噪声分布状态进行预测。结果显示，变电站内部各噪声在传播过程中会产生明显的干涉效应，导致变电站的声场分布呈现明显的条纹状特征。实测得到的变电站内高压电抗器及主变压器附近的声场分布特性，证实变电站声音传播过程存在明显的指向性、不均匀性及声波干涉等复杂现象，声场分布测试结果与预测结果存在高度的吻合。该预测方法可为研究变电站声学环境提供可靠的理论支撑，也可为变电站环境声场的优化工作提供新的解决思路。

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电梯轿厢-导轨耦合作用下诱发的振动与二次噪声研究

谢伟平, 朱铭超, 尹一哲, 汤宗恒, 彭青顺, 程玉平

2023, 43(4): 74-81.

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电梯轿厢运行时，电梯井道相邻居室内会产生明显的振动与噪声，严重影响居民舒适感，降低建筑物正常使用性能。以某高层住宅为研究对象，将电梯轿厢简化为6 自由度多体动力学模型，建立结构振动精细化模型，考虑轿厢、导靴和导轨之间的耦合效应，基于分离迭代法求解得到结构振动响应，通过对比实测数据验证所建模型的准确性。根据真实的客厅几何形状建立声学有限元模型，将振动模型计算得到的各面板振动速度作为声学有限元的边界条件，计算居室声场内关键点声压。并分析电梯轿厢载重、运行速度以及电梯运行楼层数等电梯运行系统参数的变化对居室内振动与二次噪声的影响。最后基于振源特性与建筑的结构特征对室内振动和噪声敏感点进行评价。结果表明：随着运行楼层和轿厢速度的增加，住户室内振动和噪声在主频段均有所增加；与井道共用的墙体噪声贡献值最大，可以通过减小该处的振动来有效降低室内的二次噪声声压级。

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应用SDP点对称特征融合图像的行星齿轮箱故障诊断

崔宝珍, 彭智慧, 王浩楠, 任川, 高乐乐

2023, 43(4): 82-88.

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行星齿轮箱的内部结构复杂，其振动信号呈现非线性、非平稳特点，通过对比两种对原始振动信号处理的方法，应用点对称特征融合图像（Symmetrized Dot Pattern，SDP）达到故障诊断的目的。第一种方法是将采集到的振动信号进行变分模态分解（Variational Mode Decomposition，VMD）并将各阶IMF分量通过SDP转换为极坐标图像；第二种方法是将多测点采集到的原始振动信号直接通过SDP 将时频信号转换为极坐标图像；利用卷积神经网络（Convolution Neural Network，CNN）对两种不同方式的SDP图像进行识别分类。通过行星齿轮箱故障实验台验证，结果表明时频融合能够更有效地实现故障诊断且分类准确率高达98.5 %。

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含复杂断齿故障的行星齿轮动力学研究

贾元植, 郑清春, 马文朋, 朱培浩,

2023, 43(4): 89-95.

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针对行星齿轮在恒速、恒负载条件下局部断齿故障难以分析的问题，以行星齿轮传动系统为研究对象，利用能量法建立正常及具有局部断齿故障的齿轮刚度激励模型，通过改变齿轮断齿的长度求得在该条件下的刚度激励并进行对比分析，从而明确故障发生的机理；考虑行星齿轮刚度激励及啮合相位的影响，利用集中参数理论（Lumped Parameter Theory，LPT）建立相应的动力学模型；将求得的刚度激励代入建立的行星齿轮动力学模型，同时在MATLAB中利用自带的ode15s 求解器进行求解。最后针对太阳轮y 向振动的时域图像及其Fourier 变换的频域图像进行分析，得出系统在出现不同程度的故障时的状态变化。该方法可较为准确地判断系统是否存在断齿故障以及断齿故障的严重程度。

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基于深度学习模型的风机叶片结冰故障诊断

汤占军, 史小兵, 肖遥, 李英娜

2023, 43(4): 96-103.

