消隔组合X型减振器设计与动力学分析

本文将一种X型结构与线性弹簧阻尼减振器相结合构成一种兼具消振和隔振性能的新型X型减振器.基于拉格朗日方法建立单自由度线性振子耦合消隔组合X型减振器系统的动力学方程,应用谐波平衡法得到系统稳态响应的近似解析解,并通过Runge Kutta法得到系统的数值解验证解析解的正确性.讨论了不同的基础激励下新型X型减振器对系统的响应幅值以及位移传递率的减振效果.此外,分析了不同参数对系统的幅频响应曲线以及位移传递率的影响.研究结果表明,新型X型减振器不仅可以将线性刚度转化为非线性刚度,还可以为系统提供负刚度,拥有优秀的消振和超低频隔振性能.     

新型低刚度减振轨道特性研究

为减小轨道交通对沿线的振动影响,提高轨道结构的减振性能,提出新型低刚度减振轨道设计方案.新型低刚度减振轨道与现有的减振轨道相比,具有更小的垂向刚度,从而降低轨道结构固有频率,提高减振性能.新型低刚度减振轨道的低刚度是由新型隔振器提供的,隔振器的弹性元件由金属橡胶元件和碟形弹簧元件构成,利用正负刚度并联的原理减小工作区间的刚度.通过ANSYS有限元软件对轨道结构和隔振器力学特性进行仿真分析,得到了不同轨道结构的结构特性和不同工况下隔振器的工作范围.结果表明,梯形轨枕结构具有较好的平均载荷的能力,证明设计的隔振器工作区间基本合理.可为低刚度减振轨道的进一步研究提供了科学依据.     

带控制截面机翼结构基于非线性能量阱的颤振抑制

二元刚性机翼结构简化为三自由度结构,在浮沉位移和俯仰位移方向的非线性刚度简化为立方非线性,对于控制截面存在间隙采用双线性刚度代替.基于靶能量转移的原理在机翼结构耦合非线性能量阱,实现对机翼颤振的抑制.考虑准定常气流,建立机翼减振前后的运动方程,通过数值模拟构造减振前后峰值-峰值图,初步反应其整体的减振效果.通过弧长数值连续法和结合Floquet算子构造减振前后的分岔图,并研究其稳定性.通过分岔图结合数值模拟的峰值图,讨论在不同风速下的减振效果,结果表明机翼结构颤振可以部分甚至全部抑制.     

直曲增强型负泊松比超材料的力学性能与减振研究

负泊松比超材料结构作为一种新型智能材料与结构,精确计算超材料结构在大应变下的非线性力学性能对其在工程中的潜在应用具有重要意义.本文在弧形内凹负泊松比结构中加入直杆,设计了一类直杆增强型直曲耦合内凹超材料结构;利用能量法推导出了曲边内凹蜂窝结构的横/纵向等效泊松比与等效弹性模量的解析表达式,讨论结构各参数对结构等效泊松比与等效弹性模量的影响.考虑几何非线性大变形,建立了曲边内凹负泊松比结构的有限元模型,并与线性模拟结果对比,验证了解析表达式的正确性.结果表明,等效泊松比与等效弹性模量均随变形增大而变化,且变形越大差异越明显,大变形下须考虑几何非线性;利用谐响应分析计算结构的加速度级和加速度振级落差,凸显所设计超材料结构的减振性能;分析结构整体减振性能,发现其随层数增加逐渐增大;不随频率变化,在低频范围内对激励产生的响应能够起到抑制作用.因此,合理的设计超材料微结构对结构的低频振动具有很好的抑制作用,对负泊松比超材料减振结构设计具有一定的参考意义.     

用于结构减震控制的拉索式惯容系统跨层布置优化研究

本文提出了一种拉索式惯容系统的跨层布置方法用于结构减震控制.将地震激励模拟为金井清谱随机激励，构建统一的状态空间方程，进行线性系统直接随机分析，获得系统响应统计量.利用布置效率确定惯容系统布置位置，考虑惯容系统整体出力影响惯容系统自身造价及结构柱额外受力，将惯容系统出力状况作为经济指标.考虑结构位移响应及加速度响应与结构性能的相关性，将结构的位移响应及加速度响应作为减震效果指标.利用设计参数的多目标优化，获取惯容系统最优参数的帕累托前沿，指导设计并比较不同布置方法.最后，利用一个10层的基准结构进行减震效果分析，验证跨层布置的惯容系统优于一般层间惯容系统.     

负泊松比超材料减振结构设计与实验验证

旋转机械的转子部件发生故障时,振幅会迅速增大甚至发散,此时需要一种轻质高效的吸能减振结构,快速控制转子部件的振动幅值.本文基于负泊松比材料概念,提出了一种针对转子系统的负泊松比弧形超材料减振结构,可以实现很好的故障转子减振效果.首先,通过释放自由度提出了了负泊松比非对称星形胞单元,设计了针对转子的超材料减振结构,并给出了相应的能量吸收指标.然后,基于有限元模型进行了动力学仿真,讨论了不同冲击速度、不同冲击角度对能量吸收性能的影响.结果表明,低速冲击下,材料主要产生弹性变形吸能.随着冲击速度增加,材料变为弹塑性变形混合吸能模式,有效吸能率会明显增大.特别是在冲击速度较大时,减振结构的吸能率会迅速增加,这对于转子突发故障的减振十分有利.最后,设计了验证实验,对故障转子进行了负泊松比减振结构的验证实验.实验结果证明,对于转子的不平衡故障响应,设计的减振结构能够起到很好的抑制转子振动与吸收振动动能效果.     

