含惯容和接地刚度的黏弹性动力吸振器的参数优化

将带有黏弹性特性的 Maxwell 模型引入系统中,提出一种含惯容和接地刚度的动力吸振器,并对该模型进行参数优化。建立系统的动力学方程并求出解析解,发现幅频曲线中存在三个固定点。利用固定点理论将系统的三个固定点调整到同一高度,得到系统的最优频率比和最优刚度比,并根据 H∞优化准则求出系统的最优阻尼比。在参数优化过程时,发现惯容比在一定范围内,有两组适合该模型的最优参数,进而确定不同惯容比所对应的最优参数。考虑实际工程应用并保证系统的稳定性,对比两组参数的优化结果,在常规参数下确定了惯容比的最佳工作范围。分析惯容比在最佳工作范围内外系统参数的选择对系统响应的影响,给出了在实际工程应用中的建议。与已有的动力吸振器在简谐激励和随机激励下的减振效果进行比较,说明恰当地选取惯容比可使系统有明显的减振优 势,为设计动力吸振器提供理论依据。     

广义变式惯容动力吸振器的H_(∞)和H_(2)解析优化EI北大核心CSCD

为使动力吸振器(dynamic vibration absorber,DVA)在连接限制的条件下充分发挥振动控制性能,研究了可连接在主振动系统任意位置的广义变式惯容动力吸振器的参数优化及其控制效果。基于虚功原理,在广义单自由度的主振动系统上,建立了适用于多种惯容动力吸振器的运动微分方程以及七参数通用频响函数。在此基础上,基于固定点理论推导得到了上述动力吸振器的H_(∞)优化解析解。并通过滤波理论得到了白噪声力和基础激励下的动力响应解析解,基于大量参数分析结果,拟合得到了H_(2)优化的简化计算经验公式。经高耸烟囱结构的风致振动和地震响应控制算例验证,采用提出的经验公式对随机激励下的一阶振动主导的结构进行振动控制优化设计,最优控制比误差在2%以内,具有良好的工程适用性。该文章的分析结果可为广义变式惯容动力吸振器的工程设计提供理论依据,分析流程也可为其他类型动力吸振器的振动控制优化研究提供参考。     

一种半主动负刚度动力吸振器

向振动控制系统中引入负刚度可以有效抑制系统的共振振幅,但是由于负刚度的特性,系统在低频区的响应会被放大.为了改善这一问题,将基于频率识别的控制策略应用到负刚度动力吸振器,通过短时傅里叶变换对外界激励信号进行时频分析以追踪频率随时间的变化情况,从而相应地改变系统的负刚度.在简谐激励和非平稳激励下与已有的模型进行了对比,证...     

负刚度吸振器对有限长弹性梁的抑振效果研究

考虑不同形式负刚度动力吸振器对有限长弹性简支梁动态响应的影响,提出并建立"弹性梁-负刚度动力吸振器"耦合系统动力学模型。基于模态叠加法,推导得到各阶模态对应幅频响应解析表达式。以弹性梁第1阶振动模态作为振动抑制目标,结合固定点理论和最大值最小化优化准则得到各类型动力吸振器的最优设计参数。以功率流作为振动控制效果的评价指标,建立"弹性梁-动力吸振器"耦合系统的导纳功率流理论模型。在此基础上,计算得到安装动力吸振器前后弹性梁的总功率流和净功率流,以及动力吸振器消耗的功率流,研究不同形式动力吸振器的振动抑制效果。最后,选择振动控制效果最显著的动力吸振器作为研究对象,针对部分主要设计参数展开研究。计算结果表明：在目标控制模态频率附近,负刚度动力吸振器对弹性梁动态响应的控制效果较好,且多个振动模态响应均被有效控制;当阻尼元件和负刚度元件同时接地对弹性梁动态响应的控制效果最佳;众多设计参数均存在最优值。     

惯容减震(振)系统及其研究进展

惯容是一种两端点加速度相关型新型结构控制元件。惯容减震（振）系统是包含惯容元件的结构振动控制系统。该文整理并总结了国内外学者在惯容及惯容减震（振）系统方面取得的大量研究成果,从惯容的实现机理、惯容减震（振）系统性能、惯容减震（振）结构体系的分析设计三个方面介绍、论述惯容的原理及其在减震（振）控制领域的发展历程与研究现状。相比于传统减震（振）系统,惯容减震（振）系统具有如下优势：能够实现惯性的灵活调整和频率的调节、改变结构惯性同时基本不改变结构的物理质量、提高惯容系统中消能器的耗能效率。该文旨在梳理惯容减震（振）系统的发展脉络与现状,为惯容减震（振）系统在结构振动控制中的应用提供理论依据和设计参考,以推进惯容减震（振）系统理论与实践的持续发展。     

