非线性能量阱在转子系统振动抑制中的应用

现代旋转机械需要结构简单且具有宽频抑振范围的抑振装置,因此研发了一种具有分段线性非线性刚度的非线性能量阱(Nonlinearenergysink,NES)。首先介绍了该非线性能量阱的结构和工作原理;其次分析了非线性能量阱的刚度和阻尼特性,并建立了转子-非线性能量阱系统的动力学方程;之后,采用数值方法分析了非线性能量阱在各向同性转子系统和各向异性转子系统中的振动抑制效果,并对其宽频抑振能力进行了验证;最后,建立试验系统验证了非线性能量阱的效果。研究结果表明,该非线性能量阱对于各向同性和各向异性转子系统都有很好的振动抑制能力,数值仿真最佳抑振率达到68%,试验最佳抑振率达到67%。     

燃料电池轿车动力总成分段线性的悬置系统非线性振动特性

针对燃料电池轿车电动动力非线性总成悬置系统及其振动特性,建立一种基于平均法的动力总成悬置系统非线性振动分析方法。建立2自由度分段非线性动力学模型,基于平均法推导得到系统的幅频特性函数,通过仿真计算讨论悬置系统共振特性的非线性特征,同时分析动力总成质量、悬置非线性弹簧刚度特性、阻尼系数以及激振幅值对幅频特性的影响。分析结果表明,平均法可以用于非线性动力总成悬置系统的振动分析,悬置系统参数与激励幅值对于系统特性的灵敏度分析结果可以应用于悬置系统的匹配设计。     

发动机悬置系统的初步设计

引起汽车振动的两大主要振源:一个是发动机产生的有规律振动激励;另一个是路面产生的随机振动激励。通过优化设计动力总成的悬置系统;不但可以隔振动力总成的小振幅,中、高频率振动传到车身;同时,也能隔振车身的大幅度,低频率振动传到动力总成。根据发动机、变速箱、离合器及其它零件的惯量参数,进行计算动力总成的惯量参数;然后根据动力总成的惯量参数,进行优化设计各个悬置位置和刚度,使悬置系统达到初步良好的模态。最后,通过matlab软件分析,将悬置系统模态进一步的优化。     

汽车动力总成悬置系统的优化研究

发动机振动向车身的传递程度对车辆舒适性的影响很大,针对某型汽车存在的发动机振动向车身传递偏大的问题,将能量解耦法应用在动力总成悬置系统优化领域。建立了该汽车动力总成悬置系统的动力学模型并推导出运动微分方程,开发出基于MATLAB的动力总成悬置系统优化平台。分别运用该软件平台和ADAMS软件对动力总成悬置系统进行建模和优化,通过对比分析得到的优化结果,证明使用基于MATLAB开发的软件平台对动力总成悬置系统进行优化是可行的。     

汽车动力总成-悬置系统的简化及其启发

动力总成是汽车的主要振源,设计一套良好的动力总成隔振悬置系统是获得整车良好振动噪声特性的主要任务之一。悬置系统的设计优化、解耦程度的评价及其固有频率与汽车其他子系统之间的合理匹配,一般都基于动力总成-悬置的简化子系统进行。系统简化必然引入一定的误差,因此有必要对设计结果进行修正。基于动力总成-悬置-车身-悬架系统的垂向振动全模型,详细分析了作为动力总成基础的车身质量以及悬架刚度对动力总成固有频率的影响规律,指出了动力总成-悬置简化子系统的设计分析结果的修正方法,阐释了自由-自由模态测试中悬吊刚度对模态频率测试结果的影响规律以及耦合系统对各子系统固有频率的影响规律。这些结论对汽车动力总成隔振降噪的设计开发及试验验证具有较好的理论和工程指导意义。     

柴油机动力总成异常振动试验分析

对某SUV车柴油机动力总成产生的异常振动进行了试验分析研究.在介绍柴油机动力总成振动基本分析方法的基础上,开展了整车道路及转鼓试验,进行了整车及台架条件下动力总成的振动模态试验.通过对动力总成的振动特性分析,找到了引起动力总成操纵手柄异常振动的原因:飞轮壳刚度偏低,动力总成系统固有频率落入柴油机工作转速的激励频率区间,...     

