噪声与振动控制

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2023, 43(5): 0-1.

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考虑重流体耦合效应的双层板-腔结构振动与声辐射分析

李清盛, 李天匀, 朱翔, 张帅, 聂睿

2023, 43(5): 1-7.

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考虑半空间声场内重流体的声振耦合效应，对有限大双层板-腔结构的振动与声辐射特性进行研究。采用改进傅里叶级数描述薄板位移和腔内声压，通过Rayleigh 积分建立辐射板表面辐射声压和辐射板位移的关系，基于Hamilton 原理，提出采用Rayleigh-Ritz 法分析耦合系统声振特性的半解析方法，并通过和有限元结果对比验证方法的收敛性和准确性。分析单位简谐力激励下，声腔厚度和腔内流体介质对双层板-腔结构声辐射特性的影响。结果表明：重流体的耦合效应使薄板（奇，奇）模态振型显著变化，声腔较薄时声辐射对声腔厚度变化较敏感。相较于腔内流体声速，腔内流体密度对声辐射有较大影响。

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列车交会运行时简支箱梁与U梁振动特性分析

罗锟, 姜兴, 董玉英, 李琼, 钟慧玲,

2023, 43(5): 8-13.

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为探明列车交会运行时城市轨道交通简支箱梁与U梁的结构振动特性，为桥梁振动控制、结构选型提供理论依据，基于有限元和多体动力学方法，建立城市轨道交通三维车桥耦合模型，对比分析不同列车运行工况下简支箱梁和U梁的振动传递规律。研究结果表明:移动荷载作用下，桥梁结构振动响应以竖向为主，且随着速度增大而增大；列车单向运行与双向等速交会运行时箱梁结构局部振动频率基本相同，但单向运行时桥梁加速度响应幅值约为等速交会运行时的1/2，而等速交会时U型梁加速度响应幅值在部分频段内有一定衰减；进行箱梁振动控制时应重点关注腹板和翼板位置的竖向振动,而进行U梁振动控制时应重点关注底板处的竖向振动和翼板处的横向振动，列车交会频繁地段可增强箱梁底板和U梁中主梁底板处竖向振动控制；在对轨道交通中的高架桥梁选型时，宜根据现场实际工况进行结构稳定性和结构噪声影响等分析。

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具有相关性的测量激励下车辆振动识别方法研究与应用

张袁元, 辛江慧, 许丽娇, 周盼, 任春玲

2023, 43(5): 14-19.

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在车辆测试中，基于近源测试得到的激励信号受到相邻振源的干涉，造成测量路径中的信号相关性较大，从而无法准确获得各激励源贡献。建立具有互相干涉多相关特征的系统传递模型，推导多级输入加速度间相关关系表达式，提出基于真实与计算传递函数判断干涉方向的方法，进而结合相干方法处理干涉源，获得独立源对响应目标贡献；最后，以车辆总成系统为对象，应用系统方法识别车辆振动传递路径和能量贡献，可为解决车辆测试中相关特征的振源识别提供理论和方法上的依据。

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智能坐便器流噪声数值模拟及实验验证

郭金泉, 徐志猛, 黄惠,

2023, 43(5): 20-25.

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以某款智能坐便器为研究对象，利用逆向工程技术进行建模，获得智能坐便器三维模型。采用Fluent 和LMS Virtual. Lab 联合仿真方法，对智能坐便器虹吸破坏时刻流噪声进行数值模拟，并通过实验对模拟结果进行了验证；基于数值模拟结果分析了智能坐便器空间声场指向性分布。结果表明：采用联合仿真方法对智能坐便器虹吸破坏时刻的流噪声进行数值模拟，各主要监测点噪声数值模拟结果与实验结果偏差均在7 %以内，验证了方法的可行性。该智能坐便器空间噪声辐射有明显指向性，辐射噪声频谱图表现为宽频特性。研究结果可为后续智能坐便器降噪优化提供一定参考。

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并联非线性能量阱的参数优化及性能对比研究

李建玲, 陈建恩,

2023, 43(5): 26-32.

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研究并联纯立方刚度和并联非光滑非线性能量阱(Nonlinear Energy Sink，NES)的最优参数变化规律并对两者的吸振效能进行对比分析。利用哈密顿原理分别推导出连接并联纯立方刚度NES和并联非光滑NES的系统的动力学方程，使用粒子群算法得出两种NES的最优吸振效能和最优参数，并对其进行对比分析。研究结果显示，优化前纯立方刚度NES在中等载荷作用下，显示出略高的吸振效能，但随着冲击载荷增大，非光滑NES的吸振效能要优于纯立方NES。并且，两种NES的最优吸振效能随载荷的变化规律表明，在大冲击载荷作用下优化后的非光滑NES具有更为优越的吸振效能。

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非等比例惯容及其反共振隔振器

张赣波

2023, 43(5): 33-38.

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具有双端点性质的惯性元件被定义为“惯容”。对惯容概念进行梳理，从反共振隔振的实现途径出发指出其定义隐含双端点等比例运动的狭义性。以一个机械式和一个液压式双端点惯性元件示例，说明双端点惯性元件还包括非等比例运动的情形，据此提出“非等比例惯容”概念，拓展了惯容内涵。以非等比例惯容和弹性元件组合3 型不同结构的反共振隔振器，推导阻抗矩阵，根据阻抗等效原则，建立非等比例惯容三元件型反共振隔振器的等效模型。结果表明，对于含非等比例惯容的反共振隔振器，其输入端和输出端的反共振频率并不相同，输入端惯质的放大倍率都等于输入端运动耦合系数的平方。

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篦齿封严冲击动力学建模与参数影响研究

张言泽, 陈锋, 华宏星

2023, 43(5): 39-44.