负刚度时滞反馈控制动力吸振器的反共振优化

提出一种含接地负刚度弹簧的时滞动力吸振器的反共振峰最小优化方法。首先,研究的模型不考虑时滞位移控制和主系统的阻尼,利用固定点理论得到接地负刚度系统的最优结构参数。其次,考虑优化调节负刚度系数,利用反共振峰最小准则,把反共振点幅值控制在给定的足够小的范围内,得到一组最优结构参数,使调控的反共振频率频带最宽。接着,调节主系统的阻尼系数,得到最终的一组最优结构参数。最后,通过幅频响应和时间历程响应曲线证明了反共振峰最小准则的正确性,并且将该研究结果与其他两种等峰优化的吸振器模型的减振效果进行对比,证明了接地负刚度时滞动力吸振器减振效果的优越性。     

非接地负刚度动力吸振器动力学设计及优化

接地负刚度动力吸振器有着良好的振动控制效果,但是在实际工程应用中,负刚度元件往往无法与地面直接相连。提出一种非接地负刚度动力吸振器,根据所建理论模型,得到系统的频响函数,利用最大值最小化理论获得非接地负刚度动力吸振器的最优设计参数,并与其他典型的动力吸振器模型进行对比。计算结果表明,由于引入负刚度元件,非接地负刚度动力吸振器的振动控制效果显著优于传统线性动力吸振器,为负刚度动力吸振器的工程应用提供了一定理论参考。     

位移激励下含负刚度的惯容减振系统参数优化解析研究

为抑制位移激励下主结构的振动,提出了三种含有负刚度的惯容减振系统（N‐ISD）,推导了各系统分别在 H∞和 H2优化准则下设计参数的解析解,探究了不同形式 N‐ISD 系统振动控制的特点。建立位移激励下减振系统的动力学方程,得到结构的传递函数。针对简谐位移激励下的振动幅值,采用固定点理论推导了以 H∞范数为优化准则的设计参数解析解;针对随机激励下位移均方值,采用极值理论推导了以 H2范数为优化准则的设计参数解析解。通过与基于遗传算法的数值优化解对比,验证了上述最优设计参数解析解的有效性及优越性。对最优状态下的减振系统进行减振效果分析,结果表明：负刚度的引入能有效降低主结构的振幅放大因子和均方值,简谐激励下N‐SPIS‐Ⅱ型惯容系统反共振峰值更低,共振峰值间距更大,减振效果及稳定性更好;随机激励下 N‐SPIS‐Ⅰ和N‐SPIS‐Ⅱ型惯容系统位移均方值均小于 N‐SIS 型惯容系统,表现出更好的减振性能。     

动力吸振器基础变形及参数优化

在Voigt吸振器的基础上进行变形,设计了一种接地刚度吸振器,提出了基于固定点理论的改进方法,计算出系统固定点坐标的闭式解。使用解析和数值方法研究了主系统响应最大幅值,并根据固定点幅值特征进行全局优化,推导出最优固有频率比和最优阻尼比设计公式。通过数值仿真验证了解析解的正确性。在谐波力激励下,与局部、全局优化后的Voigt吸振器和接地阻尼吸振器进行对比,发现接地刚度吸振器经全局优化后的响应峰值和接地阻尼吸振器一致,均小于Voigt吸振器的全局优化峰值和接地阻尼吸振器的局部优化峰值,减振频带宽度最大。与同样应用全局优化的接地阻尼吸振器相比,接地刚度吸振器在接地阻尼吸振器的减振频带内减振性能更好,达到常用阻尼比所需的子系统质量更小。     

单自由度混联Ⅱ型惯容减震体系的 随机地震响应与参数设计

为了解混联Ⅱ型惯容减震系统(SPIS-Ⅱ)的减震机理,该文对设置SPIS-Ⅱ的单自由度体系进行了随机地震响应变化规律的研究并提出了参数优化设计的方法。首先在体系运动微分方程的基础上,基于随机振动的理论和方法推导了SPIS-Ⅱ单自由度体系在地震作用下频域响应传递函数及随机响应均方根的表达式。接着以金井清谱为随机地震输入模型,基于随机响应表达式研究了地震动参数和SPIS-Ⅱ关键参数对单自由度体系响应变化规律的影响。然后在参数研究的基础上,提出了SPIS-Ⅱ单自由度体系在地震作用下的实用优化设计方法,该方法以性能需求为设计目标,可同时考虑响应与成本的控制以及输入地震动的频谱特征。最后根据所提出方法编制程序进行了一系列实例设计,并进行了动力时程分析验证,设计及分析的结果均证实了该文提出方法的有效性。     

利用动力吸振器进行随机响应控制的研究

对实际结构作减振设计是，经常遇到结构激励源未知的情况。本文研究利用的动力特性和实测的随机响应数据，设计动力吸振器的问题。利用频响函综合技术，导出了结构安装动力吸振器胶后的响应之间的关系，运用优化方法，确定动力吸振器的最优设计参数。     

天棚半主动惯容隔振器动态特性研究

基于惯容-弹簧-阻尼的三元件并联式被动惯容隔振器能进一步拓宽传统线性隔振器的隔振频带,但高频隔振性能显著恶化,为此提出基于天棚惯容控制的半主动惯容隔振器以改善高频隔振性能.天棚惯容控制策略采用基于绝对-相对加速度切换控制来调整半主动惯容器的惯质系数在最大与最小值之间切换,以近似模拟理想天棚惯容器的力学特性.研究天棚...     

