变阻尼层复合梁式动力吸振器性能研究

为了有效降低弹性结构的振动响应,提出了新型变阻尼层复合梁式动力吸振器结构形式。以典型弹性薄板为控制对象,基于导纳功率流方法建立了多个复合梁在多个点与板耦合的振动模型,进行了吸振的理论及实验研究。通过对单个复合梁吸振效果的仿真分析,验证了变截面复合梁式动力吸振器具有吸振频带宽、吸振效果好的优点,并形成了一种确定复合梁参数的方法。进而对多个复合梁组合吸振效果进行了研究,理论与实验结果一致表明:在同一点安装多个不同吸振频率的复合梁进行组合吸振,可以拓展吸振器的吸振频带;在相近的多个位置分别安装复合梁进行组合吸振,其吸振效果可近似等效为各单个吸振器吸振效果的线性叠加;多个复合梁对弹性薄板进行组合吸振,效果明显。从而说明了新型变阻尼复合梁式动力吸振器用于弹性结构的有效性和可行性,也表明了变阻尼复合梁式动力吸振器具有可扩展性强的特点。     

新型宽带动力吸振器优化设计*

基于导纳功率流理论建立了变截面阻尼复合梁式新型宽带吸振器吸振分析理论模型,以输入被控制结构净功率峰值最小为目标函数,运用混沌粒子群算法对吸振器参数进行了优化,并给出了吸振效果较好的参数分布范围。结合实验结果表明：通过混沌粒子群算法优化后的得到的变截面阻尼复合梁式新型宽带吸振器具有好的吸振效果。     

梁式动力吸振器用于抑制薄板振动的研究

提出了一种适合于弹性结构宽频带吸振的均直梁式动力吸振器,研究了梁板耦合结构的功率流特性。在此基础上,提出了以控制频率范围内输入主振系的净功率流最大值为控制目标的梁式动力吸振器的优化设计方法,并通过数值仿真验证了该方法的有效性。最后,分析了梁的损耗因子对系统功率流特性的影响。研究表明：梁式动力吸振器不但结构简单,质量比小,安装方便,而且吸振频带宽,吸振效果好。     

螺旋曲梁宽带动力吸振器效果评价

采用实验的方法，对宽带波导动力吸振器的吸振效果用多种评价方法进行评价，并将几种方法作比较，进而通过测量安装动力吸振器的结构和安装与动力吸振器同样质量的质量块的结构振动情况对比，证明：螺旋曲梁宽带动力吸振器的吸振效果良好，附加质量对吸振的效果影响不大。     

变截面梁-板耦合结构的功率流

介绍了用微分变换法求解变截面梁的振动,并对变截面梁-板耦合结构的功率流进行了研究,分析了梁的不同结构参数对功率流传递的影响,为梁-板耦合结构的减振设计及新型梁式宽带吸振器的设计提供了重要参考。     

转子系统变刚度动力吸振器试验研究

为实现转速变化转子系统的振动抑制,提出了一种新型的变刚度动力吸振器,采用永久磁铁组成的变刚度机构实现吸振器的刚度和固有频率可调。设计了吸振器结构,建立了转子-永磁变刚度吸振器的动力学方程并分析了吸振器的工作原理。搭建了转子-永磁变刚度吸振器试验台和控制系统,编制了PID控制程序。在试验台上进行了永磁变刚度机构有效性试验、扫频吸振效果验证试验、转子定转速控制试验等试验。研究结果表明,所设计的变刚度动力吸振器能够达到振动抑制效果。     

楔形阻尼层复合梁式吸振器设计及实验研究

针对弹性薄板结构在固有模态频率处振动过大的情况,对其进行了吸振控制的理论及实验研究。以典型简支板为控制对象,运用有限元方法设计了变阻尼层复合梁式吸振器并分析了其吸振效果,进一步通过实验对所获结论进行了验证,数值分析和实验测试结果一致表明：随着长度增加,用于吸振模态个数增加,吸振频带变宽,但每个频率上的吸振效果下降;对于板振动系统,具有较好的吸振效果的安装区域为激振点附近区域;复合梁用于吸振的模态阶数越低,吸振量越大。     

