噪声与振动控制

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2024-5期封面、目次

封面、目次

2024, 44(5): 0-1.

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新型准零刚度空气悬架系统的设计与分析

孙丽琴, 吴海萌

2024, 44(5): 1-7.

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为提高商用汽车在低频外部激励环境下的隔振性能以及行驶平顺性，基于准零刚度理论，采用正负刚度并联的方式，将负刚度碟形弹簧组与正刚度空气弹簧相结合，设计一种新型准零刚度悬架系统。通过静力学特性分析，建立力位移和刚度位移表达式，得到系统达到准零刚度的参数条件；通过动力学特性分析，建立系统的二自由度模型和简谐力作用下的非线性运动微分方程，得到力传递率特性曲线并对其进行分析。结果表明新结构的低频隔振性能显著提升。基于刚度位移表达式建立2 自由度1/4 悬架模型，分别对准零刚度系统与传统系统的垂向加速度、悬架动行程和轮胎动载荷等平顺性指标的差异性进行分析，仿真结果表明，该准零刚度系统的平顺性改善效果亦优于传统结构。

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风力发电机叶片面内振动抑制的主动控制

周楠, 刘惠康, 柴琳, 陈沛

2024, 44(5): 8-13.

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为解决风力发电系统中叶片振动问题，提出一种用于抑制叶片面内振动的主动控制方法。首先将叶片等效成均匀截面悬臂梁，根据材料力学相关理论求解其挠度表达式，包括自由振动和强迫振动，再根据挠度表达式计算旋转平面内的振动力矩，并建立叶片端到电机端的力矩传导模型，最后在电机端调制出用于消振的力矩。仿真结果证实所提出方法能够有效减小叶尖处位移，抑振率可达70 %以上，实验结果表明，电机转矩的波动幅度明显降低，该方法可以大大减少因叶片振动引起的风力发电系统故障。

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一种高阶频率可控的大变形梁单元

张志刚, , 王栋银, , 马新旋, , 王良文, 王才东

2024, 44(5): 14-20.

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针对大变形梁刚柔耦合系统数值仿真效率低的问题，提出一种高阶频率可控的平面梁单元。选取节点位置矢量和首末两端节点处的轴向位置梯度矢量为整体参数，利用三次样条插值构造梁的形心线；依据Euler-Bernoulli梁变形假设，由形心线切向确定梁截面转角。从在模型层面滤除系统高频分量入手，采用一小段时间域内的平均内力代替虚功率方程中的瞬时内力，推导包含附加惯性项和阻尼项的大变形梁的控制方程。通过调整平均内力的时间区间长度参数，实现对系统方程中高频分量的控制，从而使常规显式算法也能被应用于传统刚性问题的仿真求解。数值算例表明应用所提出的大变形梁单元对刚柔耦合系统建模，能够在保证计算精度的同时大幅提升仿真求解效率。

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基于传递矩阵的管路-壳体耦合系统动力学建模

张啸涵, 黄修长, 曾庆娜, 杨咏

2024, 44(5): 21-26.

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针对管路-支撑-壳体耦合系统的振动响应快速预报和传递特性分析，采用Riccati 传递矩阵法建立直管-弯管-变径管-泵-阀门复杂组合管路的动力学模型，以获取考虑流固耦合效应时组合管路的频响特性；采用频响函数子结构综合方法建立组合管路-支撑-壳体耦合系统的动力学模型，以获得在管路系统泵源模拟激励下的振动传递特性。对耦合系统的位移频响、传递特性开展分析，得到如下结论：对组合管路利用Riccati 变换可解决传递矩阵法多管段数值精度累积误差的问题，在垂向简谐力激励下壳体和管路受到的垂向力大于轴向力和横向力，在各个支撑处通过各个方向传递的功率流量级基本一致。

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变截面曲梁面外自由振动的一种新型级数分析法

袁啸, 鲍四元

2024, 44(5): 27-32.

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给出曲梁面外自由振动问题的一种数值分析模型，该模型基于改进傅里叶级数法假设位移，并使用瑞利-里兹方法进行求解。首先，应用改进傅里叶级数法表示曲梁面外弯扭振动时的3 个位移函数，利用改进傅里叶级数法解决位移函数在边界导数不连续的问题。其次，对曲梁采用人工虚拟弹簧模拟边界条件，通过改变横向位移约束弹簧、扭转约束弹簧和旋转约束弹簧的刚度值来实现任意弹性约束边界，得到曲梁结构振动时的刚度矩阵和质量矩阵。最后，通过求解矩阵特征值问题得到平面曲梁面外自由振动的频率值。此方法克服了以往只能求解某些特定的常规边界条件下振动问题的缺陷。数值算例验证了该方法良好的收敛性和精确性。还采用该方法分析不同弹性约束和截面变化系数对曲梁面外自由振动频率的影响。算例结果表明：对于两端固定圆弧形曲梁，无量纲自振频率随着圆心角变大而变小，但随着长细比增大而增大。

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考虑不同跨度的膜盘联轴器动力学特性分析

许刘爽, 于印鑫, 袁琦

2024, 44(5): 33-38.

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随着联轴器跨度增大，利用集中质量模型研究其动力学特性必然导致较大的模型误差，为了准确地研究跨度对膜盘联轴器动力学特性的影响，建立膜盘联轴器连续体动力学模型。利用逆解法得到前三阶固有频率；通过模态叠加法对膜盘联轴器轴向和横向振动响应进行求解，分析不平衡载荷相位差和中间轴跨度对其动力学特性的影响规律，并与有限元法和文献中的结果进行对比验证。研究结果表明：联轴器各阶固有频率随中间轴跨度增大而减小，同时会在特定转速下导致联轴器整体振动响应幅值增大；两法兰盘不平衡载荷相位差逐渐增大时，联轴器振动响应以第二阶振型为主，随相位差增大，振动响应幅值逐渐向第三阶振型转变，同时整体振动幅值明显降低，最大振幅位置由跨中向两侧转移。研究结论对不同跨度联轴器的设计和使用具有一定的理论和工程意义。

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时滞作用下电磁-压电弹性梁的俘能特性分析

张湧崟, 彭剑, 易昱东, 孙洪鑫, 禹见达

2024, 44(5): 39-43.

