负刚度非线性能量阱减震控制性能研究

提出设置含负刚度特性的非线性能量阱（NES）来实现结构地震响应控制,针对典型的单层和双层层模型,在附加质量占主质量5%的限定条件下,对采用负刚度NES、立方NES和经典质量调谐阻尼器（TMD）控制方式的装置参数进行数值寻优,对优化的减震控制性能进行对比分析。结果表明,负刚度NES减震控制性能全面优于已有的立方NES,对主结构动力特性变化的鲁棒性优于TMD,对地震动峰值变化的鲁棒性与TMD相当。应用数值小波变换对体系的地震响应时程进行功率谱分析,揭示了在地震作用过程中,负刚度NES总体上对主结构产生更为显著、更为持续的瞬时内共振俘获行为,因而其减震效率较高,且由于这种瞬时内共振俘获是在多频域上同时展开的,使其减震控制性能具有强鲁棒性。     

非线性能量阱技术研究综述

结构振动问题普遍存在于各个工程领域,有效地抑制结构振动对提高零件的加工质量、延长机械的使用寿命以及增加结构的安全性与舒适度至关重要。非线性能量阱(NES)以其轻质,鲁棒性强,减振频带宽等优点,在非线性消能减振方面具有良好的应用前景;介绍了非线性能量阱的基本概念、发展与研究现状,综述了非线性能量阱在土木工程、航空航天领域、机械领域、生命线工程以及能量采集中的应用进展。在此基础上,对非线性能量阱的设计与应用进行了评述,指出其在工程应用中的优势与不足,并针对实际工程可能遇到的问题提出了建议,对非线性能量阱技术的后续研究进行了展望。     

具有非线性能量阱的弹性边界约束轴向载荷梁结构动力学行为研究

近年来,非线性能量阱作为一种高效的被动控制手段受到国内外学者广泛关注。本文采用Galerkin截断法(GTM)预报弹性边界约束轴向载荷梁结构动力学响应,研究非线性能量阱对梁结构振动行为影响规律。在Galerkin截断法中,选取具有线性边界条件轴向载荷Euler-Bernoulli梁模态函数作为权函数和试函数,之后利用Galerkin条件建立梁结构振动系统的残差方程,结合4阶龙格-库塔算法对上述残差方程进行求解。采用谐波平衡法对Galerkin截断法所得结果进行验证并研究了Galerkin截断法截断数对结果稳定性的影响。在此基础上,研究外部激励位置、非线性能量阱参数对该梁结构系统动力学响应、减振性能的影响规律。结果表明,外部激励位置与非线性能量阱参数对梁结构动力学响应影响显著。适当的非线性刚度、阻尼参数能够有效抑制梁结构端点处的振动响应幅值。     

耦合组合刚度非线性能量阱的线性振子动力学分析

将非线性能量阱(NES)连接到线性或弱非线性结构能吸收振动能量以达到减少振动的目的,在被动减振中具有重要的意义。该研究对耦合组合刚度NES的线性振荡器进行了动力学建模和分析,并给出了NES系统参数对减振效果的影响。首先,利用复变量平均法对耦合组合刚度NES的系统进行建模,得到了系统的慢变方程。其次,分析了鞍结分岔和Hopf分岔平衡点个数、稳定性与组合刚度NES系统参数的关系,并给出了激励幅值、频率变化对线性振子幅值的影响,这为后面减振应用的优化提供合理的参数选值具有重要意义。再次,利用能量谱和Poincare映射分析了各部分质量比、激励幅值、NES刚度和阻尼对系统减振的影响,发现了各参数对振动抑制的影响规律。最后利用能量谱验证了组合刚度NES的减振的优越性。     

冲击载荷下孔隙岩石能量耗散的实验研究

利用分离式Hopkinson压杆装置(SHPB)进行了不同孔隙率人造岩石的冲击实验,分析了岩石冲击过程中能量耗散特性,探讨了孔隙率对岩石能量耗散的影响及岩石临界破坏时能量耗散情况。实验结果表明,冲击载荷作用下孔隙率对岩石能量耗散起着重要作用。在相同的冲击速度下,随着孔隙率的增加,岩石耗散的能量增加;岩石临界破坏所耗散的能量随着孔隙率的增加而减小。岩石能量耗散在一定程度上反映了岩石内部的损伤破坏情况。     