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风力发电机叶片出现结冰现象时若照常工作，不仅会影响经济效益，严重时还会直接损坏叶片等设备引发安全事故。为此提出一种使用KmeansSMOTE的数据平衡方法与应用结冰相关的机理构建新特征和RFECV-DT特征筛选算法相结合的特征工程互补的数据处理方式，之后采用卷积神经网络模型进行训练与预测。实验结果表明，在卷积神经网络模型中采用KmeansSMOTE算法比SMOTE算法准确率提升2.78 %。模型采用特征工程时比不采用特征工程相比准确率高出4.77 %。与KNN、SVM、LR这些传统模型相比，所有衡量指标均有提升且不存在过拟合现象。所提出的方法，可解决应用SMOTE插值机制所带来的不足并且对特征工程进行精细化设计，也为风机叶片结冰故障诊断问题提供一种新的解决思路。

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基于改进WOA算法的冲击荷载识别

陈九牛, 秦建敏

2023, 43(4): 104-108.

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针对冲击荷载识别精度低的问题，将基于精英反向学习和差分变异策略改进的WOA（Whale OptimizationAlgorithm）算法首次应用于冲击荷载识别中。冲击荷载用一组参数来衡量，根据加速度计算响应输出和真实测量信息间的误差建立目标函数，把冲击荷载在时域中的识别问题转化为参数优化问题。改进的WOA算法自适应地反演出衡量冲击最值、冲击位置和冲击时程参数。数值仿真算例表明在10 %的噪声干扰下，改进的WOA冲击荷载最值识别误差仅为0.34 %，能准确地识别冲击荷载，其算法结构简单、参数调节少、通用性强，在实际工程中有较好的应用前景。

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基于改进DQN燃气轮机转子故障诊断方法

崔英杰, 王红军, 张顺利, 王星河,

2023, 43(4): 109-115.

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燃气轮机转子系统作为燃气轮机关键部件，由于难以获取敏感故障特征导致故障诊断精度不高，影响设备的安全服役。针对以上问题，提出一种改进深度Q网络（DQN）深度强化学习燃气轮机转子系统故障诊断方法。首先，以采集的一维工况原始振动信号为输入，该DQN模型的环境状态采用故障样本集组成，转子故障类型为当前模型输入的动作集合；然后，DQN模型的智能体使用一维宽卷积神经网络（WDCNN）拟合得到Q网络，并使用ε-贪婪策略做出决策动作，反馈奖励和下一状态并存储到经验池内；智能体内采用时间差分误差（TD-error）优先经验回放，使得算法更加稳定和训练收敛；智能体与环境不断交互决策出最大奖励，输出最优策略故障诊断结果。将该模型应用于西储大学轴承数据集与燃气轮机试车台数据集中，分别达到99.2 %与98.7 %的准确率，可以用于快速有效地进行故障诊断。结果表明该改进DQN模型具有较高的故障诊断准确性与通用性。

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基于VMD-SDP融合图像和CNN的往复压缩机故障诊断

王海峰, 王则林

2023, 43(4): 116-121.

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为提高往复压缩机的故障诊断精度，结合变分模态分解（Variational Mode Decomposition，VMD）、SDP变换和卷积神经网络（Convolution Neural Networ，CNN），提出基于VMD-SDP融合图像和CNN的往复压缩机故障诊断新方法。方法第一步通过VMD将信号自适应分解成6 个本征模态函数分量（Intrinsic Mode Functions，IMF），第二步通过SDP变换将6 个IMF分量变换成极坐标下的图像，从而得到VMD-SDP融合图像，第三步通过CNN对VMD-SDP融合图像进行识别，得到最终的诊断结果。往复压缩机诊断实例结果表明，所提方法在耗时更少的情况下，得到100 %的诊断精度，比其他几种方法更具优势。

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基于ITD-MFCC与卷积神经网络的核电电气设备异音检测技术

杨磊, 权伟, 李亮, 王镜淇, 高帆, 于轩

2023, 43(4): 122-128.

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针对核电设备小样本异音数据集无法训练出高效预测模型难题，提出一种基于ITD-MFCC和卷积神经网络的电气设备异音检测方法。首先，利用固有时间尺度分解(Intrinsic Time-scale Decomposition，ITD)强化信号特征，增强特征辨识度；然后，利用梅尔频率倒谱系数(Mel-frequency Cepstral Coefficients，MFCC)提取与人耳听觉特性关联的时频特征，进一步增强异音特征辨识度；最后，融合所提取特征指标，并利用卷积神经网络对融合特征进行训练，建立异响与数据特征映射关系，实现异音检测。试验结果表明：所设计的模型在小样本数据中准确率达到97.63 %，相比于现有的支持向量机(Support Vector Machine，SVM)和BP神经网络模型准确率分别提升10.43 %和12.86 %。

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自适应变异麻雀算法优化LSTM变速箱故障诊断

蒋开正, 吕丽平

2023, 43(4): 129-134.