悬臂式动力吸振器设计方法

众多学者对端部具有集中质量的悬臂结构提出过设计方法,但对于悬臂式动力吸振器而言,质量块并不满足质点假设。为了提出具有更高精度的设计方法,首先根据悬臂式吸振器的结构特点,提出Euler-Bernoulli梁假设、刚体假设、动/静挠度近似一致三条假设。在此基础上,使用能量法推导悬臂式动力吸振器的设计方法。该方法考虑了质量块结构参数,简洁明了,便于工程应用。针对常见的圆形和矩形截面悬臂式吸振器,设计五组参数进行充分验证。结果表明,对于质量块和悬臂梁不同的长度、不同的截面,所提设计方法均有很高的精度,最大误差小于3%。对于其他横截面形状的吸振器,差别仅在于截面惯性矩的计算方法不同。因此,所提设计方法具有简明、精度高,通用性好的特点,为悬臂式吸振器设计方法的实用化提供了一条新的途径。     

变截面梁用于板壳耦合结构的吸振效果分析

将变截面梁用于一种板壳耦合结构的吸振,推导了功率流在各结构上的分配表达式,并对吸振效果进行了仿真。结果表明:梁在共振频率处对板和壳的吸振效果明显;安装位置对梁的吸振效果有决定作用,安装位置处板的响应幅值越大,梁的吸振效果越明显;提高梁的损耗因子有利于提升其吸振效果。     

负刚度吸振器对有限长弹性梁的抑振效果研究

考虑不同形式负刚度动力吸振器对有限长弹性简支梁动态响应的影响,提出并建立"弹性梁-负刚度动力吸振器"耦合系统动力学模型。基于模态叠加法,推导得到各阶模态对应幅频响应解析表达式。以弹性梁第1阶振动模态作为振动抑制目标,结合固定点理论和最大值最小化优化准则得到各类型动力吸振器的最优设计参数。以功率流作为振动控制效果的评价指标,建立"弹性梁-动力吸振器"耦合系统的导纳功率流理论模型。在此基础上,计算得到安装动力吸振器前后弹性梁的总功率流和净功率流,以及动力吸振器消耗的功率流,研究不同形式动力吸振器的振动抑制效果。最后,选择振动控制效果最显著的动力吸振器作为研究对象,针对部分主要设计参数展开研究。计算结果表明：在目标控制模态频率附近,负刚度动力吸振器对弹性梁动态响应的控制效果较好,且多个振动模态响应均被有效控制;当阻尼元件和负刚度元件同时接地对弹性梁动态响应的控制效果最佳;众多设计参数均存在最优值。     

带任意附加质量的变截面弹性支承梁动力特性的解析解

根据变截面梁桥的结构特点,建立了带任意附加质量的变截面弹性支承梁(桥)动力特性的简化计算模型。基于Bernoulli-Euler梁理论,对直接模态摄动法进行改进得到改进摄动方法(IPM)。在完全弹性支承梁的模态子空间内,IPM法将带任意附加质量的变截面弹性支承梁的变系数微分方程转化为线性代数方程组。IPM法适用于求解带任意附加质量的变截面弹性支承简支和连续梁(桥)的振动方程。算例分析表明:IPM法具有较高的计算精度和较快的收敛速度。根据变截面对称梁(桥)的振型对称性给出了对称梁(桥)动力特性的简便计算方法(SIPM)。SIPM法可以减少未知系数和未知数约50%,计算精度与IPM法接近,计算效率更高。最后,研究了附加质量和弹性支承对三跨变截面连续梁桥动力特性的影响规律。     

质量偏心Timoshenko梁的振动波特性研究

在研究船舶、潜艇等工程结构的低频振动时,通常可以将其简化为质量在截面内分布非均匀的梁结构,此质量偏心会引起弯-纵耦合。针对弯-纵耦合的质量偏心Timoshenko梁,推导了其截止频率的解析表达式;探讨了质量偏心对其纵振波、传播弯曲波及衰减弯曲波波数的影响规律;研究了三组波数下纵向/弯曲位移比随频率及质量偏心的变化。分析结果表明,质量偏心会降低梁的截止频率,偏心率越大,降低越明显;弯曲衰减波会在截止频率处转变为弯曲传播波;质量偏心使得非频散的纵向振动波转变为频散波;纵向振动与弯曲振动的耦合在质量偏心率或频率增大时,会进一步加强。     