基于负刚度结构的低频速度传感器的设计与分析

实现低频速度传感器的低频扩展在精密减振领域有着重要的意义，本研究提出基于负刚度结构的低频速度传感器，负刚度结构由两组电磁弹簧组成，采用正负刚度并联原理以实现传感器的低频扩展。首先采用安培电流模型建立电磁弹簧数学模型，分析参数对电磁负刚度特性的影响规律并提出负刚度结构优化策略，另外通过调整负刚度结构中线圈电流大小实现传感器固有频率可调。通过数值仿真分析负刚度的非线性影响以及在不同激励幅值和激励频率下传感器的低频响应特性。结果表明负刚度非线性影响可以忽略，当负刚度结构通入电流为0.9A时，传感器固有频率为4Hz，而在通入电流为1A时，传感器固有频率为1Hz，有效地降低速度传感器的测量下限。     

调谐质量惯容系统对高耸脱硫塔风振控制研究

高耸脱硫塔属于圆截面薄壁钢结构,具有柔度大、阻尼小、上部截面突变等特征,在风荷载作用下易发生较为强烈的顺风向和横风向振动.为实现脱硫塔风致振动的有效与轻量化控制,引入调谐质量惯容系统(TMIS),基于推导的脱硫塔-TMIS耦合系统频响函数,分别建立了TMIS对脱硫塔的顺风向和横风向减振参数优化设计方法,并对比分析了TMIS、传统调谐质量阻尼器(TMD)、调谐质量惯容阻尼器(TMDI)对脱硫塔的减振效果.结果表明:以脱硫塔频域响应和H∞范数为目标优化设计的TMIS对脱硫塔顺风向和横风向风致振动均有较好的控制效果;与顺风向减振相比,TMIS横风向减振具有更好的轻量化效应;与TMD、TMDI相比,TMIS表现出较好的减振优势.     

航弹捷联惯导系统半实物仿真试验研究

某型远程航空弹药拟采用捷联惯导+卫星定位的制导系统.该制导系统中的捷联惯导系统姿态、位置解算精度和时延性将影响到控制系统的控制效果.为了测试捷联惯导系统的解算精度和时延性,该文设计了捷联惯导系统的半实物仿真试验框架结构,检验了捷联惯导系统导航计算机的解算性能.试验表明,捷联惯导系统的算法正确,解算精度和解算时延满足控制系统的要求,可以应用到航空弹药的制导与控制系统中.     

基于非线性能量阱的深海柔性张力腿的振动抑制

本文研究了基于非线性能量阱的深海柔性张力腿的振动抑制问题.考虑端部参数激励和非线性能量阱(NES)作用下的张力腿力学模型,采用哈密顿变分原理推导出非线性振动控制的运动微分方程,利用伽辽金法进行离散化.通过参数分析和数值仿真计算,得到柔性张力腿的横向位移模态振动响应,同时还对比分析了NES与调谐质量阻尼器的减振性能.结果表明,相同情况下NES具有更为显著的减振效果,并且可以通过调整NES吸振器的参数,达到最优振动控制效果.     

冲击减振器与非线性能量阱耦合系统的振动抑制研究

建立了冲击减振器与非线性能量阱耦合系统的新型吸振模型,数值模拟的结果验证了该吸振装置的高效性.分析了其参数对主结构振幅、能量耗散以及振动频率的影响,即使系统的初始输入能量变化范围较大,耦合装置也能取得很好的吸振效果.进一步的研究结果表明适当的间隙和较高的碰撞恢复系数既可以增加系统的碰撞运动次数,又能使系统在每次碰撞过程中耗散更多的能量,且该系统中的强非线性刚度有利于吸振.     

基于非线性消振器的空间结构被动振动抑制

研究了空间结构振动抑制的被动非线性消振方法.提出了适用于空间环境的非线性消振器结构及动力学模型,该结构通过引入磁力实现空间环境下航天器结构的振动抑制.然后,从理论上建立了含有非线性消振器的空间悬臂梁结构动力学模型,并通过Galerkin截断及数值分析方法分析了瞬态激励下非线性消振器对空间悬臂梁结构的被动振动抑制效果.仿真结果表明,该被动非线性消振器对系统的能量耗散率可以达到92%,可以实现非常好的振动抑制效果,能够适应空间环境,并提高航天系统的可靠性.     

