噪声与振动控制

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2023年-6期封面、目次页、封底/ 2023年全年目次页

2023, 43(6): 0-1.

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多源谐波激励HEV传动系扭振建模与特性分析

陈龙, 陶磊

2023, 43(6): 1-7.

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传动系扭振已成为影响混合动力汽车舒适性和驾驶品质的瓶颈问题，而动力源谐波扭矩是引发传动系扭转振动的关键，针对行星混联式混合动力汽车混合驱动模式下多动力源耦合驱动的特点，以研究行星齿轮传动系统的扭转振动特性为出发点，建立行星齿轮传动系扭振模型和考虑谐波激励的发动机和电机动态扭矩模型，选取混合驱动模式下整车高速匀速工况，开展四种扭矩激励模式下的传动系扭振特性仿真，研究多源谐波激励输入下的行星齿轮传动系耦合振动特性。结果表明，多源谐波扭矩会导致行星传动系输出端的平均转速降低、传动效率降低；发动机谐波扭矩引起的传动系转速波动要大于电机谐波扭矩所引起的；同时考虑发动机和电机扭矩谐波，行星齿轮耦合传动过程行星齿轮的扭转振动最为剧烈，齿圈作为行星传动的输出端，其扭振成分主要包含发动机2 阶激励和电机的6 阶、12 阶激励，电机的谐波激励成分是发动机2 阶激励的2 倍之多。随着发动机与电机输出扭矩的分配比值增大，行星耦合系统中行星架和行星轮的扭转振动角加速度均方根值呈现增大趋势，而齿圈则呈现减小的趋势。

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基于球型传声器阵列的高分辨率低频波束形成算法

唐玥杨志坚

2023, 43(6): 8-15.

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球型传声器阵列广泛用于三维空间噪声源定位，其分辨率取决于阵列的尺寸和输入信号的频率，当阵列较小时，不适合对低频噪声源进行定位，此外，为实现实时定位，要求算法的计算过程简单。球谐波束形成算法计算过程简单，但其低频分辨率差，不适合布置在小型阵列上。为使用固定尺寸的小型开口球型阵列对三维空间内的低频噪声源进行定位，并且避免增大计算量，提出一种基于球谐波束形成算法的高分辨率改进算法，该算法首先通过声全息算法对空间声场进行重构，然后将重构声场作为波束形成算法的输入，最后对三维空间进行搜索，实现声源定位。所提算法的声成像图更清晰，分辨率性能指标得到提高，证明重建声场可有效改善球谐波束形成算法的低频分辨率，使其更有利于实际应用。

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多重声学超材料转子动力学及带隙特性

吕永帅, 许琦, 刘子良, 姚红良, 闻邦椿

2023, 43(6): 16-23.

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为探究利用多重声学超材料抑制转子系统振动的机理，理论研究多重超材料转子结构的动力学行为及带隙特性。建立多重超材料转子的振动微分方程；分别采用假设振型法和有限元法对模型进行离散和验证；基于无限超材料假设，推导出多重超材料转子带隙的表达式；利用谐波平衡法和特征值理论对振动方程进行求解，获得多重超材料转子稳态与瞬态动力学行为及带隙特性，并分析超材料参数对转子动力学行为及带隙特性的影响。结果表明，多重超材料转子结构形成以局域共振单元固有频率为近似中心频率的多个单独的、具有移频特性的带隙；超材料的阻尼降低结构共振区的幅值，并将单独的带隙连接到一起，扩大带隙范围。多重声学超材料可以实现转子系统稳态与瞬态振动抑制。

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某离心风机气动噪声计算与控制研究

林康, 沈承, 王斌, 胥强荣, 朱洋, 马卿,

2023, 43(6): 24-30.

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以某型号离心风机为研究对象，保留相关结构细节特征，建立三维有限元模型。基于CFD (ComputationalFluid Dynamics) 软件采用雷诺时均法对其内部流场开展稳态计算，并采用声类比积分法对风机的气动噪声进行预测。通过气动性能以及辐射噪声的试验测试和仿真结果对比来验证仿真模型的有效性。由宽频噪声模型分析可知，离心风机噪声源位置主要集中于叶片以及蜗舌附近。考虑到工程用离心风机结构改型成本较高，对叶片进行穿孔二次设计，提出一种优化的穿孔方案，探讨叶片穿孔对离心风机气动性能以及噪声声压级的影响。研究结果表明，优化后的叶片穿孔设计可降低叶片表面的压力脉动进而减少离心风机气动噪声，所提出的设计方案可使风机噪声总声压级降低2.64 dB。

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基于改进粒子滤波算法的结构响应重构

王宏强彭珍瑞

2023, 43(6): 31-37.

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针对有色噪声环境下的结构响应重构问题，提出一种基于改进粒子滤波算法的响应重构方法。首先在粒子群优化粒子滤波算法的基础上，引入权值的优化组合，以减缓粒子退化，从而提升粒子的多样性。然后将改进后的算法用于结构响应重构中，使用有限的加速度响应对未知的速度及加速度响应进行重构。最后分别对二维桁架和简支梁进行数值模拟和试验验证，结果表明与标准粒子滤波算法和粒子群优化粒子滤波算法的响应重构方法相比，所提改进算法在有色噪声环境下的响应重构精度更高。

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复合材料/结构两尺度动力学拓扑优化设计

李生, 张宪国, 刘远昊, 邱浩波

2023, 43(6): 38-43.

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基于均匀化理论，建立以结构第一阶固有频率最大为目标的宏/微观结构构型与材料分布的两尺度动力学拓扑优化模型，推导目标函数和约束函数对宏/微观设计变量的灵敏度，研究两尺度动力学拓扑优化方法。另外，采用一个修正固体各向同性材料惩罚（SIMP）模型避免局部模态现象。相关数值算例说明，该方法可以有效实现结构基频最大化的材料/结构两尺度动力学拓扑优化设计。此外，通过算例研究复合材料的弹性模量对优化结果的影响规律。

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随机声阵列分区编码多目标优化构型

赵化良, 刘志红, 李超, 马鸣,

2023, 43(6): 44-50.