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针对麻雀搜索算法（Sparrow Search Algorithm，SSA）优化深度长短时记忆网络（Long-short Term Memory，LSTM）模型参数时存在陷入局部最优、后期收敛精度不高的问题，对SSA算法进行改进，提出一种自适应变异麻雀搜索算法（Adaptive Mutation Sparrow Search Algorithm，AMSSA）。AMSSA在SSA基础上，引入发现者和跟随者数量自适应调整策略、发现者和跟随者柯西变异策略，提高算法的寻优能力。以AMSSA为LTSM模型参数优化方法，建立变速箱故障诊断模型，并进行实验验证。结果表明：相比于SSA，AMSSA优化LSTM的诊断精度提升4 %；相比于其他3种类型优化算法，在诊断精度提升的同时耗时更短。

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充液管道超声导波传播特性及损伤定位的研究

刘丁楠, 李富才, 苏文胜

2023, 43(4): 135-141.

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管道运输是我们国家综合运输体系的重要组成部分，其在流动介质的运输方面具有特殊的优势。在这类管道中液体介质为超声导波能量的泄漏提供途径，不利于后续的损伤定位研究。因此研究超声导波在充液管道中的传播特性非常必要，从探究充液管道超声导波频散方程出发，建立有限元模型研究不同液体填充量的管道响应信号的能量变化。提出基于径向基函数的概率成像算法，其中权重函数仅与损伤的位置有关而与传感器路径的方向无关。对管道中非通透圆孔损伤进行定位，周向与轴向定位精度相比传统算法均有所高。在此基础上提出基于L(0,2)模态的概率成像法，分别在两种尺寸的管道中进行损伤定位，结果表明定位精度得到大幅提升，该算法具有广阔的应用前景。

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基于ICEEMDAN能量矩和HHO-KLEM的滚动轴承故障诊断

逄英, 高军伟

2023, 43(4): 142-148.

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为充分提取振动信号的特征信息并提高滚动轴承故障类型分类的准确率,提出一种基于改进的完备集成经验模态分解(Improved Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise，ICEEMDAN)能量矩和哈里斯鹰算法-核极限学习机(Harris Hawk Algorithm-kernel Limit Learning Machine，HHO-KELM)的滚动轴承诊断方法。首先采用ICEEMDAN将原始振动信号分解并得到一系列本征模态函数(Intrinsic Mode Function，IMF)，利用能量矩对其进行特征提取并构造包含关键特征信息的多维特征向量；其次将故障特征向量用于KELM的模型训练，通过HHO对KELM的正则化系数和核参数进行优化；最后通过HHO-KELM模型进行滚动轴承故障诊断。实验数据分析结果表明：所提出的方法分类可有效保留不同故障类型的特征差异，能够提高轴承故障识别准确率，具有一定的可靠性和实用性。

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Lamb波概率加权成像的复合板损伤检测方法

王高平, 陈云, 李波, 关可庆

2023, 43(4): 149-156.

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超声Lamb波因其传播距离长衰减慢等特点被广泛应用于复合板的损伤检测中。针对概率加权成像算法在成像过程中因布置密集的传感器导致损伤检测效率大幅度降低的问题，提出一种概率加权成像算法结合四点圆弧法的损伤检测技术，通过ABAQUS有限元软件建立复合板模型，布置密集的传感器网络，先利用四点圆弧法确定缺陷所在的区域，然后在有效区域内进行概率加权成像。结果表明该方法能在保持较高定位精度的情况下大幅减少数据处理量，提高复合板的损伤检测效率。

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基于EEMD-AESSAICA的电驱动单通道噪声源分离识别

甄帅, 李基芳, 刘海, 李维肖, 杨瑞

2023, 43(4): 157-163.

