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。     

高层结构附加轨道非线性能量阱减振性能研究

轨道非线性能量阱(Track Nonlinear Sink,轨道NES)是一类被动减振控制装置,通过附加质量块沿轨道运动提供非线性回复力,以达到降低主体结构响应的目的。对轨道NES的回复力和控制系统的运动方程进行了理论分析和公式推导。对附加于32自由度主体结构的轨道NES进行了参数优化,优化后的轨道NES减振性能良好,并对装置刚度的变化具有较高的鲁棒性,但对装置阻尼变化较敏感。基于此问题,提出了单边碰振轨道非线性能量阱(Single-sided Vibro-impact Track Nonlinear Energy Sink,SSVI轨道NES),并考察了SSVI轨道NES装置刚度和阻尼同时发生变化时的减振性能。结果表明SSVI轨道NES能够有效降低结构响应,并同时具有良好的NES刚度和阻尼鲁棒性。     

轨道非线性能量阱阻尼对其减振性能的影响

非线性能量阱(Nonlinear Energy Sinks,NESs)属于被动结构控制技术,通过产生非线性回复力降低主体结构响应。该论文所研究的轨道非线性能量阱(简称轨道NES)是一种新型的NES,由轨道和附加质量组成。轨道与主体结构固定,质量块沿轨道运动,通过改变轨道形状,可产生所需的非线性回复力。对轨道NES进行了理论分析,推导了轨道NES回复力表达式和附加轨道NES系统的运动方程。对一两自由度主体结构附加轨道NES进行了数值优化,优化后的轨道NES减振性能良好,且对主体结构刚度的变化具备较高的鲁棒性。但同时,研究发现轨道NES减振性能对输入能量大小较敏感。为改善其能量鲁棒性,又对NES阻尼进行了研究,分析其对轨道NES减振性能的影响。结果表明,当结构刚度和初始速度一定时,轨道NES阻尼存在最优值使结构减振效果最佳,即可以通过调整NES阻尼进一步改善其能量鲁棒性。     

风荷载作用下复刚度阻尼TMD减振结构优化设计

利用复刚度阻尼进行减振的优化设计理论亟需发展。建立具有复刚度阻尼特征的调频质量阻尼器(TMD)减振结构的动力学方程,并基于定点理论提出了采用复刚度阻尼的TMD结构最优频率比和最优阻尼比确定方法。对具有复刚度阻尼特征的TMD减振结构在简谐激励和平稳随机激励下的稳态响应进行了分析。以主结构位移振幅最小为优化条件,推导TMD的阻尼和频率最优参数的理论公式。结果表明复刚度阻尼TMD的整体减振效果接近于黏滞阻尼减振结构,在相同质量比和一定频率范围内,复刚度阻尼比黏滞阻尼可能具有更好的减振效果。对Davenport风速谱下复刚度阻尼TMD减振结构的随机响应进行分析,结果表明TMD的减振效果要弱于白噪声作用下的结果,复刚度阻尼TMD减振效果稍逊于黏滞阻尼的情况,但二者结果较接近。在应用TMD减振技术时,采用复刚度阻尼是一种有益的选择方案。     

非线性能量阱在悬臂薄板振动抑制中的应用研究

悬臂结构在航空航天领域应用广泛,由于结构受到激励作用而产生共振行为,因此结构的振动抑制问题显得尤为重要。非线性能量阱(Nonlinear Energy Sink,NES)以质轻、能量单向传递以及减振效率高等特点,为其引入到航空航天结构的减振设计中提供了条件。利用NES对悬臂矩形板进行减振研究。考虑Kirchhoff经典薄板模型,建立了薄板与NES耦合的动力学方程,通过模态截断研究了薄板一阶横向弯曲时结构的响应问题,分析了不同参数下NES的减振效果,发现NES对结构响应位置较为敏感,并且在位移响应最大位置处减振效果最大。以期为悬臂结构在工程应用中提供一些理论上的支持。     

阻尼加强筋板架减振性能试验研究

基于试验模态分析,考察船用加强筋板架模型在不同敷设位置,全部进行约束阻尼等处理方式对系统动态特性的影响。试验结果表明:(1)板架表面进行约束阻尼处理后,在不同测点位置,结构表面振动均有不同程度的衰减;(2)阻尼减振作用与激励源传播距离有关,在激励点位置,阻尼减振效果不佳;(3)阻尼减振效果与激励方式、阻尼敷设位置均有一定关系,局部阻尼处理在特定情况下可达到与全部阻尼处理相当的减振效果。     