工程结构多刚度尺度分析与模态理论

At present, the design of engineering structures is generally based on the mature linear vibration theory, without considering the influence of nonlinear and multiscale characteristics, which leads to the frequent occurrence of various vibration problems and the failure of vibration reduction measures. Firstly, this paper takes the mass-spring system as an example, and carries out the parametric influence of the stiffness ratio and mass ratio on the system vibration? of which the result points out that the stiffness ratio has a significant influence on the system modal property. In addition, the research overview on the long-span bridge dynamics is briefly discussed. From the perspective of system global dynamics, the concept of a multi-stiffness scale of engineering structure is proposed based on nonlinear dynamics analysis and finite element analysis. The global modes, local modes and mixed modes of multi-stiffness scale coupling systems based on different stiffness scales are analyzed and pointed out. The research may lay the foundation for establishing the global dynamic model and theory of bridge and studying the nonlinear dynamics of the bridge. © 2023 Journal of Dynamics and Control. All rights reserved.     

Decision-aware data suppression in wireless sensor networks for target tracking applications

Target tracking applications of wireless sensor networks (WSNs) may provide a high performance only when a reliable collection of target positions from sensor nodes is ensured. The performance of target tracking in WSNs is affected by transmission delay, failure probability, and nodes energy depletion. These negative factors can be effectively mitigated by decreasing the amount of transmitted data. Thus, the minimization of data transfers from sensor nodes is an important research issue for the development of WSN-based target tracking applications. In this paper, a data suppression approach is proposed for target chasing in WSNs. The aim of the considered target chasing task is to catch a moving target by a mobile sink in the shortest time. According to the introduced approach, a sensor node sends actual target position to the mobile sink only if this information is expected to be useful for minimizing the time in which target will be caught by the sink. The presented method allows sensor nodes to evaluate the usefulness of sensor readings and select those readings that have to be reported to the sink. Experiments were performed in a simulation environment to compare effectiveness of the proposed approach against state-of-the-art methods. Results of the experiments show that the presented suppression method enables a substantial reduction in the amount of transmitted data with no significant negative effect on target chasing time.     

双不确定参数作用下双稳态能量采集系统的随机响应分析

为改善纯电动汽车齿轮传动在整个工况范围内的工作性能,提出一种计及负载扭矩和转速工况影响的齿面修形方法.考虑时变啮合刚度、啮合冲击、齿面摩擦激励,建立了系统动力学分析模型.结合轮齿几何接触分析和承载接触分析,采用遗传算法优化获得全工况最优的齿廓、齿向抛物线修形系数,并对比分析了不同修形方案的抑振效果.结果表明：计及工况影响的齿面修形在全工况下的振动加速度均方根都保持在较低水平,说明这一齿面修形策略具有更好的全局抑振效果.     

纯电动汽车高速齿轮传动全工况抑振修形方法

为改善纯电动汽车齿轮传动在整个工况范围内的工作性能,提出一种计及负载扭矩和转速工况影响的齿面修形方法.考虑时变啮合刚度、啮合冲击、齿面摩擦激励,建立了系统动力学分析模型.结合轮齿几何接触分析和承载接触分析,采用遗传算法优化获得全工况最优的齿廓、齿向抛物线修形系数,并对比分析了不同修形方案的抑振效果.结果表明：计及工况影响的齿面修形在全工况下的振动加速度均方根都保持在较低水平,说明这一齿面修形策略具有更好的全局抑振效果.     

多级平行轴齿轮传动系统动力学仿真

为分析多级平行轴齿轮传动系统内部难以直接测量的振动信号,建立了4级齿轮传动系统非线性动力学46自由度仿真模型,并基于势能法对时变啮合刚度进行精确求解,采用4阶Runge-Kutta法对集中参数模型进行Matlab编程,进而分析时变啮合刚度对模型响应结果的影响.基于分析结果,探究了引起多级平行轴齿轮传动系统振动的重要原因.同时,通过模型振动时域响应及频谱分析,发现各级传动齿轮之间存在耦合振动现象,能够为实际多级平行轴齿轮传动系统健康监测与故障诊断提供理论支撑与科学指导.     

磁悬浮飞轮储能系统机电耦合非线性动力学研究

针对磁悬浮飞轮储能系统的"磁悬浮飞轮-发电机"机电耦合非线性动力学特性进行研究.通过推导磁悬浮飞轮储能系统在偏心条件下的动能、势能、发电机系统的磁场能以及系统的耗散函数,由Lagrange-Maxwell方程建立磁悬浮飞轮系统和两相四极永磁发电机系统的机电耦合动力学方程.采用数值法对0.6MW磁悬浮飞轮储能系统进行了仿真分析,研究结果表明,系统机电耦合非线性方程存在稳定的与转速同频的基频和三倍频周期运动解,且基频振动幅值比三倍频振动幅值大.对于稳定的磁悬浮储能飞轮机电耦合系统,飞轮转速增大,或磁轴承系统刚度减小或阻尼增大,或磁场能(电枢反应磁场能或永磁励磁磁场能)减小,可使系统的非线性振动幅值减小.而增大磁轴承系统的刚度,或减小磁轴承系统的阻尼,或增大系统的磁场能有可能破坏机电耦合系统的稳定性,使飞轮失稳.