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。     

考虑惯容的颗粒阻尼器等效力学模型及其受控结构稳态解研究

颗粒阻尼技术因减振效果好、作用频带宽等优点使其在土木工程领域中具有良好的应用前景,然而因其具有高度复杂的非线性力学特性,并缺少合理的力学模型,限制了其在实际工程中的应用和发展。鉴于此,以土木工程应用为背景,在不考虑阻尼颗粒发生堆积的前提下,通过引入惯容器来考虑颗粒群滚动对阻尼器减振机理及减振效果影响,建立了考虑惯容的多颗粒阻尼器等效单颗粒力学模型;结合颗粒运动状态,分别进行了未碰撞时及碰撞发生后多颗粒阻尼器单自由度结构的响应分析,重点探讨了惯容系数对未碰撞时动力放大系数频响曲线及碰撞发生后周期2次碰撞稳态解析解的影响规律,并采用数值仿真和试验方法进行验证。结果表明,考虑惯容属性后等效模型能够进一步明晰多颗粒阻尼器由于颗粒群滚动引起的非线性特性,惯容系数对多颗粒阻尼器未碰撞时动力放大系数频响曲线及碰撞后周期运动解析解存在的边界条件及稳定性具有显著影响。进行的周期2次碰撞理论解析为颗粒阻尼器进一步参数影响分析及减振机理分析提供理论基础。     

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。     

阻尼器结构组成对碰撞阻尼性能的影响

研究阻尼器组成结构对带颗粒减振剂的碰撞阻尼器性能的影响,通过改变冲击器的直径和颗粒材料的类型,在一根悬臂梁上放置阻尼器,采用实验的方法获得各种成分组合条件下阻尼器的响应。结果表明,在带颗粒减振剂的碰撞阻尼器中,改变颗粒材料时,平均振幅降低率在72.7%~75.4%,高于不带颗粒时的62.7%;改变冲击器直径时,平均振幅降低率在72.1%~75.9%,远高于阻尼器中只有颗粒时的平均值33.3%。带颗粒减振剂的碰撞阻尼具有良好的减振性能,其减振效果好于传统的只带冲击器的碰撞阻尼器和只带颗粒的颗粒阻尼器;冲击器的直径和颗粒的材料类型对带颗粒减振剂的碰撞阻尼的减振性能影响均不大。     

基于能量法的颗粒阻尼器减振机理研究及参数分析

颗粒阻尼技术因频带宽和鲁棒性强等优点在土木工程减振领域具有良好的应用前景,但由于颗粒的力学行为具有高度非线性特征且影响因素复杂,相关力学机理研究尚不深入,亟需改进。在阻尼颗粒未发生堆积的条件下,考虑阻尼颗粒与阻尼器腔体之间的碰撞过程和摩擦效应,构建一种颗粒阻尼器-单自由度结构系统力学模型。基于能量法对颗粒阻尼器-单自由度结构各组分能量进行求解,对结构系统各部分耗能规律进行分析,明晰减振机理,对颗粒阻尼器和TMD的减振效果进行对比并探究颗粒材料参数影响规律。通过单层钢框架电磁振动台试验验证基于能量法的结构动力分析的准确性。结果表明:在同等条件下,当结构发生共振时TMD的减振效果较优,非共振时颗粒阻尼器的减振效果较优;在非共振条件下,颗粒阻尼器的减振效果随碰撞恢复系数的减小或滚动摩擦系数的增大而增加,小粒径阻尼颗粒的减振效果更优。     

单面碰撞调谐质量阻尼器减振性能分析与试验

碰撞式调谐质量阻尼器是一种通过碰撞消耗结构振动能量的新型减振装置,以设计悬臂式单面碰撞调谐质量阻尼器为目标,通过试验确定碰撞力模型参数;建立单自由度结构-碰撞调谐质量阻尼器系统运动方程,分析频率比对减振效果的影响;设计可改变固有频率的试验模型,开展减振试验。分析和试验结果表明,碰撞调谐质量阻尼器在优化频率比条件下具有良好的减振效果,当频率比偏离时,减振效果降低,但仍具有较好的减振效果,说明该阻尼器具有较好的控制鲁棒性。     

