噪声与振动控制

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2024-2期封面、目次

封面、目次 -期

2024, 44(2): 0-1.

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一种基于NARX神经网络的振动主动控制方法

宋春生, , 熊学春, 陈泊远, 杜刚

2024, 44(2): 1-7.

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针对主被动混合隔振系统中次级通道的非线性因素和时变特性，设计一种基于有源非线性自回归神经网络(Nonlinear Auto-regressive With Exogenous Inputs Neural Network，NARX-NN)的次级通道系统辨识的方法，并成功应用于振动主动控制系统中。首先，使用NARX神经网络对次级通道进行辨识得到准确的次级通道模型；其次，采用FIR滤波器重构初级通道的输出，从而获得作动器的输出信号，基于重构得到数据对辨识的网络进行在线学习，可以避免由白噪声激励在系统中带来的随机振动对控制效果的影响；最后搭建仿真模型以及实验平台，仿真结果表明，该控制算法可以克服次级通道的时变性导致的次级通道失真问题；实验结果表明，该算法对15、20 Hz的线谱分别取得30.1、40.4 dB的能量衰减效果，能够有效地实现振动主动控制。

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考虑扬声器指向性补偿的声场再现方法研究

文新, 吴海军, 范祎龙, 蒋伟康

2024, 44(2): 8-15.

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在实验室环境下精准再现基于测试或仿真的声环境，对降噪优化设计与声品质评价研究具有重要意义。常用的基于扬声器阵列的声场再现方法能在特定的空间区域内再现原始声场分布，提供更为真实的临场感和沉浸感，但扬声器的指向性特性较差会降低声场再现的精度。本文提出一种考虑扬声器指向性补偿的声场再现方法用于提高声场再现的精度。该方法基于扬声器指向性的声压表达模型，利用坐标变换的方法将空间观测点转换到以扬声器为中心的局部坐标系下，并采用插值的方法实现空间观测点的指向性补偿；最后采用声压匹配的方法求解扬声器驱动权重，实现声场的精准再现。开展基于仿真指向性补偿和实测指向性补偿的声场再现试验，结果表明考虑指向性补偿比不考虑补偿的声场再现精度平均提高了约22.37 %，验证了所提声场再现方法的有效性。

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混合弹性边界下板类结构的动力学分析方法

刘鹏, 张保成, 邓子伟, 张凯, 彭磊, 孙启航

2024, 44(2): 16-21.

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板结构与其他构件的装配关系可用不同的边界条件进行模拟，然而针对不同边界条件的板结构进行动力学特性分析，目前缺乏统一的数学建模方法。以混合弹性边界条件下加筋、开孔的板类结构的横向振动为例，利用Rayleigh-Ritz 法和模态叠加法求解矩形加筋多孔板在简谐激励下的动力学响应问题。采用将开孔板与加强筋沿交界面进行分离，结合改进的傅里叶级数设定开孔板的横向振动位移函数，利用不同刚度弹簧模拟混合弹性边界，推导加筋矩形开多孔板和边界弹簧系统的动能与势能，求解其在简谐激励下的动力学响应。经对比，理论计算结果与有限元（Finite Element Method，FEM）结果吻合良好。此外，用同样的方法分析不同孔尺寸对结构固有频率和响应的影响。研究发现，可通过改变加筋板的开孔形状、尺寸对结构的振动特性进行调整。研究成果可为混合弹性边界板结构动力分析提供一种新的技术途径，可以简化加筋开孔板结构动力分析的步骤。

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基于Galerkin截断的薄膜-床面耦合振动响应分析

张宗素, 王婷, 谭帅, 潜凌, 张启铄, 杨先海

2024, 44(2): 22-26.

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将废塑料薄膜进行分选回收是目前最为高效节能的塑料垃圾处理方式，废旧塑料薄膜及床面的振动会直接影响分选的效率。提出了将薄膜模型和床面模型结合建立薄膜-床面耦合系统动力学模型的方法。并通过受力分析，利用Galerkin 截断将床面的变形表达为模态函数的线性组合，建立了薄膜-床面非线性耦合振动微分方程。研究了不同截断阶数对薄膜-床面耦合非线性振动动态响应的影响，确定了保证薄膜-床面耦合系统振动收敛性的Galerkin 截断阶数。通过床面位移响应对此方法进行了验证和对比，结果表明Galerkin 截断法适用于求解耦合系统振动分析，且计算速度较快。

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多方向振动能量收集装置输出特性分析

王伟杰, 谢坤, 刘博胤, 董万静

2024, 44(2): 27-31.

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针对一种压电振动能量收集装置输出特性展开研究，以实现多方向、宽频振动能量收集。首先，建立压电悬臂梁单自由度振动系统的微分方程，分析外激励下悬臂梁的输出响应。在此基础上，采用COMSOL建立多悬臂梁式振动能量回收装置有限元模型，并进行模态、输出电压及输出功率等分析，仿真结果表明振动能量回收装置在不同方向激励时均具有较高的电压、功率输出。此外，进一步讨论了装置的在不同方向激励下宽频输出特性，结果显示其在200～400 Hz频带范围内具有多个幅值相当的峰值。

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基于Kalman滤波与应变信号的舰船轴系推力辨识研究

马相龙, 吴昊, 薛林, 塔娜, 饶柱石, 邹冬林

2024, 44(2): 32-36.