基于惯容系统位置的调谐质量阻尼器的振动控制研究

为研究惯容系统位置对调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)减振性能的影响,首先基于动力学原理,采用定点理论对惯质调谐质量阻尼器(TMD-inerter, TMDI)进行参数优化,得到最优频率比和最优阻尼比解析解;其次讨论了频率比及阻尼比对结构振动特性的影响;最后对TMDI鲁棒性进行研究。结果表明：惯容系统连接位置对阻尼器吸振能力影响显著,与传统TMD和非接地TMDI相比,接地TMDI使主结构动力放大系数分别减小约8.4%、16.5%;接地TMDI调频宽度相比传统TMD提高约6%;在阻尼摄动范围内,接地TMDI减振系统动力放大系数增幅约1.5倍;接地TMDI具有更良好的鲁棒性,可为设计新型TMDI模型提供理论参考。     

变截面梁式动力吸振器的宽带吸振机理

通过对变截面梁-板耦合结构的功率流研究，提出用变截面梁吸收弹性体的振动，论证了变截面梁式动力吸振器的宽带吸振性能，分析了梁的结构参数、梁在板上的连接位置等对吸振效果的影响，为设计适合于弹性主振系的新型梁式宽带动力吸振器奠定了基础。仿真结果表明：梁式动力吸振器吸振频带宽、吸振效果好，加之其结构简单．安装方便，有一定的工程应用前景。     

基于H2范数的弹性基础上接地负刚度动力吸振最优参数研究

针对实际工程中弹性基础上接地负刚度动力吸振器的最优参数设计,建立了以无阻尼单自由度系统代表弹性基础的动力学模型,采用H₂范数优化准则获得了以外激励到基础的力传递率最小时关于质量比和负刚度比的最优参数解析表达式,开展了简谐激励和随机激励下的效果验证以及不同基础参数下的参数影响分析。结果表明：以控制外激励到基础的力传递率为目标时,最优参数仅取决于吸振质量比和基础与主系统的刚度比,而与基础的质量比无关;当基础与主系统耦合强时,接地负刚度动力吸振依然能实现有效控制,但此时Voigt动力吸振已基本失效。     

磁悬浮主动吸振器的研究

磁悬浮系统作为一种新型系统，具有其它系统所不具备的特点。本文把磁悬浮系统和基于LMS算法的自适应振动控制技术相结合，并应用于振动消除领域，从而形成了磁悬浮主动吸振器。计算机仿真结果表明，该振动控制器具有良好的工作性能。     

具有快速自适应能力的动力吸振器

在采用分段线性动力吸振器的振动半主动控制过程中，经过一段时间的采样后，再对采样信号作谱分析，胡控制系统存在时滞，不能跟踪外激励的快速变化。本文介绍一种基于Lyapunov稳定性设计的可调增益自适应控制策略。数值仿真表明，这种控制策略具有很好的实时性和令人满意的减振效果，且仍然保持与原策略相同的工作频带。     

具有非线性刚度动力吸振器的隔振系统半主动控制

研究带有非线性刚度吸振器的隔振系统振动稳态响应的半主动控制。动力吸振器和隔振系统（主系统）的刚度均为Duffing类型的非线性刚度。对吸振器的阻尼采用了两种半主动控制策略以减少主系统的振动，并讨论了吸振器刚度的非线性程度，吸振器质量与主系统质量之比及主系统刚度的非线性程度对主系统稳态响应的影响。数值分析结果表明，采用适当的系统参数和控制策略可以有效地改善主系统的稳态响应。     

含惯容和杠杆元件的减振系统参数优化及性能分析

为了提高减振性能,设计了两种基于惯容-弹簧-阻尼器结构的含放大机构的减振系统,探讨了模型在受到外部激励时的减振效果。根据牛顿第二定律建立了系统的动力学方程,并得到了其解析解,发现幅频曲线都存在独立于阻尼比的两个固定点。基于H∞和H2优化准则,分别得到了系统的最优参数,并研究了惯容质量比和放大比对模型减振性能的影响。发现在一定范围内,惯容质量比与放大比增大,幅频曲线峰值降低,两共振峰间距拉大,并通过数值仿真验证了解析解的正确性。与其他减振模型在简谐激励和随机激励情况下比较,所设计模型大幅降低了共振振幅,并且拓宽了有效频带,表明其具有更好的减振性能。     

有限周期梁用动力消振器抑振的特性

本文用弯曲波方法导出了多支承梁加动力消振器位移响应的普遍表达式。理论分析发现了周期结构用动力消振器抑制振动的一些新特性：（１）仅用一个动力消振器可抑制周期结构对应传递频带内的一组共振峰。被抑制的共振峰的数量与跨距的数量和消振器的布置位置有关；（２）动力消振器调谐频率与对应传递频带的第一个共振频率相关联。当动力消振器与作用在梁上的外载荷作用在同一点时，最佳调谐频率比总是大于１，否则最佳调谐频率比小于１。