噪声与振动控制

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2024-4期封面、目次

2024, 44(4): 0-1.

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桥梁跨度对跨座式单轨车桥耦合振动的影响分析

周新建, 李飞, 冯后东, 罗建新, 李子珺

2024, 44(4): 1-7.

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轨道梁结构对跨座式单轨车辆的稳定运行影响很大。为探究桥梁跨度对单轨车辆车桥耦合振动的影响规律，基于铁木辛柯理论和有限单元法建立连续的柔性轨道梁模型，运用多体动力学理论，通过UM建立单轨车辆车桥耦合动力学模型，在UM仿真界面设定不同的桥梁跨度和行车速度，仿真分析直线工况下桥梁跨度变化对车辆系统振动影响规律及运行平稳性的影响。结果表明：随着桥梁跨度增大，轨道梁跨中位移动力学响应值整体呈上升趋势，且当桥梁跨度超过16 m时，这种上升趋势更加明显；轨道梁跨中竖向加速度和轨道梁跨中横向加速度动力学响应值均随着桥梁跨度的增大而增大，然后又缓慢减小，桥梁跨度的变化对于轨道梁跨中横向加速度的影响较小；随着桥梁跨度增大，车体质心竖向位移动力响应明显增大，而车体质心横向位移略有减小；车体质心竖向加速度随着桥梁跨度的增大而增大，而横向加速度受桥梁跨度变化的影响很小。因为桥梁跨度增加会使单轨车辆运行的竖向平稳性指标和横向平稳性指标均有所增加，车辆运行平稳性变差。因此，将桥梁跨度控制在一定范围内对单轨车辆的稳定运行具有十分重要的意义。

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基于ACBO-GM联合方法的高维变量结构模型修正

夏志远, 王友, 唐柏鉴, 周广东, 史慧媛

2024, 44(4): 8-14.

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工程结构模型修正常面临变量维度高、非线性程度强等现实问题，其模型修正的精度和效率受到严重影响，为改善这一不足，提出基于改进物体碰撞算法（Advanced Colliding Bodies Optimization，ACBO）和高斯白噪声扰动（Gaussian-white-noise Mutation，GM）的联合修正方法。在联合方法中，ACBO 实现从传统的“一对一”到“优对多”的碰撞模式的转变，GM则用于保证碰撞过程中种群的多样性，可有效提升结构模型修正效率。基于一系列测试函数，对比分析标准物体碰撞算法（Colliding Bodies Optimization，CBO）和联合优化方法的优化性能；给出基于ACBO-GM联合方法的修正流程，并将其应用于钢框架修正算例和悬臂梁修正实例，对比研究基于联合修正方法与基于遗传算法（Genetic Algorithm，GA）的修正精度和效率。研究表明，ACBO-GM联合优化方法在精度和效率方面都明显优于传统的CBO方法，该优化方法的可行性得到验证；基于ACBO-GM联合方法在钢框架和悬臂梁两个工程结构修正案例中的应用，其修正精度均与基于GA方法的精度一致，但修正效率显著优于基于GA的修正方法。

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直齿锥齿轮系统动态特性参数解域界结构

田亚平, 王瑞邦, 杨江辉, 王建勤, 卢杭

2024, 44(4): 15-21.

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为研究含间隙直齿锥齿轮系统的幅值跳跃、齿面冲击特性，用谐波平衡法建立系统动力学方程。在频率与间隙、时变刚度、静态综合误差和负载构建的参数平面内用Broyden 拟牛顿法和伪弧长延续算法获得系统参数解域界结构，探索系统幅值跳跃、多值解和啮合冲击特性对参数的敏感性。结果表明在系统啮频和轴频主共振区均出现幅值跳跃和多值解现象，在啮频处动态特性更为复杂丰富。小间隙下存在严重的齿面冲击现象，当间隙b>0.98 时系统的跳跃与齿面冲击均趋于稳定，系统动态特性对时变啮合刚度不敏感，在高速轻载、较大齿面误差激励下系统的非线性跳跃和齿面冲击均加剧。参数解域界结构为锥齿轮结构设计提供数据支持。

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车辆匀速过桥时桥梁动态响应特征及其模态参数识别研究

陈诗璇, 封周权, 宁立, 华旭刚, 许有胜, 何晓晖

2024, 44(4): 22-28.

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为揭示车辆荷载作用下桥梁动态响应规律及其动力特性，为实际工程移动车辆激振动力试验的实施提供理论参考，通过数值模拟方法对移动车辆作用下的桥梁振动响应及其模态参数识别进行研究。基于车辆与桥梁耦合系统的运动方程通过ANSYS建立简支梁及四自由度车辆的有限元模型，完成模态分析后计算不同参数条件（车速、粗糙度、车重）下的桥梁振动响应，分析表明：车辆匀速过桥时，在车速为10~30km/h区间内桥梁位移响应存在最大值，加速度响应随车速增加而增大；位移和加速度响应均随着路面粗糙度增加而增大；相比动态成分，位移响应静态成分受车重影响较大。对全程振动响应和自由振动响应数据，分别采用AMD-SSI和基于特征值分解的算法识别桥梁的模态参数。结果表明：车速为10~30km/h时识别的频率、阻尼比更加准确。因此采用移动车辆对桥梁进行动力激振试验时，应根据识别的模态特征选择合适的车速。

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声全息测量架对近场时空频特性影响规律分析

柯慧程, 彭子龙, 胡宇安, 宋昊, 朱军超

2024, 44(4): 29-36.

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在开展水下声全息测量时，常常忽略测量支架及其他辅助设备引起的测量误差。基于有限元法分析在Benchmark 模型周围上加装声全息测量架后对近场声散射测量精度的影响。通过对共形圆环阵测量架提取多路测点的声场数据，分析入射波频率、角度以及测量架材料对近场声全息声场测量误差的影响。研究发现：在散射效应较弱的入射角度区间内加装声全息测量架，测量的散射声压变化较为敏感；分布在靠近声全息测量架处测点接收到的声学数据误差较大，出现较多峰值；材料特性阻抗较大的测量架引起的误差高于特性阻抗较低的测量架。

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高速滚动轴承振动特性及动刚度影响因素分析

万光海, 王全龙, 武美萍, 韩志平

2024, 44(4): 37-42.