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在土木工程结构的健康监测、振动控制中，以压电材料为主要部件的传感系统或主动控制系统得到广泛应用，而在实际工程中，压电耦合系统的供能问题亟待解决。所研究电磁-压电弹性梁的俘能系统是由弹性支座梁与压电作动器、传感器和电磁能量采集器共同构成的闭环反馈控制系统，其中电磁能量采集器（Electromagnetic Energy Harvester，EMEH）的能量俘获单元的原理是移动磁铁在固定磁铁之间进行往复振荡，在基础激励下移动磁铁的振荡产生电势能，从而在能量俘获线圈口产生电流。根据Hamilton 原理建立电磁-压电弹性梁的非线性振动控制方程，通过Galerkin 方法得到时滞微分方程组，利用数值仿真分析，研究不同控制参数、系统参数对能量采集效果的影响。研究结果表明：增大移动磁铁质量能有效提高能量采集效率，且对电磁-压电弹性梁主结构的位移响应影响较弱；另一方面，通过调节控制增益和时滞参数，在达到较优控制效果情况下，可使电磁能量采集器具有一定的俘获效能。

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风力发电机叶片MRD模糊LQR减振控制研究

高雪莲, 王宪杰, 雷春雨, 李展鹏, 袁宗林, 陈永党

2024, 44(5): 44-49.

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针对在载荷作用下风力机叶片面内外振动控制问题，基于磁流变阻尼器MRD（Magnetorheological Damper）开展风力机叶片减振控制研究，采用模糊控制和LQR(Linear Quadratic Regulator)控制算法相结合的策略对MRD的阻尼力进行最优控制设计，以实现风力机叶片最优减振控制。首先，介绍MRD的原理和力学模型；其次，以NREL-5MW风力发电机组为数值仿真对象，建立风机叶片MRD动力学模型；最后，设计相应的模糊LQR半主动控制算法，跟踪识别风力机叶片在载荷作用下的动力响应。结果表明：与MRD叶片响应相比，模糊控制及模糊LQR控制策略均具有良好的减振效果，均使叶片面内外响应明显减小。此外，对比分析发现模糊LQR控制效果相比模糊控制效果更好，且叶片减振效果接近LQR主动控制下的位移响应，同时也充分表明该控制方法的合理性和优越性。

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基于加权多新息卡尔曼滤波算法的响应重构

马溢洁, 彭珍瑞

2024, 44(5): 50-55.

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针对卡尔曼滤波算法容易受到噪声的影响，使得响应重构精度降低甚至发散的问题，提出一种基于加权多新息卡尔曼滤波算法的响应重构方法。首先在融合多新息理论和卡尔曼滤波算法的基础上，引入加权矩阵动态调整新息矩阵的权重以降低历史干扰数据的累积影响。随后将该方法用于响应重构中，使用有限的加速度响应对其余未知位置处的加速度、速度以及位移响应进行重构。最后分别对起重机桁架和简支梁进行数值模拟和试验验证，结果表明与卡尔曼滤波算法和多新息卡尔曼滤波算法的响应重构方法相比，所提方法的滤波稳定性和估计精度得到改善，其能在运行时间增加很小的情况下有更高的重构精度。

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嵌入金属填充物的复合结构声学覆盖层吸声特性研究

应童, 杨将政, 陶猛

2024, 44(5): 56-61.

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设计一种在声波入射端为半无限大水域工况下使用的，内含圆柱空腔、钨板以及铝制框架的复合结构声学覆盖层。利用仿真软件建立其有限元模型，对比该复合结构覆盖层与仅含空腔结构覆盖层的声学特性，同时通过两种覆盖层的位移云图对两者的位移变化特点及相应吸声机理进行分析，随后探究覆盖层的几何参数对其吸声性能的影响。研究表明，若以吸声系数0.95 作为标准，该复合结构声学覆盖层具有8 568 Hz 的吸收范围，具有宽带、高吸声的特点。

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宽频带薄膜型声学超材料隔声性能研究

陈彪, 孔祥希, 陈长征

2024, 44(5): 62-68.

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针对汽车前围板中低频段隔声性能有待优化对问题，提出一种以“X”形摆臂为中心质量块的薄膜声学超材料结构，使用COMSOL仿真软件中声固耦合模块对其结构整体声传递损失曲线（Sound Transmission Loss，STL）、薄膜表面平均法向位移、等效参数、耦合振动模态以及影响隔声量因素、调控规律进行有限元分析。结果表明：“X”形中心质量块薄膜声学超材料结构具有优异隔声频率带宽及隔声量幅值，带宽接近1 332 Hz，隔声量峰值为54 dB；新结构中“X”形摆臂能兼并由四周质量块产生的不连续隔声峰，从而拓宽隔声频带，提高结构整体隔声性能；增大薄膜厚度和预紧力会使STL曲线整体向高频方向移动，增大“X”形摆臂弹性模量仅会使STL曲线第二隔声谷向高频方向产生小范围移动；其与钢板组成的复合结构能有效提高前围板平均隔声量。相关研究拓展了采用薄膜型声学超材料结构进行中低频段噪声治理的工程应用领域。

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具有弹性支承的周期性输流直管的振动分析

刘伟, 万志勇, 赵千里

2024, 44(5): 69-74.

