悬臂梁式动力吸振器多频减振研究

将悬臂梁作为动力吸振器附加在振动主结构上来达到振动抑制的目的,数值计算分析表明悬臂梁式动力吸振器具有多频减振特性。按照模态理论建立基于悬臂梁的具有集中参数的等效复式动力吸振器模型,悬臂梁的每一阶模态作为一个自由度的弹簧质量系统,把悬臂梁每阶模态的有效模态质量和等效模态刚度作为每一自由度弹簧质量系统的集中质量和刚度。用悬臂梁式动力吸振器的附加动刚度验证等效复式动力吸振器模型的正确性。将悬臂梁式动力吸振器附加在主梁末端,调谐悬臂梁式动力吸振器的前4阶模态达到对主悬臂梁的多频减振效果,证实了悬臂梁式动力吸振器多频减振特性。     

基于谐振器的多模态压电换能结构研究

传统压电悬臂梁俘能器一般通过其基频与环境中某一激振频率的匹配来收集这个频率上的振动能,为俘获环境中多个激振频率上的能量,提出一种在压电悬臂梁上附加谐振器的多模态换能结构,由该结构组成的俘能器的前两阶共振频率可以被设计在给定的激振频率上,从而有效地收集分布在这两个频率上的能量.实验表明附加谐振器有效地提高了俘能效率,其中一阶模态的俘能效率相对附加等量质量块时提高了71％,二阶模态的俘能效率与原压电悬臂梁的一阶模态相当.     

基于连续碳纤维/树脂智能材料的梁结构应变模态表征

研制了一种具有动态传感功能的碳纤维/树脂智能层,可用于结构的应变模态诊断.通过不同加载频率下的单向拉伸实验揭示了这种智能材料对低频动态载荷的响应能力,并理论分析了动态响应误差的影响因素.在此基础上将碳纤维/环氧树脂智能层连续敷设于悬臂梁结构表面代替传统的点式应变片,进行应变模态测试.测试结果表明,碳纤维/环氧树脂智能层可以较精确地反映结构的前三阶固有频率,并较好地表征结构的前三阶应变模态振型.对悬臂梁局部附加质量后重新进行了模态试验,结果表明:附加质量后,智能层反映的结构固有频率显著下降;同时,在附加质量所在的节点位置,智能层反映的应变模态振型有突变产生,说明智能层所表征的应变模态对结构物性参数变化具有识别能力,采用智能层与采用应变片的实验结果一致.此外,基于碳纤维/树脂智能层的可覆盖性,采用有限的测点全面捕捉了结构的应变模态信息,并在测试中通过在可疑区域内逐步增加测点,实现了结构物性参数变化的定位.     

基于连续碳纤维/树脂智能材料的梁结构应变模态表征

研制了一种具有动态传感功能的碳纤维/树脂智能层, 可用于结构的应变模态诊断。通过不同加载频率下的单向拉伸实验揭示了这种智能材料对低频动态载荷的响应能力, 并理论分析了动态响应误差的影响因素。在此基础上将碳纤维/环氧树脂智能层连续敷设于悬臂梁结构表面代替传统的点式应变片, 进行应变模态测试。测试结果表明, 碳纤维/环氧树脂智能层可以较精确地反映结构的前三阶固有频率, 并较好地表征结构的前三阶应变模态振型。对悬臂梁局部附加质量后重新进行了模态试验, 结果表明: 附加质量后, 智能层反映的结构固有频率显著下降; 同时, 在附加质量所在的节点位置, 智能层反映的应变模态振型有突变产生, 说明智能层所表征的应变模态对结构物性参数变化具有识别能力, 采用智能层与采用应变片的实验结果一致。此外, 基于碳纤维/树脂智能层的可覆盖性, 采用有限的测点全面捕捉了结构的应变模态信息, 并在测试中通过在可疑区域内逐步增加测点, 实现了结构物性参数变化的定位。     

横向补给系统高架索在一重和双重内共振下的面内振动

考虑集中质量在高架索上的位置的影响,建立了横向补给高架索系统的面内振动的非线性动力学方程。利用Galerkin方法对高架索偏微分模型进行离散,得到了系统面内振动的直至3阶的标准动力学控制方程。分析了补给过程中,集中质量位置的变化对高架索系统的面内振动的前3阶模态频率的影响,系统的模态频率呈现类似滞回非线性的特征。同时还利用数值方法对1：1：2双重内共振及1：2内共振情况下系统的参数激励振动的非线性动力学行为进行了分析,得到了系统的前3阶模态振动的时间历程曲线和运动相图。研究结果表明,在高架索系统发生内共振时,系统面内振动以前2阶模态振动为主,且存在复杂的倍周期运动现象;而对于1：2内共振情况,只有第1阶模态振动的幅值较大。     