基于非线性能量阱的桥梁振动能量采集装置的适用性研究

非线性能量阱(nonlinear energy sink, NES)作为一种经典的振动控制技术,近几年在一些研究中被创新性地与振动能量采集技术相结合,取得了一系列的进展。对于桥梁结构健康监测系统而言,传感器的供能问题一直有待改善,探究基于NES的振动能量采集装置在桥梁结构上的适用性,对于桥梁结构振动能量采集的相关应用具有重要的理论意义和实用价值;以铁路简支梁桥为例,进行了针对基于NES的桥梁振动能量采集装置的适用性的讨论：(1)测试与表征了NES装置的力学特性和系统参数;(2)运用车辆-轨道-桥梁垂向耦合动力学理论和有限元法,评估不同初始激励条件下NES装置的动态响应及其能量采集效果。结果表明,安装于桥梁结构上的NES装置具有弱线性刚度和强非线性刚度特性,对初始能量大小较敏感,只有当初始位移达到一定阈值时,NES-桥梁系统中的靶向能量传递(targeted energy transfer, TET)才会被激发。初始能量低于阈值时,TET无法被激发,NES装置能量采集效率不佳。基于数值分析的结果可知,该NES装置能够在合适的桥梁振动激励下发挥出非线性特性的优势,从而获得良好的能量采集效率...     

橡胶隔振器冲击刚度的试验研究

在冲击环境下，隔振器的刚度特性会产生显著的变化．由于该过程相当复杂，要从理论上进行分析是相当困难的．该文研究了利用轻气炮技术和力锤敲击测试隔振器冲击刚度的方法，并分别对不同规格的橡胶隔振器进行了试验研究，对这2种方法特点的比较表明，轻气炮试验适用于工程中大型橡胶隔振器冲击刚度的测试研究，而锤击法试验适用于同系列不同型号的小型橡胶隔振器冲击刚度的测试研究，因而二者互为补充，在工程实践中具有一定的应用价值．     

多尺度串联非线性能量阱的减振效能及阻尼连接方式研究

研究具有递减参数的串联非线性能量阱(nonlinear energy sink, NES)在冲击和扫频激励下的减振效能;分析阻尼接地方式对减振效能的影响,并将其与单自由度NES进行对比;推导出系统的无量纲动力学方程并利用数值方法进行分析,研究两种串联NES中的各级纯立方振子在能量耗散中的作用及其差异。研究结果显示,当激励幅值较低时,阻尼不接地型NES的减振效能要强于阻尼接地型NES,而随着激励幅值的持续增加,在较宽的激励幅值变化范围内衡量减振效能时,阻尼接地型串联NES具有非常明显的优势。此外,各级纯立方振子在能量耗散中发挥的作用随激励幅值的增加而变化,当激励幅值增大到一定程度后,质量最小的第三级振子消耗的能量最多。     

可调永磁双稳态非线性能量阱及应用研究

为了实现对主系统的宽频振动抑制,研发了一种可调的双稳态非线性能量阱(BNES)。介绍了BNES的结构和工作原理;其次分析了BNES的刚度构成以及其非线性动力学特性,并建立了悬臂梁-BNES系统动力学微分方程;采用数值方法探究了不同磁铁间距时的BNES对悬臂梁瞬态时域振动抑制效果和稳态频域的宽频抑振能力;对两组不同的悬臂梁系统进行了实验,验证了不同磁铁间距时的双稳态非线性能量阱的宽频振动抑制能力。研究结果表明,该BNES对悬臂梁的瞬态时域响应和稳态频域响应都有很好的振动抑制能力。     

汽车悬架系统的分段线性非线性振动机理的研究

以悬架的分段线性非线性动力系统出发,建立了汽车两个自由度系统的模型和非线性运动微分方程。用非线性理论KB法得到的幅频响应函数中,呈现了非常丰富的非线性特征,并讨论了非线性弹簧刚度、阻尼系数、地面不平度和缓冲簧间隙对共振曲线的影响。由理论和数值计算画出的幅频特性曲线基本吻合,可为汽车悬架系统的分段线性非线性振动的参数识别、稳定区域的分析研究和优化设计提供理论依据。     

冲击载荷作用下金属圆柱壳能量吸收研究

对Singace叠缩模型进行了修正,选用Johnson-Cook本构方程,研究冲击载荷的应变强化效应、应变率强化效应和温度效应下圆柱壳的吸能情况,利用分步叠缩的方法计算得到金属圆柱壳在冲击载荷作用下所吸收的能量值、温度的增加值和瞬时载荷-位移曲线,分析了圆柱壳的半径和厚度以及叠缩速度和能量吸收之间的关系     

冲击载荷识别的瞬态统计能量分析方法

提出了一种基于瞬态统计能量分析理论的冲击载荷识别新方法。利用该方法,首先由系统能量平衡方程确定冲击载荷的作用位置及相应的输入能量,在常值假设条件下根据识别的输入能量反演得到冲击载荷的幅值谱,在此基础上,对于给定的冲击载荷时域波形形式,提出一种参数拟合方法用于最终重建冲击载荷的时间历程。通过一个两板耦合结构系统的冲击载荷识别对识别方法进行了实验验证研究。结果表明冲击载荷识别的瞬态统计能量分析法能够准确地识别冲击载荷的作用位置和输入能量,在冲击波形已知的假设条件下可以较为准确地重建冲击载荷的时间历程,从而为实际工程中的冲击载荷识别提供了一条可行途径。     