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利用Laplace 变换法对修正流动模型的输流直管的流体诱发振动微分方程进行推导，得到位置相关项的解的具体表达式，基于欧拉-伯努利梁理论并经过化简最终导出输流直管的传递矩阵表达式，进一步获得整个管路系统的特征方程。相比于基于波动方法的传递矩阵法，该方法的特征方程仅为2 阶，大大节省计算时间。通过与微分变换法对比发现，运用两者计算输流管路固有频率所得结果几乎一致。考虑到制造误差能够导致管路材质不均匀，用周期性来近似描述材质的不均匀性，利用该方法计算具有弹性支承的周期性输流直管的颤振临界流速，发现材质的不均匀段长度越小，结果越接近纯悬臂式输流直管，运用该方法可以优化弹性支承(包括弹性系数和安置位置)和材料特性，可将其推广至复杂结构的输流管路的动态特性研究，其可为设计人员提供精确的计算结果。

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功能梯度材料声子晶体低频带隙特性研究

李淑琴, 宋京, 任景舜, 侯彪

2024, 44(5): 75-81.

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声子晶体作为一种减振降噪的结构已经在建筑、土木等领域被广泛应用。基于局域共振声子晶体理论在前期研究的基础上对一种含二维变化功能梯度材料的声子晶体进行优化设计，并通过有限元数值仿真研究该声子晶体的减振性能。结果表明：功能梯度材料声子晶体能带结构在0～1 000 Hz内共有3 条完全带隙，其第一禁带的起始频率约为0，第三禁带截止频率为991.36 Hz，总禁带宽度为990.85 Hz，在该带隙范围内占比为99.08 %，并且在X方向上对该声子晶体10×5 个周期进行传输特性分析，分析结果完全验证了禁带的存在，证明含二维变化功能梯度材料的声子晶体能有效抑制0～1 000 Hz 的弹性波，最后将含功能梯度材料声子晶体与传统声子晶体进行对比分析，验证了功能梯度材料声子晶体的减振性能。研究结果可为土木交通工程减振降噪提供一种新的设计方法。

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二级电动活塞式空压机气动噪声特性分析与优化

沈逸, 杨正银, 孙小庆, 苑庆泽, 梁华芳, 忽伟

2024, 44(5): 82-87.

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随着新能源汽车的快速发展，汽车燃油发动机带来的噪声不复存在，而空压机工作产生的噪声得以凸显。针对某型号电动空压机的噪声问题，综合采用ANSYS、STAR-CCM+等数值模拟软件和半消声实验室进行研究。首先，通过对该二级空压机进行气路模型构建和噪声特性分析，并结合空压机振动噪声的相干性分析，统计气动噪声的显著频带。然后，结合模态声学的结果，利用正交实验方法重点研究气路管道参数对于气动噪声的影响，提出气路管道的优化设计方案。进一步的仿真模拟表明，该电动空压机气路宽频噪声相比优化前降低8.1 dB左右，实现了预期目标，研究结果可为该空压机的进一步应用提供参考。

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单元间距对Helmholtz共振器阵列声传输特性的影响规律

杜向华, 毛荣富, 朱海潮

2024, 44(5): 88-92.

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随着对局域共振声学超材料研究的深入，关于Helmholtz 共振器(Helmholtz Resonator，HR)阵列声传输特性的研究越来越多。HR单元间距是HR 阵列的重要参数之一，但关于其对声传输特性具体影响规律的理论分析却较为少见。在声传输线理论的基础上，通过对于等效阻抗简化计算的推导，开展HR单元间距对声传输特性影响规律的理论分析。结果表明，由不同和相同共振频率构成的两类HR阵列的声传输特性受HR单元间距影响的规律并不一致，前者的声传输特性会随单元间距变化出现较大波动，总体呈半波长周期变化，而后者的声传输特性随单元间距变化的波动范围很小。相关的研究结论完善HR阵列设计的理论依据，对由HR构成的声学超材料应用具有较好的参考价值。

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支承刚度各向异性对双转子系统进动状态的影响

李胜远, 张欢, 权亚旭, 李兆华, 王建鑫, 武学安

2024, 44(5): 93-99.

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为提高航空发动机的推重比，航空发动机静子系统的工程解决方案常引起转子系统支承刚度各向异性，进而对转子系统的动力学特性产生显著影响。针对支承刚度各向异性的双转子系统，建立动力学特性计算模型，在验证计算模型准确性的基础上，研究支承刚度各向同性和各向异性对双转子系统固有频率、进动状态和不平衡响应的影响。研究结果表明：支承刚度各向同性时，双转子系统Campbell 图中的低阶固有频率线出现交叉，而支承刚度各向异性使低阶固有频率线具有相互分离的趋势。支承刚度各向同性时，不平衡力仅触发转子系统的正进动运动，转子进动轨迹为圆形；而支承刚度各向异性时，转子系统的反/正进动均被不平衡力触发，转子进动轨迹为椭圆形。支承刚度各向异性时，在某些转速下转子系统不同位置处的进动方向可能不同。支承阻尼减小转子系统反/正进动的振幅及反进动的转速区间，降低支承刚度各向异性对双转子系统动力学特性的不利影响。

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叶片尾缘凹痕对风力机声压特性影响研究

霍忠堂, 高建松, 张丁丁,

2024, 44(5): 100-106.

摘要 ( )

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兆瓦级风力机叶片产生的噪声对周围环境产生重要影响，叶片全速运行时尾缘极易产生脱落旋涡，脱落旋涡的运移规律对声压特性产生重要影响。为研究尾缘凹痕对叶片声压特性影响的机理，以NACA4415 翼型为研究对象，采用k-ε SST湍流模型，计算3 种表面结构翼型全速运行下耦合区域的声压参数。结果表明：凹痕翼型较光源翼型可以大幅度削减尾缘较高频率脱落旋涡分布范围与概率；对翼型上端面进行凹痕化处理可以大幅度降低尾缘脱落旋涡的螺旋度与尾缘涡核的分布范围，同时能保证翼型气动特性曲线分布在光滑翼型90% 的置信区间内；对翼型上端面进行凹痕处理所致最大声压下降率为1.46 %，最大声功率下降率为31.50 %，相关结论可为后续环境友好型叶片研究奠定理论基础。

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基于SVMD-SES的滚动轴承故障诊断

陈志刚, 姜云龙, 王莹莹, 王衍学, 徐明智

2024, 44(5): 107-113.