基于颗粒阻尼的车轮声辐射特性分析

针对列车运行时由于轮轨的不平顺造成的车轮振动以及由振动产生辐射噪声的问题,利用颗粒阻尼附加质量小和宽频减振效果好的优点,在车轮踏面上设计颗粒阻尼振动器来衰减和抑制车轮振动和辐射噪声,同时研究两种不同激励载荷作用下的车轮声辐射特性。试验结果表明:相比于空轮以及空心阻尼环,颗粒阻尼器在宽频带内具有优良的振动抑制和降噪效果,在轴向和径向激励载荷作用下,安装颗粒阻尼器可以使车轮的振动大幅衰减,最大减振幅值可达39 dB,最大降噪幅值为14.68 dB(A)。     

基础对建筑结构振动的影响分析

基于基础振动弹性半空间理论和子结构法建立土-基础-结构动力相互作用模型,分析基础对于上部建筑结构水平向滑移、摆动以及竖向振动的影响。分析结果表明基础等效半径增加,可以增加地基对于上部结构的辐射阻尼、刚度以及附加振动质量,有效地减小地面环境微振动对上部结构的影响。建筑结构设计中,适当考虑基础形式和面积对环境微振动的衰减效应,是经济实用且效果较好的设计思路和减振措施。     

振动波分离引起的能量耗散性能分析

通过在结构上附加阻尼弹簧支撑,利用非经典阻尼引起的模态复化效应使系统产生振动局部化现象,研究了简支梁结构在简谐位移激励作用下振动响应的抑制问题。采用波传播法描述结构的位移响应,利用阻尼弹簧支撑限制行进波分量向梁左侧区域的传播,从而实现了行波和驻波的空间分离和振动能量的定向传递。采用振动功率流方法分析了结构中的波形转换、能量储存和流动,确定了振动能量的流动方向。详细研究了阻尼弹簧支撑设计对梁结构振动能量的耗散作用,揭示了行波与驻波分离发生时刻振动能量的传递规律。通过典型算例,充分展示了利用阻尼弹簧支撑抑制结构振动响应的效果。探讨了激励频率、支撑刚度、位置和阻尼系数等参数对振动能量耗散性能的影响,比较了不同设计方案的抑振效果和能量耗散状况。     

壳间新连接结构形式下双层圆柱壳声振性能分析

从衰减振动波传递入手,对双层壳间连接结构进行了声振设计。运用减振隔振原理和Snowdon隔振模型,提出具有高弹性、高阻尼的近似质量—弹簧—阻尼减振特性的橡胶—质量块新型壳间连接结构,并对双层壳声振特性进行了数值仿真分析,最后讨论了连接元件刚度、材料阻尼和中间质量块变化对双层壳声振传递特性的影响。研究表明：提出的新型壳间连接结构能有效降低双层壳振动声辐射;弹性连接元件的刚度、阻尼和附加中间质量变化对减振降噪效果有较大的影响。研究结果可供潜艇声隐身设计参考。     

基于多尺度方法的带颗粒阻尼悬臂梁自由振动半解析分析

被动式颗粒阻尼器原理简单、性能优越,广泛应用于结构减震领域。极端环境容易激起结构的高频振动,颗粒阻尼的非线性特性使得多模态振动的减振特性相互耦合。采用模态综合法分析自由端带集中质量块的悬臂梁、离散单元法模拟颗粒阻尼器中颗粒集的运动,基于多尺度分析的球-墙耦合模型建立了揭示结构多模态振动条件下颗粒阻尼减振机理的半解析分析模型。分析表明,颗粒阻尼器具有良好的减震效果,减振性能受结构振动模态影响很大。与单一模态振动减振性能相比,多阶模态振动同时存在时,低阶模态幅值的衰减出现了滞后,而高阶模态幅值的衰减则明显加快。因此,采用单一模态获得的等效阻尼比不足以表征复杂振动条件下颗粒阻尼器的减振性能。     

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。     

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.     