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在线、实时、准确监测舰船螺旋桨推力对船-机-桨匹配设计、舰船快速性预报及推进轴系健康管理等具有重要意义。然而，受轴系振动及环境干扰等测量噪声影响，螺旋桨推力产生的微弱应变信号易被测量噪声淹没，导致难以准确测量推力。当前，一些常用的信号降噪方法，比如傅里叶变换、小波分析等均是基于纯数据降噪，未考虑测量数据中潜藏的力学机制。不同于这类降噪方法，Kalman滤波可同时考虑测量数据噪声及数据中的力学机制，对目标实现最小方差无偏估计，因而有更高的估计精度。因此，本文利用Kalman 滤波结合应变测量信号提出一种螺旋桨推力高精度、在线辨识方法。以恒定转速、变转速及低频波动转速3 种工况为例，研究了不同信噪比下本文方法的推力辨识精度与鲁棒性。研究表明，在信噪比仅为20 dB时，推力辨识最大相对误差仅为4.85 %，因此本文方法在低信噪比下仍有很高的辨识精度与鲁棒性。同时，本文提出方法属于时域辨识方法，在转速突变、螺旋桨缠绕渔网等突发工况时亦能实时跟踪推力变化，因此可用于螺旋桨推力及轴系状态的在线、实时监测。

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纵摇运动下船用转子-轴承-浮筏气囊耦合系统非线性动力学特性

段有利, 李明

2024, 44(2): 37-43.

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以纵摇运动作用下转子-轴承-浮筏气囊耦合系统的非线性动力学特性作为研究对象。首先，考虑转子不平衡力、轴承油膜力、浮筏气囊弹性回复力以及船体纵摇运动惯性力等因素，根据Lagrange 方程建立转子轴承-浮筏气囊耦合系统的动力学模型。基于数值方法，结合瀑布图、轴心轨迹图及相图、时域和频谱图等对转子-轴承-气囊浮筏耦合系统非线性动力学特性进行分析。结果表明: 随着转子转速的增加，纵摇运动下的转子轴承-浮筏气囊耦合系统运动状态从拟周期运动到混沌运动；与不考虑纵摇运动时相比，纵摇运动下转子的振动响应幅值明显增大，同时响应中存在纵摇频率及工频的组合倍频。最后讨论纵摇幅值的变化对于转子轴承-浮筏气囊耦合系统动力学特性的影响。

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基于仿生学的MC9风扇改进与信噪比分析

刘佳鑫, 卢宇晴, 胖默涵, 宋锦川

2024, 44(2): 44-49.

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为降低国内某液压挖掘机用冷却风扇噪声，首先应用相似原理对风扇进行3D打印，将其置于相应的GB/T1236－2017、SB002－1987 实验台中开展气动和噪声测试；随后，基于仿生学理论提出由齿槽宽、条纹间距、条纹宽度组成的降噪结构，确认对应的9 种正交试验改进方案，并获取相应的性能数据；再后，将经过节能初筛后方案的气动性能、噪声、声学图像与原方案进行对比，确认可行方案；最后，利用信噪比(Signal-to-noise Ratio，SNR)分析确定结构参数对性能的贡献率。结果表明：改进方案9 功耗下降2 %，其流量和静压峰值均近似提高5.8 %，而组合3 具有相对较好的噪声性能，在监测点处分别减少2.4、2.1、3.3、2.8 dB；在所得贡献率中，齿槽宽、条纹间距、条纹宽度分别为40.45 %、33.61 %、25.94 %。

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结合SLMSST和DO提取时变结构瞬时频率

李宇祖, 刘景良, 苏杰龙, 吕毓霖

2024, 44(2): 50-56.

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为提升局部最大同步挤压变换估算瞬时频率的精度，本文结合2 阶局部最大同步挤压变换(Second-order Local Maximum Synchrosqueezing Transform，SLMSST)和动态规划(Dynamic Optimization，DO)方法提出一种识别时变结构瞬时频率的新方法。该方法首先通过引入2 阶瞬时振幅与相位得到精度更高的2 阶瞬时频率估算位置。其次，搜索频率方向上时频系数的局部最大值所对应的2 阶瞬时频率位置并根据这些位置对时频系数进行重排，从而得到2 阶局部最大同步挤压变换后的瞬时频带。再次，运用动态规划法在限定频带范围内提取瞬时频率曲线。通过一组数值算例和一个时变拉索试验验证了所提新方法的有效性，研究结果表明：相比既有的局部最大同步挤压变换算法，2 阶局部最大同步挤压变换和动态规划的联合算法不仅具有较好的精度，而且具有更好的时频聚集性。

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Sigmoid变换的滤波-x 四元数最小均方算法

张冰妍, 陈晓梅, 钟波

2024, 44(2): 57-62.

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滤波-x 最小均方（Filtered-x Least Mean Square，FxLMS）算法是主动噪声控制系统中常用的算法，对中低频噪声有较好的控制作用，但在某些环境噪声中传统的算法可能达不到期望的抑制效果。提出一种基于sigmoid 变换的滤波-x 四元数最小均方算法，该算法利用四元数的空间特性使噪声信号在超复数域内部相互耦合和关联，并通过sigmoid 函数对误差信号进行非线性变换来约束噪声信号以减低对权值更新的影响力度，避免权值在更新过程中发散，从而实现优异的收敛性能以及增强的鲁棒性。同时通过研究步长分析该算法的稳态特性，并在汽车、工厂噪声环境下验证提出算法性能的优越性，仿真结果支持了该结论。

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基于BP-NSGA-Ⅱ优化的高速电梯轿厢水平振动变论域模糊PID控制

陈岁繁, 杨松, 李其朋

2024, 44(2): 63-69.

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针对影响高速电梯乘坐舒适性和安全性的轿厢水平振动问题，提出一种基于反向传播（Backpropagation，BP）神经网络和非支配排序遗传算法-Ⅱ（Non-dominant Sorting Genetic Algorithm-II，NSGA-Ⅱ）的变论域模糊PID 控制方法。首先建立基于达朗贝尔原理的轿厢动力学模型，其次在传统变论域模糊PID控制的基础上建立以量化因子作为输入，轿厢水平振动加速度均方根和位移均方根作为输出的BP神经网络模型，最后将该模型作为NSGA-Ⅱ算法的适应度函数，通过NSGA-Ⅱ算法优化量化因子来提高系统控制精度。仿真分析结果表明：基于BP神经网络和NSGA-Ⅱ算法的变论域模糊PID控制方法对轿厢水平振动的抑制效果优于变论域模糊PID控制方法。

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船用合流型三通调节阀声流固耦合声学特性研究

周旭, 周爱民, 施红旗, 张雪冬, 李树勋

2024, 44(2): 70-76.

