新型滚珠式多向动力吸振器的理论研究

提出了一种用于控制特殊多方向强迫振动的滚珠式动力吸振器。通过理论分析和数值计算,研究了该吸振器的振动控制机理和主要参数对吸振效果的影响。利用定点理论,优化设计了控制系统的最优频率和最优阻尼。研究表明,利用该结构简单的吸振器可以有效地控制机械或结构在共振频率点附近所发生的特殊的强迫振动响应。     

弯振复合型超声驱动器振动特性研究

为了避免模态复合型超声驱动器中普遍存在的频率简并问题,作者在前期研究中提出了一种新型的弯振复合型超声驱动器。该驱动器采用压电金属复合梁两个正交弯振模态的复合在两个驱动足处激励出椭圆轨迹振动。本文对该驱动器的振动特性进行深入研究,旨在获得驱动区域质点的真实运动轨迹。首先,建立了矩形截面梁在弯振复合模态下末端区域质点振动轨迹的数学模型;然后,借助有限元瞬态分析,对驱动足振动轨迹进行仿真,实现对所建立振动轨迹数学模型的验证。振动轨迹方程和仿真结果均表明：两个驱动足表面质点振动轨迹均为三维的椭圆,垂直于驱动器轴线的平面内的椭圆振动更适合用于致动输出。最后,分析了该驱动器存在的不足之处,提出了一种改进方案,采用对称设置压电陶瓷片实现两个驱动足振动特性的一致;通过瞬态分析在两个驱动足处得到了一致的振动轨迹,改进的样机实现了输出特性的显著提高。     

船舶推进轴系纵振动力吸振器设计及参数影响规律研究

摘要：本文提出一种并联安装在船舶轴系上的纵振动力吸振器的设计方法,其中船舶轴系与动力吸振器构成主从系统,实现振动能量在主系统上发生转移,实现抑制主系统共振的目的。首先对船舶轴系的纵向振动进行固有频率和模态分析,其次采用模态截取和模态综合法建立了考虑船舶轴系作为弹性连续体情况下的轴系-动力吸振器混合动力学系统模型,最后给出从螺旋桨激励力传递到推力轴承基座端的动力放大系数解析式,并对动力吸振器的设计参数影响规律进行研究,为减小船舶轴系纵向振动的动力吸振器设计提供了理论依据。     

机械式频率可调动力吸振器及其减振特性

为了拓宽吸振器的工作频带,提高吸振器的减振效果,研制了一种通过调节自身的几何参数来调节其固有频率的机械式频率可调动力吸振器,并设计了相应的控制方法。对吸振器的减振特性进行了理论分析。建立了多模态系统的力学模型,利用子结构导纳综合法对系统进行了仿真计算。在多模态实验平台上对该吸振器的减振效果进行了试验研究,结果表明该吸振器减振效果好,实验结果与理论结果吻合良好。     

颗粒碰撞阻尼动力吸振器的设计及实验研究

将颗粒碰撞阻尼器和动力吸振器相结合,提出一种颗粒碰撞阻尼动力吸振器设计概念,该吸振器由一个装有碰撞颗粒材料的盒体和一个弹性元件组成,碰撞颗粒在盒体运动时发生碰撞而消耗能量。以一个五层的楼房框架模型为振动抑制对象,对其吸振性能进行了实验研究,并与相同质量的经典单质块动力吸振器的抑振效果进行比较。实验结果表明,所设计的颗粒碰撞阻尼动力吸振器扩展了经典的单质块动力吸振器的工作频率范围,对宽频带随机激励的振动响应具有良好的抑制效果,这种颗粒碰撞阻尼动力吸振器设计思想可以应用于高层建筑的地震和风振响应控制。     

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。     

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。     

吸振夹层壁板颤振抑制的吸振器频率设计

摘 要：为了完善在夹层壁板的芯层安装微型动力吸振器来抑制壁板颤振这一新方案,研究了吸振夹层壁板中悬臂梁式动力吸振器的频率设计方法。基于壁板颤振的模态耦合机理,分别以单频率设计和双频率设计原则来确定吸振夹层壁板的吸振器频率。结果表明,所有微型吸振器按单频率设计时,存在一个不等于原夹层壁板颤振耦合模态频率和颤振频率的吸振器最佳设计频率,使得吸振夹层壁板的颤振速度最大;微型吸振器按双频率设计时,吸振夹层壁板的最大颤振速度远大于按单频率设计的最大颤振速度。     