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为研究滚动轴承在高速周期载荷作用下的振动特性，本文基于滚动轴承的动力学方程，以61896深沟球轴承为研究对象，开展轴承在简谐周期力作用下的动力学仿真分析，探究滚动轴承的振动响应特性，确定对轴承影响最大的模态频率及幅频关系，并以此探究激振频率、轴承球体材料及数量等轴承参数对轴承动刚度的影响规律。研究发现：结构1阶固有频率为轴承共振位移最大点，其内圈和滚子破坏较为严重。而且，随着激励频率的增加，轴承振动位移值呈现出先增大后减小趋势，当达到共振频率时，位移值急剧增加。此外，在达到1阶频率之前，轴承的动刚度随激振频率的增加而减小，随球体个数的增加而增加；球材料变化时，轴承动刚度随频率的变化曲线也随之改变，其中陶瓷Si3N4动刚度较好。

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永磁同步电机磁固热多物理场耦合振动噪声分析

孟羚玉, 陈长征, 史宗辉, 孙鲜明

2024, 44(4): 43-49.

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针对永磁同步电机的电磁振动噪声多物理场耦合问题，在磁固耦合的基础上，考虑温度场对电机结构和电磁特性的影响，通过有限元法提出一种磁固热多物理场耦合模型，分析在热应力和电磁力共同作用下电机的结构变形，突出对比强弱耦合变形情况下电机电磁力及振动噪声情况。以一台6 极36 槽内置式永磁同步电机( InteriorPermanent Magnet Synchronous Motor，IPMSM )为研究对象，综合考虑磁场、温度场和结构场多物理场耦合作用，建立永磁同步电机有限元模型，用ANSYS Workbench 准确计算电机各种损耗并进行温度反馈，并通过实验验证模型准确性。结果表明，考虑温度分布和结构变形有助于准确预测和评估电机的振动噪声水平。

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齿轮传动系统共存吸引子的稳定性与分岔

金花, 王才林, 吕小红

2024, 44(4): 50-55.

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以3 自由度齿轮传动系统为研究对象，应用数值仿真方法得到系统的多初值分岔图，结合最大Lyapunov 指数(Top Lyapunov Exponent，TLE)分析阻尼系数对系统动力学特性的影响。将数值仿真、延拓打靶法和Floquet 特征乘子相结合，延拓追踪共存吸引子的稳定性与分岔。应用胞映射法计算共存吸引子的吸引域，结合分岔图、相图和Poincaré映射图揭示共存吸引子的吸引域随系统参数变化的侵蚀演变过程。结果表明：系统存在周期倍化分岔点和鞍结分岔点之间的距离非常近的现象，鞍结分岔使系统终态在两个不同的周期运动之间跳跃，使周期倍化分岔表现出亚临界特性；共存的周期吸引子主要由鞍结分岔引起；若鞍结分岔发生在概周期运动区间，则会出现周期吸引子与概周期吸引子共存。

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弹性边界约束加筋板结构振动特性与功率流分析

邹卓夫, 王彦皓, 刘杨

2024, 44(4): 56-62.

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从能量传输角度开展弹性边界约束条件下加筋薄板结构振动特性研究。加筋薄板结构振动系统横向振动位移采用边界光滑傅里叶级数展开，在加筋薄板端部引入平动约束弹簧与旋转约束弹簧，通过设置约束弹簧的刚度数值模拟任意边界条件。基于能量原理描述弹性边界约束加筋薄板结构振动系统的总势能、总动能与外激励做功项，结合瑞利-里兹方程得到系统的标准特征方程，弹性边界约束加筋薄板结构的振动响应特性可以通过求解标准特征方程得到。通过数值算例，验证本方法在求解弹性边界约束下加筋薄板结构振动特性的准确性，探究加强筋位置、高宽比以及边界约束弹簧刚度对系统振动特性、能量流响应的影响规律。本方法具有快速收敛、高效、高精度的特点，可为研究弹性边界约束加筋薄板结构动力学行为提供有效分析手段。

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基于增广SVD-MWKF的激励识别与结构响应重构

李鑫煜, 殷红, 彭珍瑞

2024, 44(4): 63-69.

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针对传统卡尔曼滤波算法在结构响应重构应用中需要外部激励及测量噪声方差先验已知的问题，提出一种基于增广SVD-MWKF(Singular Value Decomposition-Moving Window Kalman Filter)的激励识别与结构响应重构方法。首先，引入奇异值分解降噪技术以优化移动窗口法对测量噪声方差的实时估计。随后使用基于增广状态空间方程的卡尔曼滤波算法并结合部分测点的加速度测量数据，实现对结构外部激励的识别及各位置的速度、加速度响应的重构。最后，对起重机桁架和简支梁分别进行数值模拟和试验分析，结果表明，相较于移动窗口法，所提方法对测量噪声方差估计更加准确，且对外部激励能进行有效识别。

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圆柱壳声学超材料带隙的机器学习优化设计

陈思危, 姚敦辉, 姚凌云

2024, 44(4): 70-76.

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圆柱壳结构广泛应用于工程中，其振动噪声水平对工程设计有着巨大的影响。针对圆柱壳声学超材料的带隙设计要求，提出一种基于机器学习理论的带隙优化方法。首先，利用有限元法对3 000 个圆柱壳超材料胞元结构进行带隙分析，然后将计算的带隙数据分别输入不同的机器学习模型进行训练，构造预测模型并利用决定系数（R2）,均方误差（Mean Square Error，MSE）,可解释方差（Explained Variance Score，EVS）等指标寻求其最优模型,最后，利用最优机器学习模型对圆柱壳声学超材料的带隙进行拓宽设计。研究结果显示该方法可对圆柱壳声学超材料带隙进行有效预测与拓宽。

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切向流作用下含机械阻抗的声衬建模及分析

倪臻, 李旦望, 纪良, 周凯

2024, 44(4): 77-82.