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在冲击载荷作用下，燃气轮机篦齿封严装置可能会与高速旋转的转子发生碰摩。为了揭示在不同冲击载荷和篦齿封严装置结构参数条件下，冲击输入对篦齿封严装置刚度和转子冲击动力学特性的影响机制，本文开展篦齿封严装置冲击动力学建模与参数影响规律研究。从封严环接触模型出发，将欧拉梁理论应用于单圆盘转子-封严装置碰摩模型，计算了封严环篦齿厚度、高度和初始间隙对接触刚度的影响，得到了转子的时域响应和轴心轨迹以及冲击响应的参数影响规律，为篦齿封严装置在冲击接触下的动力学特性研究提供了理论建模和分析方法参考。

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周期蜂窝超结构的振动性能分析

叶玉全, 李强, 闫庚旺, , 李盈利,

2023, 43(5): 45-51.

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为探究周期蜂窝超结构在动力学减振控制方面的应用潜力，采用数值仿真分析方法，通过能带结构、模态振型、物理特性及有限阵列结构传输特性对周期蜂窝超结构的带隙特性及其形成机理开展深入分析。研究结果表明：在450 Hz以内，由硅橡胶组成的二维周期蜂窝超结构（晶格常数α 为9.8 mm）的能带结构中存在两条完全带隙，并且多条方向带隙(Γ-X)对于拓宽减振频率范围具有重要意义；具有附加连接的二维周期蜂窝结构具有更为显著的带隙特性，而且连接处使用刚性材料更有助于增强弹性波在结构中的衰减性能；无限周期结构的带隙频段和有限阵列结构的振动衰减频段具有较好的吻合性。该项工作可为结构减振设计提供新思路、新方法。

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含非贯穿直裂纹输流管道振动与模态功率流分析

刘文乐, 朱翔, 李天匀, 付俊勇, 陈树鑫,

2023, 43(5): 52-58.

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针对含非贯穿直裂纹输流管道的振动与模态功率流进行研究，将输流管道以Euler-Bernoulli 梁模型建模并据此推导其弯曲振动方程，采用断裂力学方法将裂纹模拟成无质量的转动弹簧，用波动法分析含裂纹输流管道的自由振动特性。通过计算结果与相关文献对比验证了该方法的可靠性。探讨裂纹位置、深度以及管内流速对固有频率的影响。基于模态功率流的概念进行算例分析，讨论裂纹位置、深度以及振动模态对模态功率流的影响，研究表明，裂纹处的模态功率流曲线产生突变，裂纹位置与深度和模态功率流密切相关。

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声学黑洞在圆柱壳上的应用及结构优化研究

魏建红, 向阳, 廖琳, 张春吉,

2023, 43(5): 59-65.

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针对声学黑洞（Acoustic Black Hole，ABH）在圆柱壳结构上的应用问题，首先采用有限元法分析嵌入ABH的圆柱壳结构的振动特性并讨论不同结构尺寸对其振动特性的影响。随后对结构开展进一步研究，在嵌入ABH的圆柱壳结构外布置局域振子，分析其振动特性，并讨论不同材料振子及振子不同的质量分布对结构振动特性的影响。结果表明：相比原结构，嵌入ABH的圆柱壳结构的振动传递损失增加；当结构内径增大时，振动峰值向高频移动，振动衰减增大；在嵌入ABH的结构外侧附加振子使其发生局域共振可增加振动衰减，改善结构的振动特性；若采用不同材料振子，其质量增大时，振动衰减会向低频移动；随着振子外侧质量向中心集中，结构固有频率随之降低，振动衰减前移，可知振子质量及刚度参数对结构的振动特性有较大影响。

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轴流风叶尾缘锯齿降噪性能分析及多目标优化

吴柯, 代元军, 王建平, 刘亚锁

2023, 43(5): 66-73.

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对某空调室外机轴流风叶尾缘进行锯齿设计，以锯齿齿高、齿角和齿间距为影响因素，以出口风量和整机噪声为评价指标进行正交试验，采用正交多项式回归分析结合差分进化算法，确定锯齿结构参数与出口风量和整机噪声的回归模型并分析其降噪性能。运用NSGA2 遗传算法对回归模型进行多目标优化，确定尾缘锯齿最佳结构。结果表明：尾缘锯齿的齿高和齿角对出口风量有显著影响，适当增大齿角有利于改善由于齿高所导致出口风量减少的情况；齿角对空调室外机整机噪声有显著影响，适当增加齿间距对噪声抑制具有一定作用；尾缘锯齿最佳结构参数为：齿高5 mm，齿角53°，齿间距9 mm，通过将优化结果与原型机对比发现其出口风量减少6.82 %，整机噪声减小3.8 dB(A)；采用最佳尾缘锯齿结构抑制低频段离散噪声效果良好，在90°方向上噪声降低最多。有关结论可为空调室外机轴流风叶优化设计提供依据。

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雨滴冲击下薄板结构声振特性研究

孟令军, 李春通, 王德禹,

2023, 43(5): 74-81.

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为了研究降雨冲击船体结构所产生的振动和噪声对舱室乘客舒适性的影响，开展降雨模型冲击薄板结构的声振特性研究。单雨滴冲击外部结构所致声振分析是降雨冲击下声振特性研究的基础，因此，以薄板结构为目标对象，建立单雨滴冲击和连续雨滴冲击的载荷模型，利用Comsol 软件研究薄板结构在雨滴冲击下声振耦合特性，分析雨滴参数和结构特征对辐射声功率影响。研究发现：雨滴大小对结构的声振特性影响显著；结构刚度对结构在雨滴连续冲击下产生的声功率级响应分布有明显影响；雨滴作用下结构的加筋类型与是否加筋对其产生的振动声辐射有显著影响，且选取合适的结构加筋方式有利于降低结构的振动声辐射；不同材质的薄板结构在雨滴冲击下的辐射声功率略有差异。研究结果对于预测舱室结构在降雨作用下产生的声能大小和对噪声进行控制具有参考价值。

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变约束参数T型液压管路振动特性分析

徐家根, 王海波, 吴晓, 田建康, 殷铭豪, 曹丹

2023, 43(5): 82-88.