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为解决多声源声阵列测量空间分辨力差、阵列构型复杂度高以及盲目性强的问题，提出一种分区编码多目标优化随机阵构型方法。基于声阵列测量及孔径理论，以多环同轴圆环阵为基础阵进行阵列分区，设置阵列分区方式及其结构约束，联合阵列性能评价参数构建多目标价值函数，构建候选点的分区编码和阵元分布均匀性的交叉算子，形成带有精英保留策略的快速非支配多目标优化算法，进行多目标求解得出最优随机阵构型。经仿真和实验验证，结果表明该方法可使阵列构型更简易精确，多声源空间分辨率更高。

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针对大型舰船的新型分布式主动振动控制算法

李经良, 陆洋

2023, 43(6): 51-56.

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通过抑制螺旋桨等旋转设备引起的结构低频振动，可有效降低艇体低频声辐射。基于多通道自适应控制算法的主动振动控制技术由于减振效果好、重量代价小、频率自适应能力强等优点已成功应用于各型舰船中。对于大型舰船，需要更多的作动器和误差传感器形成更大规模的多通道系统才能满足减振需求，这将导致各误差通道耦合更复杂和运算量剧增，现有集中式算法的嵌入式系统为完成此大规模多通道系统庞大的运算量，将需要更高性能的运算单元和存储器，从而导致工程实现十分困难。借鉴无线传感器网络中的增量协作策略环形拓扑结构来优化误差通道的耦合关系，提出一种适合于大规模多通道系统的分布式主动振动控制算法。以某大型舰船旋转设备安装结构为仿真模型，开展规模为20×20 的减振仿真研究，仿真结果表明：双频仿真平均加速度级衰减26 dB，单频仿真加速度级衰减约27.5 dB，运算量均可降低约77 %。验证所提分布式算法在有效抑制艇体低频振动前提下，可显著降低运算量。

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敷设吸声覆盖层复杂目标的目标强度计算

加林, 陶猛

2023, 43(6): 57-61.

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提出一种获取非刚性板块元法中反射系数项的方法，来解决复杂目标敷设空腔型覆盖层后目标强度的计算问题。首先计算平面波斜入射条件下覆盖层的反射系数，将其代入非刚性表面目标特性的板块元方法中来计算目标强度；随后分别采用有限元法和该方法求解敷设空腔型覆盖层的刚性球模型，两种方法的计算结果符合较好，此计算方法的有效性得到验证；最后基于该方法计算敷设圆柱型空腔覆盖层的标准潜艇模型。结果表明：0 到4 kHz内，随着频率的增大，敷设圆柱型空腔覆盖层的目标强度降低值越大；同一频率下，方位角140 度到160 度范围内目标强度降低值比其他方位角高一半左右。

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嵌入管式亥姆霍兹共振器的幅频调控及设计应用

李炜融, 周国建, 李秋彤, 刘艳, 谢文韬, 熊亚军

2023, 43(6): 62-68.

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嵌入管式亥姆霍兹共振器的管体位于共振腔内部，可压缩亥姆霍兹共振器结构体的厚度，利于轻薄化应用。为探究嵌入管式亥姆霍兹共振器的幅频调控机制，利用传统亥姆霍兹共振器的吸声原理，推演其吸声理论模型，并确定其阻抗匹配结构设计计算公式；随后制备并测量不同结构参数的单胞样件，通过分析结构参数对共振频率及共振幅值的影响，揭示其结构参数的幅频调控机制；最后结合多单元耦合特性，设计嵌入管式共振器多腔耦合吸声单元。结果表明，在频率396 Hz～501 Hz范围内，该吸声单元平均吸声系数大于0.95。对结构参数调控机制的研究成果可用于指导嵌入管式亥姆霍兹共振器结构设计，以进一步提高优化设计效率。

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基于接触有限元的跨接齿轮啮合刚度计算及激励特性分析

雷智洋, 陈彦齐, 夏极, 黄志伟, 黄修长

2023, 43(6): 69-73.

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针对齿轮内部激励及齿轮副激励力特性问题，建立跨接齿轮三维有限元模型，基于接触有限元方法对跨接齿轮开展时变啮合刚度的计算；在此基础上建立跨接齿轮-轴-轴承模型，基于有限元软件隐式动力学计算方法，进行动态响应及激励力的计算。结果表明，采用接触有限元方法能够得到跨接齿轮的考虑初始啮合相位的时变啮合刚度，动态激励力以啮合频率为主，伴随有以转动频率为调制频率的边频带。

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干式铁心电抗器设备振动及其能量俘获特性研究

路永玲, 刘建, 王真, 薛海, 胡成博, 吴义鹏

2023, 43(6): 74-80.

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针对干式铁心电抗器在运行过程中的机械振动问题及故障监测需求，采用非接触测振方案对一典型电抗器设备进行振动测试与分析，提出一种基于压电材料的振动取能技术，从理论角度给出设备运行时的最大取能效率。在此基础上，介绍两种结构设计简单、加工制造成本低、运行可靠性高的梁式压电俘能器，能分别有效匹配电抗器结构中100 Hz和300 Hz的机械振动频率，并实验验证理论模型。结果表明，干式铁心电抗器最大振动幅值发生在底座槽钢部位，当10 kV干式串联电抗器运行电流在113 A时，底座槽钢处的振动加速度幅值为0.27 m/s2，频率为300 Hz，所设计的压电俘能器原型最大能输出约82 μW的电功率，满足温度监测等低功耗传感器的功耗需求。

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缝隙对飞机副翼舱声振特性的影响研究

钟家斌, 于哲峰

2023, 43(6): 81-87.

