交变磁场下盘型磁流变流体阻尼器的动力特性

为了掌握交变磁场对基于剪切方式的盘型磁流变（MR）流体阻尼器动力特性的影响，试验研究了正弦磁场下支承在盘型磁流变流体阻尼器上的柔性转子系统的动力特性.通过测量不同磁场频率和强度下转子系统的运动轨道、振动时间历程和不平衡响应曲线，并与恒定磁场下的结果进行了比较.结果发现，磁场的频率对盘型磁流变流体阻尼器的动力特性有着显著的影响.随着磁场频率的增大，盘型磁流变流体阻尼器抑制转子振动的能力减小.当磁场的频率高于一个临界频率后，转子系统的动力特性与无磁场时的动力特性相同，正弦磁场不能够控制磁流变流体阻尼器的动力特性.磁场强度越大，正弦磁场的临界频率越高.     

磁流变智能镗杆的动态特性测试与分析

为了给磁流变智能镗杆制定有效的颤振控制策略,对其动态特性进行了测试与分析.通过瞬态激振方法对智能镗杆的刚度与阻尼特性关于磁场强度大小的变化规律进行了研究,结果显示其刚度特性随磁场强度的增加而单调增加,阻尼变化则为先增后减;采用稳态激振法对智能镗杆的动态特性与外界激振频率、幅值和磁场强度之间的关系进行了研究,结果表明,在以磁流变材料屈服前系统共振频率为中心的频段内,系统会出现强非线性现象,且磁场强度越高,非线性频段就越窄.     

磁流体粘度特性的测量研究

磁流体的磁粘特性与磁流体的构成有关,磁流体磁粘特性的测量构成了其应用领域技术研究的基础.通过自行研制的试验装置,克服了普通出流法装置中磁场强度梯度及温度对磁流体粘性特征的负效应,实现了对磁流体粘度的测量,并经分析,得出了磁流体粘度与磁场强度之间的非线性关系.     

电流变液夹层板结构的动态特性分析

作为一种新型智能材料,电流变液的应用研究近年来受到很大重视。本从电流变液的特性出发,对小变形条件和中低电场作用下含电流变液夹层板结构的动态特性进行了理论和实验研究。在经典的夹层板理论基础上建立了含电流变液夹层板结构的有限元模型,计算结果与激光全息试验结论吻合较好,说明该模型是可行和有效的。研究表明：随着外加电压的升高,电流变液夹层板的共振频率向高频移动,模态阻尼迅速增大,相应的共振峰值受到抑制。     

横向磁场中导电梁式薄板的非线性振动分岔

在薄板的电磁弹性运动基本方程及电磁力表达式的基础上,得到了横向磁场和机械载荷共同作用下梁式薄板的振动方程,应用Calerkin法将梁式薄板的振动方程化为Duffing方程,同时将梁式薄板的非线性振动方程转化,通过求中心流形上流的方程得出分岔方程,讨论了系统的分岔并画出分岔图.     

高温下含裂纹铝合金梁自由振动频率分析

针对高温下含裂纹梁损伤振动的研究中不考虑温度对材料性能的影响等不足,分析了含裂纹简支梁的振动频率随温度的变化趋势,建立了高温下含裂纹简支梁的振动频率方程,并对高温下含裂纹简支铝合金梁进行了数值模拟运算,分析了其振动频率随温度的变化情况,给出了高温下含裂纹铝合金简支梁的振动频率与弹性模量的关系式.分析结果表明:温度的升高导致了材料弹性模量的下降,而弹性模量的下降又导致了梁自振频率的降低,随着温度的升高,裂纹的相对深度越大,梁自振频率下降幅度越大;裂纹位置离支座越近,对梁自振频率的变化影响越小.     

磁流变阻尼器与磁悬浮系统并联隔振研究

针对磁悬浮隔振装置参振质量大,系统的等效刚度、等效阻尼受控制参数稳定区域的限制,在振动幅值较大时的抑振效果不理想的问题,设计了一种小位移大阻尼力的挤压式磁流变阻尼器,为磁悬浮隔振系统附加阻尼,可以显著减小系统振动.介绍了该磁流变阻尼器的设计方法,实验特性,并将该磁流变阻尼器与磁悬浮装置并联起来,实验证明,这种方法可以显著减小振动,提高系统隔振性能.     