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针对合流型三通调节阀噪声声压频谱、声指向性等声学特性规律不明确的问题，基于声流固耦合理论，以PN50 DN250 三通调节阀为研究对象开展声学特性研究。基于k-ε 模型分析阀门定常流动，在定常流动收敛的基础上开展LES非定常流动分析，并导出流固耦合面及流体域内的时域脉动信息作为噪声激励源，开展三通调节阀不同工况下的声学特性研究。搭建三通调节阀流噪声试验台，试验工况下数值模拟噪声与实测噪声声压仅相差1.85 dB(A)，验证声流固耦合数值模拟方法的准确性。分别数值模拟阀门实际工况下80 %及60 %开度下的噪声声学特性，总结出阀门噪声声压级分别为51.18 和54.13 dB(A)，验证三通调节阀噪声满足使用要求，提出的声流固耦合数值模拟方法可为合流型三通调节阀声学特性分析提供一定参考。

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基于AMESim的航空齿轮泵流体流量脉动特性仿真分析

王元元, 冯小玉, 郝精一

2024, 44(2): 77-81.

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航空齿轮泵在工作过程中产生流量脉动，不仅影响自身的性能和寿命，还会直接影响航空液压系统的可靠性。本文采用AMESim建立了航空齿轮泵的系统模型，对比分析了航空齿轮泵流体理论流量、基频与仿真流量、基频，并研究了转速、齿数、模数和齿宽对航空齿轮泵流体流量脉动的影响。研究表明，系统仿真结果与理论解相一致，验证了航空齿轮泵系统模型的正确性；随着转速、齿数、模数和齿宽的增加，航空齿轮泵流体流量脉动幅值均呈增大的趋势，随着转速的增加流量脉动率几乎没有变化，随着齿数的增加流量脉动率呈降低的趋势，随着模数和齿宽的增加流量脉动率呈增加的趋势；同时发现航空齿轮泵流体流量脉动呈宽频多谐波特征。研究结果为抑制航空齿轮泵流体流量脉动提供了理论基础和技术支持。

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超高输电铁塔的气动噪声特性研究

贺伟军, 潘巍巍, 郑新龙, 卢正通, 林晓波, 吴易科

2024, 44(2): 82-87.

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超高输电铁塔在保障居民日常生活和工业生产中起到了重要作用，由于极高的高度，其在风荷载作用下产生的气动噪声问题不容忽视。本文针对超高输电铁塔气动噪声扰民的问题，建立了其计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)计算模型，采用标准k-ε 湍流方程进行稳态初场的计算，并在此基础上采用大涡模拟方法与声类比方法进行瞬态流场计算及气动噪声计算，分析流场的流动特性及气动噪声特性。结果表明，4 根主纵梁以及电梯井的左右两侧具有强烈的压力脉动，是主要的气动噪声源，其最大值出现在电梯井顶端区域；各虚拟测点的总声压级沿高度先增加后减小，总声压级沿高度的变化由风速与输电铁塔自身结构尺度参数共同控制；通过声成像测量方法确定了声源的在塔身中部以上、横担以下的位置，验证了仿真结果的正确性；声压级与风速的峰值出现的时刻基本吻合，输电铁塔风致噪声与风速存在着强相关性。本文的研究结论对于超高输电塔气动噪声特性的研究和输电塔的降噪设计具有指导意义。

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两级自适应调频模式分解-同步提取变换的故障诊断方法

葛丽英, 李志农, 胡志峰, 毛清华, 张旭辉

2024, 44(2): 88-94.

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同步提取变换(Synchroextracting Transform，SET)处理强干扰信号分量时缺乏自适应性而易发生频率模糊，导致难以精确提取快速波动的瞬时频率。针对此问题，结合自适应调频模式分解(Adaptive Chirp Mode Decomposition，ACMD)的自适应先验信息和贪婪算法的优势，将ACMD引入到SET 中，构造一种两级ACMD-SET故障诊断方法。在提出的方法中，将基于基尼指数(Gini Index，GI)最大化准则的分量选择重组算法和第一级ACMD结合，提取出强干扰下的多模态故障脉冲信号的模式。然后，利用SET对第二级ACMD分离出的时变频率故障特征进行高精度的时频表示。将此方法应用到仿真调频-调幅信号中，得到高分辨率的故障特征，方法的有效性得到验证。最后，将所提方法应用于航空发动机高速滚动轴承的振动信号分析中，结果表明，所提方法能有效地提取高速滚动轴承振动信号的时变故障特征频率，其结果明显优于SET方法。

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深度超圆盘分类器及其在旋转机械故障诊断中的应用

杨岸端, 吴占涛, 袁毅, 杨宇,

2024, 44(2): 95-101.

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几何模型分类器具有坚实的几何统计基础和良好的泛化能力，因此在旋转机械故障诊断中取得了较高的分类精度。与仿射包和凸包相比，超圆盘（Hyperdisk，HD）对样本分布区域的估计更加合理。但超圆盘模型属于浅层学习模型，对复杂函数的表示能力有限，存在学习能力和泛化能力差等缺点。针对这个问题提出一种深度超圆盘分类器（Deep Hyperdisk Large Margin Classifier，DHD），该方法通过模块叠加的方式将超圆盘分类器深度化，利用特征提取公式从每层模块的输入样本中自主提取新的特征值，并将其应用在下一层模块的训练学习中。将所提方法应用到旋转机械故障诊断当中，实验结果表明该方法对故障样本的分类准确率高于其他模型算法，且对不均衡样本和强噪声背景下的故障样本均具有良好的分类能力。

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基于伪标签深度学习的半监督滚动轴承故障诊断模型

宋宇航, 马萍, 李建军, 张宏立

2024, 44(2): 102-107.