摘要 ( )

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针对在进行复杂工业设备滚动轴承故障诊断时，由于强噪声影响使故障微弱瞬态冲击特征难以识别的问题，提出一种基于平方包络谱逐次变分模态分解的机械故障诊断方法。首先在变分模态分解的基础上进行逐次变分模态分解推导，降低模态混叠现象和计算复杂度。其次利用峭度指数和互相关系数的加权值构造相关峭度，通过筛选所得分量得到真实的故障模态成分。通过平方包络谱凸显信号瞬态冲击信息并进行特征提取。最后通过实验室平台采集轴承振动数据进行验证分析，实验结果表明：采用所提方法能准确识别周期性瞬态冲击，有效提取微弱特征，提高对复杂机器进行故障诊断的准确性和效率.

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基于波束形成及CNN-LSTM的托辊故障距离估计模型

张雄, 武文博, 李嘉禄, 董帆, 万书亭,

2024, 44(5): 114-119.

摘要 ( )

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托辊是带式输送机的关键组件，也是输送系统的薄弱环节，波束形成算法的定向性和深度学习算法的特征识别能力为托辊故障距离估计提供可能。针对输送机输送距离长、不易检测等问题，提出一种利用波束形成（Beamforming）及时空网络（Convolutional Neural Network-Long Short-Term Memory，CNN-LSTM）对托辊故障声源实现距离估计的方法（Beamforming-Convolutional neural network-Long short-term memory，BCL)。首先利用麦克风阵列采集不同距离的故障声源数据，经波束形成定位处理构建数据集；通过卷积神经网络(CNN)获得数据采样集的空间特性，再借助LSTM网络在序列上的建模功能，将由空间数据组成的序列信息输入LSTM网络，从而获得空间时序信息；最后，再将由LSTM网络产生的空间时序信息输入到Softmax 分类器，实现故障距离估计。实验结果表明，BCL 模型在有无噪声干扰的环境下都可以以高准确率实现托辊的故障距离估计且较其他模型拥有更好的识别能力。

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WGAN-GP结合CBAM-VGG16轻量化网络的滚动轴承故障诊断

闫向彤, 罗嘉伟, 曹现刚

2024, 44(5): 120-127.

摘要 ( )

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针对滚动轴承故障诊断中存在的故障数据不平衡且诊断效率低的问题，提出一种将改进的生成对抗网络(Wasserstein Generative Adversarial Network with Gradient Penalty，WGAN-GP)和轻量化卷积神经网络相结合的滚动轴承故障诊断方法。首先，利用连续小波变换(Continuous Wavelet Transform，CWT)生成二维时频图，并通过WGAN-GP进行数据增强；其次在视觉几何群网络(Visual Geometry Group Network-16，VGG16)的基础上，引入Ghost 模块和全局平均池化(Global Average Pooling，GAP)对其进行轻量化改进；再次，利用卷积注意力模块(Convolutional Block AttentionModule，CBAM)和带重启的余弦退火衰减法提高VGG16 模型的性能，构建CBAM-VGG16 轻量化卷积神经网络模型，将增强后的数据进行预处理后输入到模型中进行训练，建立故障诊断模型；最后采用西储大学轴承数据集进行模型验证和分析。实验结果表明：该方法证实了故障数据不足时进行故障诊断的可行性，缩短了模型的训练时间、诊断时间并缩减了模型的大小和参数量，提高了故障诊断的效率和准确率。

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参数优化VMD结合改进小波包阈值的去噪方法

张晓莉, 黄嘉谞

2024, 44(5): 128-132.

摘要 ( )

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针对轴承信号故障特征容易被噪声淹没的问题，提出一种参数优化变分模态分解结合改进小波包阈值的去噪方法。首先，通过变分模态分解（Variational Mode Decomposition，VMD）结合改进粒子群算法（Improve Particle Swarm Optimization，IPSO）将含噪信号分解为若干本征模态分量（Intrinsic Mode Function，IMF）。以最大相关系数-相关峭度为准则，把IMF分为高值分量（High-value Intrinsic Mode Function，HIMF）和低值分量（（Low-value Intrinsic Mode Function，LIMF
）。再对LIMF进行改进小波包（Improved Wavelet Packet，IWP）阈值去噪。最后对重构信号进行包络解调，提取轴承故障特征频率，完成故障诊断。实验结果表明，该方法不仅能够避免“过扼杀”现象，并且可以得到信噪比更高的去噪信号。

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基于LWKConv-DRSN-FPN的旋转机械故障诊断

伍兴, , 李志伟, 宁文乐, 郑照

2024, 44(5): 133-139.

摘要 ( )

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针对传统旋转机械故障诊断方法难以应对强噪声干扰以及诊断准确率较低的问题，提出一种Laplace 小波核卷积层(Laplace Wavelet Kernel Convolutional Layer，LWKConv)、深度残差收缩网络(Deep Residual Shrinkage Networks，DRSN)和特征金字塔网络(Feature Pyramid Networks，FPN)相结合的故障诊断方法。具体地，在DRSN模型结构基础上，构造LWKConv，通过更新尺度因子和平移因子，多尺度提取故障引起的突变冲击特征；引入FPN融合深层和浅层特征，提高模型对浅层细节信息的利用程度，实现对旋转机械的故障诊断。研究表明：所提的LWKConv-DRSN-FPN方法基于轴承和齿轮数据集的诊断准确率最高能达到100 %，尤其在-4 dB强噪声干扰条件下的诊断准确率达到97.75 %，能有效提取突变冲击特征，具有较好的通用性和抗强噪声干扰能力。

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基于PSO-VMD和EWT的异步电机滑动轴承故障诊断

彭川, 吝伶艳, 雷志鹏, 田慕琴, 侯茜茜, 宋建成

2024, 44(5): 140-147.

