面向600MW汽轮发电机的颗粒阻尼器减振试验

基于600 MW汽轮发电机减振的实际工程需要,建立与机座模态一致的缩比模型。利用该模型,对颗粒阻尼器的减振效果进行系统而全面的试验研究,比较单/双层结构设计和不同类型颗粒对减振效果的影响。试验结果表明,利用微细颗粒之间碰撞、摩擦、动量交换作为减振机理,颗粒阻尼器能够起到良好的减振效果,最大减振幅度超过60%;在一定条件下,双层颗粒阻尼器的减振效果优于单层;不同类型的单/双层颗粒阻尼器的减振效果不同。颗粒阻尼器在汽轮机减振中具有广阔应用前景。     

滚动碰撞式调制质量阻尼器力学模型及参数分析

滚动碰撞式调制质量阻尼器(PTRMD)由调谐质量阻尼器及颗粒阻尼器发展而来,其在土木工程减振控制领域中的研究仍处于初步分析与探索阶段,阻尼器自身参数及外部激励条件对其减振性能的影响尚不明确。在考虑颗粒与主体结构碰撞和摩擦效应的基础上,建立PTRMD力学模型,并将颗粒和结构的振动过程划分为非碰撞过程、碰撞过程及黏滞振动过程;建立PTRMD-单自由度结构运动微分方程并分别对其进行求解;基于数值仿真分析方法,分别对碰撞间隙比、颗粒运动频率比、滚动摩擦因数、碰撞恢复系数、颗粒质量与简谐激励强度及频率等参数对PTRMD减振性能的影响进行研究。结果表明:颗粒运动频率比较小时,PTRMD减振效果随碰撞间隙比的增加而基本成线性增加,且受激励幅值的影响较小;当颗粒运动频率比较大时,其减振效果随碰撞间距比的增加先增大后减小,且受激励幅值影响较大。     

基于颗粒阻尼的车轮声辐射特性分析

针对列车运行时由于轮轨的不平顺造成的车轮振动以及由振动产生辐射噪声的不足,本文利用颗粒阻尼附加质量小和宽频减振效果好的优点,在车轮踏面上设计了颗粒阻尼振动器来衰减和抑制车轮振动和辐射噪声,同时研究了两种不同激励载荷条件下的车轮声辐射特性。试验结果表明：相比于空轮以及空心阻尼环,颗粒阻尼器在宽频带内具有优良的振动抑制和降噪效果,其中在轴向和径向激励载荷下,安装颗粒阻尼器可以使车轮的振动大幅衰减,其中最大减振可达39dB,而噪声最大降噪为14.68dBA     

基于扫频激振法——研究润滑油黏度等级对滚动直线导轨副阻尼器减振性能的影响

通过扫频激振法研究共振频段下润滑油的黏度等级对滚动直线导轨副阻尼器减振性能的影响。首先,对导轨阻尼装置进行动力学建模,通过动力学分析说明了导轨阻尼器的油膜减振原理以及润滑油的黏度等级与导轨阻尼器减振性能的关系。然后,创新性地搭建了基于扫频激振法的导轨阻尼器试验平台,在四种不同黏度等级的油润滑条件下,对导轨阻尼装置进行正弦扫频激振,采集导轨阻尼装置的振动响应信号并进行模态分析,得到导轨阻尼装置的三阶模态。最后,对比三阶模态对应频段下润滑油黏度等级与导轨阻尼装置振动加速度的关系曲线,验证了润滑油黏度等级越高,导轨阻尼器减振性能越强的结论。另外,试验发现:随着润滑油黏度等级的提高,导轨阻尼器减振性能增加的趋势逐渐降低,当黏度等级超过ISO 70后,增加润滑油黏度等级对导轨阻尼器减振性能的提高作用不大。研究成果为导轨阻尼器在实际工况下选用何种黏度等级的润滑油提供了指导性的作用,并且扫频激振法的使用为机床行业研究导轨阻尼器的减振性能提供了一种新的思路。     

颗粒碰撞环形调谐质量阻尼器的设计与实验

石化企业中缓冲罐、管道、压力容器及换热器等圆筒形设备普遍存在振动。采用低元化模型和等效质量辨识法,对调谐质量阻尼器在此类连续系统中的振动控制机理进行研究,设计一种便于安装的新型颗粒碰撞环形调谐质量阻尼器。理论推导阻尼器环向对称布置弹簧的综合刚度,测量颗粒碰撞阻尼系数,得到了最优调谐参数的阻尼器。运用MATLAB对不同阻尼比的阻尼器减振特性进行仿真,并设计悬臂钢结构圆筒模型作为振动控制对象。对结构1阶模态频率附近的振动控制情况进行实验,对比有无颗粒阻尼下的减振效果差异。结果表明,设计的颗粒碰撞阻尼器能够有效抑制圆筒设备各方向振动,且减振频带大幅度拓宽。这种环形设计思想和颗粒碰撞阻尼可以对调谐质量阻尼器提供更大的应用空间。     