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。     

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。     

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。     

偏心轮叠层摩擦阻尼器的滞回性能研究

为解决常规摩擦阻尼器过大压力导致的一系列问题,设计一种新型偏心轮叠层摩擦阻尼器。该阻尼器以并联多层叠加的摩擦面的方法,实现在较小摩擦界面正压力条件下获得目标摩擦阻尼力的目的;设置偏心轮加压装置,使得阻尼器实现变摩擦功能,且阻尼器摩擦面在服役期间的待命阶段的预压力为0,以提高阻尼器的可靠性,进一步解决过大压力的问题。通过往复加载试验对该阻尼器的性能进行了研究,获得了偏心轮叠层摩擦阻尼器阻尼力与位移的关系,并对偏心轮叠层摩擦阻尼器力学性能进行了有限元分析。结果表明:阻尼器摩擦板的叠层设计能够有效放大了摩擦阻尼力;偏心轮叠层摩擦阻尼器可以提供变摩擦滞回曲线,理论公式、有限元模拟结果与试验结果吻合较好,可作为该阻尼器设计的参考依据。     

齿轮齿条式惯质粘滞阻尼器的拉索减振机理研究

针对一种新型的齿轮齿条式惯质粘滞阻尼器,利用归一化的复模态方法,讨论了该新型阻尼器的自身性能参数和耗能性能;建立了考虑垂度的拉索-惯质粘滞阻尼器振动体系,用归一化的方法研究了惯质系数和阻尼系数对拉索模态阻尼比的影响。模型试验与数值计算的分析表明：由负刚度产生的位移放大效应使惯质粘滞阻尼器具有良好的拉索减振效果;在考虑单阶振动时,为达到较高的单阶模态阻尼比,不同阶次所需惯质系数与阻尼系数有所不同;在惯质系数为优化值时,惯质粘滞阻尼器能够同时使得相邻的两阶振动的模态阻尼比达到最大。     

考虑摩擦效应的颗粒阻尼器力学模型研究及参数分析

颗粒阻尼具有高度非线性特性且影响因素复杂,在土木工程减振控制的研究和应用处于简单理论探究与实验阶段,尚未形成成熟可靠的理论对实际设计和应用进行指导。在阻尼颗粒未发生堆积时,考虑阻尼颗粒与阻尼器腔体之间的碰撞过程和摩擦效应,构建一种颗粒阻尼器-单自由度结构系统力学模型,并求得该力学模型在简谐激励下位移响应的解析解。该模型能够充分反映颗粒阻尼器的碰撞和非碰撞过程,其相轨迹可以体现颗粒阻尼器的复杂非线性特征。通过单层钢框架在简谐激励下的电磁振台试验对颗粒阻尼器的理论及运动特性进行验证,证明该理论模型的合理性和解析结果的正确性。最后对颗粒阻尼器进行颗粒质量、激振幅值、激振频率和阻尼颗粒运动间隙的参数分析,并与已有冲击阻尼器模型进行对比,结果表明所构建的力学模型能更加合理地评价颗粒阻尼器的减振性能。     

胶质阻尼隔振器的力学模型及隔振性能研究

胶质阻尼(Colloidal damper)是由水和布满纳米微孔的疏水材料混合而成的新型隔振材料,以胶质阻尼为工作介质即可形成胶质阻尼隔振器。该文通过准静态和动态加载试验研究了胶质阻尼的迟滞特性,分析了加载频率、振幅对迟滞曲线的影响;之后建立了包含三次非线性刚度、粘性阻尼特性和干摩擦阻尼特性的胶质阻尼隔振器力学模型,以实测动态加载迟滞曲线为基础开展了模型参数识别;最后完成了胶质阻尼隔振器的隔振性能评估。研究表明,胶质阻尼隔振器具有良好的低频隔振性能和大阻尼特性,在设备减振领域具有良好的应用前景。     