基于车内NVH控制的悬置刚度与阻尼的设计方法

基于汽车座椅滑槽的振动与驾驶员右耳旁噪声控制的要求和建立的由动力总成、车身和非簧载质量组成的13自由度汽车模型,提出了动力总成悬置动刚度和阻尼的设计方法。在计算模型中,将悬置的动刚度和阻尼简化为与激振频率相关的函数。各悬置与车身连接点的动态力、各悬置到汽车座椅滑槽振动与驾驶员右耳旁噪声的传递函数可以通过试验或计算方法得到。给出了在不同工况下,车内评价点的振动和噪声的计算方法。基于对整车振动和噪声控制的要求,给出了液阻悬置动刚度和阻尼的确定原则与计算方法。结果表明,基于车身评价点振动控制要求的液阻悬置阻尼设计对于降低车身评价点的振动具有明显作用。     

基于能量解耦的动力总成悬置系统优化研究

测量了动力总成悬置系统相关参数.运用多体动力学软件ADAMS建立了该悬置系统仿真模型,并对怠速工况进行仿真,得到各悬置加速度响应曲线;搭建了悬置系统试验平台,测试了各悬置元件怠速工况下振动响应,并将仿真结果与试验结果作比较,验证了所建模型的正确性.利用ADAMS/Vibration模块,根据动力总成悬置系统能量解耦理论,以悬置系统各悬置元件刚度为设计变量,以固有频率合理匹配为约束,选取动力总成在激励作用方向能量解耦度的提高为优化目标.结果表明,仅以刚度为设计变量在一定程度可以实现解耦度的提高,要达到完全解耦,还需考虑其它影响因素.     

挖掘机动力总成悬置系统隔振分析及优化

针对某型挖掘机怠速工况下出现动力总成晃动较大的现象,建立了动力总成悬置系统动力学模型.运用能量解耦方法,以悬置系统的动刚度为设计变量,以悬置系统的模态频率为约束条件,以主要激励方向的解耦率为优化目标,对动力总成悬置系统进行了优化.优化后系统的关键方向解耦率最大提高了20.2%.分别对优化前后的悬置系统进行了振动测试,结果显示优化后悬置系统的隔振性能有了明显提高.     

某商用车动力总成悬置系统的优化设计

根据某国产商用车悬置系统测量的各项参数,建立动力总成悬置系统6自由度的动力学模型。运用能量解耦原理法及序列二次规划优化算法,以悬置系统各阶固有频率、动力总成质心位移和各悬置元件刚度为约束条件,以振动能量解耦率为优化目标,对动力总成悬置系统进行优化设计。试验结果表明,运用能量解耦法能使悬置系统取得良好的解耦效果,改善悬置系统的隔振性能,提高汽车乘坐舒适性。     

Using passive nonlinear targeted energy transfer to stabilize drill-string systems

Torsional vibrations of drill strings used in drilling oil and gas wells arise from a complex interaction of the dynamics of the drilling structure with speed-dependent effective rock-cutting forces. These forces are often difficult to model, and contribute substantially to the instability problems of controlling the drilling operation so as to produce steady cutting. In this work we show how nonlinear passive targeted energy transfer to a lightweight attachment can be used to passively control these instabilities. This is performed by means of a nonlinear energy sink (NES), a lightweight attachment which has been shown to be effective in reducing or even completely eliminating self-excited motions in aeroelastic and other systems. The NES is a completely passive, inherently broadband vibration absorber capable of attracting and dissipating vibrational energy from the primary structure to which it is attached, in this case a nonlinear discontinuous model of a drill-string system. In this paper we describe a prototypical drill string-NES system, briefly discuss some of the analytical and computational tools suitable for its analysis, and then concentrate on mathematical results on the efficacy of the NES in this application and their physical interpretation.     

Influence of geometric nonlinearity of rectangular plate on vibration reduction performance of nonlinear energy sink

Journal of Mechanical Science and Technology - The differences between the vibration reduction of a NES (nonlinear energy sink) on a nonlinear plate and a linear plate are compared, and the effect...     

Design of a nonlinear vibration absorber using three-to-one internal resonances

A weakly nonlinear vibration absorber is designed to attenuate the primary resonance vibrations of a single-degree-of-freedom weakly nonlinear oscillator having cubic nonlinearity. The linearised natural frequency of the nonlinear absorber is tuned to be approximately one-third the linearised natural frequency of the primary nonlinear oscillator. The low frequency mode for the absorber is favourably considered based on the fact that the nonlinear absorber can be easily realised in practice by using a light-weight mass attachment with small values of linear and nonlinear stiffness of coupling. For a given primary nonlinear oscillator and absorber mass, implementation of three-to-one internal resonances requires the smallest value of the absorber linear stiffness among three options for utilising internal resonances to design nonlinear absorber. The method of multiple scales is used to obtain the averaged equations that determine the amplitudes and phases of the first-order approximate solutions to the vibrations of the primary nonlinear oscillator and nonlinear absorber. It is found that the absorber response may admit either forced vibration having the forcing frequency or a combination of forced vibration and free-oscillation term having one third the forcing frequency. The nonlinear absorber can effectively suppress the amplitude of primary resonance response and eliminate saddle-node bifurcations occurring in the frequency-response curves of the primary nonlinear oscillator. Numerical results are given to show the effectiveness of the nonlinear absorber for suppressing nonlinear vibrations of the primary nonlinear oscillator under primary resonance conditions.     