刚度分段线性系统隔振抗冲击优化设计研究

提出了可应用于非线性系统冲击计算的DDAM改进方法,建立了附加弹性限位器的动力系统隔振抗冲击等效线性模型,设计了隔振抗冲击的优化框图,利用有限元法及遗传算法优化设计得到了pareto最优解集,根据该最优解集可选择有利于工程应用的隔振抗冲击优化方案,由参数反演得到系统的优化设计参数。该设计思路可以在保持良好隔振效果的同时,提高舰艇设备的抗冲击性能,对舰艇隔振抗冲设计具有较好的参考价值。     

具有刚度非线性双层隔振系统冲击响应数值分析研究

对双层隔振系统中的弹性元件即隔振器采用非线性立方刚度模型描述,在此基础上建立了双层隔振系统的动力学方程。应用Runge-Kutta数值法求得系统的冲击响应,分析了双层隔振系统上下层质量之比、刚度之比以及隔振器阻尼和硬特性刚度系数对系统抗冲击性能的影响,对双层隔振系统的抗冲设计具有一定的参考意义。     

非线性能量阱刚度优化计算与振动台试验

Nonlinear energy sink (NES) was proposed and its main feature to mitigate vibrations in a broad frequency band range was explored here.Firstly,the expressions for the relation between frequency and energy under 1∶1 resonance were derived using the analytical method.According to the expressions,the frequency-energy plot was drawn.This plot intuitively revealed that when a NES is attached to a linear oscillator,its vibration frequency relative to the linear oscillator has a direct relation to the energy level of the system.Then,the formulas for the relationships among the stiffness of NES and energy,frequencies and modal shapes of linear oscillators were derived with the analytical method in the model space of a multi-DOF vibration system.The optimal solution to NES stiffness was calculated with these formulas under a certain energy level of the vibration system.Based on the optimal stiffness calculation method,the NES vibration control test was designed and the corresponding shaking table tests were conducted.To test the wide frequency vibration control features of NES,a set of springs with different stiffness were employed and dynamic properties of the controlled frame were changed through adding the mass of the frame.The test results demonstrated that NES has a good broad frequency band vibration control effect,it can work well even though its stiffness deviates from the optimal value or there are some changes in dynamic features of the controlled target.     

连续冲击载荷条件下收音机的冲击响应特性研究与分析

以一种典型的电子产品FH-2010型"烽火"牌收音机为对象,利用正弦振动试验、模态分析、连续冲击试验等方法研究了收音机在连续冲击载荷条件下的冲击响应,获得了冲击放大系数和冲击响应特性.这些研究方法及结果对进一步研究连续冲击载荷环境中电子产品包装结构的破损与防护理论技术有较好的参考价值.     

非线性能量阱振动抑制效果理论分析与试验研究

针对潜艇机械设备周期性运转产生的宽频线谱难以消除问题,开展了简谐激励下非线性能量阱振动抑制效果与结构参数优化研究。建立机械设备耦合非线性能量阱的动力学模型,利用增量谐波平衡法、弧长延拓法以及Floquet理论分析了系统周期解及其稳定性;以系统振动能量为评价准则,探讨了阻尼、质量比和刚度3个参数对非线性能量阱振动抑制效果的影响规律;进一步,在质量比ε=0.05时,通过局部优化得到了非线性能量阱阻尼与刚度区间,并对振动抑制效果鲁棒性进行了研究。理论研究表明：增量谐波平衡法、弧长延拓法以及Floquet理论三者相结合,与Runge-Kutta法计算结果吻合良好,能够有效构建耦合系统周期解完整图像;弱阻尼是非线性能量阱具备良好吸振效果的先决条件,对于参数优化后的非线性能量阱,在外界激励频率±20%以及激励幅值±50%变化范围内都具备良好的振动抑制效果,鲁棒性较佳。设计了一种可垂向承载的柔性铰链型非线性能量阱原理样机,并开展了台架试验,验证了理论研究成果的正确性。     

隔振器冲击刚度的试验研究

提出一个用试验方法确定隔振器冲击刚度的方法。以典型的渐软型橡胶隔振器为研究对象，讨论了其冲击刚度值随冲击输入峰值、承载质量、冲击脉宽变化的情况，总结了一些刚度值变化的规律。讨论了用这种方法确定的冲击刚度值在今后冲击计算中的应用。     

分段线性运输包装振动系统的研究

对振动环境中分段线性运输包装系统进行了计算机仿真及分析,通过对系统运动的时间历程、相图、Poincare映射及功率谱等的分析,讨论了在确定性振动环境中系统的混沌动力学行为,并进一步给出了混沌控制措施.