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基于脉动流体的双向流固耦合对变约束参数T型输流管道的振动特性进行分析。验证考虑分支管道局部区域壁厚的必要性。研究管径、流体压力、管道支承刚度和入口条件类型对流体与管道振动响应的影响规律。结果表明：在一定参数范围内，管径越大，管道响应越剧烈；流体压力越高，管道越快达到稳定状态，且响应幅值较小；单入口情况下管道参数响应数值差异明显大于双入口；管道支承刚度越小，振动响应越明显且振动状态持续时间越长。多种工况下T型管路的振动响应规律可为液压管路布局或参数选择提供参考。

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形状记忆合金复合材料壁板的颤振分析

李香港, , 薛立军,

2023, 43(5): 89-94.

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研究铺设形状记忆合金（Shape Memory Alloy, SMA）丝的复合材料壁板的颤振行为。采用Von-Karman 大变形理论描述壁板位移-应变的非线性关系，用三阶非线性活塞理论来表示气动载荷。根据一维Brinson 模型，对SMA丝的热力学行为进行模拟。利用Hamilton 原理，推导出SMA 复合材料壁板的非线性偏微分运动方程组。通过Galerkin 法对偏微分方程组进行离散，得到壁板的常微分运动方程组。对传统复合材料壁板和SMA复合材料壁板的临界颤振动压进行对比，并详细分析SMA丝的温度、体积分数和预应变对壁板稳定性边界和极限环振幅的影响。数值结果表明：铺设SMA丝可以显著提高壁板的气动弹性稳定性；增大SMA丝的体积分数和预应变、加热SMA丝有助于增强对壁板颤振的抑制效果。

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高速乏油全陶瓷角接触球轴承振动与噪声实验研究

闫海鹏, 包志刚, 秦志英, 牛虎利

2023, 43(5): 95-101.

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设计高速乏油运转实验，研究高速乏油全陶瓷球轴承在不同高转速、轴向载荷及径向载荷作用下服役时的振动与辐射噪声特性。利用改进的轴承振动测试机测试全陶瓷角接触球轴承在乏油运转状态下的振动速度与辐射噪声声压级，探究高转速、轴向载荷与径向载荷对其振动和辐射噪声的影响规律。提出以声场指向方位角与指向水平参量来表征声场指向性。实验结果表明，转速的提升、轴向载荷的增加以及径向载荷的变大，均使高速乏油全陶瓷角接触球轴承的振动速度与噪声声压级增大，且噪声在圆周方向呈非均匀分布。随转速或径向载荷增加，辐射噪声在圆周方向非线性、不均匀增加，使声压级变化量逐渐增大，导致声场指向性变得更加明显。随轴向载荷增加，圆周方向声压级变化量先增大后减小，使声场指向水平发生相应变化。研究表明振动速度与辐射噪声呈正相关关系，明确了声场随转速、轴向载荷、径向载荷的变化规律，可为高速乏油运转条件下全陶瓷球轴承设计、噪声控制提供相关依据。

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球径误差对轴承声学特性影响的仿真研究

邱洪顺, 佐景涛, 陈观慈, 毛华萍

2023, 43(5): 102-108.

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球轴承中的钢球在加工制造过程中往往存在直径误差，该误差会对轴承的振动、噪声等动态性能产生重要影响，而目前对于轴承的噪声产生机理以及控制也是学术界的一个重要研究课题。针对在装配轴承时如何合理排布存在直径误差的钢球以有效降低轴承噪声这一问题，以QJ211 四点接触球轴承为研究对象，首先采用Workbench 对含有不同球径误差的轴承进行瞬态动力学分析，计算轴承结构振动响应；然后基于声学有限元方法，利用声学软件Virtual. Lab Acoustics 对轴承进行结构声学仿真，得到不同工况下的滚动轴承的声压频率响应；最后提取各工况的有效声压数据对比分析。研究结果表明：不同的球径误差值大小、存在直径误差钢球数量和钢球的排布方式都会对滚动轴承的噪声特性产生一定影响。

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塔式起重机塔身钢结构不同损伤部位特征研究

宋世军, 臧泓源, 杨蕊, 安增辉, 张会敏

2023, 43(5): 109-114.

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塔式起重机结构复杂，维护过程中经常需要排查损伤部位。其结构中塔身经常发生损伤，快速定位塔身损伤部位对于塔机结构维护具有重要意义。基于此提出一种能够判断塔机塔身不同损伤部位的方法。利用QTZ40 塔机仿真模型，以单主肢损伤、相邻双主肢损伤等不同主肢损伤组合状态为例进行分析，得到不同主肢损伤状态的仿真数据，对得到的仿真数据和采集的实验数据进行降维处理。以仿真数据为判断依据，分别计算出不同主肢损伤状态下实验数据与仿真数据差值，建立差值研究平面。利用基于KNN（K Nearest Neighbors）思想的最近距离法来判断不同损伤主肢状态，以在研究平面中距离原点最近的仿真数据对应的损伤状态为实验数据的损伤状态。利用此方法可以快速、便捷判断塔机塔身的损伤部位。

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基于相似度特征融合和CNN的滚动轴承剩余寿命预测

聂磊, 张吕凡, 徐诗奕, 蔡文涛, 杨浩明

2023, 43(5): 115-121.