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针对飞机副翼舱缝隙可能导致舱内结构产生剧烈流致振动的问题，运用ANSYS软件分别建立副翼舱结构、声腔以及声固耦合系统有限元分析模型，进行结构模态分析、空腔声学模态分析和声载荷谐响应分析。基于亥姆霍兹共振理论，建立含缝隙副翼舱内部空腔共振频率与缝隙宽度的关系，结果表明频率变化趋势与ANSYS软件分析结果吻合。声固耦合分析表明，空腔模态频率受缝隙宽度影响明显，当空腔频率与结构频率接近时，两者的耦合系统会出现两个振动模态，副翼舱结构在声载荷作用下出现较大振动响应。研究成果为噪声环境下含缝隙航空薄壁空腔结构的分析和设计提供有效的方法。

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改进MVMD方法及其在轴承故障诊断中应用

王前, 王鑫, 宋秋昱, 江星星

2023, 43(6): 88-94.

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随着多传感器采集系统的发展，多元信号的同步处理变得尤为重要。多变量变分模式分解（MultivariateVariational Mode Decomposition，MVMD）方法是一种在变分模式分解方法基础上发展起来的多元信号分析方法，具有物理意义清晰、抗干扰能力强等特点。然而，须预先设置分解模式个数和带宽平衡参数对其在实际工程中的应用产生限制。为此，提出一种改进MVMD方法。该方法构建带宽估计策略和MVMD单分量迭代分解策略，能够合理确定带宽平衡参数，并在固定带宽下基于峭度准则迭代分解出故障分量。多通道的轴承故障试验信号分析结果表明：提出的方法能够合理确定目标分量的带宽，且无须预设模式分量个数；该方法运行所需时间为8.3 s，相较于传统的固定参数MVMD、多维经验模态分解和快速谱峭度，可在没有损失时间效率的前提下更准确地识别出多通道故障特征。

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一种滚动轴承早期故障特征提取方法

崔奔, 张文斌, 郭盼盼

2023, 43(6): 95-100.

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针对滚动轴承早期故障受噪声污染大，故障特征频率难以提取而导致的故障诊断困难问题，提出一种新的滚动轴承早期故障特征提取方法。首先利用泰尔指数(Theil Index，TI)对滚动轴承进行健康状态评估，并检测出状态异常的信号；然后对异常信号进行奇异谱分解(Singular Spectrum Decomposition，SSD)得到若干分量，以方差贡献度为标准筛选出最佳分量；最后通过蜜獾算法(Honey Badger Algorithm，HBA)优化的最大相关峭度解卷积(MaximumCorrelated Kurtosis Deconvolution，MCKD)对最佳分量进行降噪处理，并对降噪处理后的信号进行包络解调分析提取出故障特征频率。通过两个数据集的分析，验证所提方法的有效性。

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基于图卷积神经网络的滚动轴承故障诊断

谭启瑜, 马萍, 张宏立

2023, 43(6): 101-108.

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滚动轴承在噪声环境下发生故障时其振动信号往往呈现出非平稳、特征混叠、故障特征易被噪声淹没等特点，为更有效地挖掘其在强噪声环境中的故障特征，提高诊断准确率，提出一种基于图卷积神经网络（GraphConvolutional Networks，GCN）的滚动轴承故障诊断方法。首先，通过快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）将振动信号转化为频域信号，并根据变换后的频谱定义节点和边，将故障信号构造为全连接图；然后，利用GCN提取全连接图的节点特征；最后，使用全连接层和Softmax 作为分类器对提取的节点特征进行分类识别。实验结果表明，所提方法与机器学习、深度学习和其他图神经网络诊断模型相比，准确率更高，抗噪性更好，可有效实现强噪声背景下端到端的滚动轴承智能故障诊断。

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基于LS-DTW和优化k-medoids 的磨音信号聚类分析

万俊良, 罗小燕, 邓涛

2023, 43(6): 109-116.

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磨音信号是反映磨机运行状态的一个重要参数，准确区分不同状态下的磨机信号将直接影响后续磨机运行参数优化的结果。通过聚类算法可以对磨音信号进行分类，为使磨音信号聚类效果更优，不仅需要类内距离小，还需要类间距离尽可能大。由此提出一种基于局部稳定性加权动态时间规划(Local Stability Dynamic Time Warping，LSDTW)和优化k-medoids 的磨音信号聚类方法。首先为克服动态时间规划(Dynamic Time Warping，DTW)得到的计算结果对噪声高度敏感的缺点，使用局部稳定性估计对DTW加权计算来降低噪声对计算结果的影响，其次针对k-medoids聚类需要多次计算才能确定聚类个数的不足，提出使用异常迭代模式(Abnormal Pattern，AP)优化k-medoids 方法选取代表性的初始集群中心。采用优化k-medoids 方法对LS-DTW的结果进行聚类分析，以平均轮廓系数作为评价标准，对比LS-DTW-k-medoids、DTW-k-medoids、DTW-优化k-medoids、k-means++算法效果可知，经本文方法聚类后，类内紧致性更优。

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基于谱图小波自适应阈值降噪的滚动轴承早期故障诊断

梁伟龙, 马萍, 王小荣, 张宏立

2023, 43(6): 117-122.

