汽车主体结构非线性振动的优化计算

汽车主体结构非线性振动的优化计算周松鹤（同济大学）─前言汽车结构的振动问题曾引起许多力学工作者的重视。关于这方面的论文，大多集中讨论粘性阻尼与弹性力的共同作用，动用诸如能量法、逐步逼近等各种方法求解。同时考虑粘性阻尼与干摩擦阻尼的情况较少。实际上，干...     

局部约束阻尼柱壳振动分析及优化设计

针对圆柱壳振动特性,给出局部约束阻尼柱壳模型。基于弹性、粘弹性本构方程用能量法建立动力学方程,研究阻尼段结构参数变化对振动特性影响。建立以阻尼轴向与周向分段数、阻尼段轴向与周向间隙、阻尼层厚度为设计变量,前三阶模态最大损耗因子为目标函数,利用多目标遗传算法对两端简支柱壳进行优化分析。通过分析、比较优化前后结构模态固有频率变化、损耗因子变化及幅频响应表明,合理贴敷阻尼段能有效减少阻尼材料用量,且在不改变柱壳固有振动属性条件下能达到更好的减振效果。     

约束阻尼板的渐进法结构减振拓扑动力学优化

旨在为结构减振设计奠定一定基础,研究约束阻尼板减振优化问题。建立约束阻尼板动力学平衡方程,推导模态损耗因子计算模型。构建以模态损耗因子最大为目标,黏弹性材料用量及模态频率变动最小为约束的阻尼板拓扑优化数学模型,推导模态损耗因子灵敏度算式。引入渐进结构优化方法对约束阻尼板动力学优化模型进行求解,采用独立网格滤波技术,解决优化迭代中出现的棋盘格问题。编制阻尼板拓扑优化程序,实现约束阻尼板减振优化。仿真显示,与非优化删除方法相比,采用渐进拓扑动力学优化,更有利于实现黏弹材料优化布局,且模态频率变化比较稳定。对阻尼结构进行谐响应分析,以验证拓扑优化方法有效性,引入模态损耗因子体积密度指标以评价阻尼板减振拓扑优化性能。研究表明,若能实现结构模态损耗因子最大化,约束阻尼板减振效果明显。该方法对于约束阻尼板设计具有较强实用性,拥有较高的稳定性。     

离合器对某皮卡车动力传动系扭振影响研究

研究离合器性能参数对汽车传动系扭振的影响规律,并解决某车辆因离合器参数匹配不当导致的传动系统扭振过大问题。首先对离合器的变刚度与变阻尼等非线性因素进行研究,建立离合器传递力矩计算的非线性数学模型;然后研究汽车传动系统的动力学建模方法;最后根据传动系统动力学建模方法并考虑离合器的非线性因素,建立研究离合器性能参数影响的五自由度汽车传动系扭转振动仿真优化模型。基于建立的五自由度汽车传动系扭转振动仿真模型,以实测发动机转速数据为激励,对某前置后驱柴油车离合器从动盘的性能参数进行优化。将优化前后的离合器进行装车测试,对比分析变速箱输入轴的扭振情况。测试结果表明：优化后的离合器对传动系统的扭转振动衰减更加有效,整车NVH性能得到明显改善。建立的优化模型对同类结构车型离合器从动盘性能的参数优化具有指导意义。     

车用双向筒式液压减振器阻尼孔阻尼特性分析

减振器是汽车悬架系统的重要组件,其减振效果主要受减振器阻尼孔阻尼特性的影响。基于Fluent建立减振器阻尼孔阻尼特性有限元分析模型,采用正交试验设计、方差分析和单因素分析法,探索阻尼孔几何特征参数、油液黏度及活塞运动速度对减振器阻尼孔阻尼力的影响规律。研究结果表明:1)阻尼孔直径与活塞运动速度对阻尼力有显著影响,阻尼孔长度与油液黏度的影响相对不显著;2)在给定参数条件下,阻尼力随阻尼孔直径增加而减小,随活塞运动速度增加而增加。阻尼孔直径越小,活塞运动速度越快,两者对阻尼力的影响越显著,减振器振幅衰减速度越快;3)阻尼力除受油液流经阻尼孔时流层间的内摩擦力影响外,还受流动状态影响,雷诺数超过一定值时阻尼力会增加;4)阻尼力随活塞运动速度变化的调整范围随阻尼孔直径的增加而收窄,且调整范围的降幅趋于平缓;阻尼力随阻尼孔直径变化的调整范围及其增幅均随活塞运动速度的增加而增加。     