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滚动轴承作为机械系统中非常重要的部件之一，其剩余使用寿命的精确预测对系统保障具有重大意义。针对单个特征参量对滚动轴承性能退化过程表征的片面性与局限性，提出一种基于相似度特征融合、卷积神经网络的滚动轴承剩余使用寿命预测方法。通过计算时域和频域特征的时间序列与对应时间矢量的皮尔逊相关系数，构造相似度特征，再基于单调性和趋势性对特征进行敏感特征筛选，采用主成分分析法对筛选所得特征进行融合，构建健康指标，将其输入一维卷积神经网络退化模型进行训练，实现对轴承剩余寿命的预测。实例验证，与传统模型相比，该方法有更低的预测误差，对轴承的剩余寿命预测效果较好。

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基于GAHE-VMD与SVD-SCEC的管道信号联合去噪法

张勇, 邢鹏飞, 王明吉, 周怡娜, 周兴达, 韦焱文

2023, 43(5): 122-129.

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为了更有效分析管道信号，提出一种基于采用在恶劣环境下的遗传算法（Genetic Algorithms in Harsh Environments，GAHE）优化变分模态分解（Variational Mode Decomposition，VMD）联合奇异值分解（Singular Value Decomposition，SVD）与选择性累计能量贡献率（Selective Cumulative Energy Contribution，SCEC）的互补去噪方法。首先，提出用GAHE算法优化VMD算法并结合相对熵对信号中的中高频噪声进行初步消噪，解决VMD参数难以确定和传统遗传算法收敛慢的问题。其次，提出采用SCEC算法结合SVD算法对信号中残留的中低频噪声进行消噪，解决非线性、非平稳信号中大数量级的直流分量影响奇异值选择的问题。最后，通过实验与分析表明：GAHE优化算法收敛速度更快；SCEC奇异值选择法的抗直流能力更强；所提算法的处理效果较优且算法两部分具有互补特性。

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基于共线超声混频技术的机械结构缺陷评估

陈汉新, 胡振宇, 刘飞扬, 熊芸薇, 宋紫微

2023, 43(5): 130-134.

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为了更高效检测出机械结构出现的裂纹，提出共线超声混频检测技术。首先，基于非线性超声理论，由差频非线性系数与和频非线性系数得到计算非线性超声混频非线性系数的方法。然后对5 种不同深度疲劳裂纹的铝合金试件用超声系统RAM-5000 SINAP 进行检测，并绘制相应频谱图，得出在一定裂纹深度内，裂纹深度与差频非线性系数、和频非线性系数呈正相关的结论。通过对两组实验数据进行拟合曲线分析，建立对应的裂纹深度预测模型。结合混频非线性系数的特征，得到根据其预测裂纹深度的模型，将3 种预测模型的平均误差进行比对，结果表明混频非线性系数预测模型预测结果更佳。研究工作对微裂纹的共线超声混频检测及裂纹深度预测进行了有益探索。

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加权firm阈值奇异值分解及其旋转机械故障诊断

常妍, 蔡改改, 胡耀阳

2023, 43(5): 135-141.

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奇异值分解(Singular value decomposition，SVD)作为一种有效的信号降噪方法广泛应用于旋转机械振动信号周期性瞬态冲击提取中。传统SVD 以能量为导向，无法提取出能量较弱但含故障信息丰富的奇异分量(Singular Component，SC)。为此，提出加权firm 阈值奇异值分解(Weighted Firm Singular Value Decomposition，WFSVD)方法。该方法首先引入平方包络谱峭度(Squared Envelope Spectrum Kurtosis，SESK)作为量化故障敏感度的指标，以评估各个SC所含故障信息的丰富程度；其次，将SESK作为权重因子引入到基于firm 阈值的SC去噪中，设计基于SESK的加权firm 阈值SC去噪策略；最后，重构信号，实现信号降噪并有效提取故障特征。对于仿真信号与试验数据的分析验证了所提方法在周期性微弱瞬态冲击提取及旋转机械故障诊断中的有效性。

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基于小样本音频信号的柱塞泵故障诊断

刘禹, 戴永寿, 李立刚

2023, 43(5): 142-147.

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针对音频信号在柱塞泵故障诊断中存在的样本数量不足、故障特征微弱等问题，提出一种基于音频信号结合元迁移学习（Meta-transfer Learning，MTL）的柱塞泵故障诊断方法（Fault Diagnosis of Plunger Pump Based on MTL，MTL-PAFD）。该方法以柱塞泵的音频信号为样本，在单一传感器条件下，通过Gammatone滤波器组对信号进行处理，可有效提高强噪声干扰下音频信号的表征能力，然后结合元迁移学习，能实现小样本条件下的柱塞泵故障诊断。同时，根据柱塞泵故障诊断的实际需求，改进元迁移学习在故障诊断应用中的测试方法，能够自适应处理未知故障类。实验结果表明，MTL-PAFD仅对已知类别的故障诊断准确率可达到91.41 %，而经过快速自适应学习后，其在识别未知故障类时准确率能达到89.64 %。

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基于SVM-DS证据理论融合决策的故障诊断方法

李志伟, 曹乐

2023, 43(5): 148-153.

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针对复杂工况下单传感器对于装备故障诊断识别率低、证据缺乏、数据冗余等问题，提出一种基于支持向量机(Support Vector Machine，SVM)结合D-S 证据理论的多维度特征数据融合决策故障诊断方法。首先，通过多种方法提取特征构建SVM分类器，对故障类型进行初步分类；然后，将Sigmoid 函数作为传递函数，利用SVM分类器对测试数据进行分类，获取测试样本的后验概率并得到测试样本的混淆矩阵；最后，根据混淆矩阵求出局部可信度与全局可信度，并与后验概率相结合实现基本概率分配函数赋值，通过融合计算得到最终诊断结果。实验结果表明，融合后的分类器模型对内圈故障类型分类准确率达100 %，对正常和滚珠类型分类准确率为95 %，对外圈故障分类准确率为90 %。采取多特征融合诊断相较于单一方法有较高准确率和鲁棒性，可有效降低单一特征提取所带来的不稳定性。

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基于小波包散布熵-mRMR特征选取与HHO-KELM的轴承故障诊断方法

宋明瑞, 郭佑民, 刘运航, 郭啸

2023, 43(5): 154-160.

