超弹性形状记忆合金阻尼器的减振特性研究

研究了环境变量(温度和外激励幅值)对超弹性形状记忆合金阻尼器减振特性的影响。用多线性本构模型来表示SMA伪弹性,建立了SMA振动系统的动力学模型。通过平均法求解了方程主共振的幅频响应解,并用数值方法验证其计算的准确性。通过定义SMA振动系统与对应线性系统的共振幅值比、共振频率比来表示SMA阻尼器的减振和调频效果,并研究了环境变量与其的定量关系。研究结果表明:温度升高对SMA减振和调频是不利的;而外激励幅值在一定的范围内取值时,SMA阻尼器具有良好的减振和调频效果。此研究结果可为SMA阻尼器使用环境条件的选择提供参考。     

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。     

索-梁耦合振动下的拉索复合减振方法研究

既有研究结果和工程实践表明:当发生索桥耦合振动时,黏滞阻尼器提供给拉索的实际阻尼值远小于理论计算值。为保证耦合振动下的减振效果,提出利用常规黏滞阻尼器附加TMD的复合减振方法。为此,建立了拉索、黏滞阻尼器与TMD组成的理论分析模型,并开展了相应的室内试验。理论分析与试验结果的对比分析表明:根据最主要贡献模态设计的附加MTMD,能最大程度地协助黏滞阻尼器抑制该模态脉动;该复合减振方法可有效弥补索端黏滞阻尼器由于索-桥耦合振动等原因造成的减振效果损失问题。     

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。     

卫星挠性附件用黏弹性阻尼器试验研究

用黏弹性阻尼器对卫星挠性附件进行仿真和实验分析与探讨。基于环形约束阻尼层减振原理,设计低频振 动抑制阻尼器,安装在挠性附件与星体之间,保证连接刚度并提供阻尼;建立挠性附件-阻尼器的有限元模型,通过模态 和频响分析获得不同阻尼参数对结构低频振动抑制影响规律;进行减振试验研究,结果表明,施加阻尼器后系统在1.4 Hz 处共振放大比降低30 %以上,阻尼器低频振动抑制效果良好。该结果对此类阻尼器的在轨应用提供工程设计 参考。     

磁流变阻尼器在多维减振平台上的应用

 自行设计并制作了一款磁流变阻尼器，通过对实验数据和特征曲线的分析，研究了该阻尼器的磁场强度和阻尼性能，验证了该阻尼器应用于半主动控制的优越性。根据减振平台主体机构的并联机构机型的选择原则，以三平移减振平台为例，提出了将磁流变阻尼器应用于多维减振平台上的设想，并构思了初步方案，为此类阻尼器应用于多维减振平台提供了数据基础和技术支持。     

梁柱节点粘弹性阻尼器的结构减振研究

本文提出了一种在梁柱节点设置粘弹性阻尼器的结构减振措施。作者在进行了粘弹材料试验和选择了粘弹性材料动力特性模型的基础上，建立了安装有粘弹性阻尼器的结构的动力分析方法，并通过一根具有此种梁柱节阻尼器的长跨梁的动力试验与其计算结果的比较，证实了该减振措施的减振效果和数值分析方法的准确性 。     

基于自适应神经模糊的磁流变阻尼器非参数化建模

磁流变阻尼器具有很强的非线性特性,准确描述磁流变阻尼器输入、输出之间的非线性关系,对提高磁流变减振系统的控制精度,保持控制系统稳定性,具有重要意义。针对经典参数化建模存在的大量参数辨识和计算复杂问题,采用自适应神经模糊系统理论,根据磁流变阻尼器实验模型,建立了磁流变阻尼器非参数化模型。它包括两个自适应神经模糊子系统,分别对特定电压下,磁流变阻尼器输入、输出关系以及电压变化导致的阻尼力输出等级进行描述。研究表明：基于自适应神经模糊理论的磁流变阻尼器非参数化模型,能以很高的精度逼近磁流变阻尼器实验模型,真实反映磁流变阻尼器的非线性特性。由于非参数化模型的计算工作量大大减少,有利于实现磁流变减振系统的精确与快速控制。     

新型竖向电涡流-磁力混合阻尼装置试验研究

针对大跨轻质结构的减振需要,研制了一种新型竖向电涡流-磁力混合阻尼器样机。介绍混合阻尼器的减振原理及振动方程;接着介绍了3种不同的磁路设计和制作过程;随后对样机进行试验,测量其动力参数和减振性能。结果表明:在铜板后方和底板上方安装磁铁均能改变阻尼器的附加刚度;特定磁路设计减少电涡流阻尼系数,增大等效磁力阻尼系数和负刚度。其中对结构模型安装电涡流阻尼器的位移减振率可达89.2%,同等工况下安装3种电涡流-磁力阻尼器的位移减振率分别可达92.5%、94.8%和95.9%。当激励幅值增大,电涡流-磁力阻尼器对结构的控制效果比电涡流阻尼器具有更强的鲁棒性。该研究对土木工程领域中磁力减振的应用及发展,具有借鉴意义。     