多输入多输出正弦扫频试验控制新方法

研究了多输入多输出正弦扫频试验控制中信号发生、频响函数估计和控制算法等关键问题。针对步进式正弦扫频信号发生中因信号不连续而导致振动台或激振器发生冲击或损坏的问题,提出了两个不同频率的正弦信号平滑过渡的窗函数叠加延拓法,在满足扫频时间条件的同时也提高了试验控制精度;以单位正弦扫频信号作为激励,改变不同激励点的相位以产生满秩激励矩阵,运用相关积分法识别响应稳态正弦时域信号的幅值与相位,根据线性振动理论求解结构的频响函数;以多个控制点的幅值为控制对象,推导出扫频控制基本理论公式,通过参考值与反馈信号的比较来修正激励信号以满足试验条件。文末以一悬臂梁为研究对象,建立了两输入两输出正弦试验控制系统,结果表明本文提出的方法在扫频控制中取得良好的效果。     

带弹性支承的颗粒—钢球碰撞阻尼的实验研究

为提高碰撞阻尼器的减振性能,提出一种带弹性支承的颗粒碰撞阻尼器,这种新型碰撞阻尼器将弹性碰撞的动量交换机制或塑性碰撞的耗能机制有机地结合在一起。在一根悬臂梁上分别对无阻尼、碰撞阻尼、颗粒阻尼、带弹性支承的碰撞阻尼和带弹性支承的颗粒碰撞阻尼5种情况的减振效果进行了实验研究。实验结果表明：(1)在所有被测试阻尼器中,带弹性支承的颗粒碰撞阻尼器不仅拥有更高的振幅衰减率,而且表现出对不同频率的稳定性;(2) 正是由于弹簧和颗粒塑性变形的双重作用,使得本文提出的带弹性支承的颗粒碰撞阻尼器取得了传统的碰撞阻尼器无法实现的优异减振效果;(3) 对于带弹性支承的颗粒碰撞阻尼器来说,存在一个最佳支承刚度。     

弹性支撑微颗粒阻尼的时效性研究

弹性支撑微颗粒阻尼器具有双层减振结构,外部为弹簧支撑,内部为微颗粒碰撞阻尼,将弹性变形与微颗粒碰撞耗能有效结合。对弹性支撑微颗粒阻尼器进行了持续50 h的正弦激励实验,实验结果表明弹性支撑微颗粒阻尼器能稳定消耗系统至少80%的能量。通过与单体碰撞阻尼,颗粒阻尼和弹性阻尼的实验比较揭示了弹性支撑微颗粒阻尼器的减振机理:内部微颗粒塑形变形,自由质量与阻尼器腔体的动量交换和外部弹簧吸振的共同作用,弹性支撑微颗粒阻尼器的外部弹簧能够消耗系统约50%的能量,使弹性支撑微颗粒阻尼器得阻尼效果随时间不断强化。根据上述减振机理,建立了弹性支撑微颗粒阻尼器的动力学模型,理论计算结果与实验结果进行比较,验证所建模型的正确性。运用该动力学模型对弹性支撑微颗粒阻尼器进行了优化,得到了该阻尼器的最优结构参数。     

质量调谐-颗粒阻尼器复合减振体系的力学解析及优化分析

针对调谐质量阻尼器(TMD)和颗粒阻尼器的减振特点及各自不足,提出将并联式单向单颗粒阻尼器(PSSPD)与TMD有机结合的复合减振技术方案—PSSPD与TMD并联体系。在深入剖析其减振特性的基础上,将颗粒与受控结构之间的碰撞力等效为脉冲力,建立复合减振体系力学模型和方程。采用时域和频域结合的方法并对模型进行分析并求解,使求解过程直接、无需求解微分方程且易于求解特殊激励形式动力响应。提出简谐激励下复合减振结构系统的最优减振参数设计方法,对该系统进行性能参数分析,验证了力学模型的精度及优化方法的可行性。建立该复合减振体系在地震动下的参数优化方法并对其合理性和准确性进行验证。最后,对PSSPD、TMD及复合减振体系的减振机理、性能及减震效果进行深入分析。结果表明:基于时频域解析的复合减振体系力学模型能够直观体现其减振机理,求解过程清晰且精度高,参数优化分析方法合理、可行且准确;复合减振体系有效克服了TMD和PSSPD的不足,具有更佳的减震效果、更宽的减振频带及更强的鲁棒性。     