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针对实际工程应用中被标记的滚动轴承故障样本收集困难，传统诊断模型精度较低的问题，提出一种伪标签学习融合参数迁移深度学习网络的半监督滚动轴承故障诊断模型。首先将ImageNet 数据集上预训练的残差网络（Residual Network，ResNet）模型参数迁移至本文模型中作为初始参数，并使用不同学习率微调网络层参数以加快模型收敛速度；随后引入伪标签半监督学习，使用标签数据训练模型并对无标记数据进行预测以生成伪标签；最后使用标签数据以及伪标签数据训练参数迁移后的ResNet 模型，并测试诊断效果。对两种滚动轴承故障数据进行半监督下故障诊断实验及跨域故障诊断实验。实验结果表明，在具有大量未标记样本集下，所提出模型可迁移至不同设备完成诊断，具有较强的鲁棒性，可用于处理复杂工业环境中的故障诊断问题。

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HVD分解和GA-BP神经网络结合的井架钢结构损伤识别

朱国庆, 韩东颖, 黄岩, 李岳峰, 李可欣, 葛文泰

2024, 44(2): 108-113.

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针对井架钢结构冲击载荷振动信号非线性、非平稳性对损伤识别的干扰问题，提出了一种基于希尔伯特振动分解(Hilbert Vibration Decomposition，HVD)与遗传算法优化的神经网络(Genetic BP Neural Networks，GA-BP)相结合的智能故障诊断方法。首先，利用HVD分解的方法处理冲击载荷作用下的加速度非平稳振动信号；其次，由斯皮尔曼相关系数选取HVD分解后的最优(Intrinsic Mode Function，IMF)分量，以最优IMF 分量能量变化率构造特征向量；最后，通过特征向量建立数据集进行神经网络训练，完成信号的特征学习和故障分类。利用ZJ70 型井架钢结构模型进行冲击载荷作用下的单处损伤和多处损伤的不同工况实验验证，结果表明：对于单处损伤位置识别率达到90 %，多处损伤位置识别率高达96 %，利用HVD分解与GA-BP神经网络相结合的方法具有较好的稳定性，能够准确判断出井架钢结构损伤位置，具有一定的实际应用价值。

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含点蚀的行星齿轮系统动力学特性及损伤评估研究

甄冬, 李东凯, 刘英辉, 梁小夏, 冯国金, 张浩

2024, 44(2): 114-121.

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齿面点蚀是一种典型的行星齿轮系统故障。为识别点蚀状态，本文开展动力学特性研究并提出了一种新型的评估指标。首先，虑及过渡曲线和齿间结构耦合效应，利用改进Weber 法建立了精确的含点蚀故障齿轮副啮合刚度模型，并研究了故障程度对啮合刚度的影响规律。然后，综合考虑时变啮合刚度、静态传动误差、齿侧间隙和时变振动传递路径等多种因素构建了行星齿轮系统平移-扭转动力学模型，揭示了点蚀程度对系统动态特性的影响规律，并基于振动信号频谱特点提出了边带能量因子（Sideband Energy Factor，SEF）用于损伤评估。最后，利用实验验证了仿真模型的正确性及所提指标的有效性。

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基于STFT-ECA-ResNet18 网络模型的滚动轴承变负载故障诊断

路近, 王志国, 刘飞,

2024, 44(2): 122-128.

摘要 ( )

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针对传统方法处理变负载轴承故障诊断时存在的自适应能力弱，模型泛化性差的问题，提出了一种改进的基于深度残差网络的故障诊断方法。首先，将采集到的一维时间序列信号进行短时傅里叶变换得到二维时频数据，再利用二维卷积神经网络从变换后的数据中提取特征。然后，通过高效通道注意力机制获取通道全局信息并对其权值进行调整，以增强改进网络模型的泛化能力，使其在变负载工况下分类效果得到提高。最后，通过仿真对所提方法进行了验证，结果表明相比传统方法诊断效果改进明显。

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基于URP-ANCNN的变转速齿轮箱智能故障诊断方法

陈向民, 舒文伊, 韩梦茹, 张亢, 李博

2024, 44(2): 129-135.

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由于齿轮箱振动信号在变转速工况下出现的调频、调幅等现象，使得信号征兆与故障模式之间的映射关系变得复杂，导致齿轮箱故障难以精确诊断。鉴于深度神经网络在自动提取数据特征和分类上的优势，提出一种基于无阈值递归图编码(Un-threshold Recurrence Plot，URP)和自适应归一化卷积神经网络(Adaptive Normalized Convolutional Neural Network，ANCNN)的变转速工况齿轮箱故障诊断方法。该方法先使用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)将时域信号转化为频域信号，再利用URP 编码将得到的频域信号转化为二维递归图，并提取图像特征输入到ANCNN模型。在ANCNN模型中，采用批量归一化算法消除因转速变化引起的特征分布差异，同时处理转速波动下产生的频移和调制特性，并使用遗传算法自动调整该网络模型的超参数，以提高该网络的整体性能。采用转速波动的齿轮箱试验数据对该方法进行验证，实验结果表明，该方法能够克服转速波动的影响，成功实现对不同齿轮故障的准确识别。

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基于ARN和BiLSTM的轴承剩余寿命预测方法

徐嘉杰, 沈艳霞

2024, 44(2): 136-142.

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针对深度学习方法进行轴承剩余使用寿命(Remaining Useful Life，RUL)预测时出现的网络退化和噪声信号干扰问题，提出一种基于注意力残差降噪模型(Attention and Residual Network，ARN)和双向长短时记忆网络(Bidirectional Long-Short-Term Memory network，BiLSTM)的轴承剩余使用寿命预测方法。ARN融合了卷积注意力机制(Convolution Block Attention Module，CBAM)和残差网络，利用通道和空间双维度注意力降低噪声特征的权重，结合软阈值函数进行降噪处理，能够同时提取到更多全局和局部的振动特征来构建健康指标(Health Indicator，HI)。以健康指标作为输入,通过BiLSTM网络映射得到RUL预测值。在IEEE PHM 2012 轴承数据集上进行所提方法与其他健康指标构建模型和RUL预测模型的对比实验，结果表明在6 种不同信噪比下(-5、-3、-1、1、3、5 dB)，所提方法的抗噪能力最强，预测误差最小。

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基于CWT-RES34的风电机组叶片裂纹状态评估

李练兵, , 肖亚泽, , 张萍, , 张国峰, 吴伟强, 陈程

2024, 44(2): 143-148.