基于多尺度方法的带颗粒阻尼悬臂梁自由振动半解析分析

被动式颗粒阻尼器原理简单、性能优越,广泛应用于结构减震领域。极端环境容易激起结构的高频振动,颗粒阻尼的非线性特性使得多模态振动的减振特性相互耦合。采用模态综合法分析自由端带集中质量块的悬臂梁、离散单元法模拟颗粒阻尼器中颗粒集的运动,基于多尺度分析的球-墙耦合模型建立了揭示结构多模态振动条件下颗粒阻尼减振机理的半解析分析模型。分析表明,颗粒阻尼器具有良好的减震效果,减振性能受结构振动模态影响很大。与单一模态振动减振性能相比,多阶模态振动同时存在时,低阶模态幅值的衰减出现了滞后,而高阶模态幅值的衰减则明显加快。因此,采用单一模态获得的等效阻尼比不足以表征复杂振动条件下颗粒阻尼器的减振性能。     

液压缸非线性弹簧力约束下轧机吸振器参数的优化

考虑四辊轧机液压缸非线性弹簧力约束的因素,引入吸振器控制装置,建立带有轧机吸振器的轧机辊系振动动力学模型;通过对轧机吸振器基本参数的优化,得出吸振器最优的阻尼系数和刚度系数;仿真分析不同质量、弹簧力、摩擦力对轧机辊系振动幅频特性曲线的影响规律,得到轧机吸振器的最优质量可以有效提高系统稳定性,轧机吸振器的最优弹簧力可以缩小系统的不稳定区域,轧机吸振器的最优摩擦力可以有效降低幅频特性曲线的高度,为有效抑制轧机辊系垂直振动提供理论支持。     

磁流变阻尼器对斜拉索减振效果的试验研究

采用磁流变阻尼器作为被动控制器件，以钱江三桥南岸154m长的斜拉索为试验对象．通过阶跃激励的方法获得斜拉索振动的自由衰减信号。对采集到的信号进行小波分解、希尔伯特变换识别系统的等效阻尼比。据此来判断磁流变阻尼器在施加不同电压情况下对索前三阶模态振动的减振效果，并与油阻尼器的制振效果进行比较。试验结果表明磁流变阻尼器作为被动控制器件时制振效果明显，优于油阻尼器且控制的频域范围要比油阻尼器的广；当供电失效时也可满足索减振的要求。索的各阶共振峰频率在安装MR阻尼器后发生稍许漂移。     

Metal solidification–nucleation–rate model under coupling effects of shearing flow and vibration

This paper proposes the influence factors of coupling effects of shearing flow and vibration on diffusion coefficient and critical nucleation energy during metal solidification. Based on this proposal, a metal solidification–nucleation–rate model under coupling effects of shearing flow and vibration is established. Verification experiment using Al–7Si alloy is carried out. When vibration frequency and melt flow velocity are zero, the results calculated by the above model agree with that calculated by Turnbull’s theory. The results calculated by the above model under coupling effects of shearing flow and vibration agree with the experimental results, with the error within 0·2–14·3%. So the established model can calculate and explain the nucleation rate of melt under coupling effects of shearing flow and vibration.     

气垫导轨上橡皮筋滑块系统自由振动研究

在气垫导轨上进行橡皮筋滑块系统的自由振动实验,测量了系统的振动周期和对数减缩。理论分析与实验值相差甚远,说明不能将橡皮筋滑块系统的自由振动按谐振子的黏性阻尼振动处理。提出含分数阶导数振子自由振动模型,采用数值方法和平均法求解含分数阶导数项的二阶常微分方程,发现此模型理论分析结果与实验情况相符,说明采用弹性系数、黏弹度和黏弹系数描述橡皮筋力学性质是可行的。     

一种新型电涡流阻尼器及阻尼性能研究

基于电涡流原理提出一种新型的可用于航天器振动被动抑制的电涡流阻尼器。首先,依托数值仿真建立阻尼器的磁场和力学有限元分析模型,对阻尼器的性能进行分析计算。其次,在振动测试实验台上进行阻尼特性测试,获得了小位移0.1 mm、大位移1 mm下的1 Hz～50 Hz频率范围内正弦激励作用工况下的阻尼系数。然后根据Bouc-Wen滞回模型建立了阻尼器的力学模型,研究了负载、阻尼器结构、交变洛仑兹力之间的关系。研究结果表明这种新型的电涡流阻尼器在外载激励作用下能够输出与仿真结果较为接近的阻尼力,且阻尼系数随激励频率变化具有明显的规律性,根据仿真和实验结果建立的阻尼力力学模型可以很好地用于电涡流阻尼器的力学特性仿真分析。     