悬臂梁-流体-悬臂梁耦联系统的湿模态相互作用

应用流体的势流理论及悬臂梁振动方程，本文分析了悬臂梁-流体-悬臂梁耦联系统的自由振动问题。分析表明，悬臂梁除与流体发生相互作用外．两悬臂梁湿模态通过流体的耦合也发生相互作用．后者的作用使流固耦联系统的湿模态呈现新的振动特性．同一阶两个子结构(梁1，2)各自的干模态分别对应耦联系统同一阶的两个湿模态．一个以较低的湿频率出现，两梁呈反相位振型，另一个以较高的湿频率出现，两梁呈同相位振型。     

柔性梁降阶H∞控制实验研究

研究了压电传感器、作动器非同位配置情况下柔性悬臂梁的降阶H∞振动控制问题。采用频域辨识方法获取低阶名义模型,合理选取权函数,将鲁棒H∞控制问题转化为标准H∞控制问题。采用CCL(Cone Complementarity Lin-earization)算法设计降阶H∞控制器。比较了全阶H∞控制器和降阶H∞控制器的控制效果,实验结果表明,设计的降阶H∞控制器能够有效抑制柔性梁的前三阶模态振动,而且不会产生溢出问题。     

基于Poly IIR方法悬臂梁模态参数识别与研究

该文为研究某风机旋转叶片的断裂原因,利用振动试验台悬臂梁进行类似的振动分析,首先利用弹性体一维振动理论得到悬臂梁的振动数学模型。通过伯努利-欧拉梁理论计算得到悬臂梁振动微分方程,并且对悬臂梁设定与风机叶片相似的边界约束条件计算得到各阶模态参数,利用Workbench有限元仿真分析得到悬臂梁前5阶固有频率与振型,最后用基于Poly IIR算法进行悬臂梁EMA参数识别,得到悬臂梁弯曲与扭转模态频率与振型,验证仿真值、实验值的一致性,可为后续动力旋转机械叶片的设计选型以及结构优化分析提供一定的参考。     

非结构因素对钢-朱前坤玻璃组合人行结构模态参数的影响

基于模型现场试验测试,研究了环境温度与运营环境状态（附加质量、行人步行频率）等非结构因素对钢?玻璃组合人行结构模态参数的影响;建立了温度与结构模态参数之间的数学模型,分析了附加质量与行人步行频率对结构模态参数的影响规律。结果表明：一天内温度变化引起的结构模态频率变化可达2.17%,阻尼比变化达87.1%,同时给出了前3 阶竖向模态频率关于温度变化的一次线性拟合表达式;附加质量作用下由结构端部到跨中,结构模态频率逐渐减小,阻尼比逐渐增加,且随着附加质量的增加模态频率降低,阻尼比显著增大;由大量试验数据统计规律可知行人作用下步频对结构模态频率影响较小,结构频率略有减小,模态阻尼比显著增加。因此分析非结构因素对结构模态参数的影响对结构健康检测和损伤识别具有重要意义。     

用于微电池的压电悬臂梁电特性仿真

研究了一种带质量块的压电悬臂梁结构,利用压电薄膜的正压电效应将机械能转化成电能,可以用于振动能的收集。利用有限元分析软件ANSYS对结构进行建模,通过模态分析和谐波分析得到：悬臂梁在一阶模态时上下振动,形成恰当的工作状态;通过改变梁的各个几何参数和振动源的频率,得到了悬臂梁上下电极间峰值电压的变化情况;当振动源的频率为悬臂梁的一阶共振频率时,得到的峰值电压最大。     

柔性悬臂梁振动主动控制实验研究

以压电陶瓷为作动器，并采用独立模态控制法，对冲击载荷作用下的大柔度悬臂梁前三阶模态进行了振动主动控制研究。实验结果表明，使用独立模态控制方法，能有效地抑制悬臂梁的振动，控制效果非常明显。采用模态滤波和相移控制器进行模态分离和相位调节，可获得最大结构阻尼，取得良好的动态控制效果。     