硬岩掘进机的动力吸振方案优化研究

针对某隧道掘进工程中硬岩掘进机(TBM)的振动进行了实地测量。通过现场测试的结果可以看出,TBM推进系统在整个工作过程中振动剧烈,且主梁振动加速度响应在15Hz附近处出现明显的峰值。为降低TBM推进系统的振动水平,提出利用动力吸振器对TBM系统的振动进行抑制的方案。传统动力吸振器必须要有足够的附加质量才能达到良好的吸振效果,然而,TBM系统质量巨大且安装空间有限,吸振器的附加质量很难做到足够大。为此提出应用杠杆机构来实现放大吸振器的附加质量的方案,并设计了适用于TBM推进系统的动力吸振器。通过TBM整机—动力吸振器动力学建模分析,得到系统的频率响应函数,进而利用定点理论求得吸振器的最优同调条件与最优阻尼条件,最后对比传统动力吸振器和质量放大吸振器对主系统的抑振效果。结果表明,优化后的质量放大吸振器在吸振效果上较传统动力吸振器具有明显的优势。     

索-梁组合结构非线性时滞减振研究

采用时滞减振技术对索-梁组合结构进行了振动控制分析。通过Hamilton原理建立了索-梁组合结构的运动控制方程,引入时滞减振技术,应用多尺度摄动方法得到了主共振和1/3亚谐波共振的解的近似表达式。结果表明,时滞减振技术的两个主要参数时滞和控制增益能有效调节阻尼和频率。通过调节控制增益和时滞值,可增大阻尼比,避免共振域,从而对索-梁组合结构实现减振。     

车辆主动惯容式动力吸振悬架系统研究

为解决作动器惯质对主动悬架性能不利,被动惯容式动力吸振悬架减振频段较窄的问题,提出了车辆主动惯容式动力吸振悬架构型和车身加速度补偿控制策略。通过对系统动态阻抗特性的解析,表明该方法能大幅削减悬架的簧载共振峰。研究了系统参数对平顺性三项指标的影响关系,说明加速度补偿系数应在空间允许情况下择大为宜,其他参数应折衷选取。通过数值仿真,对比了该悬架与理想动力吸振悬架、被动惯容式动力吸振悬架、传统悬架和主动天棚阻尼悬架的效果,结果表明该悬架能有效改善舒适性,克服作动器惯质的不利影响,且车身加速度补偿控制策略的算法简单、计算量较小,有助于降低成本并提高控制的鲁棒性和实时性。     

用动力减振器消减建筑结构在地震波激励下的随机振动响应

本文提出了根据输入地震波的加速度功率谱密度设计用于消减结构随机振动的动力减振器的思想及设计方法，并利用多种不同地震波通过计算机仿真进行了验证。结果表明利用动力减振器消减建筑结构在地震波激励下的随机振动响应是完全可行的。     

Vibration and buckling of beam-columns subjected to non-uniform axial loads

The small-displacement free vibration of elastic Euler-Bernoulli beams subjected to non-uniform axial forces and the buckling of elastic columns are both analysed by means of various types of beam finite elements. The procedure incorporates beams and columns of varying cross-sections, such as linear tapers, inhomogeneous beams and columns, distributed axial forces, elastic end and interior restraints and point masses with linear and rotary inertias. All of these topics individually or in some combinations have been analysed by others. The purpose of this paper is to bring together under a single umbrella the various problems studied by others, and to provide the solution to one problem apparently not yet solved—the buckling and vibration of tapered columns under non-uniform axial thrust. The mass, stiffness and geometric stiffness matrices for the standard beam element are fully written out for direct incorporation into existing finite element programs. A FORTRAN subroutine for generating these matrices, and those for various higher-order beam elements, is also provided.