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为有效进行风电机组叶片运行时的裂纹状态评估，提出一种基于连续小波变换(Continue Wavelet Transform，CWT)和残差神经网络(Residual Networks，ResNet)结合的叶片裂纹状态评估方法。首先对叶片加速度振动信号做CWT后生成二维彩色时频图像，然后将图像分别作为训练集和测试集，使用34 层ResNet 进行训练和诊断，最后选取天津某风电场提供的1.5 MW风力发电机作为研究对象，根据其样本数据将叶片故障程度按照裂纹长度和宽度分为健康、轻微、中等、严重、危险5 种状态，评估平均准确率高达98.23 %，方法的有效性和可行性得到验证。

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基于图谱功率谱熵和最大均值差异的GIS机械状态辨识方法

杨勇, 张帅, 金涌涛, 赵琳, 张阳, 王枭

2024, 44(2): 149-155.

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针对常规方法对于气体绝缘金属封闭开关设备（Gas Insulated Switchgear，GIS）机械缺陷的特征识别稳定性差、识别率低的问题，在图谱理论的基础上，提出一种基于图谱功率谱熵和最大均值差异（Maximum Mean Discrepancy，MMD）的GIS 机械状态辨识方法。首先将采集得到的GIS 振动信号转化为图信号，并利用图傅里叶变换技术变换至图谱域进行分析处理；然后提取图谱功率谱熵作为表征GIS 不同状态的特征参数；最后利用MMD距离判别函数实现GIS 不同工况下的状态辨识。实验结果表明：在噪声干扰的情况下，所提方法能够有效提取GIS 不同状态下的特征参数，并成功区分出屏蔽罩松动及内部异物缺陷，状态辨识精度高达93.89 %，较常规方法有明显提高。

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卷积神经网络与知识图谱结合的轴承故障诊断

李志博, 李媛媛, 蔡寅

2024, 44(2): 156-163.

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针对目前旋转机械故障诊断时，存在单一地利用振动数据、诊断结果模糊的问题，提出一种卷积神经网络( Convolutional Neural Network，CNN )与知识图谱结合的故障诊断方法。该方法以原始轴承数据和机理知识作为输入，然后进行实体抽取和数据标注，利用本文提出的端到端多尺度注意力机制神经网络模型进行故障诊断，最终构建知识图谱，实现故障信息的详细展示，进行辅助诊断。利用两份数据集进行实验验证，采用全新的数据处理方法，结果表明，所提出的算法在160 种故障类型中加权F1 值相比基准模型提高11.03 %，并且利用传统故障诊断实验和其他算法对比充分证明本文提出的模型具有较强的稳定性和泛化性能.

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地铁曲线波磨地段振动特性影响因素分析

张鹏飞, 张庆欢, 张云杰, 邓诏辉

2024, 44(2): 164-170.

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为研究地铁曲线波磨地段振动特性影响因素，建立车辆-轨道及轨道-隧道-大地模型，分析不同波磨波深、隧道埋深、轨道减振措施下隧道壁及地面的振动响应。结果表明：减小钢轨波磨波深或增加隧道埋深，隧道壁和地面的垂向最大加速度和加速度分频最大振级均有减小趋势；采取不同轨道减振措施时，浮置板的减振效果最佳；隧道埋深和轨道减振措施的改变，不会改变隧道壁和地面加速度峰值的频段区间及加速度分频最大振级的中心频率；振动在隧道壁传递到地面的过程中高频衰减较快。

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基于路面等级识别的车辆半主动悬架内外环控制

寇发荣, 郭杨娟, 刘朋涛, 门浩

2024, 44(2): 171-177.

摘要 ( )

PDF(1957KB) ( )

针对车辆在不同路面等级下对悬架动态性能与馈能特性需求不同的问题，提出一种基于RF-XGBoost路面等级识别算法的半主动悬架内外环控制策略。利用随机森林(Random Forest，RF)模型对极端梯度提升(Extreme Gradient Boosting，XGBoost)算法进行优化，搭建RF-XGBoost算法模型对路面等级进行识别。将路面等级与悬架控制策略相结合，设计外环为天地棚控制，内环为自适应滑模控制的内外环控制，实现非线性悬架的自适应控制。仿真结果表明，相比传统混合天地棚控制的悬架，内外环控制下的悬架在A级路面下簧载质量加速度降低15.52 %，并实现50.4 W的振动能量回收，在B、C级路面下簧载质量加速度分别降低15.09 %、16.72 %，轮胎动载荷分别降低11.63 %、11.42 %，在D级路面下轮胎动载荷降低14.12 %。台架试验的结果与仿真分析的结果基本一致，表明所设计的自适应内外环控制有效。

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城市轨道交通S型曲线夹直线与长直线地段振动对比试验研究

张明凯, 赵炎南, 许以凯, 赵才友, 易强

2024, 44(2): 178-184.

摘要 ( )

PDF(2559KB) ( )

夹直线在一定程度上可以保证线型连续和行车平顺，但过短的夹直线长度会导致振动叠加，影响旅客舒适度和列车运行的稳定性，增加运营维护成本。本文通过对城市轨道交通S型曲线夹直线与长直线地段振动对比试验研究，从时域、时频域、振动加速度级及地面Z 振级等方面对获得的数据进行分析，解释了夹直线段振动叠加的产生机理，验证了车体垂向加速度峰值在缓直点处会出现峰值提前现象，并阐述了夹直线段的振动叠加现象对地面环境振动的影响。结论如下：车辆在通过S型曲线线形变化点时产生的冲击振动会通过钢轨以弹性波的形式向前传播，与车辆在夹直线段行驶产生的振动叠加；由于弹性波的形式传播的速度远高于车辆行驶速度，因此会导致夹直线段出现振动加速度峰值提前现象；S型曲线夹直线的垂向振动加速度的优势频率要高于长直线段，且更向高频分散；S型曲线夹直线产生的振动叠加现象不会对地面环境振动产生影响。

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考虑剪力铰与钢弹簧变刚度下浮置板轨道减振特性研究

黄腾锋, 万灵, 黄强, 张雨萱, 崔正阳

2024, 44(2): 185-191.