基于动力吸振原理的低频多模态抑振器设计EI北大核心CSCD

为实现结构低频振动控制,基于动力吸振(dynamic vibration absorber, DVA)原理设计了一种多模态抑振器。为研究吸振器阵列与抑振器阵列的抑振效果,建立了附加动力吸振器阵列四边简支板的动力学耦合模型,验证了动力吸振器阵列的振动控制效果;提出了以橡胶板-质量块、橡胶基体-金属柱壳为主要组成结构的多模态低频抑振器,从理论上计算了其各组成结构的轴向共振模态频率,并以动力吸振器参数为基准对抑振器几何参数和材料参数进行了调整,最终通过仿真和实验验证了抑振器阵列振动控制效果。结果表明:当吸振器阵列或抑振器阵列布置位置覆盖结构主要模态下最大变形位置时即可达到最佳控制效果;吸振器阵列与抑振器阵列均有一定的振动控制效果,与吸振器与受控对象间为点接触不同,面接触放大了阻尼在振动控制中的作用,因此抑振器阵列的振动控制效果更为明显。     

热环境对基础激励作用下纤维增强树脂基复合薄板振动特性的影响

采用理论与实际相结合的方式,研究了热环境对纤维增强树脂基复合薄板振动特性的影响。首先,建立了基础激励作用下纤维增强树脂基复合薄板在热环境中的解析模型,推导获得了固有频率、模态振型、振动响应及阻尼比的解析表达式,并给出了热环境下复合薄板振动特性的求解流程。然后,搭建了热环境下该类型复合薄板结构的振动测试系统,并以TC500碳纤维/树脂薄板为研究对象进行了实际测试。以相应的测试结果为例,研究发现,当温度从20℃上升到200℃时,复合薄板的模态振型基本不发生改变,固有频率降低幅度在2.3%~36.6%之间,振动响应幅值增大范围约为15.3%~58.4%,且阻尼性能也呈现增大的趋势,例如相对于常温下的阻尼结果,当温度上升到200℃时,其前6阶模态阻尼比的增大程度在13.9%~56.4%之间。另外,经过对比理论和测试获得的不同温度下的固有频率、模态振型、振动响应及阻尼结果可知,两者吻合较好,进而验证了解析分析方法及其结果的正确性。      

湿热环境对复合材料蜂窝板振动特性的影响

为了研究复合材料蜂窝板在湿热环境下的振动特性,针对由碳纤维/双马来酰亚胺复合材料层合板和Nomex芯层复合而成的蜂窝板进行了不同温湿度下固有频率的数值分析。基于分段剪切变形理论,分别考虑复合材料蜂窝薄板和厚板两种情况,利用湿度与温度的等效性,求解了复合材料蜂窝板的振动特征方程。利用有限元软件ABAQUS,建立了四端固支的复合材料蜂窝板精细化模型。分别讨论了温度、湿度、温湿度联合作用对复合材料蜂窝薄板和厚板固有频率的影响。结果表明:相比于温度的升高,复合材料蜂窝板固有频率对吸湿量的增加更为敏感;相同的湿热环境下,复合材料蜂窝厚板结构的固有频率比薄板结构大,且阶次越高,固有频率上升的幅度越大;温湿度的联合作用比它们单独作用的叠加对复合材料蜂窝板固有频率的影响更大,且在复合材料蜂窝薄板中更加明显。      

随机激励作用下硬涂层薄板振动有限元分析及减振预估

硬涂层减振是一项新兴的阻尼减振技术,硬涂层复合结构在随机激励载荷作用下的振动特性建模与分析方法还未开展研究.将有限元建模方法和虚拟激励法(pseudo excitation method,PEM)相结合,实现了随机激励作用下硬涂层悬臂薄板结构振动建模及减振性能预估.首先,基于等效单层法创建了双面涂敷硬涂层的薄板结构振动...     

形状记忆合金纤维正交各向异性层合矩形板的非线性弯曲振动

研究了形状记忆合金(SMA)纤维混杂复合材料大挠度层合板的非线性自由与受迫振动特性。基于描述SMA力学行为的Brinson理论以及层合板材料性能预测的混合率, 建立了SMA纤维混杂复合材料大挠度层合板的本构方程, 基于对称层合各向异性弹性板的非线性理论, 建立了以横向挠度和应力函数表示的板的横向振动方程和相容方程。采用Galerkin近似解法将振动方程化为时间变量的含有三次非线性项的Duffing型常微分方程, 采用谐波平衡法(HBM)获得系统的固有频率方程和强迫振动稳态频率响应方程。数值计算表明: 非线性板自由振动频率比与激励温度的关系具有与线性板相同的特征, 马氏体相向奥氏体相转变阶段温度对板的振动频响特性曲线的影响最显著, 同时也讨论了SMA纤维含量、 板的纵横比以及自由振动幅值对板的非线性频率比的影响。      

黏弹性复合材料阻尼板的振动特性

为深入探索黏弹性复合材料阻尼板的振动特性,基于复合材料力学理论、一阶剪切变形理论、分段位移模型以及哈密尔顿原理,推导了黏弹性复合材料阻尼板结构复数形式的振动微分方程。采用纳维法得到满足位移边界条件的理论解,通过有限元建模仿真对理论解进行验证。基于验证过的理论模型,进一步从理论上探索了黏弹性复合材料阻尼板振动特性随结构参数的变化规律。     