基于PolyMAX方法的悬臂梁振动模态分析

为分析某悬臂梁的振动模态,根据锤击法模态测试流程,利用Poly MAX方法对悬臂梁的传递函数进行模态参数估计和识别。利用有限元软件和欧拉梁理论仿真并计算该悬臂梁前五阶固有频率和振型。结果表明:对悬臂梁的实验分析结果和理论值、仿真值吻合良好,说明锤击法的模态实验可靠,为以后分析相似结构的模态提供参考。     

TMD控制高架轨道箱梁结构振动的模型试验研究

高架轨道桥梁结构的振动与噪声问题已成为制约轨道交通发展的重要因素,为研究调谐质量阻尼器(TMD)控制高架轨道箱梁桥振动的效果,以铁路32 m简支箱梁桥为原型,以10∶1为几何缩尺比,设计制作了轨道箱梁结构相似试验模型,并制作了可调谐TMD减振装置。在验证试验模型可靠性的基础上,分别附加控制1阶、2阶模态振动的TMD,通过对试验模型进行单点激振试验得到测点减振前后的振动响应,分析了TMD对箱梁桥的减振性能。研究结果表明:安装1阶、2阶TMD之前,在模态自振频率附近,振动响应出现了明显峰值;安装TMD之后,翼板和腹板的加速度有效值在模态频率附近得到了明显的抑制,并且激振频率越接近自振频率,TMD减振效果越好;当TMD质量比为0.02时的减振效果优于0.01。     

力平衡式三轴微加速度计的设计与分析

设计了一种具有单一检测质量的力平衡式三轴微加速度计．采用硅-硅键合工艺形成作为单一检测质量块的硅片组合。利用全差分电容检测法实现对加速度三轴分量的检测．通过提高检测质量的重心，有效增加了X、Y轴的灵敏度．利用ANSYS仿真软件对该微加速度计进行了模态及静力学分析，提出了优化设计参数．3个检测模态（1阶、2阶和3阶模态）的频率分别为1．329kHz、1．345kHz和2．174kHz．通过优化设计，提高了3阶模态和4阶模态的频率差距，降低了其他高阶模态的干扰．在100g（g为重力加速度）的Z向加速度作用下，悬臂梁所受的最大应力为46MPa。小于单晶硅的弯曲极限值70-200MPa．静力学分析表明，加速度计的悬臂梁结构参数能够满足加速度计的力学性能要求．     

带内置可旋转隔板的调谐液体阻尼器减振性能试验研究EI北大核心CSCD

对带内置可旋转隔板调谐液体阻尼器(tuned liquid damper,TLD)进行了振动台试验,首先对波高响应信号进行解耦分离,再采用不同方法识别液体晃动的模态频率和阻尼比,研究了隔板安装位置、隔板和晃动方向夹角(θ)对TLD减振性能的影响。结果表明,受隔板附加质量和耗能作用的影响,TLD的1阶模态频率和相应的模态响应随θ的增大而减小,但隔板附加模态质量对频率的影响还不足以达到导致系统失谐的程度。当θ小于60°时,TLD的1阶模态阻尼比随θ的变化而单调递增,最大可达到8%左右;当θ大于60°时,隔板所产生的阻尼作用弱化了1阶模态响应使晃动呈高阶模态形式,从而导致晃动频率大幅增大,这个结果和已有研究认为TLD晃动模态频率随着角度增加而逐步增大的结论有本质差别,意味着不能通过改变θ大小的方式来实现TLD的调谐,但改变θ可比较容易调节TLD的阻尼比使其达到振动控制所需要的最佳值。     

弹性管束湿模态频率变化对传热特性影响分析

为了研究弹性管束湿模态频率变化对其传热特性的影响,以弹性管束为研究对象,进行实际运行工况下的建模及湿模态数值模拟分析。通过附加质量系数表征弹性管束湿模态频率的变化情况,在考虑流体介质的流速及黏度的影响下,计算得到湿模态频率相应的附加质量系数,并通过湿模态频率的改变对弹性元件换热性能进行分析。分析认为:流体的黏度越高,对弹性换热管束施加的附加质量系数就越大,使弹性元件的湿模态频率降低的越多,处于流场中的弹性元件湿模态频率随来流速度的增加而上升;弹性元件受外部流场流体黏度与速度的影响,湿模态频率越高,受到流体的附加质量系数越小,表面换热效果越好。     