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为提高声衬低频吸声能力，在声衬中引入机械阻抗结构，建立系统声阻抗模型并开展分析。首先，基于声传播方程，结合传递矩阵法建立均匀管道声传播模型。通过引入穿孔板及机械阻抗声学协调条件，进一步得到切向流作用下含机械阻抗的声衬阻抗模型。通过与现有文献及有限元法进行对比来验证给出方法的可靠性。对含机械阻抗的双自由度声衬开展数值分析，其结果表明，引入机械阻抗能显著提升声衬的低频吸声性能，声衬整体吸声量随流动马赫数的增大而先增大后减小，且较小的机械阻抗质量能够获取更好的低频吸声效果，低频吸声峰值频率随机械阻抗固有频率的增大而增大，峰值高度随机械阻抗阻尼的增大而减小。

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含改进LuGre摩擦的冲击振动成型机动力学分析

范旭东, 张艳龙, 张睿

2024, 44(4): 83-89.

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针对一种具有物料检测装置的全自动散热片成型机，简化得到一类含间隙及摩擦的两自由度冲击振动成型机的力学模型，根据拉格朗日方程建立系统的运动方程，并得到系统运动的详细过程及每个阶段的判断条件。利用数值仿真分析改进LuGre动摩擦作用下系统运动的转迁过程以及黏滞和颤振现象。结果表明：系统运动主要经周期倍化分岔、周期逆倍化分岔、擦边分岔以及Hopf分岔在单周期运动与多周期运动以及周期运动与混沌之间相互转迁。此外，当系统激振频率在1～1.081 9 之间时，系统运动存在黏滞和颤振现象；当系统激振频率在1.081 9～3 之间时，系统运动只存在颤振现象，黏滞现象消失。

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基于虚拟材料法的金属膜片联轴器振动传递特性分析

夏兆旺, 张浩琪, 张帆, 杨正奇, 鞠福瑜, 王一飞

2024, 44(4): 90-95.

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在对大型船舶金属联轴器进行振动性能试验时由于试验台架体积大、成本高，导致进行试验十分困难，因此研究高效率和高精度的仿真计算方法具有重要意义。传统精确的数值仿真网格多、效率低，为此采用虚拟材料法对船舶金属联轴器进行数值仿真并进行试验验证。首先通过计算和试验得到螺栓的虚拟材料层各参数，然后对大型金属联轴器的所有螺栓连接部位进行简化建模。其次通过该方法得到金属膜片联轴器的刚度特性、模态特性、阻抗特性和振动传递特性，并与传统建模方法的计算效率进行对比。最后搭建联轴器振动性能实验台架进行验证。研究结果表明：采用虚拟材料法的联轴器振动性能仿真效率提高73.9 %；四组采用虚拟材料法的联轴器膜片组件刚度与实验测得的联轴器刚度的平均误差为2.61 %，与带螺栓模型测得的刚度平均误差为1.15 %。金属膜片联轴器前5 阶模态频率仿真与试验的平均误差为9.91 %，在10～2 000 Hz频带，金属膜片联轴器轴向和径向阻抗的仿真与试验的误差分别为1.9 和2.8 dB，金属联轴器轴向和径向的振级落差仿真与试验的误差分别为4.69 和3.41 dB。试验与仿真结果误差较
小，符合工程精度要求，该方法的计算效率和准确性得到验证。

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复合柱局域共振声子晶体的超宽带隙与可调性研究

张敏, 温晓东, 孙小伟, 刘禧萱, 宋婷, 刘子江

2024, 44(4): 96-102.

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局域共振声子晶体因具有良好的低频带隙特性，在低频减振降噪方面具有广泛的应用前景。以设计一种具有超宽带隙的三组元二维复合柱声子晶体结构为目标，该结构由散射体、双包覆层和六棱柱基体板组成，相对应的局域共振单元附加质量比为65.13，利用有限元方法计算该声子晶体板的能带结构、传输损失谱和位移矢量场。结果表明：在0～3 000 Hz的频率范围内相对带宽高达162.10 %。与方形柱基体板声子晶体相比，所设计的六棱柱基体板声子晶体的第一完全带隙频率更低且第二带隙频率范围更宽。通过优化几何结构、改变材料参数以及引入压电效应等方式，实现对多条完全带隙的调控，并进一步拓宽完全带隙形成超宽带隙。研究结果可为研发可调低频减振降噪产品提供一定的理论参考。

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STFT结合2D CNN-SVM的齿轮箱故障诊断方法

谢锋云, , 汪淦, , 王玲岚, , 李刚, 朱海燕, 谢三毛,

2024, 44(4): 103-109.

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为提高齿轮箱故障诊断的有效性和故障识别的准确率，提出一种基于短时傅里叶变换（Short-term Fouriertransform,STFT）、二维卷积神经网络（Two-dimensional Convolutional Neural Network，2D CNN）和支持向量机（SupportVector Machine，SVM）相结合的齿轮箱故障识别方法。搭建JZQ250 型定轴齿轮箱实验平台，利用加速度传感器获得齿轮箱振动信号，并对振动信号进行短时傅里叶变换得到二维时频图，然后将时频图输入到2D CNN中进行特征信息提取，通过2D CNN前向传播和反向传播对不同类别故障时频图信息进行训练，建立不同类别特征之间更深层次的联系，通过训练集和验证集loss 曲线、准确率曲线和t-SNE可视化（t-Distributed Stochastic Neighbor Embedding，t-SNE）多种方法来反映模型训练程度，最后由SVM对故障类型进行识别。通过将所提出的方法与FFT-2D CNN、1D CNN-SVM和2D CNN-SVM对齿轮箱故障识别结果进行对比，本方法故障识别准确率最高，达到97.94 %，且提出的方法具有很好的鲁棒性。

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基于最小二乘法的振动监测系统测量噪声现场标定

李宾宾, 朱伟, 谢炎龙, 朱作

2024, 44(4): 110-117.

摘要 ( )

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分析振动监测系统的测量噪声水平是结构健康监测设计的重要步骤，有利于优化测试方案和后期模态参数识别。本文从数据采集全过程入手分析测量噪声的主要来源和统计特性，基于最小二乘法原理，提出标定硬件噪声水平的“n 信道”方法和估计多信道同步误差的方法。前者允许以任意数量的信道组合进行噪声估计，能够充分利用所有信道的信息，增强结果的稳定性；后者运用时滞测量信号的频域特性，通过互功率谱密度的比值实现信道间亚毫秒级同步误差估计。所提方法的正确性、鲁棒性和实用性通过某桥梁振动监测系统的测量数据得到验证。

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基于改进PSO-VMD-MCKD的滚动轴承故障诊断

宿磊, 刘智, 顾杰斐, 李可, 薛志钢

2024, 44(4): 118-124.