基于新修正偶应力理论的Mindlin层合板自由振动分析

该文基于各向异性修正偶应力理论建立一个Mindlin层合板（跨厚比10~20的中厚板）自由振动模型。该理论偶应力曲率张量不对称,但偶应力弯矩对称。利用Hamilton原理推导振动微分方程和边界条件。新模型可退化为修正偶应力层合薄板振动模型和经典Mindlin层合板振动模型。以正交铺设简支方板为例计算了偶应力模型的自振频率,分析偶应力Mindlin层合板的自由振动尺度效应。算例表明,该文建立的新修正偶应力层合板模型能够用于分析细观尺度下Mindlin层合板的自由振动及尺度效应。     

玻璃纤维增强塑料夹层板振动能量流可视化研究

为探索复合材料结构在外部激励作用下的振动能量传递及分布特性,基于结构声强法对玻璃纤维增强塑料夹层板的振动能量可视化技术进行了研究。基于结构声强概念,结合复合材料结构层合理论推导了玻璃纤维增强塑料夹层板的结构声强解析表达式;给出了基于有限元数值方法的结构声强可视化计算实现流程,利用Python和Matlab语言编写了相应计算程序;接着从固有频率、振型及结构声强矢量三个方面验证了所提出可视化程序的有效性;以玻璃纤维增强塑料夹层板为例,利用结构声强技术提供的图形信息实现了激励源定位及振动能量传递特性的可视化分析;最后提取了剪切分量、扭转分量和弯曲分量对结构声强矢量的贡献情况,直观展示了剪切分量在振动能量传递过程中的决定性作用。     

基于激光扫描法辨识热环境下纤维/树脂基复合材料损耗因子

提出了激光扫描法辨识热环境下纤维/树脂基复合材料损耗因子。首先，以该类型复合材料薄板试件为例，基于复模量法对其在热环境下的振动响应进行了理论求解；然后，建立了复合材料薄板的激光扫描框架模型，并在分别通过激光扫描法和复模量法获得其振动响应的基础上，利用最小二乘法构造响应相对误差函数，进而辨识获得热环境下纤维/树脂基复合材料在纤维各个方向的损耗因子。接着，在明确了热环境下复合材料损耗因子辨识原理的基础上，总结并概括出一套合理、规范的辨识流程。最后，搭建了基于激光扫描热环境下复合材料薄板振动测试系统，并以TC500碳纤维/树脂基薄板为研究对象，在常温到300℃的高温环境下对其前4阶共振响应进行了实际测试，并通过第1阶共振响应数据对损耗因子进行辨识。结果表明，在温度从常温上升到300℃时，纤维/树脂基复合材料的损耗因子呈现不断增大的趋势。另外，还将辨识出的100℃下对应的材料损耗因子代入到理论模型中，计算得到了复合材料薄板试件在该温度下的第2、3、4阶共振响应的理论结果，通过与相同温度下实验测试获得的第2、3、4阶共振响应进行对比可知，两者的偏差在1.4%~13.8%之间，进而验证了所提出的辨识方法的有效性和实用性。     

复合材料层合板智能结构主动振动控制的边界元法

利用边界元法模拟智能结构的振动控制，推导出具有压电传感器及致动器的复合材料层合板的边界积分方程，应用负速度反馈控制律，研究了复合材料层合板智能结构主动振动控制问题，算例分析证明该方程的正确性。     

Radiation impedance and equivalent circuit for piezoelectric ultrasonic composite transducers of vibrational mode-conversion

The piezoelectric ultrasonic composite transducer, which can be used in either gas or liquid media, is studied in this paper. The composite transducer is composed of a longitudinal sandwich piezoelectric transducer, a mechanical transformer, and a metal circular plate in flexural vibration. Acoustic radiation is produced by the flexural circular plate, which is excited by the longitudinal sandwich transducer and transformer. Based on the classic flexural theory of plates, the equivalent lumped parameters for a plate in axially symmetric flexural vibration with free boundary conditions are obtained. The radiation impedance of the plate is derived and the relationship between the radiation impedance and the frequency is analyzed. The equivalent circuits for the plate in flexural vibration and the composite transducer are given. The vibrational modes and the harmonic response of the composite piezoelectric transducer are simulated by the numerical method. Based on the theoretical and numerical analysis, two composite piezoelectric ultrasonic transducers are designed and manufactured, their admittance-frequency curves are measured, and the resonance frequency is obtained. The flexural vibrational displacement distribution of the transducer is measured with a laser scanning vibrometer. It is shown that the theoretical results are in good agreement with the measured resonance frequency and the displacement distribution.