地铁车辆连挂冲击非线性动力学模型

在考虑车钩缓冲器非线性刚度和阻尼、车辆轮轨之间摩擦力的情况下,建立编组列车连挂冲击的非线性模型。根据试验结果,确定了缓冲器的非线性刚度和阻尼,并将数值仿真结果与试验结果进行比较,证明了模型的正确性。使用数值仿真方法,分别研究六车编组、二车编组列车的连挂冲击特性。研究结果表明,车辆连挂碰撞时,冲击分界面处的缓冲器的冲击力、压缩行程最大;不同数量的车辆编组碰撞冲击时,最大冲击力不但存在差异,而且,缓冲器的压缩行程、吸收的能量也不相同;距离冲击分界面较远的车辆之间,可以配置容量较小的缓冲器。     

一种被动缓冲型腿机构及其缓冲特性分析

针对隔离着地冲击的需要,为步行机器人设计了一种由连杆、线性拉伸弹簧和线性阻尼器构成的被动缓冲型腿机构,根据该机构的几何关系导出其等效刚度,并且给出了机构个别参数对刚度的影响。利用数据拟合将该等效刚度分段表示为三次非线性刚度和线性刚度;然后利用数值方法得到了缓冲过程的位移响应和加速度响应;最后分别比较了具有分段非线性刚度、三次非线性刚度和线性刚度的腿机构缓冲系数。结果表明,在最优阻尼比的情况下,具有分段非线性刚度的腿机构能够获得最小的缓冲系数,从而为实现步行机器人的快速步行和控制提供了理论依据。     

抗侧滚扭杆对地铁车辆动力学性能影响分析

采用SIMPACK动力学分析软件建立了某80km/h B型地铁车辆的动力学模型,分析比较了该车辆的动力学性能随抗侧滚扭杆刚度的变化情况。计算结果表明:抗侧滚扭杆装置能显著降低车辆柔度系数、轮轴横向力、车体侧滚角和倾覆系数;对车辆非线性临界速度、脱轨系数则影响不大;对车辆运行平稳性、轮重减载率则存在不利影响。     

关于油气弹簧气体初始压力优化设定的分析

油气弹簧集弹性元件和阻尼元件于一体,以惰性气体为弹性介质,因单位质量储能比大,从而使车辆固有振动频率低,减振和缓冲性能好,并且具有优越的非线性弹性特性,能够满足工程越野车辆的平顺性要求。相比于其他类型的悬架系统,油气弹簧采用的油气悬架系统具有非线性可变刚度、结构紧凑和可调节车姿等显著特点,是一种性能比较理想的悬架系统。本文对某型越野车悬架系统中油气弹簧气体初始压力进行了计算和分析,并将计算结果应用到试验中,然后通过对气体初始压力的调整,使油气弹簧得到较低的固有频率,以易于实现对车身高度的调节,这些优点使其在越野汽车上有较好的应用前景。     

被动隔振体的非线性振动分析

研究了由地基振动激励的隔振体的非线性动力响应。用变形的三次多项式函数表征隔振材料的非线性刚度特征 ,建立了被动隔振体的非线性动力学方程 ,分别用谐波平衡法和直接数值积分法研究了其非线性动力响应特性 ,得出了频率响应方程和幅频曲线 ,揭示了忽略隔振材料刚度的非线性将会导致隔振设计和隔振效果分析的显著误差。分析方法和结论对于精确进行被动隔振设计和隔振效果评价具有积极意义。     

汽车分段线性悬架系统的运动稳定性分析

运用稳定性理论,针对由1/4车体建立的分段线性汽车悬架系统的运动微分方程,分析了其周期解的运动稳定性,得到了共振响应的稳定区域。并分析了车辆在行驶过程中随外激振频率以及外激振力变化的运动特性。讨论了非线性弹簧刚度、缓冲簧间隙等参数对周期解稳定性以及汽车分段线性非线性悬架的运动稳定性的影响。为汽车悬架系统振动的参数识别,优化设计和合理控制提供了理论依据。     

多自由度系统非线性参数识别的灵敏度方法

为了识别多自由度系统的非线性参数（3次阻尼系数、3次刚度系数和干摩擦力），提出一种基于灵敏度分析用测量响应（位移、速度或加速度）识别非线性参数的方法。将结构抽象为由线性和非线性阻尼、刚度连接的集中质量系统，用四阶Runge—Kutta法求解多自由度非线性系统的振动响应和振动响应对非线性参数的灵敏度。假定非线性参数为零初值，根据计算响应与测试响应的差值，由基于正则化的阻尼最小二乘法迭代识别系统的非线性参数值。算例表明，该方法可以有效地识别多自由度系统的非线性参数。