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为准确分离识别电驱动总成的噪声源，提出一种集合经验模态(EEMD)与改进樽海鞘的独立分量分析(AESSAICA)方法。首先针对传统盲源分离方法存在收敛速度慢、分离精度低的问题，提出基于改进樽海鞘算法的盲源分离算法，提出自适应领导者数目的精英方向学习策略，其能够平衡全局探索和局部开发矛盾、加快收敛速度。其次通过仿真实验验证该方法比传统独立分量算法在分离效果上提升4.38 %，能够提高分离效率，提升分离结果质量；然后联合EEMD和AESSAICA算法提出的单通道盲源分离方法，同时验证其相似系数在0.96 以上；最后采用该方法分离识别电驱动主要噪声分量。结果表明上述方法能够有效识别电驱动各独立噪声源，通过减速器噪声实验验证最大分离误差为1.1 %，分离结果的准确性得到证明。

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小半径曲线段钢轨打磨对轮轨动力特性影响分析

张斌, 万文超, 汪龙洋, 杨宗超, 冯青松,

2023, 43(4): 164-169.

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针对铁路小半径曲线钢轨病害实施个性化钢轨廓形打磨，定期观测打磨后线路状态，通过钢轨廓形采集及轨面状态分析，结合车辆-轨道动力学模型对钢轨打磨效果进行评价，探讨钢轨廓形保持水平及合理养护周期。研究结果表明：个性化钢轨廓形打磨后，轮轨接触关系得到显著改善，算例中车体横向加速度、垂向加速度、轮轨横向力分别降低9.58 %、8.09 %、15.81 %；轮轨磨耗指数降低22.99 %，有效降低钢轨磨耗速率，延长使用寿命。在打磨12 个月后，各项动力学指标表现仍优于打磨前，验证个性化钢轨廓形打磨是可行的。随着打磨后通过总重的增加，12 个月左右钢轨表面开始出现病害并快速发展，廓形产生较为明显的磨耗，建议将此时线路通过总重所经历的时间作为钢轨廓形的打磨周期。

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考虑扣件失效的地铁列车-轨道动态响应分析

詹涛, 冯玉林, 宋立忠, 李金平, 陈梦成

2023, 43(4): 170-173.

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轨道交通具有运载量大、次数多等优点，而这也给其结构的服役安全性带来一定挑战。轨道结构在长期运营后可能出现扣件松动、失效等情况，造成列车通过时的响应增大，影响其抗疲劳性能，甚至危及列车的运营安全性。为研究扣件失效对于地铁列车-轨道动态性能的影响，结合有限元方法和多体动力学方法建立地铁列车－轨道结构耦合动力学模型，采用已有文献结果对其进行对比验证，进而分析不同扣件失效数量及不同地铁列车速度作用下的钢轨动态响应。结果表明：该地铁列车-轨道结构耦合动力学模型的计算结果与现有文献吻合良好，模型的准确性得到验证；不同车速下，扣件失效数量的增加在一定程度上会增大钢轨加速度；钢轨横向位移最大值并非随车速增加而增大，而是随扣件失效数量的增加而增大；钢轨垂向位移最大值均随扣件失效数量的增加而增大，为保证地铁列车运行安
全，须确保扣件失效数量不超过三个。

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动车组牵引变流器冷却风机的噪声异常分析

丁杰, 熊英, 殷仁述

2023, 43(4): 174-180.

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针对某动车组牵引变流器冷却风机存在噪声异常的问题，开展装车测试和车间测试，分析导流罩、电机和油封橡胶等部件对冷却风机噪声的影响，并基于宽频噪声预测法对冷却风机进行流场仿真与噪声仿真，分析导流罩和叶轮间隙对噪声的影响。研究结果表明：噪声测试确定异常噪声来自冷却风机的气流经过导流罩时产生的高频气动噪声，人耳对于高频噪声较敏感而容易识别。噪声仿真发现随着导流罩与叶轮间隙增大，噪声辐射峰值先增大后减小，在3.6 mm时存在噪声峰值。将导流罩与叶轮间隙控制在1.5 mm～2.5 mm可有效解决噪声异常的问题。仿真与测试相结合的方法可为冷却风机产品的噪声性能优化改进提供指导。

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基于控制策略的牵引系统电磁噪声优化

蒋孝文, 彭宣霖, 李华, 贺冠强, 沈浪

2023, 43(4): 181-186.

