Note: real time control of a tunable vibration absorber based on magnetorheological elastomer for suppressing tonal vibrations

An adaptive tunable vibration absober based on magnetorheological elastomer (MRE) is designed as an intelligent device for auto-tuning itself to the time-varying harmonic disturbance force to reduce the unwanted vibration of the primary system in the steady state. The objectives of this note are to develop and implement a continuous control method for a MRE tunable vibration absorber (TVA) and to evaluate its performance in suppressing time-varying tonal vibrations. In the proposed control, the stiffness of MREs is continuously varied based on a nonlinear tuning function that relates the response of the system to the input magnetic field density. Through experiments, it will be shown that the proposed MRE TVA reduces in real time the transmission of a time-varying excited vibration of 48-55 Hz, which shows the potential applicability of the MRE in reducing unwanted vibration to precision devices.     

磁流变弹性体变刚度隔振系统的设计与仿真分析

磁流变弹性体兼有磁流变液和弹性体的优点,其剪切模量可由外加磁场控制,在振动控制等方面具有广阔的应用前景。现有的隔振系统中隔振器刚度一般都是固定值,这使系统的隔振效果有局限性,对较低频率振动,尤其是共振时的隔离效果很差。提出了将可调刚度的磁流变弹性体隔振器用于隔振系统中．通过改变隔振器的线圈电流大小来控制磁流变弹性体的剪切模量,进而调整隔振系统的刚度,使系统获得更宽的隔振频率范围。设计了隔振器的结构,基于SimuLink软件对系统的隔振效果进行仿真分析．表明了设计的有效性．     

Influence of magnetorheological elastomer on tool vibration and cutting performance during boring of hardened AISI4340 steel

During boring process, tool vibration is a major concern due to its overhanging length, which results in high cutting force, poor surface finish, and increase in tool wear. To suppress tool vibration and improve cutting performance, a novel technique in rheological fluid was designed and developed. In this work, a magnetorheological elastomer (MRE) was developed, and parameters, such as piston location, current intensity, and coil winding direction, were considered. Cutting experiments were conducted to obtain a set of parameters that can efficiently control vibration during boring of hardened AISI 4340 steel. Taguchi method was used to optimize the cutting condition, and findings show that the cutting tool embedded with the MRE reduced tool vibration and effectively increased cutting performance.

     

基于新型材料的吸振器设计及电流控制方法

被动式吸振器(passive dynamic vibration absorber,简称PDVA)结构参数不可调,减振频带单一,不适用于宽频减振。为解决上述问题,首先,以磁流变弹性体(magnetorh-eological elastomer,简称MRE)为刚度元件,设计一种刚度可调的自适应吸振器(adaptive dynamic vibration absorber,简称ADVA);其次,对弹性体原料组成及磁流变效应进行介绍和分析;然后,对受控系统增加吸振器,引起系统新的共振问题提出了吸振器工作过程中的电流控制方法以消除新增的共振现象;最后,进行了仿真及实验研究。结果表明,本设计可将减振频带拓宽至11.37Hz,并且利用提出的电流控制方法可有效消除系统新增的共振峰。     

磁流变弹性体在汽车座椅减振中的应用

外部环境是造成道路事故的一个主要因素。采用了一种新型智能材料,磁流变弹性体（MRE）作为汽车座椅减振的核心材料,并相应建立了实验装置,通过计算获得了该系统模型在不同磁场下的等效阻尼和等效刚度,运用Simulink软件对汽车座椅减振系统进行了仿真分析。研究结果表明,磁流变弹性体低频阶段具有较好的移频和减幅特性;磁流变弹性体中的金属磁性颗粒在磁场作用下的耦合力成非线性关系,造成磁流变弹性体减振效果在不同励磁电流下呈现非线性;减振效果与外激励的形式有关。     

发动机曲轴系统扭转振动计算方法及优化控制

以某一发动机曲轴系统为研究对象,建立了曲轴系统扭转振动的集总参数模型,并利用集总参数模型计算了曲轴前端在气缸压力作用下的扭转角位移;分析了减振器惯性质量绕曲轴中心线的转动惯量和扭转刚度对曲轴系统扭转振动的影响;最后,对扭转减振器进行了参数优化设计,并给出了优化结果.     