摘要 ( )

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针对滚动轴承信号在强噪声背景下故障特征提取困难的问题，提出一种变分模态分解(Variational ModalDecomposition，VMD)和最大相关峭度解卷积(Maximum Correlated Kurtosis Deconvolution，MCKD)相结合的故障诊断方法。首先基于VMD方法选取故障信号的最优模态分量，然后采用MCKD算法增强最优分量信号中的冲击成分，最后通过包络谱分析提取滚动轴承的故障频率。利用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization，PSO)对VMD算法中的参数α 和K以及MCKD算法中的参数L和M进行寻优，并对PSO算法中惯性因子和学习因子的更新方法加以改进，以提高参数寻优过程的收敛速度。仿真分析和试验结果表明，所提出的诊断方法可以有效提取被强噪声淹没的滚动轴承故障特征。

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柴油机多源冲击振动信号稀疏表示及其故障诊断应用

赵南洋, 茆志伟, 张进杰, 江志农

2024, 44(4): 125-131.

摘要 ( )

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柴油机在船舶、核电、车辆等领域应用广泛，对其进行监测与故障诊断具有重要意义。随着设备健康监测技术的发展，数据存储压力日益显著，信号稀疏表示成为一种有效的解决措施。针对柴油机振动信号具有强冲击、非平稳的特点，提出一种基于分解信号（Decomposed Signal，DS）字典的柴油机多源冲击信号稀疏表示方法，并以稀疏系数作为特征应用于柴油机气门间隙异常故障诊断。首先，采用变分时域分解（Variational Time-domain Decomposition，VTDD）对信号进行处理获得分解信号。然后，将分解信号组成DS 字典。接着，通过正交匹配追踪（OrthogonalMatching Pursuit，OMP）算法实现原信号和分解冲击信号的稀疏表示。最后，以稀疏系数作为特征进行柴油机气门间隙异常故障诊断。测试结果表明，所提方法具有较好的应用效果，故障诊断准确率高于90 %。

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基于高斯滤波与多尺度CNN的抗噪轴承故障诊断方法

路新华, 韩风超, 马丽, 张凌晓, 孙鹏

2024, 44(4): 132-137.

摘要 ( )

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针对滚动轴承在强背景噪声环境下故障诊断性能不佳，已有基于深度学习和降噪处理的故障诊断模型规模较大，复杂度较高导致难以实际部署的问题，提出一种基于高斯滤波（Gaussian-filter）和多尺度卷积神经网络（Multi-Scale Convolution Neural Network，MSCNN）的滚动轴承故障诊断方法，可在噪声环境中实现低复杂度、高精度的故障诊断，并对不同负载情况具有高鲁棒性。该方法首先构造适应不同信噪比的最佳滤波核，然后对有噪信号进行降噪处理，最后使用MSCNN自适应提取信号多尺度特征，实现多类别故障诊断。实验结果表明，与当下最先进的各种故障诊断方法相比，该方法在各种强度噪声下均具有较高故障诊断精度，且在时间和空间维度上具有较低的复杂度，有望在工业生产中得到实际应用。

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基于RACS-TFODF自适应随机共振系统的轴承故障诊断应用

蔡丹娜, 吴科伟, 向丹, 封远鹏, 徐毓贤, 蒋占四,

2024, 44(4): 138-144.

摘要 ( )

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针对传统随机共振系统（Stochastic resonance，SR）的参数选择和未考虑历史信息影响随机共振效果的问题，提出一种基于改进布谷鸟算法（Ranking-based Adaptive Cuckoo Search，RACS）的自适应改进势模型随机共振方法。首先，对大参数信号进行移频尺度变换处理，使其满足SR 的绝热近似理论要求；其次，提出一种时延分数阶偏置非线性过阻尼随机共振系统（Time-delayed Overdamped Stochastic Resonance System with Fractional Deflection Nonlinearity，TFODF-SR），并研究势模型参数对随机共振效果的影响；进而利用以信噪比作为评价函数的RACS算法自适应确定随机共振系统的结构参数；最后经过时、频域分析提取出滚动轴承故障特征。通过仿真与实测实验分析对所提出方法相比于传统SR 系统及没有引入时延反馈项的ODF 系统（Overdamped System with Fractional Deflection Nonlinearity，ODF）在滚动轴承故障提取上的有效性和优越性进行验证。

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基于CEEMDAN-FastICA-MCNN的多传感信息融合轴承故障诊断

张鑫, 钟倩文, 余佑民, 彭乐乐, 郑树彬, 陈谢祺

2024, 44(4): 145-152.

摘要 ( )

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针对轴承振动信号易受噪声干扰、变工况及单一传感器提取特征信息不完备的问题，提出基于自适应噪声完备集成经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition of Adaptive Noise，CEEMDAN)、快速独立分量(Fast Independent Components Analysis，FastICA)降噪和多输入卷积神经网络(Multiple-input Convolutional Neural Networks，MCNN)的多传感信息融合轴承故障诊断方法。首先分别对多传感采集的振动信号划分数据集，并输入CEEMDAN得到本征模态函数(Inherent Nodal Function，IMF)；随后，选择峭度大于3 的IMF构造观测信号，其余IMF 构造虚拟噪声信号，作为两个输入源输入FastICA，分离出特征向量；最后，设计MCNN识别故障类型。在CWRU和XJTU-SY数据集上的正确率分别为99.94 %和99.64 %。在信噪比为-8 dB的抗噪性能测试中，正确率分别为96.95 %和98.29 %；在信噪比为0 dB 的抗噪性能测试中，正确率分别为99.00 %和99.23 %。对比实验结果表明此方法能够提取更为全面的故障特征信息，获得更高的准确率。

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不平衡数据下基于改进门控卷积网络的轴承故障诊断

郗昌盛, 梁小夏, 田少宁, 杨杰, 冯国金, 甄冬,

2024, 44(4): 153-160.