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针对3 层小波包分解（Wavelet Packet Decomposition，WPD）忽略了1 和2 层分解信号以及核极限学习机（Kernel Extreme Learning Machine，KELM）参数选择困难的问题，提出一种基于小波包散布熵-mRMR 特征选取与HHO-KELM的轴承故障诊断方法。该方法首先对小波包分解中1-3 层的14 个小波包散布熵（Dispersion Entropy，DE）应用最大相关最小冗余算法（max-relevance and min-redundancy，mRMR）进行特征排序，确定最佳向量维度；然后应用哈里斯鹰优化算法（Harris Hawks Optimization，HHO）实现对KELM参数的优化；最后将最佳维度的小波包散布熵输入到经HHO优化的KELM中进行故障识别。实验结果表明，将mRMR特征选取功能和HHO-KELM聚类功能进行有效结合，可实现故障诊断过程中对分解信号的充分利用，与将只用到第3 层分解信号的小波包散布熵输入到KELM的故障分类方法相比，识别准确率提高11.38 %。

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基于G-YOLO网络的滚动轴承故障诊断方法

武煜坤, 宁少慧, 任永磊, 王延松

2023, 43(5): 161-166.

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滚动轴承是旋转机械设备中非常重要的零部件，将深度学习在目标检测和图像分类领域内的优势用于轴承故障诊断，提出G-YOLO智能诊断模型。首先利用格拉姆角场将轴承的时域振动信号转化为特征图像，其次将特征图像输入到G-YOLO智能诊断模型中，通过研究转化参数、网络结构、模型参数等得到最优结果。为了验证模型的优越性，采用西储大学轴承数据集中几组对应不同直径的具有同一类故障轴承的数据进行试验，同时引入目标检测领域内精确率、召回率、F1 分数、均值平均精度4 种指标对G-YOLO模型诊断结果进行评估，平均精确率达95.36 %，召回率达到96 %，证明了该方法的有效性与可行性。

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变分模态分解和小波等值线法识别结构瞬时频率

刘文, 蒋淑霞, 王天鹏, 柳霞, 何泽江

2023, 43(5): 167-174.

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针对土木工程结构多分量时变模态参数识别困难问题，提出一种基于变分模态分解(Variational Modal Decomposition，VMD)、小波分析和等值线法相结合的瞬时频率识别新方法。首先，通过连续小波变换确定模态分量个数，利用VMD分解多分量信号得到各模态分量；然后，采用小波分析和等值线法识别每个模态分量的瞬时频率；最后，叠加展示各模态分量的时频曲线。为解决长时段信号小波能量衰变问题，提出一种等间距拆分时段、逐段分析的方法。采用多分量时变数值算例验证该方法的有效性和准确性。设计一个具有时变刚度拉索结构试验，对线性和正弦两种时变工况下索的振动位移响应数据进行分析，从而识别出拉索的时频变化曲线。结果表明，提出的方法可以准确有效地识别出多模态时变结构的瞬时频率，其拆时段分析手段在组合的可视化展示中有很好的时频效果，该方法具有较强的抗噪性和时频特征提取的稳定性。

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基于SDP图像和深度卷积网络的发动机故障诊断

王运生, 王黎明

2023, 43(5): 175-180.

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为提高发动机故障诊断精度，提出一种基于对称极坐标（Symmetrized Dot Pattern，SDP）图像和深度卷积网络（Deep Convolutional Neural Network，CNN）的发动机故障诊断新方法。该方法以SDP变换为基础，将发动机故障振动信号转换为SDP图像，而后将SDP图像作为CNN的输入，实现发动机故障的CNN自适应特征提取和诊断。进行发动机典型故障实验，并利用所提方法进行故障诊断，结果表明，根据SDP图像可以直观地对发动机典型故障进行区分且耗时较少，而根据CNN网络可以有效地对SDP图像进行识别，诊断精度达到99.14 %，相比于其他几种方法，诊断精度和计算效率均得到提升。

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基于DIA的最优尺度形态滤波器及其在轴承故障诊断中应用

杨滨, 和丹, 祝丽莉, 张丽洁, 魏豪

2023, 43(5): 181-187.

摘要 ( )

PDF(2106KB) ( )

针对强背景噪声下无法获取滚动轴承故障特征的问题，提出一种基于最优尺度增强形态滤波器（Optimal Scale Enhanced Morphological Filter，OEMF）的滚动轴承故障特征提取方法。首先，构建一种增强差分积形态滤波算子（Enhanced Different Product Operation，EDPO）与直线型结构元素（Structuring Element，SE）相结合的增强形态滤波器；其次，构建冲击自相关度（Degree of Impact Autocorrelation，DIA）作为选取最优尺度的评判指标，并与传统的峭度（Kurtosis）指标进行比较。最后，将所提方法应用于仿真信号和牵引电机轴承故障信号中进行实验验证。结果表明，所提方法与集成经验模式分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD）方法相比具有更好的降噪效果，且在去除噪声干扰方面具有更好鲁棒性。

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基于AE-ANFIS的船舶柴油机故障诊断

姜苗, , 向阳,

2023, 43(5): 188-195.