摘要 ( )

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针对大型电机滑动轴承故障诊断困难的问题，提出基于频域积分、变分模态分解(Variational Mode Decomposition，VMD)和经验小波分解(Empirical Wavelet Transform，EWT)相结合的滑动轴承故障诊断方法。以实际故障电机轴承加速度信号为例，首先通过频域积分得到位移信号，分析位移信号的时域和频域特征可初步诊断出电机可能存在碰摩故障和不对中故障，但轴心轨迹图混乱，无法给出肯定结论；然后将经粒子群算法(Particle Swarm Optimization，PSO)优化的变分模态分解和小波阈值去噪相结合对原始位移信号进行去噪，通过经验小波变换得到位移信号的主要频率成分并进行重构，重新绘制轴心轨迹，分析表明经提纯得到的轴心轨迹清晰、特征明显，可以由此判断出电机存在碰摩-轴承不对中耦合故障。最后将该方法与聚类经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD)等方法对比可以得出，采用该方法可以得到更清晰的轴心轨迹图，有助于实现电机滑动轴承的故障诊断。

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DHSI筛选奇异值分量在齿轮故障诊断中的应用

杨伟新, 刘飞春, 唐鑫, 朱如鹏

2024, 44(5): 148-153.

摘要 ( )

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为有效剥离传动系统齿轮故障信号中的噪声成分，提出基于差分谐波显著指数（Differential Harmonic Significance Index，DHSI）筛选奇异值分量的齿轮故障诊断方法。该方法首先对原始信号构造Hankel 矩阵，并对该矩阵进行奇异值分解，然后利用提出的一种新的奇异值突变位置判别指数，即奇异分量的差分谐波显著指数筛选奇异值的个数，并由这些奇异值分量重构信号，得到故障信号的包络谱。应用该方法分析齿轮故障仿真信号以及某型直升机传动系统并车级齿轮掉块故障信号，与基于奇异值差分谱的奇异值分量筛选结果对比表明，基于差分谐波显著指数的奇异值分量筛选能够更好地消除噪声并提取齿轮振动信号中的故障特征。

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高效带宽傅里叶分解及其轴承故障诊断应用

王爽, 宋秋昱, 张驰, 江星星, 朱忠奎

2024, 44(5): 154-159.

摘要 ( )

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自适应带宽傅里叶分解（Adaptive Bandwidth Fourier Decomposition，ABFD）是一种基于带宽优化的非平稳信号分析方法。然而，以中心频率重叠度作为分解终止条件在实际应用中会分解出若干冗余的模式分量，造成分解效率降低，为后续分析增加负担。为此，提出高效带宽傅里叶分解（Efficient Bandwidth Fourier Decomposition, EBFD）的轴承故障诊断方法。该方法构建重加权峭度引导的快速停止准则，能够高效地确定最优分解模式数目，避免大量冗余分量的干扰。进一步地，根据重加权峭度指标定位出目标故障分量，实现轴承故障诊断。滚动轴承故障试验信号分析结果表明：所提出方法能够高效终止分解进程，得到所有潜在的模式分量，并准确定位出故障分量；由EBFD与ABFD提取故障分量的归一化频率能量比均为1.0，EBFD运行所需时间为3.3 s，分解速度相较于ABFD提高33.8 s；相较于其他信号分析方法，采用所提出方法能够更准确识别出轴承故障特征。

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集成辛奇异值模态分解及其在滚动轴承故障诊断中的应用

颜秋艳, 刘玄

2024, 44(5): 160-165.

摘要 ( )

PDF(2085KB) ( )

对时间序列的分析是机械故障诊断领域中最为重要的手段，但是拾取的信号往往包含大量干扰噪声，严重影响故障诊断的准确性。因此，提出一种集成辛奇异值模态分解（Ensemble Symplectic Singular Mode Decomposition，ESSMD）降噪方法。在ESSMD方法中，采用互信息函数法和GP算法自适应设置参数，并构造辛几何相似变换矩阵进而获得降噪分量信号。然而，通过辛几何相似变换获得的分量可能耦合噪声信息，难以通过传统的“筛选”分量进行降噪。为了弱化分量信号中的耦合噪声，在ESSMD中进一步引入拉格朗日乘子，抑制分量中噪声对纯信号信息的干扰，获得更加纯净的纯信号矩阵。仿真和实验结果表明，ESSMD能够有效减少信号中包含的噪声。

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基于样本自适应条件对抗网络的齿轮箱跨域故障诊断研究

赵敏, 范永胜, 邓艾东, 邓敏强

2024, 44(5): 166-171.

摘要 ( )

PDF(1651KB) ( )

基于对抗训练的深度领域适应在旋转部件跨域故障诊断中应用效果良好。然而，现有研究主要致力于降低边缘分布差异而忽略对类别分布信息的挖掘，导致其在复杂场景下诊断准确性不足。针对该问题，提出一种样本自适应条件对抗网络，通过分解抽象特征和评估样本置信度挖掘类别分布特征，增强对抗训练的域适配能力，从而有效提高跨域诊断性能。通过齿轮箱故障诊断实验验证所提方法在实际应用中的有效性和优越性。

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基于双通道数据主振动特征提取的水电机组轴系故障诊断

付骏宇, 许景辉

2024, 44(5): 172-178.

摘要 ( )

PDF(2574KB) ( )

相对于特征层和决策层融合，数据层融合可以充分保留数据中的原始诊断信息，从而为后续故障诊断奠定基础。为此，提出一种基于双通道数据主振动特征提取的水电机组轴系故障诊断方法。该方法首先利用主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）对轴系双通道时域振动信号进行数据层融合，得到最大振动强度方向上的合成振动（简称主振动）；随后，对主振动进行特征提取，再利用支持向量机（Support Vector Machine，SVM）进行分类，从而实现故障诊断。利用转子台数据对所提方法进行验证。结果表明，与直接利用单通道进行诊断或通过双通道进行特征层融合诊断相比，所提方法可以消除主振动方向变化带来的影响，提升类内聚类和类间分离的效果，最终提高故障诊断的准确率。

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强度与振动响应协同约束的邮轮轻量化研究

张春吉, 向阳, 黄陈哲, 魏建红,

2024, 44(5): 179-185.