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针对滚动轴承早期故障信息微弱，被强大噪声干扰的问题，基于谱图理论在图谱域构建小波系数以分析图信号中包含信息的思想，提出一种谱图小波自适应阈值降噪（Spectral Graph Wavelet-adaptive Threshold Denoising，SGW-ATD）的滚动轴承早期故障诊断方法。首先，将一维振动信号转换为路图信号，引入谱图小波变换将路图信号分解。其次，保留低频尺度系数，构建自适应阈值对高频系数进行阈值处理，通过谱图小波逆变换得到降噪信号。最后，为进一步抑制噪声，求取降噪信号的自相关函数，通过对自相关函数进行包络谱分析实现故障特征提取。将所提方法与其他几种经典降噪方法进行对比；结果表明，所提方法得到的降噪信号信噪比更高，可以更有效地实现滚动轴承早期微弱故障诊断

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时频特征降维和多层次聚类相结合的轴承故障诊断新方法

柳霞蒋淑霞张长伟何泽江刘文

2023, 43(6): 123-128.

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从含噪信号中判断滚动轴承是否发生故障，同时确定故障发生位置和缺陷程度，针对这一轴承工作状态监测的核心问题，提出一种结合小波频带剖分、主成分分析、多层次聚类的滚动轴承故障诊断方法。首先，利用小波最优分解层数将获取的原始信号进行小波包分解得到小波能量谱；然后另取18 个时域频域特征指标共同构成特征参数集，再经主成分分析处理，将参数集降到合适的维数；最后利用最佳类间距、样本间距组合和聚类有效性评价建立多层次聚类挖掘系统。实验和应用案例表明：该方法能够准确有效地诊断滚动轴承的不同故障类型和损伤程度，准确率达99.3 %，可为轴承状态监测与智能故障诊断提供有效的理论参考。

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复合隔声结构隔声性能分析及试验研究

夏兆旺, 吴项君, 杨淇, 杨正奇, 王宗耀, 王一飞

2023, 43(6): 129-134.

摘要 ( )

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将隔声结构应用于机械、船舶和土木等领域，以复合隔声结构为研究对象，通过传递矩阵法推导复合隔声结构隔声量的计算方法。建立复合隔声结构的分频段仿真分析模型，研究复合隔声结构在100 Hz～5 000 Hz频段内的隔声性能，并进行试验验证。研究结果表明：在100 Hz～5 000 Hz频段内，仿真结果与试验结果的单值评价隔声量误差小于2.0 dB；通过对结构的优化设计，复合隔声结构可以实现面密度小于20 kg/m2，隔声量大于35.0 dB的综合指标；通过复合隔声结构的材料厚度和平板厚度的组合设计均可提高其隔声性能。

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基于多分支卷积神经网络的轴承变工况故障诊断

王贡献, 付泽, 胡志辉, 张淼

2023, 43(6): 135-141.

摘要 ( )

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针对采用单信号为输入的滚动轴承智能故障诊断方法存在诊断精度低、噪声鲁棒性差和难以适用于变工况等问题，提出一种多分支卷积神经网络(MBCNN)用于轴承故障诊断。该方法基于多尺度均值化对轴承振动信号进行重构，利用MBCNN的多个并行的分支从重构子信号中提取丰富互补的故障特征，采用残差学习和全局平均池化层改善模型的训练性能，建立基于微调的迁移学习策略以实现变工况故障诊断，并进行实验验证和对比分析。结果表明：所提出方法在变噪声实验中识别准确率为97.1 %～100 %，在不同迁移路径上诊断准确率高于98.8 %，证明该方法具有良好的抗噪声能力和跨域故障诊断效果。

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基于掩码自编码技术的变压器故障声纹诊断方法研究

刁冠勋唐懿颖张阳邵宇鹰王枭姜黛琳

2023, 43(6): 142-148.

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电力变压器作为电力系统中电能转换与能量传输的核心设备，其可靠运行对电力系统的安全运行有着极为重要的意义。近年来随着边缘计算在电力设备诊断方面的应用不断盛行，受限的硬件算力对算法的计算量提出了新的要求。对此提出一种基于声纹识别与掩码自编码技术的变压器故障诊断方法。首先，将采集的变压器辐射声音信号进行梅尔频谱计算和归一化处理得到声纹特征；其次，将声纹特征运用掩码自编码器进行训练，得到可用于对特征降维的编码器；最后，利用卷积神经网络对编码后的变压器声纹特征进行识别和分类。实验结果表明，该方法在掩码比例为40 %的时候能达到93.75 %故障识别精度，识别准确率高于对比算法。此外，相对于没有采用掩码自编码的分类算法，该方法在提升17.26 %准确率的同时，将计算量缩减为不到原来的1 %，可有效降低变压器检测的计算量。

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基于实测数据的环线地铁钢轨波磨特征分析

焦朋宇, 王文波, 关庆华, 温泽峰, 李利庆, 李永

2023, 43(6): 149-156.

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介绍钢轨波磨现行的主要分类方法和评价标准。以某环线地铁为例，对全线不同线路条件和轨道类型的钢轨波磨进行检测，按照轨道类型、曲线半径、线路型式以及曲线高、低轨来对比分析钢轨波磨的典型特征；使用BSEN ISO 3095 标准对钢轨波磨进行量化评价。结果表明，该线路波磨分布最广的为普通扣件轨道，300 m～400 m半径曲线轨道，缓和曲线以及低轨。钢轨波磨出现频次最高的为钢弹簧浮置板轨道，200 m～300 m半径曲线轨道，圆曲线和低轨。各种轨道类型上都存在25 mm～50 mm波长波磨，400 m半径曲线轨道上的波磨波长分布最广，圆曲线和缓和曲线上波磨波长分布特征基本相同。

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城市轨道交通车内噪声特性及贡献率分析

周豪, 冯青松, 尹华拓, 罗信伟, 刘庆杰

2023, 43(6): 157-162.