摘要 ( )

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牵引系统噪声是动车组重要的噪声源，对乘客的乘坐舒适性以及环境噪声有极大的影响，而牵引电机电磁噪声又是牵引系统的主要噪声源。以某城轨动车组永磁同步牵引系统为研究对象，首先通过现场振动噪声试验解析该牵引系统永磁同步电机的振动噪声特性，锁定电机电磁噪声是造成车内噪声超标的主要原因。然后结合电磁力波理论分析，揭示电磁力谐波与电机模态共振是导致噪声超标的根本原因。进一步，基于调整输入激励达到抑制或削弱共振的思路，提出基于电机控制策略的电磁噪声抑制方法，最后通过验证实验证明优化措施的有效性，降噪量达11.9dB，车内噪声控制在标准73 dB以下。

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铁路钢轨扣件e形弹条动态性能研究及结构改进

郁宗飞, 顾晓菡, 王灵水, 黄浩志, 刘浪, 王安斌

2023, 43(4): 187-193.

摘要 ( )

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以铁路钢轨扣件e 形弹条为研究对象，运用有限元仿真和锤击试验方法对组装状态下弹条动态性能进行研究，随后对弹条进行结构及材料优化形成空心阻尼弹条。通过对原弹条进行强度应力和动态特性分析，弹条组装工作状态下模态试验与模态仿真前3 阶固有频率误差分别为2.2 %、1.8 %、4.9 %，仿真模型的有效性得到验证；改进后的空心阻尼弹条对影响弹条共振疲劳损伤的第三阶固有频率从原来DI 弹条的747 Hz 提高到940 Hz，固有频率提高25.8 %，且避开地铁钢轨波磨段750 Hz左右的激励频率；同时对应的阻尼弹条其阻尼损耗因子相对原弹条提高92 %，大大地降低弹条共振峰值响应，能够有效地提高弹条疲劳寿命。

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电动汽车加速横向抖动分析与优化

黄应来, 张军, 沈龙

2023, 43(4): 194-199.

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电动汽车大扭矩加速时普遍存在因半轴轴向派生力引起的整车横向抖动问题。以某电动车型前驱动系统引起的整车横向抖动问题为背景，通过主观评价和客观测试识别抖动频率特征和主要传递路径，从悬置刚度、半轴派生力、半轴角度、车身前端模态等方面提出系统的解决方案，将座椅导轨抖动幅值从0.45 m/s2降低到0.1 m/s2。提出整车横向抖动传递函数概念，将整车级抖动目标分解为半轴派生力目标和整车传递函数目标，并通过优化悬置布置和模态分布以降低传递函数。抖动解决方案和目标分解方法对电动汽车驱动系统NVH开发具有参考意义。

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有轨电车弹性车轮降噪板的设计及性能分析

常乐, 周信, 圣小珍, 郑沥昕, 朱逸伦

2023, 43(4): 200-207.

摘要 ( )

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为降低有轨电车弹性车轮噪声，设计一款弹性车轮用降噪板。首先，使用ANSYS有限元软件对弹性车轮动态特性进行仿真分析，得到其模态参数并确定四种降噪板设计方案。然后通过仿真选出最佳方案，制作实物，并在半消声室进行对比试验。实验室条件落球激励下，主要关注模态（0,3）的阻尼比增幅达到233 %，激励点的振动加速度级减少3.4 dB，模态辐射噪声减少3.5 dB(A)；降噪板对径向模态的平均降噪值达到2 dB(A)，对轴向模态的平均降噪值达到9.66 dB(A)。研究结果表明：阻尼层厚度为1.5 mm、约束层厚度为1 mm的交错约束阻尼结构的降噪板有着最好的减振效果，该降噪板对弹性车轮的轴向模态的振动和声辐射有着明显的抑制作用，预计能有效降低有轨电车的曲线啸叫。

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山地城市历史街区声环境优化策略研究

何孟杭, 谢辉, 何益, 罗俊

2023, 43(4): 208-215.

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以提升山地城市历史街区声环境品质为目的，选取重庆市三个历史街区为研究对象，基于702 份有效声景评价表，采用声漫步法对研究区声环境进行评价，并开展声环境优化策略研究。从噪声控制、积极声景营造、丰富视听体验、结合山地地形的特色声景打造等方面，围绕山地历史街区声景原真性保护与声景设计提出声环境优化方案。结果表明：（1）研究区的平均噪声级比标准限值高0.4 dB(A)～5.5 dB(A)，且整体声环境评价不高；（2）街区中的鸟鸣声最受大众喜爱，占声偏好评价总数43.7 %；（3）施工声、交通噪声极大地降低街区的声景舒适度，分别占不喜欢声景评价总数的39.0 %与35.8 %；（4）声景与视觉景观的自然度与声景舒适度呈显著正相关关系。研究结果可为山地城市历史街区保护更新提供参考。

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地铁车辆段周期性桩基础隔振效果研究

姜博龙, 何宾, 刘冀钊, 王少林, 胡文林

2023, 43(4): 216-221.