摘要 ( )

PDF(2740KB) ( )

为解决进行邮轮轻量化时因模型差异而不便协同约束强度和振动响应的问题，对中型邮轮全船主要结构变量进行质量和强度的灵敏度分析，筛选出对全船最大应力和质量敏感度最高的4 个变量，进而构建最大Von-Mises 应力和最大切应力的响应面函数代理模型。基于代理模型提出强度和振动响应协同约束的轻量化方法，运用OptiStruct对全船主要结构的板厚进行尺寸优化。最后对优化后模型的强度和振动响应进行校核，结果显示：在协同约束下的轻量化后全船最大应力较优化前增量小于2 %，优于仅约束振动响应的轻量化方法的结果；对于全船振动的控制较仅约束强度的轻量化方法可提高2～4 dB以上，且可实现3.232 %的轻量化效果。协同约束方法能在保障强度和振动响应的前提下实现轻量化。

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轨式输送机轮轨噪声预测技术研究

马红荣, 牟宗磊, 胡景淇

2024, 44(5): 186-192.

摘要 ( )

PDF(1764KB) ( )

针对轨式输送机运行中产生的噪声污染问题，基于通过现场试验采集的噪声数据，提出一种基于参数优化多项式曲面拟合的轨式输送机轮轨噪声建模方法。根据均值和最大值筛选出异常数组，采用局部离群因子算法检测异常数组中的异常数据并替换。选取预处理后数据的最大值，以残差平方和最小值为目标函数，利用秃鹰搜索算法建立不同位置处轨式输送机轮轨噪声预测模型，揭示距离和速度对噪声的影响规律。分析结果表明：在轨式输送机机头、中间、机尾3 个位置处模型拟合度达到0.9 以上，模型预测值与实测值的误差小于0.7 dB(A)，模型吻合度较好；在距离和速度的影响下，机头处噪声高于机尾处噪声且变化趋势基本一致；中间处噪声低于机头与机尾处噪声且随速度与距离的增加呈二次曲线型变化。该研究成果可为轨式输送机噪声控制提供理论依据。

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某船用柴油机增压器共振分析与改进研究

王鑫, 胡亮, 王明阳, 孙久洋, 何国伟, 孙永亮

2024, 44(5): 193-198.

摘要 ( )

PDF(2636KB) ( )

针对某船用柴油机增压器共振导致振动超限问题，通过试验与仿真相结合方法分析其共振源，并研究温度对模态频率的影响，依据分析结果提出改进方案并进行验证。结果表明：外特工况增压器振动存在两个明显共振峰，第二个共振峰振幅最高，由增压器固有频率与柴油机主激励频率共振导致，应作为优化的重点；由于弹性模量受到温度的影响，随工作温度升高，柴油机上增压器等高温件模态频率呈降低趋势；更改压气机端管路连接方式和增加固定支架无法使增压器模态频率避开柴油机主激励频率；通过取消排气接管，降低重心高度，使增压器模态频率和振动幅值满足限值要求。研究成果可为增压器共振问题排查及优化设计提供参考。

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挠性接管长度对管路隔振效果影响趋势与试验研究

程利, 陈明

2024, 44(5): 199-202.

摘要 ( )

PDF(1614KB) ( )

系统管路是船舶的主要噪声源之一，采用挠性接管是降低管路振动噪声传递的主要手段。为提高挠性接管的隔振效果，开展挠性接管长度对管路系统振动传递影响的理论分析和试验研究。研究表明，加长挠性接管有利于提高管路衰减的振动量级，但对低频段振动衰减效果有限。研究结论对合理选择挠性接管长度和开展管路系统的低噪声设计具有重要意义。

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邮轮坐便器冲洗噪声测试及瞬态舱室噪声数值分析

肖健, 杨德庆, 左营营,

2024, 44(5): 203-209.

摘要 ( )

PDF(2387KB) ( )

船上瞬态噪声源特性及舱室瞬态噪声数值计算是邮轮舒适性设计中的重要内容。以某邮轮客舱内瞬态噪声源-真空坐便器为研究对象，首先对其冲洗噪声的时频特性进行测试，发现该类型坐便器在开始冲洗和结束冲洗阶段噪声较大，时域峰值声压级达115 dB，噪声能量主要集中在200～500 Hz频段。其次，对坐便器声源作用下的瞬态舱室噪声数值计算开展深入研究，应用声学边界元法与统计能量分析法，在20 Hz～8 kHz频段计算坐便器冲洗过程中其在舱室中产生的瞬态噪声响应，并将数值计算结果与实验结果进行对比，两者的平均总声压级之差为1.17 dB，平均相关系数为0.912。结果表明瞬态舱室噪声数值预报结果与实验测量结果吻合较好。采用所提出的方法可以有效预报邮轮瞬态舱室噪声

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土体性质对地铁振动传播与衰减的影响

黄浩, 陈启阳, 孔凡兵, 庞玲, 赵坪锐,

2024, 44(5): 210-217.

摘要 ( )

PDF(3012KB) ( )

地铁沿线地质构造复杂多变，车致振动在不同路基土中的传播衰减规律也因土体性质的不同而变化。为研究土体性质对车致振动在土体水平和建筑物竖直方向的传播和衰减规律的影响，分别建立了车辆-轨道耦合动力学模型和轨道-隧道-土体-建筑物三维动力学有限元模型，然后分别取路基土为坚硬土、中硬土、中软土和软弱土，分析比较地铁运行引起的线路周围土体和建筑物的振动情况。结果表明：相比较于硬土，软土路基的土体振动强度更大；路基土越软，振动在由土体传到建筑物过程中的衰减幅度越大；随着与线路中心距离的增加，四种土体振动响应在整体上均呈现出随之减弱的趋势，但局部区域会出现振动放大效应，此现象需格外关注；随楼层升高，四种路基土情况下的建筑物对16Hz以下的振动响应基本不变，对16Hz以上的振动响应呈减弱趋势。研究成果可为不同路基土情况下地铁线路的减振降噪提供理论指导作用。

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新型空心管屏障隔振效果对比数值研究

胡中华, 徐长节, 柳伟, 朱怀龙

2024, 44(5): 218-223.