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以某城市轨道交通B型车为研究对象，通过现场实测分析不同速度条件下司机室内和客室内噪声时域变化规律和频谱特性。基于统计能量分析理论建立B型车车内噪声预测模型，通过实测结果对比验证模型的准确性，最后研究车体结构及轮轨噪声源对车内总声压级的贡献率。结果表明：所建立的车内噪声预测模型可以较为准确地预测城市轨道交通车内噪声，且计算效率高。列车速度从75 km/h 增大到115 km/h，司机室内噪声增大3.9 dB(A)～5.2 dB(A)，客室声压级增大3.6 dB(A)～5.2 dB(A)；列车车速每增大10 km/h，司机室内声压级增大约1.36 dB(A)，客室内声压级增大约0.9 dB(A)～1.0 dB(A)；车内转向架上方测点声压级大于车厢中部噪声，差值为0.3 dB(A)～1.7 dB(A)。车内噪声源主要来自于轮轨噪声和车体底板声辐射，车体侧墙、车门和车窗对车内声压级的贡献整体较小。

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基于有限元/边界元的拖拉机驾驶室振动噪声分析

陈国杰, 谢坤, 董万静

2023, 43(6): 163-167.

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首先建立拖拉机驾驶室的结构有限元模型，在驾驶室底部四角处设置力激励计算结构振动响应，并以此作为驾驶室声学模型边界条件，进而获取驾驶员耳旁声压响应。在此基础上，通过分析频响曲线不同共振频率时驾驶室面板对耳旁声压贡献量，发现左右侧板和前挡风板等对耳旁声压正贡献量最高。最后，在正贡献量较大的面板上敷设吸声平板以有效降低耳旁声压。

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不同波段高低不平顺与车体垂向振动加速度关系分析#br#

闫子权, 李再帏, 孙林林,

2023, 43(6): 168-172.

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保证高速列车运行的平稳性与舒适性，是高速铁路运营的核心问题；高低不平顺作为车体垂向振动的主要激励源，其与车体垂向振动加速度的关系是基础性科学问题。为有效地构建高低不平顺与车体垂向振动加速度映射关系，首先，分析轨检数据的时域波形特点，利用二进制小波分析获取不同频段下高低不平顺与车体垂向振动加速度的时频分布特征；其次，引入分形维数计算方法，采用变差法计算高低不平顺与车体垂向振动加速度的分形维数；最后，利用线形回归分析方法构建两者间的映射关系。结果表明：高低不平顺与车体垂向振动加速度在时域波形极值处有一定的对应性；两者的分形维数随着波长的增加呈现逐渐减小的趋势，在波长大于8 m的区段的定量化映射关系明确；分形维数可为解决车体振动加速度超限问题提供新的思路，建议进一步地进行相关深化研究。

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自通风牵引电机离心风扇气动噪声的快速预测

张伟, 康炜, 庞聪, 刘永强, 贾喜勤, 王文庆

2023, 43(6): 173-177.

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为缩短自通风牵引电机风扇噪声的预测周期，同时保持较高的预测精度，引入代理模型技术，基于电机稳态流场结果快速预测电机风扇噪声的声功率级。首先通过网格无关性验证和风量测试校核自通风电机稳态流场仿真方法，并开展15 种电机/风扇结构、多转速下共68 组稳态流场计算；然后依据GB/T 25123.2－2018 和GB/T 25123.4－2015 测试电机相应工况下的噪声声功率级；并通过相关性分析和显著性检验从8 种稳态流场数据结果中选出7 种参数作为输入，以电机噪声声功率级作为输出，建立初始样本集；最后建立样本筛选规则，选出61 组样本建立组合代理模型。经分析，建立的代理模型决定系数为0.993，交叉验证结果显示最大绝对误差为3.0 dB(A)，平均绝对误差为1.0 dB(A)，满足工程应用要求，可大幅降低电机离心风扇噪声预测周期。

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高性能道床系统减振降噪效果数值计算分析

王志强, 靳海葆, 杨巧云, 樊永欣, 蔡斌

2023, 43(6): 178-183.

摘要 ( )

PDF(2045KB) ( )

高性能减振道床主要由钢轨、减振扣件、预应力道床板、道床隔振垫等组成，通过采用高性能减振扣件和道床隔振垫两级隔振措施，具有良好的减振降噪效果；减振扣件中含有谐振质量，在其设计频率处具有一定吸振效果。普通轨道的钢轨通过普通扣件直接固定于轨道基础结构上，仅有一级隔振。利用数值计算手段，通过对比两种轨道用于箱梁高架桥时高架桥结构的辐射声功率，分析高性能减振道床的减振降噪效果。高性能减振道床轨道(8 kN/mm)与扣件刚度为60 kN/mm的普通轨道相比，在10 Hz～150 Hz频段，高性能减振道床轨道有良好的减振降噪效果显著，可有效地降低传递到高架桥的激励力、高架桥结构振动能量及辐射声功率。

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高架桥上浮置板轨道动力性能及影响因素

李铸珅, 张媛, 闫宇智, 战家旺

2023, 43(6): 184-189.

摘要 ( )

PDF(2155KB) ( )

以城市轨道交通高架桥钢弹簧浮置板轨道为研究对象，通过数值模拟的方法分析钢弹簧浮置板对行车安全性和桥梁振动特性的影响。在此基础上分析研究列车运行速度、浮置板厚度、钢弹簧刚度、钢弹簧阻尼、剪力铰形式等参数对桥梁结构动力性能的影响规律。结果表明：钢弹簧浮置板具有良好的减振效果，且对行车安全性指标的影响较小，有较大的安全余量；各项参数对行车安全性的影响均较小；列车运行速度对钢弹簧浮置板减振效果影响较大，但是具有随机性；浮置板厚度由0.24 m增至0.39 m时，减振效果可增加3.21 dB；钢弹簧刚度从5.7 kN/mm增至8.9 kN/mm时，其减振量降低0.33 dB；钢弹簧阻尼对减振效果影响相对较小；剪力铰的存在可以提高行车安全性和减振效果，但是不同剪力铰形式对桥梁振动响应和减振效果的影响较小。

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某双质量飞轮共振问题的分析与改善

张贵辉, 石磊, 陈闯, 李健, 马俊明, 张忠仁

2023, 43(6): 190-195.