纤维角度对变角度层合板减振性能的影响

自动铺丝技术可以实现复杂曲率曲线铺放,可极大提高角度设计的自由度。本文以改善复合材料层合板动态特性为目的,对变角度层合板的减振性能进行了研究分析。首先对不同角度变化变角度层合板进行自由衰减试验,研究了纤维角度变化与变角度层合板阻尼比的关系。然后对含相应角度变角度夹层板进行随机试验,研究了层合板随机激励条件下的振动响应,并采用共振峰处传递函数(Transition function,TF)和拾振点加速度总均方根(Root mean square,RMS)两种指标评价减振效果。结果表明:层合板阻尼比在纤维变化角度为±<45|60>时最大,纤维变化角度为±<73|88>时最小。基于RMS减振评价指标,±<45|60>夹层板较传统直线板减振性能提高27.13%;基于共振峰TF减振评价指标,纤维角度变化对不同共振峰减振效果规律差异明显。研究表明,变角度层合板减振性能明显优于传统直线层合板,相关实验结果将对变角度层合板减振设计及优化提供一定的参考意义。      

颗粒调谐质量阻尼器减震控制的数值模拟

提出一种颗粒调谐质量阻尼器,即通过摆绳将颗粒阻尼器悬挂于主体结构上,将目前广泛应用的调谐质量阻尼器与减震效能优越的颗粒阻尼器结合起来,以扩大减振频带,增加减振鲁棒性。基于一定的等效原则将多颗粒阻尼器等效为单颗粒阻尼器,提出一种近似的颗粒调谐质量阻尼器数值模拟方法,并介绍了系统参数的取值方法。进行了附加颗粒调谐质量阻尼器的单自由度结构实际地震输入下的振动台试验,通过对比试验结果与数值模拟结果,发现两者吻合较好,说明该简化方法可以较好地模拟颗粒调谐质量阻尼器的减震控制效果。     

电流变减振器的参数估计与减振性能研究

本文对研制的多层极板式电流变减振器进行了正弦和随机激励实验，发现这种减振器在低频时减振效果非常明显，在高电场时减振器表现出明显的非线性特性，减振器还具有移频特性，即减振器的刚度在电场作用下发生变化。为了比较，对一种滑动极板减振器进行了对比实验。最后用递归最小平方法估计了减振器的粘性阻尼和库仑阻尼，估计时考虑了刚度的变化，估计的结果与实验结果一致。     

结构半主动变阻尼控制性能评估

研究了地震激励下结构半主动变阻尼控制的有效性。作为半主动控制系统的经典范例之一,变阻尼控制系统已经在结构控制领域得到了广泛的应用,但是近来的研究显示变阻尼控制对于抑制柔性结构的地震反应是适宜的,而对于刚性结构则是不适宜的。通过谐波分析研究了地震激励下结构振动控制的问题。计算结果显示,变阻尼控制成立的条件与结构频率并无必然联系,而是取决于结构频率与外部激励频率的比值,即就是变阻尼控制的可行性与地面运动的频谱特性是相关联的。此外,也将变阻尼控制的效果与对应的被动上限阻尼控制效果进行了对比。结果显示,在大多数情况下变阻尼控制并不能进一步提高控制效果。     

MR阻尼器半主动控制对拉索减振效果的仿真分析

为控制斜拉索的大幅振动,在Hamilton原理基础上应用Galerkin法建立了斜拉索动力计算模型。采用基于位移和速度方向的半主动控制算法,对某大桥330m长斜拉索和MR阻尼器组成的系统进行了动力分析,以全索全时段振动响应的均方根作为振动控制效果的评价指标。磁流变阻尼器力学关系选用Spencer现象模型。比较了MR阻尼器半主动控制与被动控制对斜拉索前三阶的减振效果,对MR阻尼器耗能机理和半主动控制算法的实用性进行了探讨。同时考察了系统的共振峰频率漂移及滞回曲线形状,提出了理想的粘性可变阻尼器模型。分析表明:基于位移和速度方向半主动控制的算法简单、易于操作、安全可靠且对长索多阶振动模态亦能取得较好的减振效果,优于被动控制。MR阻尼器的制振效果主要来自耗能,调频作用较小。     