摘要 ( )

PDF(2567KB) ( )

为研究新型空心管屏障在工程隔振中的应用价值及对其影响因素进行分析，基于Plaxis 3D有限元分析软件，依照已有的模型和现场试验参数建立有限元模型，并采用经过验证的有限元模型进行仿真计算。基于有限元数值分析方法，开展新型空心管隔振效果与已有模型和现场试验中屏障的对比研究；分析单根空心管高度和空心管数量对新型空心管隔振效果的影响。研究发现：新型空心管屏障平均减振系数比填充沟、排桩和波阻板小得多，彼此之间平均减振系数偏差最大可达373 %，而与空沟的平均减振系数偏差较小。这一结果表明：新型空心管的隔振效果明显要优于填充沟、排桩和波阻板，而与空沟的隔振效果相接近。此外，还发现在不同的工程条件下，新型空心管隔振屏障的平均减振系数大都在0.3 以下，具有很好的隔振效果；且随着空心管数量的增加，空心管的隔振效果也随之提升；在空心管总高度不变的条件下，调节单根空心管的高度对屏障的隔振效果影响很小。

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双开口谐振环结构的通风隔声性能研究

王俪静, 沈泽源, 吴晓莉, 徐晓美

2024, 44(5): 224-228.

摘要 ( )

PDF(2085KB) ( )

设计一种基于双开口谐振环结构的新型声屏障，采用有限元法进行分析计算，获得该模型的隔声量曲线图，计算结果表明，该结构有两个隔声峰值，通过对峰值处的声压、声压级以及声速图的分析，揭示这一现象的本质特征，研究发现所提出结构的性能是由于亥姆霍兹谐振器与法布里-珀罗谐振管共同作用而导致的，并通过实验进行对比验证。同时采用有限元法模拟研究结构参数对隔声峰值的影响，结果表明通过改变两开口圆环间的夹角以及开口宽度大小等结构参数可以调整隔声峰值。该结构的声屏障在中低频段内具有良好的通风降噪性能，可为城市交通噪声的研究提供有效方法，具有潜在的应用价值。

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基于卡尔曼滤波的室内二次辐射噪声测量修正方法

高鑫, 高力, 雷佳鑫, 王艳芬, 赵才友,

2024, 44(5): 229-237.

摘要 ( )

PDF(2824KB) ( )

地铁运营诱发的沿线建筑物二次辐射噪声已成为城市噪声投诉重要来源，大量的轨道减振措施因而得以应用。但是由于测试条件的原因，对减振轨道区间沿线的建筑物二次辐射噪声进行测试所获取的噪声信号往往与背景噪声信号差异较小，致使室内二次辐射噪声评估结果不稳定。为评估观测信号与背景噪声信号接近时的室内二次辐射噪声，提出一种基于卡尔曼滤波方法的楼板振动与室内噪声测试数据联合评估方法。首先，根据卡尔曼滤波器工作原理，提出室内观测噪声误差矩阵和经验公式预测方法误差矩阵的构造方法。而后采用向典型信号中掺入高斯白噪声的方法结合现场实测数据验证了该方法的可行性。最后基于该方法对比分析几种经验预测公式的效果。

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300 km/h高速列车过站时机场地下车站辐射噪声研究

张汉青, 李盈利, 李浩,

2024, 44(5): 238-243.

摘要 ( )

PDF(2128KB) ( )

为研究高速列车以300 km/h 速度下穿某机场地下车站时的车站辐射噪声，基于统计能量法(Statistical EnergyAnalysis，SEA)建立该地下车站的SEA模型，进行地下车站辐射噪声预测研究。通过开展高速列车噪声实车测试，获得转向架、受电弓等主要噪声源区域的声功率级频谱。将实车噪声测试结果作为高速列车穿行时的噪声源激励，利用SEA统计能量分析法对地下车站噪声进行数值分析，详细研究单车越行、中部交会和端部交会3 种工况下的车站噪声特性。根据数值分析结果可得，两车端部交会时产生的站台噪声最大，站台总声压级最高可达80.11 dB，超过80 dB的标准规定，需要在站台处有针对性地进行降噪设计。最后，通过不同位置的竖井设计方案，分析地下车站噪声的辐射传播规律。该研究可为高速列车穿越机场综合交通枢纽所引起的类似站台噪声问题提供参考。

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某电厂1 000 MW汽机基础动力参数优化设计研究

杨程, 胡明祎, 王进沛, 汪志昊, 梁新奇,

2024, 44(5): 244-249.

摘要 ( )

PDF(2594KB) ( )

以某电厂2×1 000 MW汽轮发电机组为工程背景，开展汽机基础动力参数优化设计研究。针对汽机转子动力响应过大而不利于汽机正常工作的问题，采用ANSYS软件建立汽机基础结构整体有限元模型，依次开展汽机基础动力特性和强迫振动响应分析，分别讨论增加短柱、短柱宽度和L型梁高度对汽机基础动力响应产生的影响。结果表明：在汽机基础有限元建模中可采用增加附加质量及刚域的方式模拟转子和静子的刚度、质量贡献；分别增设梁间短柱和增加横梁高度，能够有效降低转子动力响应；研究结果可为汽机基础精细化建模与降低汽机转子振动响应提供参考。

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惯性作动器物理参数对振动主动控制性能的影响分析

陈明浩, 毛崎波, 吴志杰, 施庆平, 李琦

2024, 44(5): 250-254.

