磁性液体阻尼减振器动力学建模及实验

提出了一种结构简单的磁性液体阻尼减振器。根据牛顿第二定律和液体的连续性方程,建立了减振器中磁性液体流动的动力学模型,结合弹性悬臂梁的振动能量,得到减振器施加于悬臂梁后梁对数衰减率的表达式。设计实验验证减振器中不同永磁体半径,外壳与永磁体间的不同间隙以及不同饱和磁化强度的磁性液体对梁振动对数衰减率的影响,表明在所假设的条件下,理论与实验结果的一致性较好。同时还发现,在一定的范围内,磁性液体阻尼减振器的阻尼效果随着永磁体半径的增大而增大;减振器外壳与永磁体间有一最佳间隙,可使得梁振动达到最大的对数衰减率。     

空间飞行器磁性液体阻尼减振器减振性能的研究

结合弹性悬臂梁的振动微分方程,根据牛顿第二定律和液体的连续性方程,设计了两种用于空间飞行器的磁性液体阻尼减振器的外形结构,分析其对减振性能的影响;并且通过采用不同直径的永磁体、不同的磁性液体饱和磁化强度、不同磁性液体注入量实验分析对比减振器的消振时间,得出不同振动频率下,永磁体直径尺寸、磁性液体饱和磁化强度以及磁性液体注入量均存在最佳值。为用于空间站飞行器中许多低频率、小位移的太阳能帆板、卫星天线的磁性液体阻尼减振器结构优化提供了一定的依据。     

电磁-碰撞复合阻尼系统减振性能研究

提出了一种新型电磁-碰撞复合阻尼减振方法,通过理论推导,建立振动系统在复合阻尼作用下的振动力学模型。通过实验,分别测得相同初始位移激励下振动系统的自由振动、加碰撞阻尼的振动以及加电磁-碰撞复合阻尼的振动曲线。实验验证了复合阻尼系统减振效果和理论计算的正确性。实验结果表明:与自由振动相比较,加碰撞阻尼和加电磁-碰撞复合阻尼能够加快减小振动系统振动的振幅,其中电磁-碰撞复合阻尼的减振效果最明显。最后利用理论模型得到了不同结构参数对复合阻尼系统减振效果的影响规律,并对复合阻尼系统进行了参数优化设计。     

共振频率可调式非线性压电振动能量收集器

振动能量回收技术能够将环境中的机械振动能转换成电能,进而为微功耗装置供电,具有良好的应用前景。设计了一种利用压电材料的新型振动能量收集器,该机电耦合结构由一对非对称压电悬臂梁组成,悬臂梁末端固定有永磁体,利用永磁体产生的非线性力,实现了悬臂梁共振频率与外界激振频率的匹配调节。提出了该结构的理论模型,借助Matlab/Simulink数值分析软件对理论模型进行了仿真分析,并通过实验进行了验证。实验结果表明外界激励加速度幅值为3 m/s~2的时,结构即能实现较大频带范围内的频率匹配调节,频带范围不低于6.5Hz,最大回收功率不低于2 mW。     

大型客车车身的阻尼减振降噪技术研究

本文基于边界元法对车室进行声场分析和车身板块贡献度分析,进而找出车内噪声声压峰值处所对应的振动频率及该峰值下的“噪声源”板块,围绕车身减振降噪这一目标和车身设计轻量化的要求,基于响应面法建立阻尼复合结构的声辐射特性、模态频率和损耗因子与结构参数关系的数值模型,并对相应约束条件下的最佳阻尼复合结构参数匹配进行优化设计,综合研究内容对车身结构阻尼处理后取得了较好减振降噪效果。     