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针对地铁车辆段及上盖建筑振动控制难题，基于周期结构带隙理论提出周期性桩基础隔振措施，通过开展行车条件下现场测试获得车辆段及上盖平台振动响应，以此为基础建立和校核动力有限元模型，并拓展建立上盖建筑振动计算模型，分析周期性桩基础对上盖建筑的隔振效果。研究发现：（1）实测振动向上盖平台传播分频衰减量约为20 dB～50 dB 之间，上盖平台及建筑振动显著频段在25 Hz～50 Hz；（2）上盖建筑部分房间预测值超过限值3 dB～6dB，采用周期性桩基础后可实现设计带隙范围内63 Hz处最大9 dB的分频插入损失以及7 dB的最大Z振级插入损失；（3）周期性桩基础可有效控制上盖建筑10 Hz以下低频振动，最大可降低16 dB。研究成果可为车辆段及上盖建筑振动控制提供一种新的方法和某种地层条件下的具体设计参数。

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连云港大剧院的音质设计研究

熊威, 王红卫, 张光耀

2023, 43(4): 222-227.

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连云港大剧院是连云港市的地标性建筑及首个文化综合体，不仅承担着该市主要的歌舞剧、芭蕾、交响乐等大型综艺演出的需求，还兼顾举行政府会议的重要功能。为满足自然声演出条件下对声场均匀度及早期反射声分布的要求，音质方案着重考虑观众厅的体型设计及室内界面的声扩散设计，并通过反射罩来提升音乐演出时厅内的混响感和亲切感。对于举行会议所要求的语言清晰度，利用电声系统加强声源指向性进而增强直达声强度的方法取得，比采用可调混响的造价要便宜许多。研究中采用ODEON软件对观众厅各项音质指标进行计算机仿真模拟，仿真结果验证音质设计方案的合理性与有效性。本工程音质设计所表达的理念对今后类似厅堂具有重要的参考借鉴作用。

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公轨共建高架车站车致振动引起楼板的舒适度研究

吕尚文, 卢生安

2023, 43(4): 228-234.

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公轨共建高架车站作为一种典型的复合型交通建筑，同时承受汽车和列车的振动荷载，车辆振动引起结构的动力响应需要采用一定的标准进行评估。以温州市域铁路S2 线的东山站为例，研究车致振动对楼板的舒适度影响。首先假定汽车荷载为连续的移动荷载，忽略列车振动荷载的影响，研究汽车荷载对楼板的舒适度影响；然后考虑轨道不平顺因素，单列车和双列车分别越行通过车站，研究列车激励对楼板的舒适度影响；最后对汽车-列车-车站结构的整体系统进行分析，研究汽车-列车动力耦合作用下楼板的响应，依据ISO10137:2007 提供的方法评价楼板的舒适度指标。

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列车荷载作用下混凝土排桩主动隔振研究

刘晶磊, 刘佳凡, 夏彬, 周玮浩, 梅名彰, 尹姜鳗

2023, 43(4): 235-242.

摘要 ( )

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为了研究混凝土排桩作为地基中主动隔振屏障时，桩屏障后地基深处隔振变化规律，运用有限元软件建立轨道-路基-地基三维模型；以振幅降低比作为隔振效果评价指标，将排桩的桩长、埋深及桩间距作为影响地基深处隔振效果的研究变量，分析结果表明：通过增加桩长、减小埋深以及减小桩间距等方式是降低路基边坡处振动的有效措施；随着桩长增加，地基深度方向隔振效果变好，桩长为15 m时，地基深度方向整体隔振效果已较优；埋深变化对地基深度方向隔振效果影响较明显，埋深越大，地基深处隔振效果越差，当埋深为5 m时，深度方向隔振效果已较差，减小埋深是提升深度方向隔振效果的有效措施；随桩间距越大，地基深度方向隔振效果越差，布置桩时，适当减小桩间距有利于降低列车诱发的深度方向的振动。

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中间支撑梁式动力吸振器的设计与实验研究

赵迪, 毛崎波, 何帆, 赖龙程, 吴志杰

2023, 43(4): 243-247.