颗粒阻尼技术在制动鼓减振方面的应用研究

颗粒阻尼器具有不改变结构形状、附加质量小等特点,在其他被动阻尼常失效的恶劣环境下仍具有良好的减振效果。然而,传统的颗粒阻尼器设计通常依靠试验的方法。研究了颗粒阻尼技术在汽车制动鼓减振降噪领域的应用,基于离散元和有限元的耦合方法分析颗粒阻尼在汽车制动鼓上的应用,使颗粒阻尼减振器在旋转结构上的研究成为可能。结果表明:颗粒阻尼技术在汽车制动鼓减振降噪领域的应用是可行的,仿真结果与试验结果具有很好的一致性。     

磁流变阻尼器与拉索振动控制研究

磁流变阻尼器是一种新型智能装置,具有阻尼力连续逆顺可调并且可调范围大、良好的温度稳定性以及很好的耗能减振等特点,因而在拉索振动控制中较其它阻尼器具有显著的优势.本文总结介绍了自2000年以来应用磁流变阻尼器抑制拉索振动方面的主要研究成果.进行了拉索-磁流变阻尼器系统的减振性能仿真研究,得到了拉索模态阻尼比与阻尼器安装高度、输入电压等参数的关系,提出了应用磁流变阻尼器进行拉索振动控制的数学模型和工程实用设计方法.开展多次现场试验研究,全面评估了磁流变阻尼器的实际减振性能.开发了磁流变式拉索减振新技术,并已于2002年在岳阳洞庭湖大桥全桥实施.作者发明了一种永磁调节式磁流变阻尼器,解决了供电无保证时磁流变阻尼器的应用问题;并将其应用于长沙洪山大桥的拉索减振.近4年来显示了磁流变阻尼器对拉索良好的减振效果.     

非线性结构利用摩擦阻尼器振动控制的优化设计

研究了强烈地震作用下非线性结构中摩擦阻尼器的参数优化问题。非线性结构的恢复力和摩擦阻尼器的滞回特性分别用连续的Bouc-Wen模型表示,利用遗传算法以相对性能指标为目标函数对阻尼器的参数进行优化,比较了不同地震波下摩擦阻尼器的减震效果。取一个八层结构为例进行计算,结果表明,摩擦阻尼器能有效地减小非线性建筑结构在强烈地震下的响应,Bouc-Wen模型能够较好地模拟摩擦阻尼器的滞回性能,使用遗传算法优化后摩擦阻尼器的参数,提高了结构的减震效果。     

MR智能阻尼器对空间网壳结构的风振抑制分析

磁流变液（MR）智能阻尼器是一种新型智能材料减振装置,可用于空间网壳结构的风振抑制。以适当方式和空间网壳结构结合即形成智能材料杆件空间网壳结构。建立了智能材料杆件有限元模型,研究了磁流变阻尼器布置方式和控制策略对空间网壳结构抗风减振的影响。将MR阻尼器设置于网壳结构径向肋杆处优于设在结构环向杆件处。不同控制策略导致不同的风振控制效果。Passive—off控制策略的风振抑制效果较差;Passive-on策略对控制结构的位移响应效果较好,而对控制结构的速度响应和加速度响应效果不佳。半主动控制策略对控制结构的位移响应、速度响应和加谏序响府均掂瑚相．针对不同风荷载作用,采用相同阻尼器布置方案和控制策略,结构风振控制效果大致相同。     

颗粒阻尼器布置方案对其减震效果影响研究

为明晰建筑结构用颗粒阻尼器布置方案对其减震控制效果的影响规律。以某1∶30比例缩尺钢筋混凝土框架结构为研究对象,设计制作了可用于缩尺模型的刚性连接颗粒阻尼器,结合建筑结构减震需求,对颗粒阻尼器的布置方案进行了设计,通过振动台试验研究了布置位置和阻尼器数量等参数对颗粒阻尼器减震控制效果的影响。结果表明:颗粒阻尼器布置位置处的结构均方根位移响应和峰值位移响应均有所降低,阻尼器减震控制效果良好;阻尼器布置位置对颗粒阻尼器减震控制效果影响显著,阻尼器宜布置于结构位移响应较大的位置,合理的阻尼器布置方案能够有效地控制结构的扭转响应;随附加颗粒阻尼器数量的增加,颗粒阻尼器对结构位移响应的减震控制效果提高,建筑结构可用附加质量比范围内,阻尼器布置数量越多,减震控制效果越好。