摘要 ( )

PDF(1693KB) ( )

为研究惯性作动器(Inertial Actuators，IAs)物理参数对振动主动控制性能的影响，通过惯性作动器的动力学方程结合H2优化理论，以被控系统动能为目标函数，结合林纳德-奇帕特(Liénard–Chipart)稳定性准则计算得到惯性作动器主动控制的临界相对增益。进一步分析质量比、刚度比和阻尼比对相对增益和控制效果的影响。研究结果表明，惯性作动器的最佳相对增益与刚度比成反比，降低惯性作动器刚度可以提高相对增益并改善控制效果。此外，质量比的增加也有利于改善控制效果。最后，推导得到相对增益最佳时惯性作动器控制效果与其物理参数的关系式，可为惯性作动器参数设计提供理论指导。

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阻尼减振技术在推进轴系试验中的应用分析

周兆华, 田佳彬, 雷晓薇, 王刚伟, 张雪冰, 王隽

2024, 44(5): 255-260.

摘要 ( )

PDF(2448KB) ( )

推进器转子的激励力会通过轴系及艇体产生辐射噪声。阻尼减振是系统振动控制与优化中的一种重要手段，其本质是消耗振源传递的能量，进而降低结构振动响应。搭建轴系试验台架，以轴系振动加速度总值级为评价指标，分析加装颗粒阻尼吸振器和换装具有黏弹特性的高锰基合金材料基座的减振效果。试验结果表明这两种基于阻尼的减振方案对推进轴系均有一定的减振效果，可为推进器振动噪声控制提供技术支撑。

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三维曲折空间、超构复合阵列式消声器设计研究

李坤, 任东红, 杨景惠, 李羿江, 徐刚, 吴桐

2024, 44(5): 261-266.

摘要 ( )

PDF(1888KB) ( )

针对排风散热风机系统低频噪声难以消除的难题，基于声学超材料理论及阻抗排布设计方法，融合超材料的低频吸声量高与玻璃纤维棉高频吸声性能好的优点，设计一种具有三维曲折空间、超构复合的消声器单元，将多个不同吸声频率的单元进行组合及优化，提出一种阵列式消声器。有限元计算分析表明，在不改变结构外形的前提下，具有三维曲折空间、超构复合阵列式消声器较传统的阻性消声器在100 及260～310 Hz范围内具有5～26 dB降噪效果的提升量，具有宽频带高效消声的性能，可用于工业级的大面积、大规模消声。

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八极轴向绕组式磁流变阻尼器的隔振平台模糊控制研究

黄河, 刘高甫, 徐靖, 龚静, 郭冬, 陈纪朋

2024, 44(5): 267-272.

摘要 ( )

PDF(2186KB) ( )

为了更好研究磁流变阻尼器在隔振系统中的隔振性能与控制策略，以八极轴向绕组式磁流变阻尼器为控制对象，搭建磁流变阻尼器与压缩弹簧并联的隔振平台，利用电动振动台施加正弦位移激励，测试隔振平台在不同励磁电流、激振频率下的加速度传递率。根据测试结果设计模糊控制器，控制系统的输入为加速度传递率与激振频率，输出为磁流变阻尼器的阻尼力，最后对隔振平台进行正弦位移扫频的隔振实验。实验结果表明，在隔振平台发生共振的区间频率9.4～11.4 Hz内，所设计的控制算法能减小加速度传递率14.3 %以上。该研究可为磁流变阻尼器在隔振领域中的工程应用奠定基础。

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语音传输指数（STI）的测量和应用

张凯帆, 张欢欢, 许力

2024, 44(5): 273-277.

摘要 ( )

PDF(1653KB) ( )

语音传输指数（Speech Transmission Index，STI）是一个用于评估语音信号传输质量的指标，测量方法有完整STI 法与公共广播系统语音传输指数(Speech Transmission Index for Public Address Systems，STIPA) 法，使用AWA6292 型多功能声级计与AWA5512 型智能声源，介绍采用STIPA法所进行的无扩声时的测量、有扩声系统且含有传声器输入时的测量、有扩声系统且通过线路输入的测量，并详细介绍仪器的操作，可将其应用于会议室、教室、礼堂、体育馆、广播站，以及听力辅助系统的测试中，为相关领域的从业者提供有价值的参考。

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扫地机器人噪声分析与控制

程福萍, 周福昌, 崔跃玉, 龚明强

2024, 44(5): 278-283.

摘要 ( )

PDF(2657KB) ( )

在开发阶段某扫地机器人在强力和标准模式下存在明显异响，不满足声品质体验要求。针对强力模式，应用频谱分析等方法判断异响频率为风机组件的叶片通过频率（Blade Passing Frequency，BPF），为此通过仿真和试验手段对叶轮进行参数优化，实验与仿真结果具有较好的一致性，同时也成功找到异响解决方案。对于标准模式，采用瞬间通断电等方法论证异响来源于电机定子发出的电磁噪声，并且该电磁噪声通过风机组件中的支架被进一步放大。最终从噪声源和传递路径两方面着手，设计变更绕组连接方式及增加隔振元件两个对性改善方案，两个方案经验证均有效果。以上分析思路可为扫地机器人噪声控制提供参考。

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电动汽车路噪轰鸣声分析与优化

黄应来, 赵明斌, 单喜乐

2024, 44(5): 284-288.

摘要 ( )

PDF(2142KB) ( )

电动汽车普遍存在路面激励产生车内轰鸣声的问题。以某电动SUV车型后桥引起31 Hz 轰鸣声为背景，分析轮胎低频振动模态、后悬架传递特性以及尾门与车内声腔的耦合机理，从后悬架刚体模态调整、车身模态控制、尾门约束优化等方面提出解决方案，将车内轰鸣声从45 降低至35 dB(A)。提出用悬架力传递率衡量悬架的传递特性，用车身噪声传递函数衡量车身和尾门的传递特性，用尾门噪声传递函数衡量尾门与车内声腔的耦合程度。对尾门与车内声腔的耦合机理进行理论分析，对模型计算公式进行理论推导，尾门在1 阶模态频率处的振动阻抗与声腔阻抗匹配产生共振是SUV 车型在25 至35 Hz 容易产生轰鸣声的根本原因。路噪轰鸣声的机理分析和优化方案对电动汽车NVH开发具有参考价值。

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