摘要 ( )

PDF(2660KB) ( )

针对浮置板轨道中浮置板端部位移偏大的问题，研究剪力铰设置与钢弹簧变刚度两种方式对浮置轨道位移的改善效果。将剪力铰简化为剪切弹簧阻尼单元，根据浮置板挠度分布及钢弹簧间距调整浮置板下钢弹簧刚度，基于振型叠加法和龙格-库塔法数值计算研究不同剪力铰刚度与钢弹簧刚度下浮置板轨道的减振特性。研究表明，设置剪力铰可以有效减少浮置板端部的位移差，但主要对端部3 m左右范围内的浮置板位移改善较为有效，剪力铰刚度并非越大越好，刚度取值应使浮置板和钢轨的位移波动幅度尽可能小。在钢弹簧总刚度不变的前提下，根据浮置板挠度分布调节钢弹簧刚度对浮置板位移和端部位移差的改善效果不大，但可以有效减少钢轨位移及其波动幅度，且长型浮置板轨道下的减振效果更好。适当扩大钢弹簧间距从而增大弹簧刚度可以改善浮置板轨道的位移响应，但间距过大时浮置板位移会出现剧烈波动。研究可为浮置板轨道的减振设计提供一定参考。

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高性能道床系统钢轨辐射声功率数值计算分析

杨巧云, 王志强, 靳海葆, 樊永欣, 蔡斌

2024, 44(2): 192-196.

摘要 ( )

PDF(1842KB) ( )

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。通过研究高道床系统钢轨辐射声数值计算得到：由于高性能减振道床轨道的钢轨扣件小于普通轨道的钢轨扣件刚度，则在50 Hz以下频段，高性能减振道床轨道的钢轨辐射声功率比普通轨道高约20 dB，在90～300 Hz频段，高性能减振道床轨道的钢轨辐射声功率比普通轨道高约2～5 dB，在300～1 000 Hz 频段，高性能减振道床轨道的钢轨辐射声功率比普通轨道低约1～2 dB，在10～5 000Hz 频段高性能减振道床轨道的钢轨总辐射声功率级的不计权和A 计权结果比普通轨道低约0.7 和0.5 dB(A)。

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基于流固耦合的卡车油箱振动特性研究

胡效东, 皮永禄, 刘晓彤, 王可栋, 李雨乐

2024, 44(2): 197-201.

摘要 ( )

PDF(1764KB) ( )

卡车油箱在使用过程中，存在因振动产生本体及焊缝开裂的问题。针对某400 L卡车柴油油箱，基于流固耦合理论，运用ANSYS软件分析油箱的振动特性。锤击法模态试验和仿真模态分析结果，仿真与试验测得的结构模态参数数据误差最大为13 %，仿真的准确性得到验证。油箱结构自由状态下计算得到的前6 阶固有频率略大于油箱安装状态下的固有频率，油箱固有频率会随着液体含量的增加而降低。油箱的固有频率在液体量从0 到100 L 以及300 到400 L这两阶段变化明显。油箱充液比低于1/2 时，油箱结构的各阶固有频率均高于危险区域的频率，不会产生共振。充液量大于3/4 时固有频率接近于30 Hz的标准规定值，存在共振风险。油箱设计时，应优化油箱的结构，使其在充满液量时也能避开30 Hz标准值，更为安全。

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汽车冷却风扇噪声主动控制仿真及声品质评价

胡溧, 胡远生, 谭征宇, 王华伟, 王博, 王佳

2024, 44(2): 202-207.

摘要 ( )

PDF(1613KB) ( )

以汽车冷却风扇噪声为研究对象，基于采集的噪声生成具有不同音调特性的模拟噪声，利用改进的音调度模型计算音调度，使用等级评分法对生成的模拟噪声进行主观评价实验。根据音调特性十分明显的旋转噪声频率与风扇转速密切相关的特点，提出以风扇转速信号来构造次级声源参考信号进行主动噪声控制。最后建立并联型灰色神经网络模型并检验降噪效果。结果表明，冷却风扇噪声的音调特性是影响感知烦恼的重要因素之一，通过有源噪声控制能有效降低窄带噪声峰值从而降低音调度。引入并联型灰色神经网络进行预测的平均相对误差为2.86 %，降噪后烦恼度有较好的改善。

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航空发动机用聚四氟乙烯软管可靠性数值研究

冯凯, 史志勇, 高凯, 吴亚东, 杜朝辉

2024, 44(2): 208-213.

摘要 ( )

PDF(2258KB) ( )

在航空发动机中，外部管路常用于输送各部件间的燃油、滑油和空气等介质，是使用最多的零部件之一，是航空发动机的“血管”，其可靠性直接影响发动机的安全性。以航空发动机外部管路聚四氟乙烯软管为研究对象，采用数值计算分析方法，开展软管精细化数值仿真和软管在不同状态下疲劳试验等工作，分析压力载荷，外部振动，环境温度，以及安装的弯曲半径等因素对软管疲劳寿命的影响，计算表明，压力载荷、弯曲半径对软管可靠性影响较大，温度和管接头扭转对软管的可靠性也有较大的衰减。

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地铁车辆段冷却塔对住宅楼声环境影响试验

杨光睿, 汪益敏, 肖明昊, 陶子渝, 邹超

2024, 44(2): 214-218.

摘要 ( )

PDF(1882KB) ( )

针对地铁车辆段冷却塔运行引起的临近住宅楼噪声扰民问题，采用室内噪声现场实测与噪声标准曲线分析的方法，对冷却塔噪声在车辆段上盖开发住宅楼内传播规律以及频率特性进行研究。结果表明：冷却塔噪声影响随楼层升高有增大的趋势，顶层冷却塔噪声贡献值高出与冷却塔高度相近的楼层1.8 dB(A)；冷却塔噪声贡献值低楼层增长速度较快，11 层以下平均每3 层增长1.8 dB(A)，11 层以上平均每3 层增长0.5 dB(A)；冷却塔噪声以低频噪声为主，根据噪声标准曲线分析高频噪声对人主观感受的影响较大。

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高速铁路路堤对环境振动的影响研究

陈洪运, 王海洋, 刘乾坤, 董捷, 胡建林, 周小龙,

2024, 44(2): 219-224.