基于布局优化的压电分流阻尼抑振实验研究

建立了带压电分流阻尼系统的四边固支正方形弹性薄板振动控制的实验模型。针对其前五阶模态振动响应的抑制问题,以压电元件存储的电能最大化为优化目标,对采用多个压电元件的压电分流阻尼系统进行了布局优化分析。将压电元件布局优化后的压电分流阻尼系统应用于弹性薄板的多阶模态振动响应的抑制实验,分别研究了不同压电元件数量和布局对抑振效果的影响。在压电分流阻尼抑振实验中,与分流电路开路时相比,电路闭路后弹性薄板的频响函数在对应的模态频率处的幅值分别降低了11.90dB、16.94dB、16.94dB、19.91dB和16.77dB,说明经过布局优化后的压电分流阻尼系统使弹性薄板的前五阶稳态响应都得到了很好的抑制。同时也进行了非优化布局的压电分流阻尼抑振实验,实验结果对比表明,对压电元件进行布局优化可以明显提高压电分流阻尼系统的抑振效果。     

基于半主动阻尼拉杆的汽车不同换挡时间的振动控制研究EI北大核心CSCD

如何减少汽车原地换挡时间而不增加汽车原地换挡的冲击与振动,该研究开展了基于半主动阻尼拉杆(hydraulic damping strut,HDS)的汽车不同换挡时间的振动控制研究。首先,对发动机悬置和防扭拉杆主动端加速度试验值与理论值进行了对比分析,其误差小于20%,验证了13自由度整车动力学模型的有效性;其次,通过对汽车原地快速换挡时的动态响应分析及试验测试可知,在悬置系统中添加半主动阻尼拉杆可以有效减小换挡时的冲击与振动。最后,通过理论和试验测试结合研究分析了汽车不同换挡时间的动态响应特性。研究结果表明,原地换挡产生的换挡冲击与振动主要通过变速箱悬置和防扭拉杆传递到车内,变速箱悬置对悬置系统阻尼的增加不敏感,发动机悬置对动力总成的振动不敏感。在悬置系统中添加半主动阻尼拉杆可以减少原地换挡时间,降低油耗。     

局部非线性刚度阻尼系统参数识别的一种新方法

研究了具有平方非线性刚度和平方非线性阻尼的两自由度局部非线性振动系统，采用空间法来识别该系统模型的参数。利用该方法对非线性频响函数进行估计，并利用最小二乘法对模型的非线性刚度系数和非线性阻尼系数进行了优化，实验结果表明了该方法的可行性，在识别和优化汽车等局部非线性系统的物理参数方面具有一定的参考价值。     

振动阻尼讲座：第二讲环境因素对阻尼材料性能的影响及其分析

通常,环境因素对阻尼材料性能产生重要影响,如对橡胶类粘弹阻尼材料来说,其刚度和损耗因子随频率、温度、动静载荷大小的不同将发生很大的变化。因此,为能有效合理地使用阻尼材材,掌握一些材料性能随环境因素变化的关系是必要。本讲座中,将以橡胶类粘弹阻尼材料对象,着重讨论一些对其性能产生重要影响的环境因素并给出典型的分析表述。这里应说明的是,之所以选择橡胶类粘弹阻尼材料为讨论对象,在于它应用的广泛性和有效性。     

汽车用复合钢板阻尼振动研究

本文介绍对汽车用复合钢板阻尼性能的研究。文章通过复合钢板和非复合钢板板条的自由衰减振动试验的比较,理论分析,得出复合钢板阻尼效果显著的结论。文章分试验、测试、试验数据比较、理论分析四个部分。     

隔振片数量对Y7125型磨齿机振动影响的实验研究

为了提高Y7125型机床的动态性能,通过调整隔振片的数量,分析了其对垂直(X方向)和平行(Y方向)于砂轮轴方向振动强度的影响。通过比较不同隔振片数量下磨齿机关键部位的振动的峰值位移,得出了隔振片数量对振动强度的影响规律,确定出了Y7125型机床的最佳工作状态。     

自由阻尼层结构阻尼材料配置优化的拓扑敏度法

提出阻尼胞单元和阻尼拓扑敏度等概念，建立了基于阻尼拓扑敏度综合评价的阻尼材料拓扑优化准则，并用于自由阻尼层结构振动控制中阻尼材料的配置优化。建立待控结构阻尼材料布局的拓扑基结构，计算各单元的阻尼拓扑敏度。再建立考虑重量目标及结构频响峰值约束的阻尼材料配置拓扑优化模型。根据所提出的阻尼材料拓扑优化准则，求解上述配置优化问题，确定阈值和各单元拓扑值。并用若干典型结构算例，验证所提出方法的正确性，讨论了阻尼材料布局拓扑基结构的规模与优化效率的关系。     