ER/MR液减振器件的设计及原理性研究

设计和制作了以ER/MR液为工作介质的刚度可调器件,对该器件用于系统减振进行了理论和实验研究。结果表明,当对槽内的工作介质施加电场或磁场时,流变液将产生一定的屈服应力,从而使器件具有一定的刚度。若将此器件组合进结构系统中,就可达到减振的效果。     

基于Zig-zag理论的波形钢腹板梁自由振动分析

根据波形钢腹板梁的特点,将波形钢腹板梁模拟为具有正交各向异性层的夹芯梁,并引入层间连续的Zig-zag位移假设和分层抛物线分布的横向切应力假设,基于混合能变分原理,建立波形钢腹板梁自由振动的Zig-zag理论. 该理论的横向切应力满足上、下表面为0以及层间连续条件,因此无需引入剪切修正系数. 导出波形钢腹板梁的频率方程,得到不同边界条件下的频率和振型. 与其他方法的对比表明该理论能够精确地预测波形钢腹板梁的动力学特性.     

反对称角铺设夹层板的稳定与振动

用解析法求解简支边界条件下以角铺设层合板为面板的反对称铺设复合材料夹层板的弹性屈曲和横向振动问题,导出了对应于Hoff型夹层板理论的临界载荷和固有频率的计算式。     

导电薄板在纵向磁场中的谐波共振分析

基于Maxwell方程及Kirchhoff薄板基本假设,导出了导电薄板的非线性磁弹性振动方程、电动力学方程和电磁力表达式。在此基础上,研究了纵向磁场中横向机械动载作用下条形薄板的非线性谐波共振问题。针对两端简支边界条件情况,应用伽辽金法进行积分,导出了关于振动位移和电场强度函数的磁弹性耦合振动微分方程组。利用多尺度法进行求解,得到了共振下的幅频响应方程,并对定常解的稳定性进行了分析,得到了解的稳定性判定条件。通过数值计算,得到了共振振幅随调谐参数、激励力幅值和磁感应强度的变化规律曲线图,以及系统振动位移和电场强度的时程响应图,分析了电磁、机械等参量对共振现象及解的稳定性的影响。     

智能梁振动分析的修正Fourier级数方法

采用修正的Fourier级数方法求解离散分布式压电智能梁固有振动问题,能较精确地描述具有内部突变函数特征,可以方便地使用普通梁的求解方式求解智能梁的振动问题,具有较高的精确性.算例表明:修正的Fourier级数方法求解离散分布式压电智能梁的振动是可行有效的;与普通梁相比,智能梁的压电效应使梁的振动频率明显升高,压电片的不同位置对梁各阶固有频率具有不同程度的影响.     

支承磁悬浮轴承的径向磁流变阻尼器设计

转子振动时其频响函数是其刚度和阻尼的函数,调节合适的刚度和阻尼,可以抑制转子振动.针对磁悬浮轴承对转子振动抑制能力差的缺点,设计了一种径向磁流变阻尼器.用这种阻尼器支承的磁悬浮轴承转子系统,通过控制磁流变阻尼器线圈中的电流来改变整个转子系统的支承刚度和阻尼,抑制转子高速时的振动.采用ANSYS对整个支承系统的电磁场进行仿真,验证及改进所设计的磁流变阻尼器.     

Vibration and Acoustic Response of Sandwich Panels with Flexible Core Under Thermal Environments

软芯夹层板热环境下声振特性研究

韩敬永^1,2,于开平¹,宋海洋¹,李向阳¹

（1．哈尔滨工业大学 航天学院,哈尔滨 150001;

2．中国运载火箭技术研究院,北京,100076）

创新点说明：

同时考虑对称和反对称变形,建立了软芯夹层板热环境下声振特性分析模型,并揭示了温度及夹层板参数对结构振动特性及辐射声场声压级的影响规律。

研究目的：

考虑夹层板对称变形,针对软芯夹层板热环境下的振动和声辐射特性进行理论建模。

研究方法：

同时考虑对称和反对称变形利用哈密顿变分原理推导了热环境下夹层板的振动控制方程,通过自由振动分析得到了夹层板在热环境下的临界屈曲温度、固有频率和振型,利用模态叠加法和瑞利积分分别求得了夹层板受迫振动响应及辐射声场的声压级。分析了芯层泊松比、芯层厚度和温度载荷对夹层板固有频率的影响机理,研究了膨胀模态及温度载荷对夹层板振动和辐射声场声压级的影响。

结论：

研究发现固有频率随温度升高而降低,低阶弯曲模态和高阶膨胀模态固有频率对温度变化比较敏感;膨胀模态使得振动响应反共振频率向低频移动;随温度载荷升高响应共振峰频率向低频移动,且由于阻尼随温度升高而增大导致响应峰值降低。该理论模型可以为热环境下夹层板的应用提供一定的指导作用。

关键词：夹层板,对称运动,振动,声辐射,热环境

     