摘要 ( )

PDF(2365KB) ( )

柴油机作为船舶主要动力设备，在船舶行业应用极其广泛，但其工作环境恶劣，极易发生故障。为减小船舶航行时柴油机故障带来的经济损失，有必要对其进行故障诊断。通过柴油机实验台架模拟不同类型故障，并在柴油机缸盖处使用振动加速度传感器采集故障信号，选取在1 缸缸盖处采集的信号作为样本数据进行数据分析。由于采集的原始信号是多激励源合成信号，其中包含传播噪声、环境噪声，为降低噪声对识别精度影响，首先使用变分模态分解(Variational Mode Decomposition，VMD)对信号进行分解降噪，把原始一维数据分解成能反映柴油机运行状态的多维数据；接着使用自编码器(Auto-Encode，AE)对分离信号进行特征提取，以降低分解信号间的干扰，提高识别准确率；再使用自适应模糊神经网络（Adaptive Fuzzy Neural Network，ANFIS）建立故障诊断模型，并将所提取特征作为诊断模型输入；最后根据诊断模型的识别准确度评价以上方法的可行性。

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车辆变速器弯扭振动特性分析

黄瀚林, 符升平, 高在达

2023, 43(5): 196-202.

摘要 ( )

PDF(2431KB) ( )

为研究车辆变速器弯扭振动特性，以某车辆变速器为研究对象，根据振动弯曲理论，建立变速器齿轮轴系弯扭振动数学模型；将不规则的变速器侧面箱体简化为质量均匀的薄板，基于薄板理论推导考虑传动轴系弯扭振动激励下的箱体振动方程；对传动轴弹性化处理后进行模态分析得到其振型函数，采用数值方法求解齿轮轴系和箱体的振动响应；分析箱体和齿轮轴系振动特性，并设计台架试验进行验证。结果表明：测点试验结果与计算结果的均方根值最大误差为32 %，且振动趋势一致。研究结果可为探明车辆变速器弯扭振动传递机理与变速器动态可靠性研究提供理论基础。

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纯电动车驱动电机加速噪声分析及优化

罗德洋, 张吉健, 常光宝,

2023, 43(5): 203-208.

摘要 ( )

PDF(1890KB) ( )

为研究纯电动车的电机电磁振动噪声问题，采用试验与仿真相结合的方法，对某款电机进行加速振动与噪声测试，通过诊断分析确定其主要噪声阶次为48 阶，主要问题转速点为4 300 r/min、6 500 r/min 和9 800 r/min，随后采用仿真手段对电机加速过程的电磁噪声进行电磁-振动-噪声的多物理场耦合分析，对比仿真与测试结果发现两者吻合较好，说明该仿真方法具有较高的精度。随后进行电磁噪声源及结构板块贡献量分析，发现转速点4 300 r/min 和6 500 r/min 的噪声主要由转矩脉动产生，而9 800 r/min 的噪声由径向电磁力产生，主要声辐射部位为出线盒和控制器盖板，进而通过优化电机转子外圆开槽尺寸和结构刚度来降低电磁噪声，仿真及试验结果验证了优化后电磁噪声已明显降低。

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三维高速列车下表面波浪形受电弓弓头减阻降噪研究

黄伟, 蔡博, 刘畅, 尉良文, 陈秉智, 王悦东

2023, 43(5): 209-214.

摘要 ( )

PDF(2296KB) ( )

为了对高速列车受电弓进行有效减阻降噪，基于CX-NG型受电弓，对传统方形弓头模型进行下表面结构改型设计，提出下表面波浪形新型弓头结构。采用Fluent 在不同速度工况下进行分析仿真，建立不同速度工况下的流场云图，将新型弓头与传统方形弓头进行气动特性的定性对比，分析不同外形结构对流场的影响。通过对比分析发现，使用下表面波浪形受电弓弓头减阻降噪效果最好，3 种速度工况下，阻力系数Cd 分别减少12.23 %、13.23 %、13.40 %；噪声分别减小0.73 dB、1.42 dB、2.37 dB。

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发动机缸盖罩结构声辐射特性优化分析

吴天歌, 张帆, 杨淇, 叶锦啸, 夏兆旺

2023, 43(5): 215-220.

摘要 ( )

PDF(2093KB) ( )

发动机是船舶动力系统的重要组成部分，是振动噪声的源头之一，发动机缸内噪声通过缸体和缸盖罩向外辐射。以发动机缸盖罩为研究对象，通过有限元建模分析其模态，并进行试验验证。以缸盖罩结构的表面振速和辐射声功率为目标，采用有限元与边界元相结合的方法对缸盖罩结构进行声辐射特性优化设计。研究结果表明：通过结构优化设计，在缸盖罩内部两侧添加等腰三角形加强筋，可使得10 Hz～4 000 Hz频段内发动机缸盖罩辐射声功率平均降低2.10 dB(A)。研究结果可为发动机缸盖罩结构的设计提供借鉴。

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局域共振船体板架超结构低频隔振特性研究

陈鼎康, 李欣欣, 李应刚, 朱凤娜,

2023, 43(5): 221-226.

摘要 ( )

PDF(1898KB) ( )

声学超材料独特的亚波长带隙特性使其在船舶工业低频减振降噪领域呈现广泛的潜在应用价值。针对船舶机械设备低频振动和噪声控制问题，采用Solid-Shell 多物理场耦合有限元法研究局域共振船体板架超结构弯曲波传播特性，分析船体板架超结构弯曲波带隙机理与减振特性，研究局域共振子的宽度与高度、面板厚度对弯曲波带隙特性与减振特性的影响。研究结果表明，相比典型船体板架结构及阻振质量船体板架结构，局域共振船体板架超结构在低频范围内存在弯曲波带隙，显示出优良的低频隔振性能，可以有效隔离船舶机械设备低频振动激励源。

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基于阻振质量的船舶基座结构减振性能分析

夏兆旺, 史德祥, 杨淇, 曹锐, 王滢, 刘义生

2023, 43(5): 227-231.

摘要 ( )

PDF(1660KB) ( )

船舶动力设备产生的振动主要通过基座结构传递到船体，对基座区域进行减振设计是降低动力设备振动传递的有效措施。针对某型船舶动力设备的基座结构，研究振动波在阻振基座结构中的传递特性，分析阻振阻尼复合基座结构的减振性能。研究结果表明：阻振阻尼复合基座结构可有效提高基座结构的减振性能，采取阻振质量的基座输出端加速度振级降低1.2 dB，采取阻振阻尼复合基座输出端加速度振级降低4.1 dB。研究结果可为基座结构的减振设计提供参考。

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半主动悬架改进单传感器控制策略研究

李栋, 赵亮亮, 邓聚才, 刘夫云, 陈钟

2023, 43(5): 232-238.