摘要 ( )

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通过在中间支撑梁端部布置质量块设计多自由度动力吸振器，首先分析所设计的动力吸振器的理论模型。然后通过优化算法推导得到多自由度动力吸振器的最优频率比、最优阻尼比。最后以单自由度、2 自由度和四自由度动力吸振器为例，通过实验验证所设计的多自由度动力吸振器。理论分析与实验结果表明：对于相同质量的吸振器，四自由度动力吸振器的振动控制效果明显优于单自由度及2 自由度动力吸振器，并且其可控制频带更宽。

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声子晶体理论的钢轨吸振器设计及评估方法

蔡学军, 杨吉忠, 赵鑫, 凌亮, 温泽峰, 李伟

2023, 43(4): 248-254.

摘要 ( )

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针对地铁小半径曲线P2 共振型波磨，使用声子晶体带隙理论的钢轨吸振器设计方法，将吸振器简化为弹簧-阻尼-质量模型，并引入到车辆-轨道耦合动力学时域分析模型中，建立车辆通过波磨段时吸振器有效减振频段及效果的评估方法。结果表明：声子晶体局域共振机理设计的吸振器，可满足车辆通过P2 共振型波磨时的减振需求，且不突破吸振器安装空间限值；时域评估方法预测的吸振器有效减振频段略宽且完全涵盖声子晶体理论的带隙；与传统吸振器设计方法相比，声子晶体理论设计的吸振器的减振效果更好；吸振器有效减振频段相对较窄，一种设计很难有效应对现场不同路段P2共振频率波动导致的波磨损伤差异，这或许就是工程中吸振器效果不稳定的原因所在。

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船用主动听力防护耳罩样机试验

杨理华, , 张鑫, 刘丽滨, 李海峰, 杨军

2023, 43(4): 255-261.

摘要 ( )

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针对某船用听力防护耳罩在强舱室噪声条件下，防护性能不佳的实际问题，提出一种主动听力防护型耳罩改进结构，考虑该耳罩内部扬声器对环境噪声参考传声器的影响，基于前馈型、反馈型及复合型主动防护策略开展听力防护试验研究。结果表明：在某型离心泵工作噪声条件下，传统无源式耳罩防护效果仅为10.32 dB，主动听力防护耳罩防护能力可达30.30 dB，能显著解提升耳罩听力防护能力，可为后期船用听力防护耳罩改进与应用提供技术支撑。

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阶梯式复合微穿孔板吸声特性研究

钱佳林, 李广军, 王瑞乾, 王汝佳

2023, 43(4): 262-267.

摘要 ( )

PDF(1976KB) ( )

针对传统微穿孔板吸声频带较窄的问题，基于背腔分割机制和串并联并存的耦合机制，设计出不同阶数的阶梯式复合微穿孔板结构。首先，根据马氏理论和声电类比法推导出各阶复合微穿孔板的数学模型；随后，初步设定结构参数并通过comsol 有限元仿真探究该复合穿孔板结构的吸声特性；在研究的频率范围内采用遗传算法对各阶复合微穿孔板进行优化；最后将优化后结构的吸声特性与优化前的进行对比分析，得出三者优化后的最大吸声系数分别为0.99、0.97、0.99。研究结果表明，所设计的阶梯式复合微穿孔板在0～3 000 Hz范围内吸声性能要优于传统的单层及双层串联微穿孔板，其中综合吸声性能和制造成本的考量，三阶复合微穿孔板平均吸声系数可达到0.88，吸声效果最佳。

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基于仿真模型与试验汽车排气消声器多目标优化

徐一心, 牟如强, 严才宝, 张鹏飞

2023, 43(4): 268-273.

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安装消声器是降低汽车发动机排气噪声的主要手段，其设计的合理性对降低车辆噪声具有积极意义。针对所研究的某改款车型发动机排气噪声超目标进行优化研究，在GT-Power 中建立发动机声学仿真模型，为提高仿真计算效率，提出质量流模型代替发动机模型，并使用试验数据对质量流模型进行修正。根据仿真结果，以2 800 r/min、3 000 r/min 发动机转速下二阶声压级和2 200 r/min 发动机转速下四阶声压级为优化目标，以后消声器结构参数为变量，使用modeFRONTIER软件联合质量流模型，采用modeFRONTIER软件特有的多策略pilOPT 算法对排气消声器进行多目标优化。结果表明修正后的质量流模型可以很好地提高仿真计算精度。通过modeFRONTIER进行优化设计，在特定转速2 200 r/min～3 000 r/min，关注阶次的噪声最大降低1.6 dB（A），满足降噪要求，验证优化方法的有效性得到验证，优化效率也得以提高。

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阻尼复合板粘黏剂涂抹区域隔声优化

钱日成, 王瑞乾, 张学飞, 周虹希, 任林旸

2023, 43(4): 274-279.