间隙约束悬臂梁振动系统动力行为研究

运用分段线性系统分析理论，研究间隙约束的悬臂梁振动系统在简谐激励下系统稳态响应的动力学行为。首先建立间隙约束的一般线性系统动态响应分析的理论模型，以传递函数为基础，推导系统的动力学分析方程及其求解方法。然后对系统进行数值求解分析，得到该系统稳态响应随激励频率、幅值以及间隙接触刚度和阻尼变化的一般规律。研究结果对于间隙振动系统分析和间隙型减振结构设计都有重要意义。     

基于Bessel和Meijer-G函数的楔形和锥形悬臂梁振动分析

基于欧拉-伯努利梁理论,利用Lagrange法建立了楔形和锥形截面梁在外激作用下的非线性微分方程.提出了一种基于Bessel函数和Meijer-G函数线性组合的无需迭代及近似截断的振型函数,且该振型函数不依赖于楔形和锥形变截面梁的弯曲振动的运动方程是否为标准的Bessel形式,该方法能快速求解线性基频和模态函数.随后将...     

磁性液体阻尼减振器的实验研究

针对要求结构紧凑和能量耗散较小的场合,提出一种新的磁性液体阻尼减振器。这种减振器利用了磁性液体的独特性质,依靠液体的粘性阻尼耗散能量,是一种新型的吸振装置。利用基于弹性悬臂梁的减振实验,研究多种实验参数对这种减振器加于悬臂梁后减振效果的影响。实验结果表明,磁性液体阻尼减振器在实验中所有频率上对悬臂梁的振动都具有减振作用,而且同一减振器在小于1Hz的振动频率范围内减振效果最好;实验中同种结构参数的减振器当使用饱和磁化强度为27.01kA/m的磁性液体时达到了最好的减振效果;此外,磁性液体阻尼减振器对弹性悬臂梁的减振作用分别随着其中永磁体半径和永磁体孔半径的增大而增大,而且永磁体与外壳间有一最佳间隙,使其在其它参数相同时对悬臂梁的减振作用达到最大。     

非对称非线性质量阻尼器试验研究及鲁棒性分析

提出一种新型控制装置——非对称非线性能量阱(非对称NES),以解决调谐质量阻尼器(TMD)对主体结构频率敏感和非线性能量阱(NES)对能量输入敏感的问题。非对称NES以一型NES为基础,将非线性弹簧拉离初始位置,加入线性弹簧与之平衡,所得恢复力具有线性和非线性的综合特点。在某缩尺3层钢框架结构上附加非对称NES进行试验,在脉冲型荷载作用下分析两类受控主体结构的结构响应。并使用经试验验证的数值模型,在某6层主体结构上分别附加非对称NES、TMD和一型NES进行数值研究,对比脉冲型荷载和地震作用下的结构响应。分析结果表明,非对称NES控制性能优越,兼备频率鲁棒性和能量鲁棒性,在输入能量和主体结构频率改变时均展现出良好的控制效果。     

悬臂梁易损部件在矩形加速度脉冲激励下的动力学响应与有限元分析

为分析悬臂梁易损部件在矩形脉冲激励下的振动响应,推导出悬臂梁在悬臂端处动态应力的近似解析解,得到最大应力与矩形脉冲峰值之间的关系,分析结果表明：在速度变化量一定时,最大应力随加速度脉冲幅值的增加而增加,但会无限逼近极限值。最后建立了易损件-质量主体在矩形脉冲激励下的有限元模型,并与解析解进行了对比,发现运用2阶振动模态即可得到精确的悬臂梁的应力响应,所取得的研究成果为具有悬臂梁式易损件在蜂窝纸板缓冲作用下的防护提供理论基础。     

质量调谐-颗粒阻尼器复合减振体系的力学解析及优化分析

针对调谐质量阻尼器(TMD)和颗粒阻尼器的减振特点及各自不足,提出将并联式单向单颗粒阻尼器(PSSPD)与TMD有机结合的复合减振技术方案—PSSPD与TMD并联体系.在深入剖析其减振特性的基础上,将颗粒与受控结构之间的碰撞力等效为脉冲力,建立复合减振体系力学模型和方程.采用时域和频域结合的方法并对模型进行分析并求解,...     

大型空间柔性桁架结构等效建模与动力学分析

大型空间柔性桁架结构具有周期性、大柔度、构型复杂等特点,其等效建模是进行振动控制器设计的关键性技术之一。基于能量等效原理和经典Timoshenko梁理论,对刚性连接的大型空间柔性正三棱柱桁架结构进行了等效建模与动力学分析,采用Taylor展开方法推导了等效梁模型的刚度和质量表达式,对比分析桁架结构与等效梁模型的固有振动特性,二者吻合较好。数值结果表明了等效方法的有效性且等效梁模型具有较高的精度。