摘要 ( )

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深度学习在滚动轴承故障诊断中具有广泛的应用，然而，现实中的监测数据往往具有不平衡性，这就会对模型的诊断性能产生很大影响。因此，提出一种基于改进门控卷积神经网络（Improved Gated Convolutional Neural Network，IGCNN）的故障诊断方法，用于数据不平衡条件下的故障诊断。首先，提出改进门控卷积层以增强特征提取能力，通过批量归一化技术提高模型的泛化能力。然后，使用标签分布感知边界（Label-distribution-aware Margin，LDAM）损失函数提高模型对少数类的敏感度，减小数据不平衡对模型的影响。将所提算法应用在两组故障轴承数据上，在数据不平衡率为20:1 的情况下，所提算法仍然可达到92.71 %和94.47 %的故障识别率，而对比的其他主流深度学习模型在该情况下只有60 %～72 %的准确率，表明所提方法在数据集严重不平衡情况下具有很强的诊断能力和鲁棒性。

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主减速器故障的增强多尺度微分符号熵和优化SVM诊断

汪会财, 徐婷婷, 胡晓锐, 龙羿, 池磊, 唐述

2024, 44(4): 161-166.

摘要 ( )

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为准确提取出能够表征车辆主减速器故障的故障特征，同时针对多尺度微分符号熵（Multi-scale Differential Symbolic Entropy，MDSE）粗粒化过程中存在的问题，提出增强多尺度微分符号熵（Enhanced Multi-scale Differential Symbolic Entropy，EMDSE）的概念，并结合蝴蝶算法（Butterfly Optimization Algorithm，BOA）优化的支持向量机（Support Vector Machine，SVM），提出主减速器故障诊断的EMDSE和BOA-SVM方法。EMDSE可解决MDSE粗粒化过程中存在的信息泄露和计算结果不稳定的不足，能够更加有效地利用信号中存在的故障信息。主减速器故障诊断实例结果表明，相比于MDSE，EMDSE的计算结果更稳定，对主减速器不同故障状态的可区分性更强，BOA-SVM得到的诊断精度更高。

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频域特征提取联合双流CNN的轴承故障诊断方法

田野, 陈姚节, 张莉, 陈黎

2024, 44(4): 167-173.

摘要 ( )

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针对传统方法提取到的轴承各类故障特征混杂，部分类别故障不易区分的问题，设计一种双流卷积神经网络(Convolutional Neural Network，CNN)的故障诊断模型。首先将振动信号转换到频域，为减少低频微弱信号的干扰，过滤频域信号，设定滤波器通带和阻带衰减值以保证信号不失真，进而确定频率带宽，在该带宽值下求得信号振幅占比最大值的范围，同时以正常信号振幅平均值作为高频信号的阈值确定频率最高值。用上述参数分别作为滤波器的参数，过滤信号得到频谱信号和构建时频图像。将提取频谱信号和时频图作为模型两个通道的输入，在卷积层和池化层后加入特征融合层，通过加权融合的方式将两个通道的特征融合，使得各类故障特征区分度显著提高。实地搭建故障平台采集数据验证，实验结果表明，该方法能提取到每类故障独有的特征，轴承故障识别准确率达到98.95 %。

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基于ReliefF和因子分析的管道泄漏源特征识别方法

高琳, 周剑楠, 周小杰, 王红

2024, 44(4): 174-179.

摘要 ( )

PDF(1886KB) ( )

针对管道泄漏源识别方法中由于特征冗余性较高从而影响识别精度的问题，提出一种结合ReliefF 和因子分析的特征降维方法。首先，采集管道泄漏源的声发射信号，并从声发射信号中提取出27 个频域特征和时域特征；其次，利用ReliefF 方法对特征进行筛选，筛选出相关性较高的特征作为敏感特征，并通过因子分析提取敏感特征中的公因子，组成特征集；最后，将降维后的特征集输入支持向量机中进行识别，输出对管道泄漏源形状特征与尺寸大小的识别结果。实验结果表明，该方法能准确识别出管道泄漏源的不同形状特征以及尺寸大小，同时能有效降低特征冗余性和运算时长。

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基于多滤波降噪法的桥梁应变监测信号处理

卢海林, 郭馨阳, 郝静

2024, 44(4): 180-187.

摘要 ( )

PDF(2470KB) ( )

针对桥梁应变监测信号存在多源噪声，以及现有降噪法难以准确选取有效固有模态函数（Intrinsic Mode Function，IMF）分量的问题，提出一种有效的多滤波降噪法。首先，采用自适应噪声抵消器对含噪信号进行预处理，以滤除低频噪声，再对其进行自适应噪声完备集合经验模态分解（Complete Ensemble Empirical Mode Decompositionwith Adaptive Noise，CEEMDAN）得到IMF分量，并利用频谱分析-自相关函数双重判断准则选取IMF分量；随后，对其进行奇异值分解，利用奇异值差分谱确定各分量有效阶数；最后，将各有效IMF分量的有效阶重构得到去噪信号。通过模拟试验验证上述方法的合理性，并将其应用于桥梁应变监测信号处理。结果表明：采用上述双重判断准则选取有效IMF分量具有较好效果，且提出的多滤波降噪法在桥梁应变监测信号处理中具有显著的优越性。

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基于自适应CYCBD和DARTS的滚动轴承故障诊断方法

李可, 陈方健, 顾杰斐, 宿磊, 薛志钢

2024, 44(4): 188-193.

摘要 ( )

PDF(1938KB) ( )

针对强噪声导致滚动轴承振动信号故障特征不明显的问题，提出一种结合自适应最大2 阶循环平稳盲解卷积（Maximum Second - order Cyclostationary Blind Deconvolution，CYCBD）与可微架构自搜索（Differentiable Architecture Search，DARTS）的故障诊断方法。首先将模糊熵作为鲸鱼优化算法的适应度函数进行CYCBD滤波器长度寻优，并以峭度-包络谱峰值为综合指标对循环频率进行步长寻优，从而实现自适应CYCBD降噪；然后引入DARTS算法实现滚动轴承故障识别模型的自构建；最后通过滚动轴承公开数据与实验数据验证多域强噪声环境下自适应CYCBD-DARTS故障诊断方法的有效性。

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工程机械变速箱敲齿异响故障诊断与分析

周海军, 汪亚平, 蔡敢为, 谷云辉, 唐建波, 钟琦

2024, 44(4): 194-198.