摘要 ( )

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研究一种基于划分粘黏剂涂抹区来实现的阻尼复合板隔声优化方法。首先，以铝板和木质胶合板为基板，基于混合有限元-统计能量分析(Hybrid FE-SEA)法建立其阻尼复合板隔声量预测模型；随后，通过模态贡献度分析与振型分析相结合，划分出粘黏剂涂抹区域。与传统的全区域涂抹粘黏剂相比，优化后两组复合板的计权隔声量提升0～0.1 dB，平均隔声量上升0.05 dB～0.2 dB，且粘黏剂使用量下降55 %～70 %，符合成本节约及轻量化设计原则，具有工程实用意义。

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飞机飞越噪声自由场声压级测试方法研究

朱江辉,

2023, 43(4): 280-287.

摘要 ( )

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在飞机飞越噪声地面试验中，噪声测量受地面对声波散射的较大影响。为修正地面对飞越噪声测量的影响，开展飞行试验对飞越噪声自由场声压级测试技术的研究。首先，进行地面对飞机飞越噪声传播的影响分析，推导获取自由场声压级的修正方法，仿真分析影响因素。随后，设计三类可消除地面影响获得自由场声压级的飞越噪声测试方案，应用于某大型运输类民机的飞越噪声测试飞行试验，分析测试方案的适用性。试验结果表明，地面对飞越噪声测量有不可忽略的影响，提出的噪声测量方案均能在一定的宽频带内取得自由场声压级，其中采用带有声学硬反射面的传声器布置方式，在中低频段的宽频带的自由场声压级修正量约为+6 dB，采用加高布置传声器的方式在中高频段的自由场声压级修正量约为+2.8 dB，据此可简便、可靠地得到飞越噪声的自由场声压级，而针对不同的试验条件，需采用与之相适应的测量方法。

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材料摩擦异响试验台随机振动控制方法研究

李书阳, 柳明生, 常光宝, 黎谦, 饶刚, 罗勇,

2023, 43(4): 288-294.

摘要 ( )

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为解决车辆在真实道路中的材料摩擦异响测试精度及稳定性问题，开发车用材料摩擦异响试验台系统，基于此系统对其随机振动功率谱密度再现控制方法展开研究。采用变步长频域-X滤波LMS自适应逆控制模型来实时修正系统阻抗函数，实现功率谱密度的高精度再现。采用NI Compact RIO控制器完成数据采集及实时数据处理，对系统振动加速度进行闭环控制，从而实现功率谱密度的实时再现。试验结果表明，采用频域-X滤波LMS自适应逆控制方法可以高精度再现设定功率谱密度，再现误差小于10 %，满足实际工程精度要求和实时性要求。

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大缸径柴油机增压器BPF噪声控制研究

王鑫, 胡亮, 王明阳, 丁万荞, 张福根

2023, 43(4): 295-300.

摘要 ( )

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为降低大缸径柴油机增压器BPF噪声，通过试验验证增压器增加消声环、进气空滤包裹吸声棉对BPF噪声的控制效果，结果表明：增压器增加消声环可以有效降低中高负荷工况下的BPF噪声，消声环轴向安装间隙对降噪效果有一定影响，当安装间隙小于流量拓宽槽间隙时，尽管降噪效果最好，但会对降低柴油机进气流量，增加喘振风险，当安装间隙大于流量拓宽槽间隙时，降噪效果并不理想，当两者间隙一致时，既能保证柴油机进气正常，也能有较好的降噪效果；在不影响柴油机进气的前提下，进气空滤包裹吸声棉后，所有工况下的柴油机噪声均有不同程度的降低，主要降低增压器BPF及倍频噪声，对中低频的进气噪声和结构辐射噪声也有一定的衰减作用。研究结果可为大缸径柴油机降噪设计提供参考。

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