Performance evaluation of dual-frequency driving plate ultrasonic motor based on an analytical model

An analytical model is presented to explain the effects of dual-frequency drive on the plate ultrasonic motor in this paper. The experimental prototype is a plate ultrasonic motor using single-phase asymmetric excitation, which can work under a single vibration or multiple vibration modes. Based on the linear superposition of vibrations with two different excitation frequencies, an analytical model is established using the classic Coulomb friction model, and the non-load rotation speed and maximum stall torque are deduced. Moreover, some crucial parameters such as preload and dead-zone in dual-frequency superposition model are identified or modified automatically by searching for the maximum correlation coefficient between simulation and experimental data using single-frequency drive. It is found that simulation and experiment results agree well when no excitation frequency component is at resonance.     

MR阻尼器在风雨激振的斜拉索中的减振应用

在考虑拉索垂度等条件下建立了拉索的风雨激振空间力学模型。在假设水线简谐运动,其频率和拉索一阶频率相等的条件下,得到了拉索在不加阻尼器的情况下距顶端1/2处和3/4处的面内、面外位移响应以及它们的幅频曲线,从而得出拉索主要是以单模态振动,且面内振动是安全的主要威胁。选用一对MR阻尼器对斜拉索进行减振,研究了模态阻尼比和阻尼器安装位置以及电压的关系,得到了拉索振动平稳后的位移响应。结果表明模态阻尼比存在最优电压值,而当阻尼器安装位置较高时,具有较好的减振效果。     

C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件的振动响应特性及防松性能

通过对C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件的模态进行计算和试验分析,确定了其模态参数和振动响应特性;然后通过对C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件进行正弦扫频振动试验,研究了拧紧力矩对螺栓连接件振动性能的影响规律;最后研究了液态聚硼硅氮烷（L-PBSZ）对C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件防松性能的影响。研究结果表明：一阶和三阶固有计算模态频率与试验模态频率一致,因此可以采用有限元分析方法对C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件进行振动响应特性分析;采用正弦扫频振动频谱信号差值曲线分析方法可以检测螺栓连接件是否松动;SEM观察表明,L-PBSZ改性的C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件的螺纹副间形成陶瓷填充体,使得螺纹与螺母间有效摩擦系数和有效摩擦面积增加,因此螺母松脱退出的力矩增大,提高了C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件的防松可靠性能。     

Bornitz模型在铁路路堑段振动预测中的适用性分析

为了分析Bornitz模型在列车通过路堑段引起的地面环境振动预测中的适用性,对郑西客高速铁路某路堑段的环境振动进行了现场测试,利用测试结果反算Bornitz预测模型中的场地衰减系数。根据不同测点得到的衰减系数的离散程度,分析了Bornitz模型对路堑段环境振动的预测精度。由此表明Bornitz预测模型可以反映路堑段地面环境振动的衰减规律,但对振源附近地面环境振动的预测精度较差,而随着离振源距离的增大其预测精度即可逐渐提高,并将能适用于远场地面环境振动的预测。     

基于模型预测控制的高速柔性并联机构振动控制

由于高速柔性并联机构系统的非线性和不确定性,提出一种鲁棒模型预测振动控制策略以抑制系统的振动响应。以压电陶瓷为作动器,电阻应变片为传感器,采用有限元方法和模态截断技术建立机构不精确动力学模型。机构动力学模型中的非线性因素、耦合因素及系统高阶模态影响作为扰动,将模态力视为不确定扰动,并且考虑输出噪声对系统的影响,建立系统动态响应的预测模型,以预测输出值。采用Kalman滤波估计器估计系统状态量,以控制电压及其变化率为约束条件,将系统性能指标和约束条件化为一个标准二次规划优化问题,通过求解这一优化问题来得到最优控制输出,形成滚动优化控制输出来抑制系统振动响应。采用表征作动能量的可控性指标和表征观测信号能量的可观性指标,确定作动器和传感器的最优位置。以新型2自由度并联机构为实例,采用实验模态方法得到系统的前2阶固有频率和阻尼比,与有限元方法得到的结果比较分析表明理论模型不精确。基于该模型采用dSPACE实时仿真系统和MATLAB/Simulink搭建鲁棒控制系统,进行振动主动控制试验研究。试验结果表明,所设计的控制器能有效地抑制柔性构件产生的弹性振动,验证了控制器的有效性和鲁棒性。