摘要 ( )

PDF(1850KB) ( )

某乘用车搭载1.5 T四缸发动机，匹配湿式双离合（Wet Double Clutch Transmission，WDCT）变速箱，在NVH调校时，系统会在发动机启动工况或发动机转速下降至450 r/min左右时产生共振，且共振持续时间长，整车抖动严重。通过研究分析确定该问题是由于双质量飞轮的低刚度致使发动机转速与整车动力传动系统的共振频率耦合导致。为进一步解决该共振问题，采集此整车共振工况下的转速波动信号。基于AMESim软件搭建双质量飞轮的多自由度动力学仿真模型和模态分析模型，通过仿真分析确定双质量飞轮的初次级飞轮转动惯量、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，得到共振问题的解决方案并进行试验验证。结果表明，减小弹簧刚度、增大基础阻尼力矩以及优化初次级飞轮的惯量可以有效降低双质量飞轮的共振转速和共振振幅，提升整车的NVH特性。

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船舶动力设备基座减振优化设计与试验研究

张鑫, 李坚波, 陈林, 李江涛, 叶帆, 叶曦

2023, 43(6): 196-201.

摘要 ( )

PDF(2411KB) ( )

考虑设备的激励特性，对某型船柴油发电机组隔振装置基座进行减振优化设计。采用针对特征峰控制的结构优化以及施加阻尼的措施，以传递到基座根部船体结构处的振动加速度水平为评价指标，通过数值分析研究局部结构加强以及不同阻尼敷设区域、阻尼厚度和阻尼形式等因素对基座减振效果的影响。结合重量、工艺等因素，提出基座减振优化设计方案，并通过模型试验验证优化方案的减振效果。实测结果表明，优化后基座在10 Hz～5 kHz频段内减振效果提高了4 dB。

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大型远洋客船靠港空气中辐射噪声评估研究

王献忠, 张浩, 陈頔, 吴嘉兴

2023, 43(6): 202-207.

摘要 ( )

PDF(1938KB) ( )

随着最新修订《噪声污染防治法》的实施，坚持打造生态绿色港口，针对国内外目前缺乏的大型远洋客船靠、离港时空气中辐射噪声特性进行分析研究。根据远洋客船靠、港口时的不同模式，对远洋客船主要空气辐射噪声源进行讨论、简化及等效研究，并基于经验公式对声源功率级进行计算。建立VISTA级大型远洋客船和上海吴淞口国际邮轮港口数值模型，确定远洋客船声源位置及等效设定，考虑声吸收效应和声障板遮蔽效应，利用声线法对远洋客船不同模式下的辐射声场分布进行计算。

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燃煤发电厂锅炉岛的噪声治理研究

阮学云, 张馨月, 魏浩征, 陈迎东, 贾世林

2023, 43(6): 208-215.

摘要 ( )

PDF(2862KB) ( )

为减少某燃煤发电厂噪声污染，改善职工和附近居民的工作和生活环境，针对发电厂锅炉岛进行噪声治理。首先根据现场实测数据在分析噪声源频谱特性的基础上提出用隔声、吸声、消声技术和阻尼减振等措施的噪声综合治理方案。进而基于Cadna/A软件建立的声学模型模拟预测治理方案的降噪效果，结果表明发电厂测点噪声值均达到治理目标。最后根据实际治理后的检测结果进一步验证软件计算的可靠性，发电厂各测点达到国家规定噪声标准。国内燃煤发电厂大多为传统布局，各设备布局相似，研究设计的降噪方案及具体措施可为同类发电厂锅炉岛的噪声治理提供实际工程经验，具有较大的社会效益。

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基于LMS Virtual. Lab调相机机房噪声仿真分析

陈传敏, 杜鹏宇, 郭兆枫, 刘松涛,

2023, 43(6): 216-220.

摘要 ( )

PDF(1728KB) ( )

特高压直流输变电工程以其输送距离长、送电容量大、传输稳定性优良、可以灵活控制等各种优势在电力传输领域具有广阔的应用前景。其中,调相机作为直流输变电工程的重要组成部分,可以改善电网功率因数，维持电网电压水平。目前,调相机本体的噪声问题影响着电网工人、周边居民的身心健康，对周边声环境造成污染，已经成为直流电网建设快速发展的重要挑战。因此研究调相机机房内外声场的分布对于噪声控制意义重大。根据声场有限元方法，在LMS Virtual. Lab中建立调相机机房声场仿真模型，并计算得到换流站调相机机房声场分布。之后通过与实测数据进行对比，验证仿真方法的准确性，并对模型进行优化改良，研究成果可以对调相机机房的后续降噪措施提供相应理论模型基础。

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列车激励下钢框架结构不同形式楼板振动特性分析

卢华喜, 周领, 刘美豪, 吴必涛, 梁平英

2023, 43(6): 221-227.

摘要 ( )

PDF(2301KB) ( )

为分析列车激励下钢框架结构3 种不同楼板形式的振动差异，使用ANSYS有限元软件建立轨道-路基-土体-钢框架结构耦合振动分析模型，为方便建模及提升求解效率，以刚度等效为原则分别对3 种楼板进行合理的等效简化，并使用模态分析方法验证楼板等效模型的可靠性。通过瞬态动力分析得到列车激励下钢框架结构3 种楼板形式的振动规律。结果表明：总体上组合楼板的振动位移峰值均大于另外2 种楼板，但三者之间最大相差不超过2 %；3 个方向上组合楼板的加速度峰值总体上均大于另外两种楼板，在Y方向上，3 种楼板的振动加速度峰值差距最大，最大达到15 %左右；X、Y 方向上3 种楼板的振动加速度峰值随楼层的增加变化幅度较大，最大值均出现在顶层(第五层)，Z 方向上3 种楼板的振动加速度峰值随着楼层的增加先增大后减小，最大值出现于第四层。

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橡胶混凝土隔离桩对隧道振动辐射的阻隔作用

殷东昊, 金浩, 夏瑞萌, 顾兴宇

2023, 43(6): 228-232.