含面\芯开裂损伤复合材料夹层板的自由振动

基于Zig Zag变形假定和Mindlin一阶剪切理论,提出了具有面板和芯体开裂损伤复合材料夹层板自由振动的有限元分析方法。为了更好地反映夹层板截面变形的齿形特征,分别对上、下面板和芯体建立了3个独立坐标系,并定义三部分的转角为独立变量;同时又针对面\芯开裂特征,将整个结构视为上、下子板和基板三部分。根据开裂前缘位移连续条件,建立了复合材料夹层板面\芯开裂损伤分析模型。在此变形假定和损伤模型基础上,推导了含损伤复合材料夹层板各部分的刚度阵和质量阵列式,并采用子空间迭代法求解了夹层板的固有频率。通过参数讨论得出:大面积的开裂损伤会使结构频率急剧降低;面积相同而形状不同的开裂损伤对夹层板的各阶固有频率的影响不同;适当的面板铺设方式将会提高结构的固有频率;提高面板的厚度可大幅度提高夹层板的各阶固有频率。     

电磁场中导电梁式板非线性振动的分岔

在给出薄板的电磁弹性运动基本方程及电磁力表达式的基础上,得到了横向磁场和机械载荷共同作用下梁式薄板的振动方程,应用Calerkin法将簿板的振动方程化为Duffing方程,用多尺度法得到二阶主共振的分岔方程,最后用奇异性理论得出分岔方程的转迁集并得出了分岔图。     

Vibration of functionally graded sandwich doubly curved shells using improved shear deformation theory

Nonlinear forced vibrations and natural frequency of sandwich functionally graded material doubly curved shallow shell with a rectangular base are investigated. The sandwich functionally graded material (FGM) doubly curved shell is subjected to a harmonic point load at centre. The sandwich doubly curved shell with homogeneous face sheets and FGM face sheets is considered respectively when the natural frequencies are studied. Reddy’s third order shear deformation theory is expanded in which stretching effects in thickness are considered by introducing the secant function. Hamilton’s principle and von-Karman type nonlinear geometric equation are applied to obtain partial differential equation of the FGM sandwich doubly curved shell. Comparative studies with other shear deformation theories are carried out to validate the present formulation. Navier method is used to discuss the natural vibration frequencies of the FGM sandwich doubly curved shell. Numerical simulation is applied to demonstrate the nonlinear dynamic responses of the FGM sandwich doubly curved shell. Multiple periods, quasi-period and chaos are detected for the dynamic system for different core thickness.     

静态磁场谐振磁传感器设计

为了解决磁致伸缩/压电复合磁传感器测量静态磁场时需要交变激励磁场以及磁电电压输出低等问题,提出了一种改进结构的磁致伸缩/压电/音叉复合谐振磁传感器,采用COMSOL有限元仿真软件对传感器的应力与应变分布以及音叉的振动模态进行仿真.结果表明,传感器的谐振频率随着磁场强度的增加近似线性递增;在0～1 000 Oe磁场范围内,灵敏度达1. 750 5 Hz/Oe,是改进前的7倍,验证了传感器改进结构的有效性.     

基于MR的船用减振抗冲隔离器力学特性研究

针对普通隔离器不能兼顾低频减振与高频抗冲击这一问题,提出了一种新型的船用减振抗冲隔离器系统.此隔离器由钢丝绳弹簧和磁流变阻尼器并联组成,应用磁流变阻尼器的高阻尼和阻尼可控性,使该隔离器的力学性质可控,进而实现协调解决船舶设备的低频减振和高频抗冲击问题.在对隔离器抗冲减振性能的研究中,采用模型试验方法进行数值分析,得到相应的数值结果.研究结果表明,隔离器系统对振动及冲击响应有较好的控制作用,尤其体现在抑制系统共振和控制系统的低频振动上.     

基于磁悬浮结构的人体动能采集技术

设计基于磁悬浮结构的电磁能量采集装置,该装置可佩戴于使用者的腕部、肘部和脚踝处,收集人体运动过程中产生的动能. 概述现有的可用于振动能量采集的多种能量采集技术,利用惯性传感器对实验者运动时的关节加速度及角速度进行测量,对磁悬浮结构的非线性能量采集工作原理进行理论分析. 运用有限元工具对振动时结构周边的磁场分布和磁力线变化进行仿真研究,并通过振动实验平台验证装置的共振频率和电压输出范围. 当使用者佩戴该装置进行测试时,装置输出的电压及功率随运动速度的增加而增加,在8 km/h的运动条件下,腕部、肘部和踝部所能俘获的最大瞬时功率分别为0.60、0.30、0.58 mW. 实验结果表明,基于磁悬浮互斥结构的电磁能量采集装置能有效采集人体动能,并为可穿戴传感器等低功耗设备供能.