斯特林制冷机中超导滤波器支撑结构的设计

为设计适用于斯特林制冷机低温罩中超导滤波器的支撑结构,研究了模态分析方法和支撑设计中需要考虑的问题。通过对支撑结构进行模态分析,提出了适用于超导滤波器的支撑结构,并完成了整个制冷机及其低温罩内结构的加固设计。有限元分析和试验验证的结果表明,所设计的支撑结构具有固有频率高,质量轻等优点,能够满足试验条件,并可以作为其他支撑结构设计的参考。     

城轨列车悬挂系统显遗传自适应模糊控制

为有效抑制城轨车辆行驶时悬挂系统出现的横向振动,提升车辆平稳性与舒适度,引入调控效果优于传统模糊控制的显遗传自适应模糊控制方法,扩展其收敛条件并证明其适用于城轨列车悬挂系统,扩大了该方法的使用范围。在Matlab/Simulation中根据时速为80km/h的某型城轨列车参数搭建车辆悬挂系统模型,并设计了显遗传自适应模糊控制器。仿真实验结果表明,显遗传自适应模糊控制对城轨列车悬挂系统横向振动抑制效果良好,在其控制下列车横向合成加速度、横移振动加速度、侧滚振动加速度以及摇头振动加速度的最大值、均方根值以及功率谱密度值均有所降低。与普通模糊控制相比,显遗传自适应模糊控制能够有效抑制城轨列车横向振动,大幅度提高乘客舒适度。     

环形金属橡胶隔振器弹性参数的确定

以实验研究为基础，通过对大量实验结果的分析，借助于金属元件抗拉弹性模量和剪切模量的计算方法，推导出环形金属橡胶隔振器在承受扭剪应力时，抗拉弹性模量以及扭剪弹性模量与金属丝直径、环形隔振器的几何参数、金属橡胶元件的相对密度之间的关系的理论计算公式。研究结果证明，利用该计算公式和有限元计算方法，可以直接求得具有不同结构参数的相应形状金属橡胶隔振器的弹性性能参数，所得计算结果与实验结果具有良好的一致性，因而大大减少了实验工作量，为金属橡胶隔振器的系列化生产奠定了基础。     

Eshelby-Mori-Tanaka approach for vibrational behavior of functionally graded carbon nanotube-reinforced plate resting on elastic foundation

In this study, based on the three-dimensional theory of elasticity, free vibration characteristics of functionally graded (FG) nanocomposite plates reinforced by randomly-oriented straight single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) resting on an elastic foundation are considered. Material properties are graded in the thickness direction of the plate according to the volume fraction power law distribution. An embedded carbon nanotube (CNT) in a polymer matrix and its surrounding inter-phase which is perfectly bonded to surrounding resin is replaced with an equivalent fiber to predict the mechanical properties of the carbon nanotube/polymer composite. The Mori-Tanaka approach is employed to calculate the effective elastic moduli of the plate. The natural frequencies of the plate are obtained by means of the generalized differential quadrature (GDQ) method. Detailed parametric studies have been carried out to investigate the influences of the CNT volume fraction, Winkler foundation modulus, shear elastic foundation modulus and various geometrical parameters on the vibration behavior of the functionally graded carbon nanotube-reinforced (FG-CNTR) plates.     

磁流变弹性体阻尼器的设计及磁路分析

针对高速切削加工过程中产生振动的情况,基于剪切模式,设计了一种磁流变弹性体阻尼器,针对磁流变弹性体阻尼器的典型磁路结构,阐述了磁路设计原理,研究了磁路计算方法,并利用ANSYS软件对其磁路结构进行了分析验证。仿真结果的分析有助于优化磁路结构,使所设计的磁流变弹性体阻尼器的磁场效能得到最大的发挥。     

大型提升构件的主动抗振研究

大型精密的构件在提升过程中,环境载荷和提升不同步引起的振动是影响提升构件安全性和稳定性的最主要因素.初步设计了大型提升对象的振动主动控制大型试验台架,并用 Matlab 进行仿真模拟.由于大型提升构件的控制模型无法准确得到,同时环境载荷多变,因此设计了模糊自适应 PID 控制系统,通过对 PID 控制器各参数的调整,使它适应随机环境载荷的影响和提升高度的不断变化.通过仿真分析可知,模糊自适应 PID 控制系统可以起到很好的控制效果,而且具有很好的鲁棒性、稳定性和安全性,具有较好的应用前景.     

Coriolis mass flow measurement at cryogenic temperatures

With the growing interest in liquefied natural gas (LNG) in the energy market, Coriolis mass flowmeters have been applied to many applications in the distribution of LNG. Since Coriolis flowmeters are normally calibrated at around room temperatures, measurements for LNG at cryogenic temperatures present a challenging condition. Firstly, a theoretical analysis for Coriolis mass flow sensors is provided considering the major changes of material properties (Young’s modulus and thermal expansion) at cryogenic temperatures. Then, a practical approach which can be used to correct the flow calibration factor obtained at a reference condition is presented. Finally, flow test results obtained from NIST’s cryogenic calibration facility are provided. Based on the results, it can be concluded that if a Coriolis flowmeter is calibrated at a reference condition and the flow calibration factor is corrected considering the non-linearity of Young’s modulus and thermal expansion change with temperature, it can still provide very accurate mass flow measurement even at cryogenic temperatures.     