发展时变附加质量方法模拟飞行器出水过程

该文发展了时变附加质量方法,并利用有限元方法模拟了水下飞行器的出水过程。基于出水过程中飞行器的振动模态试验数据,由于出水长度与一阶横向振动频率、出水长度与附加质量均有一一对应关系,所以该文在一定假设条件下,通过反演方法得到了随出水长度变化的横向时变附加质量,初步形成了将复杂流场载荷向飞行器表面等效的方法。该文完成了对水下飞行器出水过程动态性能的研究,考察了某截面上弯矩和剪力随时间变化的情况。在附加质量的影响下,结构的响应频率会低于无附加质量的情况,而响应幅值则因不同的外载荷条件而异。随着出水长度的增加和沾湿长度的减少,结构的振动频率逐渐升高,此计算结果也定性地说明了时变附加质量的合理性,并为对附加质量方法作进一步研究奠定了基础。     

惯性质量对斜拉索阻尼器减振增效作用试验研究

为提升斜拉索被动黏滞阻尼器的减振效果,开展了阻尼器并联的惯性质量单元对斜拉索减振的增效作用试验研究。首先基于滚珠丝杠位移增效机制、两节点惯质单元"inerter"与电磁阻尼技术集成了惯性质量和阻尼系数均具有可调性的惯性质量电磁阻尼器(EIMD)样机,综合理论分析与力学性能测试建立了EIMD的力学模型;然后建立模型斜拉索-EIMD减振试验平台,通过改变EIMD的惯性飞轮转动惯量和负载电阻阻值,分别测试分析了惯性质量和阻尼参数对斜拉索面内振动前2阶模态附加阻尼比的影响规律;最后对比研究了惯性质量频率相关型负刚度与恒定型负刚度对斜拉索阻尼器的减振增效作用与机理。结果表明:随着阻尼器惯性质量的增加,斜拉索前2阶附加模态阻尼比均先增加后下降,且第2阶模态最优惯性质量小于第1阶模态;斜拉索第1,2阶模态附加阻尼比最大试验值分别达到了线性黏滞阻尼器理论最优值的2.02,4.46倍;当惯性质量无量纲负刚度系数逼近"-1"时,斜拉索减振效果提升效应最为显著;惯性质量频率相关型负刚度与恒定型负刚度均通过负刚度特性放大阻尼器的位移实现耗能增效,但惯性质量负刚度不会诱发斜拉索减振系统稳定性问题。     

考虑不同边界条件悬臂梁的模态研究

为了提高假设模态法建立动力学模型的精确性,研究了将柔性机械臂简化为更精确的悬臂梁模型的问题。通过分析不同边界条件对Euler-Bernoulli悬臂梁横向振动的影响规律,将悬臂梁自由端的剪力边界条件具体化为集中质量和拉伸弹簧,弯矩边界条件具体化为扭转弹簧和转动惯性元件,得到了各种边界条件下悬臂梁的模态频率和模态振型的变化规律。结果表明添加边界条件的悬臂梁模型可以更好地表示柔性机械臂的模态振动,因此可以提高假设模态法建立的动力学模型的精确性。针对柔性机械臂之间模态振动耦合较强,添加边界条件无法表示柔性机械臂模态频率的变化规律,提出了修正当量密度的方法。最后给出了边界条件和修正当量密度的迭代计算方法,并用ANSYS和ADAMS联合仿真分析了由驱动关节和自由关节连接的二连杆柔性机械臂模型对应的模态振动,验证了计算方法的正确性。     

移动质量作用下轴向运动悬臂梁振动特性分析

将弹炮发射系统简化为移动质量作用下的轴向运动悬臂梁系统,推导了轴向运动梁的振动方程,采用修正的Galerkin法离散求解该偏微分方程,得到以模态坐标表示的二阶时变常微分方程组,通过Newmark-β法对方程组进行了求解。计算结果表明,移动质量载荷主要使梁的一阶模态受到激励,移动质量的大小和运动速度对悬臂梁的振动响应影响较大,在移动质量作用下梁的伸缩运动都处于不稳定状态;在移动质量脱离悬臂梁后,梁的轴向收缩运动使得梁的瞬时振动频率不断减小,振动位移逐渐衰减,而振动速度逐渐增大,梁的运动处于不稳定状态,伸展时梁的自由振动规律相反。