摘要 ( )

PDF(2028KB) ( )

为减少城市轨道交通运营过程中经由隧道区间传播至地表的振动，基于雄安至北京大兴机场R1 线明挖区间，对区间内橡胶混凝土隔离桩隔离进行研究。采用ABAQUS建立隧道-地层模型，对等高式、上穿式、下插式、阻隔式等四种工况进行减振效果分析。研究结果表明：等高式工况，最大可使地表振动加速度减小28.5 %，振动加速度级降低5.5 %；上穿式工况，最大可使地表振动加速度减小27.2 %，振动加速度级降低2.1 %；下插式工况，对辐射振动的整体阻隔作用显著，最大使地表振动加速度减小28.1 %，振动加速度级降低5.4 %；阻隔式工况，最大可使地表振动加速度减小25.9 %，振动加速度级降低4.4 %。

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穿孔板-膜腔复合型隔声板隔声特性研究

胡世尧, 叶天贵, 李青霞, 上官洋, 靳国永

2023, 43(6): 233-239.

摘要 ( )

PDF(2294KB) ( )

为解决动力设备运转过程中所产生低频噪声的问题，在薄膜型声学结构的基础上，提出一种穿孔板-膜腔复合型声学结构，采用有限元方法探究结构的声振特性及其隔声机理。以穿孔板-膜腔复合型声学结构为基础，建立大尺寸隔声壁板模型，系统探究结构尺寸、材料参数及构型方式对其隔声性能的影响规律，并结合仿真结果提出一种多层薄膜型穿孔板-膜腔复合型隔声板设计方案，可有效拓宽结构隔声频带，改善隔声性能。

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内衬泡沫复合材料层合圆柱壳隔声特性分析

李彬, 田颖, 闻健, 王宁, 赵俊雅

2023, 43(6): 240-246.

摘要 ( )

PDF(2181KB) ( )

基于复合材料火箭整流罩腔内噪声被动控制方法，将装载精密仪器的整流罩圆柱段等效为圆柱壳，采用仿真分析和实验测试相结合的方法探究内衬泡沫复合材料层合圆柱壳的中低频(100 Hz～1 000 Hz)隔声特性。基于Virtual. Lab Acoustic 声学软件建立有限元模型，并搭建实验平台，通过实验测试圆柱壳腔内响应以验证中低频下模型的正确性。仿真分析100 Hz～1 000 Hz频段下内衬三聚氰胺泡沫（Melamine Foam，MF）厚度、敷设率和敷设位置等因素对复合材料层合圆柱壳隔声性能的影响规律。结果表明：在300 Hz～1 000 Hz频段，随内衬泡沫厚度增加，复合材料层合圆柱壳隔声量增大；在430 Hz～1 000 Hz频段，内衬泡沫敷设率在25 %、50 %和75 %时，复合材料层合圆柱壳分别能达到17.24 dB、17.81 dB和19.05 dB的隔声效果。

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电涡流阻尼器抑制立式凝泵振动的试验研究

汪帅, 沈德明, 杨建刚

2023, 43(6): 247-252.

摘要 ( )

PDF(2272KB) ( )

为解决电厂立式凝结水泵振动问题，开展涡流阻尼器的减振试验研究。模拟立式凝泵结构搭建试验台，通过改变电涡流阻尼器阻尼比、质量比和主系统振幅探究这3 个因素对减振效果的影响。结果表明，电涡流阻尼器可以抑制立式凝泵在共振区间内的振动；阻尼比对减振效果影响较大，存在一个最佳阻尼比使减振效果最佳；一定范围内质量比越大减振效果越好，超过这个范围后继续增加质量比带来的减振效果已不具性价比；主系统原始振动大小对减振效果影响较小。

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不同运动模式下单人竖向足底力实测研究

董华, 崔航, 张义, 孔凡, 何卫,

2023, 43(6): 253-262.

摘要 ( )

PDF(3090KB) ( )

针对行人常见的运动模式，通过可穿戴式测力鞋垫开展单人步行、跑步、跳跃、左右摇摆、屈伸律动和上/下楼梯工况下的测力实验，获得不同运动模式下行人的竖向足底力。基于大量样本的数据统计分析，获得不同运动模式下的人致荷载模型。实验结果可丰富现有的人致荷载数据库，为构建特定工况下的人致荷载模型提供参考。

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精准调频钢轨阻尼器设计及试验研究

李晓露, 樊永欣, 尹绪超, 黄承

2023, 43(6): 263-269.

摘要 ( )

PDF(2426KB) ( )

针对钢轨阻尼器仅在较窄的频段范围内降低钢轨振动的特性，首先从理论上推导频率匹配准确性对钢轨阻尼器减振效果的影响，发现钢轨阻尼器的固有频率与钢轨振动频率匹配较好时，能够产生良好的减振效果；随后设计一种可精准调频的新型钢轨阻尼器结构，其固有频率不受夹紧力影响且对制造加工误差不敏感；最后，以5 m长钢轨1 阶模态185 Hz为目标频率开展钢轨阻尼器模拟计算及试验研究，通过锤击测试和落锤测试验证该精准调频钢轨阻尼器在目标频率附近具有显著的减振效果。

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蜂窝芯型挡块的设计及抗震性能研究

顾鑫, 常军

2023, 43(6): 270-274.