摘要 ( )

PDF(2497KB) ( )

针对某工程机械发生变速箱严重异响的问题，开展振动、转速和压力测试及分析诊断。通过分析发动机和变速箱端转速信号，排除发动机转速波动引起变速箱敲齿异响的可能。结合振动和压力信号，以及传动系统各参数，诊断出变速箱发生敲齿异响的来源在于辅助油泵，因油泵处较大幅值的谐次压力，使传动系统产生特定频率下的较大扭转位移，该位移超变速箱空套齿轮的间隙，从而发生敲齿异响；通过加装液压缓冲蓄能器或更换不同品牌的辅助油泵两种方案开展实车验证可解决异响故障，证明诊断有效。分析工作的成果可为变速箱敲齿异响的诊断提供新的案例，对同类故障的诊断工作具有指导意义。

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基于机器视觉与听觉响应的干式变压器状态智能诊断方法

邵宇鹰, 王枭, 彭鹏, 张阳, 高健, 袁国刚

2024, 44(4): 199-204.

摘要 ( )

PDF(2240KB) ( )

为提升干式变压器的状态监测与故障诊断能力，提出了一种新的整合机器视觉与听觉响应的变压器状态诊断方法。首先，通过目标检测算法对干式变压器的潜在故障位置进行识别监控，获取其位置信息；其次，整合延迟求和波束成形算法计算其潜在故障位置的声学信息，利用该声学信息实时监控变压器是否出现放电缺陷；最后，对于无法快速诊断的机械故障，利用听觉外周模型获取听觉谱，依据其声音信号的特征频段，设置各特征频率获得多特征频率听觉谱，通过卷积神经网络进行变压器故障类型识别。实验结果显示，所提的方法在噪声情况下的变压器状态识别准确率仍高达87.51 %，优于其他对比的时频域特征提取方法。故所提方法能较准确地诊断干式变压器状态，并且具备良好的抗噪性能，有效补充了当前变压器的监测手段。

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基于载荷谱分析和混合深度学习车载储氢气瓶路况载荷模式识别

李淳, 胡越, 鞠宽, 焦玲, 高阳,

2024, 44(4): 205-210.

摘要 ( )

PDF(1960KB) ( )

氢燃料电池汽车在行驶过程中受路况影响产生振动，引起的振动载荷可能导致车载气瓶产生表面损伤，直接影响气瓶的使用安全和效率。针对储氢气瓶路况载荷数据分布不平衡导致载荷识别效果不佳的问题，提出一种改进深度卷积生成模型（Deep Convolutional Generative Adversarial Networks，DCGAN）结合卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）的路况振动载荷识别方法。DCGAN 可以实现样本扩充，提高模型的识别性能。同时，针对DCGAN的卷积计算只能处理相邻数据特征的问题，将自注意力机制（Self Attention，SA）引入DCGAN中，自注意力机制可以计算样本的特征点之间的关系，帮助DGCAN的生成器充分学习样本的全局特征，增强模型泛化性。最后通过CNN实现载荷识别。通过实验对提出模型进行测试，并与多种模型比较；实验结果表明，提出的模型对路况振动载荷识别准确率达到96.3 %，与其他模型相比，该模型表现出更好的性能。

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制动工况下含预瞄信息的主动悬架变权重LQG控制

朱爱鑫, 袁春元, 陶振兴

2024, 44(4): 211-217.

摘要 ( )

PDF(2466KB) ( )

为提高车辆在制动工况下的乘坐舒适性，建立1/2 车辆主动悬架制动模型。针对传统LQG控制器中的权重系数难以确定的问题，以车辆的各项性能指标为约束条件，利用改进的粒子群算法对不同路面等级下的控制器权重系数进行优化。在此基础上，将最优控制与轴距预瞄控制相结合，基于线性系统二次型最优控制理论，设计制动工况下包含预瞄信息的主动悬架变权重LQG控制器。仿真结果显示：相比于固定权重的LQG控制，变权重LQG控制能够更好地适应路面等级的变化，有效改善悬架的性能。此外，含预瞄信息的变权重LQG控制和无预瞄信息的变权重LQG控制相比于被动悬架，车身垂直加速度均方根分别优化51.2 %、43.9 %，车身俯仰角加速度均方根分别优化42.7 %、18.0 %。由此可知，含预瞄信息的主动悬架变权重LQG控制能够使车辆获得更好的舒适性，且整体振幅也得到明显降低。

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铁道车辆轴箱振动非高斯特征与分布研究

李丰润, 吴兴文, 赵明花, 池茂儒, 张平, 李牧皛

2024, 44(4): 218-223.

摘要 ( )

PDF(2414KB) ( )

以对铁道车辆轴箱振动非高斯特征与分布为对象开展研究。基于列车线路轴箱实测加速度信号，提取由轨道冲击引起的轴箱振动特征非高斯信号。使用多个概率密度函数（Probability Density Function，PDF）模型对实测信号进行拟合，并与实测特征信号的经验分布进行对比，评估各模型对轴箱特征非高斯信号的拟合精度。基于W-H非线性变换模型，建立一种非高斯信号模拟方法。利用模拟信号分析非高斯特征对各模型拟合精度的影响。结果表明：列车在行驶过程中具有非高斯特征，当列车经过轨道焊接接头、道岔与波磨路段时，由于轮轨冲击，非高斯特征明显增大，车轮多边形对信号非高斯特征几乎没有影响；基于W-H模型的非线性变换法，可以在保证模拟信号功率谱与指定功率谱基本一致的情况下，进行不同非高斯特征的信号模拟；高斯混合模型能够对铁道车辆非高斯信号较为准确地拟合；随着模拟非高斯信号峭度与偏度的增大，各模型与经验分布的相对误差也会增大，其中高斯混合模型拟合精度相对较高。

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基于CEEMDAN-WSVD组合串扰消除法车内噪声源识别

李艺江, 陈克

2024, 44(4): 224-230.