基于现场监测的海洋平台冰振控制效果评价

渤海辽东湾的ＪＺ２０－２ＮＷ 平台采用甲板阻尼隔振技术降低平台的冰激振动问题。根据海洋平台冰激振动的特点,设计现场监测系统,检验阻尼隔振系统的减振效果。对平台隔振的上下两层甲板的加速度和相对位移响应进行监测,并对实测数据进行对比分析。监测结果表明,上层甲板的振动强度相比下层甲板有所减弱,阻尼隔振装置起到控制上层甲板振动的效果。但是上下甲板的振动频率和相位无差别,说明减振装置未产生最理想的减振效果。同时对有无阻尼隔振装置结构的阻尼比进行提取,表明相对位移越大,上下甲板的阻尼比越大。减振后上下甲板的阻尼比都有所增加,结构振动耗能增加。应用实践表明,阻尼隔振技术是一种有效的海洋平台冰激振动减振措施,但仍有许多地方需要完善。     

斜拉索杠杆质量减振器理论及模型试验研究

为解决斜拉桥跨度增大带来的拉索振动问题,采用杠杆质量减振器(LMD)对斜拉索进行减振。介绍了LMD的构造特性及作用机理,建立了斜拉索-LMD系统振动方程,推导了LMD等效阻尼力模型及LMD与斜拉索各阶模态质量比,并对斜拉索前15阶模态对数衰减率进行了理论计算及模型试验研究。研究结果表明：LMD由于惯性项、刚度项及阻尼项的三重反馈作用,同时由于杠杆的调节放大作用,其减振效果优于相同安装高度的粘性剪切型阻尼器(VSD)。LMD对桥梁景观影响较小、安装维护方便,可为千米级的斜拉桥拉索减振提供更可靠的解决方案。     

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。     

单斜面索拱支承曲梁人行桥人致振动控制研究

进行了一种单斜面索拱支承曲梁人行桥的人致振动控制研究。在人行桥的初始状态及静动力特性基础上,模拟了随机人群荷载作用下人行桥的振动响应,参数化地研究了调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)的减振作用,考虑了TMD不同质量比、刚度、阻尼参数以及布置方式的影响。在TMD装置安装前后对人行桥进行实地动力测试,测试了结构减振前后的模态特性以及在单人、多人和人群荷载工况下的振动响应,讨论了TMD装置对该类型人行桥的减振效果。结果表明:减振后结构关键模态阻尼增大为减振前的4.14倍;单人步行和跑动工况下,通过设置TMD,结构加速度峰值下降31.1%～55.9%,加速度均方根下降36.4%～52.0%;多种人群步行工况下,结构竖向加速度峰值最大为0.41 m/s~2。研究结果表明单斜面索拱支承曲梁人行桥刚度较柔,TMD对控制该类型人行桥结构人致振动具有很好的效果。     

管材参数对输液管流固耦合振动的影响

采用特征线法对一蓄水池-管道-阀门(RPV)系统的流固耦合振动响应进行了数值计算,研究了管道结构阻尼、管材泊松比以及管道壁厚管道材料对系统振动响应的影响。结果表明：随着管道结构阻尼的增大,管壁本身的振动受到抑制;当管道结构阻尼大于某一临界值时,系统的振动能量主要集中在液体里,造成液体压力能的升高;随着泊松比的增大或管道壁厚的增大,液体的压能增大,管壁的轴向振动强度降低。     

Semi-active control of metal foam magnetorheological damper

A new type of foam metal magnetorheological damper is designed, and its performance in semi-active control is investigated. At first, magnetorheological fluid is stored in the pore of metal foam, and with the action of magnetic field, magnetorheological fluid is extracted from metal foam, and then fills up the shear gap to produce magnetorheological effect. The magnetic field density in the shear gap is studied by the software Ansys finite element method, the magnetic flux density in the working gap is obtained in the different exciting current. A testing rig, including the vibration generator, laser displacement sensor, proportion integration differentiation control and cantilever beam, is built to investigate the semi-active control performance of metal foam magnetorheological fluid damper. The result indicates that metal foam magnetorheological fluid damper has a good controllable damping property. When the exciting current is about compared with the vibration amplitude of cantilever beam magnetorheological fluid damper the vibration amplitude without foam metal magnetorheological fluid, the displacement of cantilever beam decreases by 44.4 %, which validates the semi-active control effect of the foam metal magnetorheological fluid damper.     