摘要 ( )

PDF(1936KB) ( )

为研究高速铁路路堤填高、坡率对环境振动的影响，在京张高速铁路路基段附近开展现场实测，研究其环境振动的传播衰减规律。基于现场实测结果利用FLAC3D建立数值仿真模型，数值分析结果与实测值吻合良好，验证模型的合理性，并进行路堤填高、坡率对环境振动影响的分析。结果表明：现场实测振级幅值均小于63 dB，整体而言测点振级随着测点与线路外轨距离的增加逐渐减小；当路堤高度为1 m时，相对于路堤高度为0 m测点在距铁路线距离60 m范围以内振级出现反弹放大的现象；当路堤高度大于2 m时，相对于路堤高度为0 m对环境振动的影响大；因此，建议路堤高度在设定时不小于2 m；当边坡直立时地表振动最小；当坡率大于0 时，相对于边坡直立时对环境振动的影响大；因此，建议采用U型槽结构路堤，其对环境振动的影响较小。

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高速公路旁校园建筑立面声屏障设计

陈岩, 古林强

2024, 44(2): 225-229.

摘要 ( )

PDF(2593KB) ( )

传统声屏障外观在降噪改造中往往显得突兀而单调，难以融入周边环境，有必要将建筑形式和景观需求相结合对声屏障形式进行一定设计。以广州市一高速公路旁某中小学为例，对校园室内外声环境现状进行实测分析，运用SoundPLAN 软件对校园声环境现状进行模拟。在满足降噪效果的基础上，结合建筑立面形式和景观要求设计了3种立面声屏障，并利用Odeon Combined软件对不同设计形式的屏障进行模拟，探究其对教室内声环境的改善效果。研究表明，在门窗全开的情况下，不同形式的屏障降噪效果在5～9 dB(A)之间，对教室内语言传输指数（Speech Transmission Index，STI）的提升效果在0.09～0.15之间,能较好地缓解教室内声环境现状。

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地铁车站减振墙的动力特性分析

赵晨, 金浩, 夏瑞萌, 王智弘, 汤世龙

2024, 44(2): 230-234.

摘要 ( )

PDF(2157KB) ( )

为减少地铁列车运行产生的振动能量通过车站主体结构传播至地表，本文设计了一种车站减振墙。以雄安至北京大兴国际机场快线金融岛站为研究背景，通过在车站墙体内部设置由黏弹性材料构成的阻尼层形成减振墙，分析了列车荷载作用下减振墙的减振效果。研究结果表明：列车荷载作用下，从时程结果来看，车站减振墙最大可使车站周围土体平均振动加速度幅值减小28.6 %，振动加速度峰值减小31.9 %；从频谱分析来看，车站周围土体振动加速度峰值降幅最大为66.1 %，平均降幅为45.1 %；对应1/3 倍频程谱，采用减振设计后，最大可使土体中振动加速度级降低5.5 dB，降幅达8.4 %。通过在车站主体结构墙内部设置由黏弹性材料构成的阻尼层进行减振设计，可有效减少列车振动能量在车站主体结构内的传播。

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车辆段不同区域上盖建筑振动测试分析

贺利工, 徐浩能, 唐柏赞, 刘庆杰, 涂勤明, 冯青松

2024, 44(2): 235-241.

摘要 ( )

PDF(2876KB) ( )

为研究地铁列车在车辆段不同区域引起的上盖建筑振动问题，对广州某车辆段试车线，咽喉区及其上盖建筑进行现场振动测试，分析车辆段各区域车致振动特性及传递规律。分析结果表明，轨旁源强振动的主频随车速增加而增大，咽喉区15 km/h、试车线40 和60 km/h 工况的主频分别为31.5、40 和50 Hz，试车线源强的振动能量要大于咽喉区。由于梁和楼板的阻抗作用，振动总能量在向上传播的过程中逐渐衰减，不同传递路径对不同频段振动的衰减作用不尽相同。建筑物内振动主频主要受楼板固有频率影响较大，主要集中在40～50 Hz范围。

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轨道交通下层状地基中混凝土排桩隔振效果研究

刘晶磊, 陈丰泽, 胡子良, 曹晋源, 杨烁,

2024, 44(2): 242-248.

摘要 ( )

PDF(2976KB) ( )

为了研究在轨道交通荷载作用下混凝土排桩的隔振效果，特建立“车轮-轨道-地基”耦合模型，通过轨道竖向不平顺功率谱建立不平顺轨道并模拟列车在其表面行驶过程，根据控制变量法研究在混凝土排桩几何参数变化的情况下对混凝土排桩隔振效果的影响，通过本文的研究结果表明：混凝土排桩具有一定的隔振效果，随着各个参数的变化其隔振效果也会发生改变；桩长的增加，地基表面和地基深处隔振效果增强；随着埋置深度和桩间距的增加，混凝土排桩的隔振效果均下降，布置混凝土排桩埋深越浅隔振效果越好，布置混凝土排桩越紧密隔振效果越好。在土层的分界面上会出现振动加强的效果，在实际施工中应注意土体分层面带来的影响。

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二维周期排桩隔振技术应用于兰州中川国际机场的初探研究

李强强, 韩赟, 史贞, 郭永强

2024, 44(2): 249-255.