摘要 ( )

PDF(2705KB) ( )

为解决车内噪声源识别中结构路径易受外部因素干扰，以及多源振动串扰影响，导致采集的工况数据存在噪声等问题，提出基于自适应噪声的完备集合经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise，CEEMDAN)的CEEMDAN-WSVD组合去噪法，该方法利用自适应加噪特征避免模态混叠现象发生，引入样本熵对高频含噪分量进行小波变换(Wavelet Transform，WT)，实现一层降噪后进行重构；并采用奇异值分解(Singular Value Decomposition，SVD)对重构信号获取主分向量，同时使用主分量衰减方法剔除较小主分量，实现二层降噪。运用模拟仿真信号验证上述方法对复杂含噪信号有降噪效果。通过对采集的工况数据降噪处理，计算路径传递率并得到贡献量。将各降噪方法应用于工况传递路径模型中对比分析，发现经过本文方法降噪后模型的合成响应与实测响应准确性较高，降噪效果较优。

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船舶主机排烟管路系统减振设计研究

蔡晓涛, 程凭杰, 刘媛, 刘赟, 黄志武, 崔雷雷

2024, 44(4): 231-235.

摘要 ( )

PDF(1946KB) ( )

船舶主机排烟管路在运行时，因受到主机结构振动和排出废气脉动压力的影响，会发生相应振动问题。为降低排烟管路振动和噪声传递到船体结构和附近舱室，需对其进行减振设计。对船舶主机排烟管路系统减振设计的原理、布置过程、注意事项等进行探究，对减振元件的选型进行有限元仿真校核，并在实船上进行隔振效果的测试验证。实船结果表明：在10～10 000 Hz 频段范围内，排烟管路减振装置有较好的隔振效果，隔振效果达到15 dB 以上。该研究可为船舶排烟管路减振设计提供参考，具有一定的工程指导意义。

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基于声音振动信号的电动车状态识别研究

王奔, 杨国伟, 陶新明, 王国帅, 尹明杰, 刘祖斌

2024, 44(4): 236-241.

摘要 ( )

PDF(1889KB) ( )

当前电动车事故总是引起民众大量关注与讨论，故设计一种基于声音振动信号来判断电动车主要状态的识别方案，可以为车辆状况、驾驶习惯、事故鉴定等提供数据支持。在信号采集方面，设计并开发实时采集声音信号和振动信号的装置。在状态识别方面，研究一种小波包能量熵与改进灰狼搜索算法优化支持向量机参数的方法，寻找支持向量机最佳的惩罚系数和核函数，从而确定支持向量机状态识别模型。最后进行电动车不同状态下的实验测试，结果表明，相比于经验模态分解、变分模态分解、网格搜索算法、灰狼搜索算法，基于小波包能量熵与改进灰狼搜索算法优化支持向量机的方法对电动车运行状态识别具有准确率高、稳定性强的优势。

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多耐压壳体结构振动传递控制技术研究

黄颜, 刘文章, 胡志宽,

2024, 44(4): 242-247.

摘要 ( )

PDF(2841KB) ( )

相对单耐压壳体，由于多耐压壳体通过舷间连接结构相互耦合，受激励耐压壳体向临近的舷间结构/舷间声介质、临近耐压壳体、轻外壳等主构件传递振动，总体上呈现多路径相互叠加的树形结构，传递路径复杂。采用数值方法，通过建立多耐压壳体有限元模型，基于多耐压壳体耦合特征，分析振动传递路径上基座、激励位置、舷间结构等相关参数对多耐压壳体声学特性影响，从传递路径上开展针对性的结构声学噪声控制技术研究。分析结果可为多体结构的工程设计和振动噪声控制提供有效参考。

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城市公园鸟鸣声持续时间对交通噪声烦恼度的影响研究

洪昕晨, 刘江, 王光玉, 王嘉炳, 成玉宁

2024, 44(4): 248-251.

摘要 ( )

PDF(1259KB) ( )

鸟鸣声作为城市绿色空间中生物声景的主导成分之一，对减缓城市居民压力起到关键的作用。本研究目的在于探究城市公园中鸟鸣声持续时间对交通声造成心理压力的恢复作用以及鸟鸣声驱动因素与交通噪声烦恼度的内在联系。以加拿大温哥华市的3 个城市公园为例，对41 个观测点进行实验研究。通过让受试者先后倾听交通噪声和鸟鸣声，比较受试者交通噪声烦恼度的数值变化。研究结果表明：1～4 kHz的倍频带频率与鸟鸣声持续时间以及交通噪声烦恼度具有较强的相关性；持续时间超过20 秒的鸟鸣声均可降低交通噪声烦恼度，但超过120 秒后效果将减弱；鸟鸣声持续时间达到60 秒和80 秒时效果最优，交通噪声烦恼度减缓率可达26.67 %和22.22 %。在实际应用中可增加浆果类植物吸引鸣禽，并增设可调控时长的鸟鸣声播放设备，以期有效降低城市公园交通噪声烦恼度。

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重庆地铁各型声屏障综合降噪效果研究

张书豪, 刘剑梅, 吴姣姣, 钟姗, 贺玉龙

2024, 44(4): 252-257.

摘要 ( )

PDF(1692KB) ( )

通过在重庆地铁各型声屏障的实际设置区段，对距外轨中心线7.5 m处的近轨声场和敏感建筑处进行同步噪声测试，分析数据并建立符合实际的重庆地铁声屏障降噪效果预测模型，并通过实测和模拟的方法研究重庆地铁各型声屏障的综合降噪效果。结果表明：对敏感建筑整体降噪效果最好的为顶部设置消声百叶的全封闭声屏障，敏感建筑处的噪声为56.4～61.1 dB(A)，整体降噪效果最差的为2.5 m直立式声屏障，敏感建筑处的噪声为67.8～73.2 dB(A)；使用单一线声源模式模拟全封闭声屏障降噪结果与实测误差较大，需在模型中通过添加结构噪声源等方式进行修正；利用修正后的预测模型，预测得出的降噪效果与实测结果具有较好的吻合性，各型声屏障中对近轨声场以及敏感建筑处降噪效果均最好的为顶部设置消声百叶的全封闭声屏障，实测降噪效果为4.9～15.9 dB(A)，模拟得出降噪效果为7.7～17.1 dB(A)。

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制冷机房顶部楼板与管道振动分析及控制设计

陈頔, 韩梦涛, 王凡, 嵇严, 胡小明

2024, 44(4): 258-265.