高冲击载荷作用下平面式电涡流阻尼器特性数值模拟研究

为探究平面式电涡流阻尼器在冲击环境中的应用特点,开展了高冲击载荷作用下平面式电涡流阻尼器响应特性数值模拟研究.基于ANSYS Maxwell电磁学有限元软件建立平面式电涡流阻尼器二维数值仿真模型,分析了永磁体和磁靴结构尺寸、导电层和导磁层厚度以及气隙间距对电磁阻尼力的影响.研究结果表明:平面式电涡流阻尼器能够满足安全制...     

磁流变减振器温衰特性对履带车辆悬挂系统性能的影响

对磁流变液及磁流变减振器受温度影响进行实验研究和理论分析,研究表明磁流变液动力粘度和减振器阻尼力随温度升高而降低,因此应用磁流变减振器时,必须考虑温度对其阻尼力影响;利用车辆二自由度悬挂系统模型,仿真分析磁流变减振器温衰特性对悬置质量加权加速度均方根值和动行程的影响。研究表明,随温度升高,悬置质量加权加速度均方根值先减小后增大,而动行程随温度升高不断增大,通过适当增加磁感应强度可一定程度上减小由温度引起的加权加速度均方根值和动行程均方根值增大。     

无源自适应磁流变阻尼器的磁场设计与研究

针对常规的磁流变阻尼器需要外加线圈,对能源具有依赖性、体积庞大、结构复杂的问题,设计了无源自适应磁流变阻尼器的磁场结构.该磁路由永磁体提供磁场,利用超磁致伸缩逆效应,把阻尼器受到的负载力的变化转化为超磁致伸缩材料相对磁导率的变化,进而使磁流变液处的磁场发生变化.利用磁场有限元方法验证了磁路的正确性.应用该磁路结构到阻尼...     

利用SMA开发耗能阻尼器的实验研究

形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简记为SMA)是一种新型的智能材料,除了具有形状记忆效应(Shape Memory Effort,简记为SME)外,还拥有相变伪弹性(Pseudo-Elasticity,简记为PE)性能和高阻尼耗散因子的性能。文章基于SMA的相变伪弹性的力学原理,设计并制作了SMA耗能器,并对器件进行了性能测试。结果表明,(1) SMA耗能器具有非常显著的阻尼耗能性能,平均等效粘滞阻尼比最大可达到33.56%,最小也有14%,能较好地满足结构被动耗能振动控制的要求;(2) SMA耗能器的阻尼性能与加载频率有关,在低频加载时阻尼性能较好,但随着加载频率的提高,阻尼性能逐步下降;(3) SMA耗能器的阻尼性能与最大行程的大小有关,当最大行程过小或过大时,其等效粘滞阻尼比较小,当最大行程为极限行程的1/2大小时取得最大等效粘滞阻尼比;(4) 在多次循环加载时,器件的应力应变滞回曲线具有整体向上的漂移现象,吻合了其他学者进行的SMA材料试验结果,这一现象的发现提高了此次研究中检测到的试验数据结果的可信度;(5) 实验结果与理论分析结果吻合程度较好,表明器件的设计是合理的、加工制作的工艺满足了理论要求。     

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。     

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...     

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。     

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。     

位移放大型阻尼墙减震结构的模型试验与数值分析

提出一种凸轮式响应放大金属阻尼器,介绍其工作机理和恢复力计算公式,对安装该阻尼器的单自由度体系建立了运动方程和能量方程。以达到相同位移控制效果为目标,采用不同吨位的金属阻尼器,分别对无控结构、安装传统金属阻尼器和安装凸轮式响应放大金属阻尼器的单自由度体系进行了多遇、罕遇和极罕遇地震作用下的地震响应对比分析。结果表明：在各级地震作用下,串联小吨位金属阻尼器的凸轮式响应放大金属阻尼器均达到了与安装传统大吨位金属阻尼器相同的位移控制效果和耗能比例,基底剪力控制效果也得到了明显的提升,说明采用小吨位金属阻尼器通过响应放大便可达到直接安装大吨位阻尼器的相同位移控制效果,体现了其优越的经济性;另外,在极罕遇地震作用下,该装置能避免阻尼器发生位移失效的现象,体现了该消能装置在各级地震作用下均能保证结构和阻尼器的安全。