摘要 ( )

PDF(2015KB) ( )

针对国内桥梁抗震挡块大都因采用混凝土材料且缺乏规范指导而导致脆断成为常见震害，基于蜂窝结构面内压缩耗能的特点并结合“保险丝”理念，设计出一种新型蜂窝芯型抗震挡块。通过有限元软件对蜂窝芯型挡块进行数值模拟分析，结合挡块力-位移曲线图，发现挡块的承载力强，强度曲线清晰。结果表明：与常规混凝土挡块的脆断破坏相比，蜂窝芯型挡块的延性变形能力可以保证主梁位移不会突然加大且能保持足够的刚度；随着位移的增加，蜂窝芯型挡块强度呈现先上升后下降的趋势，耗能能力强；蜂窝芯型挡块的结构形式简单，传力路径明确，震后修复便利，可以在实际工程中推广应用。

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负刚度-惯容阻尼器对隔震结构减震性能提升研究

孟亮, 马洪伟

2023, 43(6): 275-281.

摘要 ( )

PDF(2240KB) ( )

为进一步控制地震作用下基础隔震结构的地震响应，融合负刚度与惯容的减震优势，开展了负刚度-惯容阻尼器（Negative Stiffness Inerter Damper，NSID）对隔震结构减震性能提升研究。基于NSID-隔震结构耦合系统的状态空间方程，推导了Clough-Penzien 谱输入下耦合系统随机地震响应；综合NSID设计成本和隔震结构减震性能提升需求，提出了基于成本控制的NSID 参数优化方法；通过对比NSID、黏滞阻尼器（Viscous Damper，VD）、负刚度阻尼器（Negative Stiffness Damper，NSD）、惯容阻尼器（Viscous Inerter Damper，VID）对隔震结构在近场脉冲型地震作用下的控制效果，阐明了NSID对隔震结构减震控制的优势。研究结果表明：基础隔震复合NSID的减震措施可以有效降低隔震结构的隔震层位移，以及上部结构层间位移和绝对加速响应；由于负刚度元件的存在，NSID对隔震结构位移的控制效果稍劣于VID，但优于NSD和VD；优化设计的NSID综合了惯容和负刚度对隔震结构层间位移和绝对加速度的控制优势，对隔震结构层间位移和绝对加速度的控制效果优于VD、VID和NSD。

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基于锤击试验的钢轨扣件动刚度矩阵的测定

孙海波, 圣小珍, 何光辉, 岳松涛,

2023, 43(6): 282-288.

摘要 ( )

PDF(2214KB) ( )

根据扣件与钢轨的相互作用和力系简化理论，定义扣件的动刚度矩阵，并基于锤击试验提出一个确定该矩阵的试验方法。首先把一段很短的钢轨按照现场情况安装在轨枕上，并视钢轨为刚体。然后用力锤在特定位置和方向激励钢轨，同时测量锤击力和钢轨特定位置的响应，得到相应的频率响应函数。接着根据动量定理和动量矩定理在频域中建立钢轨的运动方程。最后从这些方程中解出扣件的动刚度矩阵。运用所建立的方法，测试我国高速铁路无砟轨道常用的WJ-8B扣件的动刚度矩阵。结果表明：提出的方法简单易行，且结果具有很好的重复性；扣件各动刚度的绝对值总体上都随频率的增长呈现上升的趋势，但在扣件系统的特征频率上会出现低谷或峰值，表现出明显的模态特征；在多数频率，平动动刚度的绝对值要远大于转动动刚度，且以垂向动刚度最大。

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特高压变电站厂界环境噪声排放测量及计算

周兵, 王延召, 胡静竹, 倪园, 刘震寰, 廖正海

2023, 43(6): 289-294.

摘要 ( )

PDF(1890KB) ( )

为掌握特高压变电站厂界环境噪声排放水平、评估工程设计及环评阶段噪声计算准确性，对实际运行的某特高压变电站厂界环境噪声及控制区边界噪声进行现场实测，并与计算值进行对比分析。结果表明，变电站噪声控制区边界噪声排放满足2 类声环境功能区噪声排放限值要求，电抗器侧厂界夜间噪声高出2 类标准值0.6 dB(A)～11.1 dB(A)；商业软件计算所得厂界噪声理论值与实测值存在一定差值，评估电抗器侧厂界噪声达标情况时，建议将计算值额外增加3 dB(A)；变电站电抗器侧厂界噪声主要为100 Hz低频声，因声波干涉效应，衰减曲线为“波浪式”；变电站厂界外噪声实际衰减比理论计算更快，但站外100 m范围内存在计算值比实测值大的情形，建议将该范围内敏感建筑物的噪声计算值增加2 dB(A)后进行评估；选址在无噪声敏感建筑物区域的变电站，设置噪声控制区是可行的。研究成果可为特高压变电站噪声计算、评价及控制提供技术支撑。

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航空发动机风扇声学试验器设计与调试

甘露

2023, 43(6): 295-300.

摘要 ( )

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描述中国航发商用航空发动机有限公司（商发公司）新研制的大涵道比风扇声学试验器（Fan AeroacousticTest Facility，FATF）的初步设计方案和声学调试结果。FATF配备尺寸36 m×33 m×15 m、截止频率100 Hz的全消声室，是目前国内最大的风扇声学试验全消声室。FATF还配备进气整流罩(Turbulence Control Screen，TCS)、远场声阵列等试验设备，满足风扇远场噪声试验需求。对FATF 全消声室自由声场、频率范围和背景噪声进行调试和校准，结果显示，全消声室的自由声场频率范围、背景噪声等技术指标均完全满足设计要求，证明FATF的全消声室技术指标均已达到国际先进水平，可满足后续风扇气动声学试验需求，支撑航空发动机风扇的降噪设计与改进优化。

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