摘要 ( )

PDF(2521KB) ( )

制冷机房内通常设置有多台制冷主机和循环水泵，当机房位于噪声敏感房间正下方时，对上方区域产生的噪声和振动影响不容忽视。针对某办公建筑内制冷机房上方楼板产生的振动与噪声问题开展分析研究，首先对振源进行诊断，然后进行改造，设计管道隔振支座，最后对比改造前、后的测试数据。改造后办公室内背景噪声和振动加速度均方根值达到国家规范标准，隔振支座隔振效率良好，使原有的振动与噪声问题得到解决。该项目结果表明：当制冷机房上方为噪声敏感房间时，管道吊架不宜与楼板直接连接，应该将吊架通过隔振系统连接在梁、柱上或设置管道落地隔振支座；为保证立柱的稳定性，应将所有立柱连接起来形成系统。研究成果可为制冷机房内管道的隔振降噪提供一种效果良好的方式。

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上盖开发车辆段的库门口振动研究

马晓华, 王敏, 贺志文, 曲村, 周迎春

2024, 44(4): 266-269.

摘要 ( )

PDF(1724KB) ( )

上盖开发的车辆段轨道减振设计依据环评咨询报告的要求采取减振措施，多以库内线和库外线为界进行划分，库门口通常不采取专项的减振设计。现有已运营线路的库门口多采用碎石道床加铺道口板的设计方案，多个上盖开发项目在建成后存在库门口建筑物的振动远大于库内其他构筑物的情况。选取某个车辆段分别在毛坯房阶段以及加面层与隔墙后阶段的振动值进行测试，数据表明：库门口的振动值大于库内区段，库末端振动值最小。鉴于此，以车辆段库门口设置不同刚度值时对建筑物的振动影响为对象进行仿真分析，通过减振效果、经济性、施工便利性多方面的比选，建议在上盖开发地段的库门口设计为整体道床并铺设减振扣件，刚度宜为15 kN/mm。

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双层超材料板的带隙特征与隔声性能研究

刘兵飞, 郝杨杰, 赵寰宇, 肖伟民, 盖晓玲, 骆岩红

2024, 44(4): 270-277.

摘要 ( )

PDF(2486KB) ( )

通过设计槽形双环共振单元，构造正方点阵、三角点阵双层超材料板，采用有限元法计算他们的弯曲波低频带隙，而局域共振产生负的动态质量密度的频率段与带隙很好地吻合。对于相同晶格常数和材料组分条件下，在弯曲波带隙频率范围分析正方点阵、三角点阵双层超材料板的双环旋转角β、声波入射角θ 对隔声量STL的影响。与常见同质量均质双层板比较，这种新型双层超材料板具有频率低、结构简单、体积小等优点，在减振降噪工程领域有着广阔应用前景。

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含硅橡胶复合结构的声学覆盖层吸声特性研究

应童, 何川, 陶猛

2024, 44(4): 278-282.

摘要 ( )

PDF(2081KB) ( )

设计一种在声波入射端与出射端均为半无限大水域工况下使用的，内含空腔硅橡胶单元与金属板的复合结构声学覆盖层。利用仿真软件建立有限元模型，对比硅橡胶单元与域边界距离不同情况下的声学性能，验证嵌入金属板能够有效地提升覆盖层的声学性能，同时研究金属材料不同情况下对覆盖层声学性能的影响，并通过覆盖层位移云图对其吸声机理进行分析。研究表明，该结构可以实现在3 300～8 000 Hz频段内保持稳定在0.9以上的吸声系数。

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变压器低频噪声控制用多层约束阻尼隔声技术

陈晓刚, 崔建业, 赵凯美, 田一, 吴雪峰, 黄晓峰

2024, 44(4): 283-287.

摘要 ( )

PDF(2045KB) ( )

变压器低频噪声很容易受到变电站周边居民投诉。为有效阻隔变压器油箱外噪声传播，在测试掌握500kV变压器噪声水平和频谱特征的基础上，研发一种多层约束阻尼隔声板。首先，构建隔声板仿真分析模型，计算分析约束阻尼板约束层、弹性夹层材质对隔声性能的影响。随后，通过传声损失测试，确定多层约束阻尼隔声板的结构参数。最后，构建500 kV变压器和加装多层约束阻尼隔声板的声场仿真模型，并在实际变压器上进行验证，结果表明，安装多层约束阻尼隔声板后，变压器声压级下降9.3 dB(A)。

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小型音乐厅减振隔声改造实践

李永新, 王旭光, 程雷, 程卫, 李欣

2024, 44(4): 288-295.

摘要 ( )

PDF(4287KB) ( )

为解决邻近交通线路带来的振动与噪声干扰问题，采用“房中房”方案，对首都师范大学音乐厅开展减振隔声改造工程。在改造实践中，克服构造改动限制多、减振隔声难度大等难点，系统地采用浮筑地面、隔声墙、减振吊顶、隔音门窗等全方位的隔声与减振改进措施。改造后经过测量，音乐厅的室内声环境已符合相关标准要求，预期目标得以实现。所提出的减振隔声措施可为类似体量中小型音乐厅的改造实践提供参考。

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双螺杆制冷压缩机振动激励特性分析

张治平鲁涵锋张龙爱武晓昆周江峰

2024, 44(4): 296-302.

摘要 ( )

螺杆压缩机振动噪声是产品舒适性的重要评价指标，研究压缩机激励特性对减振降噪具有重要指导意义。建立压缩机气体激励模型和螺杆转子啮合激励模型计算分析两种激励。开展样机振动响应测试和模态测试。将计算的激励加载到通过模态结果验证的压缩机有限元模型上得到两种激励的计算响应。通过计算响应与测试响应对比确定压缩机主要激励源。研究发现气体激励和啮合激励的频率成分均为基频及其谐次频率，气体激励主要以气流脉动基频贡献为主，啮合激励是引起压缩机振动的主要振源。研究结果可为双螺杆制冷压缩机振动控制提供优化指导方向。

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