管式电涡流阻尼力的精确测量及阻尼器优化设计

采用紫铜管与磁铁制作了管式电涡流阻尼器,并提出了一种电涡流阻尼器阻尼力的精细化测量方法,消除了摩擦力和惯性力的影响,获得了精确的电涡流阻尼力。研究了阻尼力与电涡流阻尼器中磁级厚度、磁级间距、铜管与磁铁的相对速度等参数的关系;研究结果表明:提出的阻尼力测量方法可以准确地获得磁铁与铜管相互作用的阻尼力时程;阻尼器的阻尼系数随磁级厚度、磁级数的增加而增大,随磁级间距的增大表现出先增大、后减小的趋势;电涡流阻尼器近似为理想的黏性阻尼器,并且其阻尼系数与磁级数也近似成正比。通过引入阻尼系数效率值作为评价指标,获得了管式电涡流阻尼器的磁级厚度和磁级间距的最优值,可为电涡流阻尼器的优化设计提供参考。     

确定斜拉索减振阻尼器优化参数的一种方法

斜拉桥拉索的大幅振动越来越引起人们的关注，目前减振的主要手段是安装阻尼器。本文推导了考虑拉索垂度、弯曲刚度的拉索-阻尼器系统运动方程，根据最优控制原理得到最优控制反映，提出了一种在具有控制结构约束下求解准最优控制力，进而求得优化阻尼系数的方法，并结合实桥拉索进行了仿真计算，所得结果表明该方法是有效可行的。所提方法对斜拉减振阻尼器参数优化设计具有一定的指导意义。     

双材料自由阻尼层结构拓扑优化设计方法

目的 在不减小板壳结构动刚度的前提下有效提高板壳结构的抗振性能,提出一种板壳阻尼复合结构拓扑优化设计.方法 以结构模态阻尼比为目标函数,以某阶固有频率不小于设定值为约束条件,推导目标函数和约束条件对设计变量的灵敏度表达式,采用SIMP插值函数和移动渐近线法求解优化数学模型.结果 研究表明,文中提出的双材料阻尼层结构相比传统单材料阻尼层结构的振动响应明显减小,同时适当改变设计目标和约束条件,可满足不同的工程应用需要.结论 通过在宏观上对高刚度低阻尼材料和低刚度高阻尼材料的分布进行了设计,优化后的结构兼顾低刚度高阻尼材料的高阻尼特性和高刚度低阻尼材料的高刚度特性,实现了结构高刚度高阻尼的设计.     

基于拓扑优化的压电分流阻尼抑振实验研究

将结构拓扑优化引入压电分流振动抑制中,以压电元件的分布面积为设计变量,压电元件产生的电荷最大化为优化目标,对压电元件的拓扑进行了优化以获得最佳抑振效果。针对悬臂梁结构,得到了对不同的结构模态进行抑制时的压电元件最优拓扑构型。建立了带有压电分流阻尼系统的悬臂梁振动控制实验模型,将压电元件拓扑优化后的压电分流阻尼系统应用于悬臂梁多阶弯曲模态的振动响应抑制实验,并对比分析了带最优拓扑和非优拓扑压电元件的悬臂梁压电分流阻尼抑振效果。结果表明,对压电元件进行拓扑优化可以明显提高压电分流阻尼系统的抑振效果。     

结构受迫振动最优响应和模态主动控制

本文研究结构受迫振动的主动控制,对一般线性阻尼系统,导出了物理空间下的最优响应控制规律,及线性比例阻尼系统的模态控制规律.计算机仿真表明,按本文提出的主动控制规律,可获得较好的受迫振动控制效果,振幅能得到大幅度的降低.     

宽带激励下非线性振动系统响应的最小化控制

将一种基于广义谐和函数的随机平均法和随机动态规划原理相结合，提出了一种非线性随机最优控制方法，可以为受宽带激励的单自由度强非线性振动系统设计最优控制规律，以使得系统的稳态响应最小化。方法中的随机平均法用来得到受控系统位移幅值的Ito随机微分方程；用随机动态规划原理为系统稳态响应最小化建立动态规划方程；在控制力为有界的条件下，从动态规划方程中可以导出最优控制规律；通过求解FPK方程得到受控系统的响应。本文用一个具体的例子阐述了这一控制方法的实施过程。     

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。     

空间桁架结构采用黏弹性阻尼的振动控制技术

航天器空间桁架结构在太空特殊物理环境下的振动控制问题是航天技术中的一大难题,为探讨阻尼被动控制技术的有效程度。首先从理论上分析黏弹性材料（VEM）的阻尼作用机理,由此设计一种双夹层圆柱式黏弹性阻尼器（VED）,研究VED阻尼杆在桁架中的最佳位置配置问题,并推导阻尼桁架结构的动力学方程,结合VEM的阻尼特性分析结构的动态品质。最后以一字型桁架为例,对VED阻尼被动控制效果进行仿真分析,结果显示在共振区内桁架的振幅衰减达35 %,可取得良好的控制效果。