摘要 ( )

PDF(1817KB) ( )

多数半主动悬架控制策略中将悬架振动速度信息作为判断依据，实际应用中往往通过加速度积分来获取速度信息，而在积分过程中存在的积分误差会导致控制效果不理想。针对上述问题，基于实车数据分析积分误差对半主动悬架控制策略造成的不利影响，并提出一种基于IIR 滤波器的改进单传感器控制策略。该策略避免使用存在误差的积分算法，同时将开关型的单传感器控制策略改进为连续型控制策略。在1/4 半主动悬架模型上进行仿真分析。结果表明，改进单传感器控制策略与理想状态下的单传感器算法优化效果相近，能够实现全频域上的优化。

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飞机管道疲劳性能仿真分析与试验验证

赵正大, 寸文渊, 钱进, 赵旭升, 舒阳, 陈果

2023, 43(5): 239-244.

摘要 ( )

PDF(2247KB) ( )

为解决实际工况中飞机管道疲劳性能问题，研究飞机管道安装应力环境下的疲劳寿命分析方法，首先，建立飞机管道有限元模型；然后，利用有限元软件ANSYSWorkbench 对不同轴向装配偏差情况下的管道进行模态分析以及谐响应分析；进而，提取出管道危险点应力幅值，利用材料的S-N曲线进行疲劳寿命预测。最后，设计不同安装应力情况下的管道共振疲劳试验，并对仿真结果进行验证。仿真和试验的对比结果表明：根据仿真和试验得到的管道发生断裂的位置一致，两者管道疲劳寿命循环次数契合，随着轴向装配偏差增大，管道疲劳寿命逐渐下降。

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单联和双联液压管路系统流固耦合振动特性分析

李喆, 王元元, 刘海涛, 林君哲., 韩清凯.

2023, 43(5): 245-250.

摘要 ( )

PDF(1776KB) ( )

飞机液压管路常用于发动机的燃油与滑油输送，由不同种类的卡箍将其固定，组成液压管路系统。根据管路形状不同，连接形式多样，常见的包括单联液压管路系统和双联液压管路系统。为避免复杂工作环境下因流固耦合振动而导致管路系统出现振动失效等问题，以典型的单联和双联液压管路系统为对象，基于管路本体的Euler-Bernoulli梁假设和黏弹性材料假设，采用牛顿法分别对管路和管路中的流体进行受力分析，再通过加减消元推导出管路系统的运动微分方程。然后，进行无量纲化处理，依据管路两端一般支承的边界条件求解出管路系统模态函数和频率方程，并通过Galerkin 法将单联和双联管路系统的运动微分方程在模态空间内展开，进行振动特性的计算分析，获得内部液压油的流速、压力以及质量比对液压管路系统流固耦合振动特性的影响。

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基于等效辐射声功率和形貌优化的车身结构噪声控制

苏仕见, 陈保帆, 吕世明, 赵馨月

2023, 43(5): 251-254.

摘要 ( )

PDF(1772KB) ( )

以某车型白车身为研究对象，首先建立白车身结构有限元模型并验证其有效性；随后通过对模型进行等效辐射声功率分析，得到白车身关键板件对车内的辐射噪声水平，并识别贡献量较大的结构位置；再根据分析结果构建白车身形貌优化模型并进行计算求解；最后将优化前后白车身等效辐射声功率进行对比，优化后辐射噪声在分析频段内整体降低，且最大响应峰值降低3.8 dB。研究结果表明，在汽车白车身设计阶段，基于等效辐射声功率分析和形貌优化设计可以有效地抑制结构的辐射噪声。该方法和思路可为工程领域相关的结构噪声分析和控制提供参考。

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特高压装备Box-in结构的腔内声学参数与隔声性能研究

蔡萱, 瞿子涵, 李小平, 江喜山, 金会会

2023, 43(5): 255-259.

摘要 ( )

PDF(1796KB) ( )

特高压变电站、换流站内常见的噪声治理手段是装设声屏障、Box-in 隔声罩等被动吸隔声结构，主要用在辐射声功率较大的换流变、特高压并联电抗器等设备的近场以及噪声敏感点厂界处。此类噪声治理工程的实际效果除与隔声结构的布局有关以外，还与所选结构隔声性能，甚至与设备声场的动力耦合密切相关。比如，Box-in 的隔声量与壁面材质、结构型式、室内声场分布、辐射噪声的谱特性都有关联。然而，以往研究多侧重于材料、结构设计，而对罩内声源、声场特性的关注较少。针对隔声罩内声场以及换流变的声源特征，研究某特高压换流站Box-in 内的空间声场分布，从声模态的角度解释Box-in 隔声量的差异。给出Box-in 闭空间声学参数的现场测定方案，获取典型特高压换流站Box-in 腔体的混响时间、插入损失等声学参数。基于上述研究，提出一种从空腔内声场调控的角度提高隔声罩相对隔声量的方法。

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应力板带桥动力特性与人致振动响应实测

姚彦娜, 程思远, 姚彦强, 杜慧慧

2023, 43(5): 260-267.