摘要 ( )

PDF(2219KB) ( )

为了克服传统隔振技术因需要在基础与地基之间埋置隔振装置从而削弱结构的整体性和限制隔振装置的更换等方面的不足，立足于屏蔽弹性波的新思想，基于周期结构的通禁带，采用数值模拟手段研究二维周期排桩结构的带隙特性及其对禁带频段内弹性波的抑制作用，并探讨将这种隔振新技术应用在兰州中川国际机场的新建航站楼与跑道之间来实现隔振时结构设计参数的选取规律。研究发现，对于相对刚度而言，在所选择的材料中，外层散射体钢和内层散射体混凝土及土体所组成的胞元具有最宽的弹性波衰减范围；减小晶格常数增大填充率或者构造含有两种晶格常数的胞元结构可获得更宽的弹性波衰减范围。研究结果可为中川国际机场的周期性排桩设计提供理论指导，从而精准地实现工程结构物的隔振需求。

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一种小动静比橡胶隔振器仿真与试验

李杨, 黄修长, 苏智伟, 焦素娟, 郑智伟, 张啸涵

2024, 44(2): 256-260.

摘要 ( )

PDF(2058KB) ( )

通过隔振器内部结构设计，在保证承载能力的同时降低橡胶隔振器的动态刚度。开展橡胶隔振器的静态变形、在给定静变形下的动态仿真分析，表明该隔振器在静态力-位移曲线上具有负斜率特性，对应隔振器内部结构的失稳变形；进行隔振器的静压试验、动态试验和隔振系统中的振动传递试验，结果表明，静态力-位移曲线试验结果呈现负斜率特性，在静态曲线上不同工作点处的固有频率呈现负斜率处最小的特性。

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内部结构对充水膨胀腔消声器声学性能的影响

龚京风, 杨积壮, 宣领宽, 江致远, 郑文利

2024, 44(2): 261-266.

摘要 ( )

PDF(1917KB) ( )

结构声耦合效应对充水消声器的声学性能具有重要的影响，利用频域有限元法，结合二维轴对称结构声耦合数值模型分析消声器内部声场，研究消声器内部插入管和环形挡板对膨胀腔水消声器声学特性的影响。数值研究表明：结构声耦合效应会使传递损失的通过频率和峰值频率向低频移动，并压缩消声频段；插入管的结构声耦合效应导致传递损失曲线出现明显峰值，这与插入管的固有模态有关，增加插入管长度时，其一阶固有频率降低，峰值消声频率向低频移动，这有利于低频噪声的衰减；对比双级膨胀腔消声器，挡板会提高低频消声量，挡板厚度会对低频消声量产生明显的影响，但挡板的位置对低频消声量影响不大。

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柴油机油底壳穿孔板隔声罩优化设计

胡溧, 王彬庆, 王佳, 谭征宇, 杨啟梁, 王华伟

2024, 44(2): 267-272.

摘要 ( )

PDF(2399KB) ( )

以某型柴油机的油底壳作为研究对象，对其声振特性进行识别与分析，确定设计穿孔板隔声罩的共振频带范围。使用粒子群算法针对共振频率进行穿孔板参数的优化设计，再通过阻抗管试验确定小孔分布对吸声性能的影响，并对穿孔板隔声罩进行多目标形貌优化设计以避开共振及激励频率。目标柴油机上加装优化的油底壳穿孔板隔声罩后，整机总声压级降低0.5 dB，降噪效果较好。

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叠层橡胶-可滑动钢弹簧振震双控装置隔震（振）效果研究

张颖, 许岩, 兰日清, 张成宇, 汪志昊, 王进沛

2024, 44(2): 273-279.

摘要 ( )

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为解决传统水平隔震支座难以实现竖向减振的难题，研发叠层橡胶-可滑动钢弹簧振震双控装置，提出新型振震双控装置的设计原理及装配方法，结合振动台试验与有限元分析验证该装置的隔震性能，并通过数值仿真分析讨论其竖向减振效果。结果表明：由钢弹簧、摩擦滑移支座和叠层橡胶组成的新型振震双控装置，具有水平和竖向刚度低，抗倾覆能力强的优点；地震动作用下，水平向加速度峰值降低达80 %；地铁竖向振动作用下，减振双控装置上部结构的加速度响应减小90 %，分频最大振级减小19.93 dB。

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风力机叶片气动噪声风洞试验及数值计算

姜广, 刘禹鹏, 王振宇

2024, 44(2): 280-287.

摘要 ( )

PDF(2358KB) ( )

风力机叶片在运行时会产生明显的气动噪声。采用声学风洞开展NACA0012 翼型气动噪声试验，获得不同风速下的气动噪声特征。建立基于大涡模拟的数值计算模型，进行升阻力系数对比验证和网格无关性分析。根据流场模拟结果和FW-H 方程计算攻角为5°时风速10、15、20 m/s 的叶片声压级，计算结果和声学风洞实测的声压级频谱整体趋势较吻合。进一步地，通过数值模拟对比研究不同叶片尺寸对流场和气动噪声的影响。根据不同风速下非定常流场的涡量云图，叶片流动分离点随风速增加而后移，旋涡尺度逐渐变小；同风速下，大尺寸叶片的分离涡更大一些，且涡核间距较大。根据数值模拟得到的不同尺寸叶片的声压级频谱图，叶片尺寸增大导致各频率声压级均有不同程度的提升，且频谱图中的声压级峰值向更低频移动。研究成果对于叶片气动噪声分析和声环境评估具有借鉴意义。

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某纯电动车电液制动系统振动噪声问题的测试分析与改进

张军

2024, 44(2): 288-294.

摘要 ( )

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随着汽车电动化、智能化和无人驾驶技术的深入发展，线控制动技术被大量广泛地应用于新能源纯电动车型，而市场用户对制动过程的舒适性要求越来越高。因此，如何快速解决整车的制动NVH问题，如何提高线控制动系统的集成水平，这是困扰目前新能源汽车制动系统设计开发的技术难题。以某纯电动汽车制动踏板抖动与异响问题为研究背景，系统地阐述测试排查过程，识别分析出潜在的激励源与传动路径；探讨液压系统产生流致振动噪声的潜在机理，提出具体的工程控制方法；并通过制动能量回收策略方法的优化，通过实车驾评和测试验证该措施方案的有效性。研究成果对于提升新能源汽车制动NVH问题的解决能力和正向集成开发有着较重要的工程指导价值。

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