基于磁流变液深孔钻削颤振抑制技术的研究

在传统的深孔加工过程中,切削振动很难抑制,只能凭借加工经验来判断和处理。本文利用磁流变液减振器来抑制振动,详细分析了磁流变液减振器的三种工作模式:流动模式、剪切模式和挤压模式。通过对深孔加工系统模型的分析得到系统动力学方程,并利用MATLAB/Simulink对系统动力学模型进行仿真分析,验证其可行性。比较分析结果表明,磁流变液减振器能够有效抑制深孔加工的切削振动。     

力干扰下的电液位置系统自适应鲁棒控制

在建立整个电液位置伺服系统的非线性方程中，由于未考虑到外界的未知干扰和建模过程中参数的变化，即液压缸黏性阻尼系数、液压缸总泄漏系数、液压油弹性体积模量会随外负载、工作温度等不同条件发生变化，模型的准确性会受到影响。通过自适应的方法让相应的参数实时变化，提高整个系统的稳定性。通过干扰观测器补偿外界的未知状况，从而提高整个系统的鲁棒性。通过对设计的控制器进行试验，实现对干扰的抑制。试验结果显示，该控制器对电液位置伺服系统的鲁棒性有明显的提高。     

Simple apparatus for measuring the dynamic shear modulus of cylindrical specimens

An apparatus is decribed which has been used to determine the shear modulus of cylindrical specimens vibrating in the torsional mode. The specimens are maintained in self-excited vibration by an eddy-current driver, an eddy-current pickup, and a feed back circuit consisting of a phase-locked-loop and an amplitude control module. The system has a frequency stability of 1 part in 10(6) for high-Q materials (a few thousand) in the audio range. In addition, it can automatically track frequency changes of a few percent with negligible error in phase or frequency.     

往复式低温制冷机的气体润滑

对低温机械应用气体润滑技术的情况进行了综述及讨论,重点针对往复式低温机械活塞密封的气体润滑,分析了低温活塞膨胀机气体润滑活塞密封的结构特点、性能及使用,介绍了低温制冷机迷宫密封的应用概况,反映了微型制冷机中最新研发气体轴承活塞的结构特点及动态.     

剪切型磁流变脂阻尼器转子系统的动力特性

为了解决磁流变流体沉淀给磁流变流体装置动力特性带来的影响,提出一类流变特性也可以随外加磁场发生显著变化的磁流变脂,基于剪切工作原理设计用于旋转机械转子系统的剪切型磁流变脂阻尼器及单盘悬臂转子系统,通过试验详细地研究剪切型磁流变脂阻尼器对转子系统动力特性的可控性、剪切型磁流变脂阻尼器抑制转子系统振动的有效性,以及剪切型磁流变脂阻尼器对转子系统的振动进行主动控制的适用性,并考察了剪切型磁流变脂阻尼器－转子系统的动力特性在长时间内的重复性。结果表明,利用一个低压电磁线圈产生的磁场就可以控制剪切型磁流变脂阻尼器－转子系统的动力特性,在合适的磁场条件下剪切型磁流变脂阻尼器能够极大地抑制转子系统的振动,剪切型磁流变脂阻尼器－转子系统的动力特性在较长的时间内具有良好的重复性,剪切型磁流变脂阻尼器适合作为转子系统振动的主动控制元件。     

半导体制冷/制热试验箱性能模拟和调节

微型橡胶材料试验箱拟采用半导体制冷／制热技术进行箱内温度工况的调节和控制,通过建立数学模型、模拟子系统,采用Matlabl／Simulink软件对系统进行性能模拟和调试,得出了几种调节方法下系统主要参数的动态和稳态过程,并简要分析了环境温度对调节参数的影响。模拟方法和结果对于系统设计、系统调试有一定指导作用。     

空间柔性伸杆机构振动抑制的半物理仿真试验

研究空间柔性伸杆机构的振动抑制问题,提出一种基于伸杆机构自适应指令整形(Adaptive input shaper, AIS)与航天器本体输出反馈控制相结合的复合控制策略,基于经验传递函数估计方法(Empirical transfer function estimate, ETFE),建立最优指令整形器(Optimal arbitrary input shaper, OAIS)的自调整机制,得到改进的自适应指令整形器。以金字塔构型的单框架控制力矩陀螺簇(Single gimbal control moment gyros, SGCMGs)为本体执行机构,详细设计基于实时仿真机、PMAC实时运动控制板卡、SGCMGs等实物的半物理仿真试验平台。在考虑环境干扰力矩以及执行机构控制受限的情况下对控制方法进行半物理仿真试验验证。结果表明：与基于OAIS 及无指令整形前馈控制的复合控制方法相比,提出的控制方法可有效抑制伸杆机构的低频振动,实现航天器本体姿态的精确跟踪和伸杆机构的高精度指向控制。