摘要 ( )

PDF(2423KB) ( )

开展应力板带桥动力特性与人致振动响应的现场实测工作。首先，基于环境激励和冲击法，开展该桥动力特性测试；其次，基于随机子空间法和峰值拾取法，获得应力板带桥的前三阶自振频率、振型与阻尼比；最后，基于该桥动力特性实测结果，开展单人和队列同步行走以及随机行走测试，获得桥的人致振动响应，并对其振动舒适性进行评价。研究表明：（1）应力板带桥动力系统具有典型的低频、小阻尼比（<0.002）和密集模态特点；（2）人群同步行走时的结构响应并非单人响应的线性放大；与桥面人数相比，结构振动响应对行走步频更为敏感；（3）进行振动舒适度评价时应充分考虑结构使用功能和所处环境。

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基于周期C型共振器的扩张式消声器的声学性能

习毅, 许靖伟, 李罡

2023, 43(5): 268-273.

摘要 ( )

PDF(1588KB) ( )

通过在扩张腔的径向和轴向布置周期性的具有C型共振腔的Helmholtz 共振器（Helmholtz Resonators with C-type Resonators，CHR），来提高扩张腔式消声器低频段声学性能，在提出旁支含CHR管道系统声学性能等效计算模型的基础上，采用数值解析法计算该新型消声器的声学性能，且通过有限元法证明理论分析方法的正确性。研究表明：在扩张腔的径向和轴向布置周期CHR可提高扩张腔式消声器低频段声学性能，扩张腔径向和轴向CHR的布置方式及其颈部参数对消声器的声学性能有较大影响。研究结果将为提高扩张腔式消声器低频段的声学性能提供一种新的方法和途径。

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船舶低频机械噪声预报中剪切式隔振器建模方法

吴凡, 伦宇博, 李增光

2023, 43(5): 274-279.

摘要 ( )

PDF(1588KB) ( )

针对船舶低频机械噪声预报中剪切式隔振器的阻抗特性模拟问题，基于四端参数法和连续梁理论对剪切式隔振器进行动力学理论建模并对其阻抗特性进行分析。理论计算结果表明：基于简化的弹簧-质量模型的隔振器建模方法因无法反映隔振器的驻波效应，导致模型对隔振器质量控制区阻抗特性模拟的准确性降低；基于Euler 梁理论的隔振器建模方法能够反映隔振器的驻波效应，但忽略剪切作用导致隔振器动刚度计算值明显偏大；基于Timoshenko梁理论的隔振器模型可以较为准确模拟隔振器的刚度控制区阻抗特性以及低阶驻波效应。此外，通过数值计算和试验数据对比验证基于Timoshenko 梁理论建模方法的正确性，结果表明：与不考虑隔振器弹性体质量的简化建模方法相比，基于Timoshenko梁理论的隔振器建模方法能够有效提高模型对隔振器质量控制区阻抗特性模拟的准确性。

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金属复合型摩擦阻尼器力学性能试验研究

石文龙, 虞文桂, 张浩波, 王利民

2023, 43(5): 280-285.

摘要 ( )

PDF(1985KB) ( )

提出了一种金属复合型摩擦阻尼器，通过预紧力试验和力学性能试验，研究了螺栓预紧力对阻尼器摩擦系数及摩擦荷载的影响，并以剪切型摩擦阻尼器作对照，对使用刹车片磨材的金属复合型摩擦阻尼器的力学性能进行分析。试验结果表明：摩擦阻尼器的摩擦系数会随着预紧力的增加而小幅减小，因此摩擦荷载衰减比例低于预紧力衰减比例；刹车片磨材具有良好且稳定的性能；金属复合型摩擦阻尼器滞回曲线表现为三线型，实现阻尼器的分阶段屈服，双阶段耗能效果；金属复合型摩擦阻尼器的预紧力损失和阻尼力衰减较剪切型的要更小。

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新型颗粒阻尼惯容减振器设计及其减振性能分析

郑飞云, 王宪杰, 江鑫禹, 王如双, 任浩, 雷春雨

2023, 43(5): 286-291.

摘要 ( )

PDF(2085KB) ( )

颗粒阻尼器利用颗粒与颗粒或者颗粒与容器之间的碰撞与摩擦消耗振动能量，具有优良的振动控制性能。惯容减振技术可加剧阻尼元件的耗能，具有耗能增效的作用。结合颗粒阻尼减振技术和惯容减振技术，设计一种新型颗粒阻尼惯容减振器；采用离散元软件与多体动力学软件进行联合仿真，在仿真模型基础上研究颗粒材料类型、粒径、数目、初始位移量、激振频率参数变化对减振特性的影响规律。研究结果表明：颗粒阻尼惯容减振器的减振效果随着颗粒填充率增大先增强后减弱，随着颗粒粒径减小增强；所选材料中，钢材颗粒的减振性能优于其他材料；控制其他条件相同时，振动位移越大，减振效果越好；该减振器对于不同的振动频率都具有一定减振效果，但在中高频率范围内及自振频率附近减振效果更佳。该模型仿真结果可为结构抗震及抗风设计提供参考。

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基于谱几何法的隔声测量室动力学建模

盛哲昊, 王刚, 倪俊芳, 李春明, 张永锋, 孙家圆

2023, 43(5): 292-300.

摘要 ( )

PDF(2156KB) ( )

随着噪声控制标准的不断提升和装配式建筑的快速发展，提升平板结构的隔声性能并改进其测量技术有着重要意义。基于谱几何法(Spectral Geometry Method，SGM)建立一种可用于虚拟声学测试的隔声测量室动力学模型，分别通过二维和三维傅里叶级数法得到板表面的位移和腔内声场，可确保声压与振速在任意位置的连续性。将声源腔和接收腔分别设置为混响室和消声室，并通过在拉格朗日方程中添加阻抗能量项实现任意阻抗边界。然后基于哈密顿原理充分考虑两声腔与板之间的耦合关系，得到系统的振动方程。通过与有限元模型的对比，验证了该方法的正确性、良好的数值稳定性与极高的计算效率。最后，分析弹性安装条件、接收腔厚度对于腔内声能及构件振动的影响，结果表明两者均可使板结构受到的声压激励产生变化，从而对结构的声传递产生影响。

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