Energy dissipation in collision of two balls covered by fine particles

A new fine particle impact damper (FPID) is composed of a spherical impactor and a small quantity of fine particles as damping agent. The model of energy dissipation in the collision between two balls covered by fine particles is necessary to investigate the mechanism and performance of FPID. In this study, a simplified model verified by FEA simulations is proposed to estimate the energy dissipation in collision between two balls covered by fine particles. In addition, the energy dissipation in the collision between two balls covered by fine particles is compared with that in the impact between two balls without fine particles, by means of theoretical predictions. FEA simulations are also carried out to discuss the effects of diameter ratio of particle to ball, particle material and particle amount on the energetic expression of the elastic–plastic loading (EPL) index (EPL_E). The results from the FEA simulations agree well with the estimations from the model proposed in this paper. It is concluded that the energy dissipation in the collision between two balls covered by fine particles can be predicted by classical collision models of two particles through the substitution of several parameters from balls; the plastic deformation of fine particles affixed on balls can exhaust much more energy than that of the two balls without particles, which is the reason for the good performance of FPID; the diameter ratio of particle to ball and the material of particles do not have significant effects on the EPL_E when the ratio is limited to the range of [1/200 – 1/10]. A correlation of the EPL_E and dimensionless initial relative velocity is also found for the collisions between two balls, which is independent not only of the particle size and material properties but also of the particles presence.     

行程敏感式液阻减振器动力学特性的三维流-固耦合有限元仿真分析

建立了缸壁槽形行程敏感式减振器较精细的三维流-固耦合动力学仿真分析模型,利用基于ALE流-固耦合、滑移网格流-流耦合的同步化迭代流-固耦合计算方法及动网格控制方法求解减振器内部的稳态及瞬态流-固耦合动力学响应,进行了部分实验验证。量化分析了缸壁槽形行程敏感式减振器的高速阻尼特性、冲击阻尼特性和活塞偏置、缸壁槽通流面积及结构变化对阻尼特性的影响,结果表明:活塞沿压缩行程方向偏置后的阻尼特性是有利的,而沿伸张行程方向偏置的状态是不利的;缸壁槽的附加泄流作用可削减减振器在地面冲击激励下阻尼力的瞬间冲击峰值;多缸壁槽形行程敏感式减振器的阻尼特性表现出单条缸壁槽作用结果的叠加效应;缸壁槽对阻尼力的减弱比例随活塞速度幅值的减小而增大;缸壁槽在高速工况下被开启及关闭的瞬态过程中伴随有阻尼力波动现象,可通过适当延长缸壁槽端部收缩段加以改善。这些分析结论对于此类液阻减振器的变阻尼特性匹配设计具有重要的价值。     

非牛顿流体阻尼器冲击缓冲实验及其建模仿真

建立一种用于描述非牛顿流体阻尼器的冲击缓冲过程的数学模型,并对阻尼器进行相应的实验。利用实验结果对模型参数进行辨识,获得碰撞环节参数及阻尼器的阻尼系数和速度指数。结果表明,这种抗冲类阻尼器与普通流体阻尼器的设计不同,它需考虑碰撞环节的参数,而这些参数对碰撞冲击力峰值具有很大的影响。在缓冲环节中,阻尼力随时间延长近似线性下降,阻尼器具有良好的耗能特性。研究结果对抗冲类阻尼器的设计提供参考。     

多级蜿蜒磁路式磁流变阻尼器的设计与分析

为了改善磁流变阻尼器的阻尼特性,设计了一种多级蜿蜒磁路式磁流变阻尼器。该磁流变阻尼器通过导磁环和阻磁环的堆叠来引导磁感线的走向,迫使磁感线数次穿过磁流变阻尼器的节流通道,提高了节流通道的利用效率。建立了考虑磁流变液非线性流动特性的数学模型,并通过有限元方法进行了磁路分析,进而对所设计的磁流变阻尼器的特性进行预测。将所设计的磁流变阻尼器的阻尼特性与具有相同体积的传统磁流变阻尼器进行了比较,包括可控阻尼力、等效阻尼和动态范围。结果显示在正弦激励速度为0.125m/s,并通入2.0A电流的情形下,所设计的磁流变阻尼器的最大可控阻尼力为11 000N,约为传统磁流变阻尼器的2.3倍。此外,所设计的磁流变阻尼器并没有使零场情形下的阻尼力增大。所设计的磁流变阻尼器具有优良的阻尼性能,适用于广泛的工程减振应用。