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。     

基于惯容负刚度动力吸振器的梁响应最小化

提出了两种新型的被动振动控制结构,即含有惯容器和负刚度的动力吸振器振动控制结构,并抑制梁的横向振动。在只考虑一阶模态函数情况下,使用固定点理论推导出了这两种新型动力吸振器的最优控制参数解析表达式。在此基础上,将两种不同的基于惯容负刚度的新型动力吸振器(模型1和模型2)分别与传统动力吸振器在不同质量比下进行了对比分析,数值结果表明,基于惯容负刚度的动力吸振器比传统动力吸振器对梁的振动控制更有效。对于质量比小的情况,模型2比模型1具有更好的减振效果。但是,质量比或者惯容质量比较大时,会导致模型2的最优负刚度比大于0,此时模型2的最优参数不适用。此外,还简要讨论了质量比和惯性质量比对最优系统参数的影响。     

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。     

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。     

磁流变弹性体动力吸振器的实验

针对船舶轴系纵向振动控制展开研究。结合智能材料磁流变弹性体结构特点,提出一种新型动力吸振器结构--磁流变弹性体动力吸振器(MRE-DVA)—的思想,通过利用磁流变弹性体的刚度可调特性设计一种新型的宽频吸振器,实现变转速工况下对船舶轴系纵向振动的有效控制。加工相应的轴系半主动控制吸振器,并进行移频效应测试试验,验证利用磁流变弹性体流变特性设计动力吸振器的构想,从而为推进轴系的纵向振动控制提供理论和工程依据。     

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。     

转子系统变刚度动力吸振器试验研究

为实现转速变化转子系统的振动抑制,提出了一种新型的变刚度动力吸振器,采用永久磁铁组成的变刚度机构实现吸振器的刚度和固有频率可调。设计了吸振器结构,建立了转子-永磁变刚度吸振器的动力学方程并分析了吸振器的工作原理。搭建了转子-永磁变刚度吸振器试验台和控制系统,编制了PID控制程序。在试验台上进行了永磁变刚度机构有效性试验、扫频吸振效果验证试验、转子定转速控制试验等试验。研究结果表明,所设计的变刚度动力吸振器能够达到振动抑制效果。     

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。     

动力吸振器在浮置板轨道低频振动控制中的应用

研究了动力吸振器对轮轨动力作用下浮置板轨道低频振动的控制特性。首先基于动力吸振器定点理论以及多自由度系统等价质量识别法,并通过对浮置板轨道进行模态分析,确定了浮置板附加动力吸振器的最优刚度、最优阻尼和最优附加位置;然后对浮置板轨道进行简谐响应分析,探讨了控制浮置板各阶模态振动的动力吸振器在不同质量比下的吸振特性;最后基于车辆-轨道耦合动力学模型,研究了列车动荷载作用下动力吸振器对浮置板轨道低频振动的控制特性。结果表明:动力吸振器能够有效地吸收浮置板轨道的固有频率附近的低频振动能量;动力吸振器的质量比越大,其吸振效果越明显;合理的吸振器设置能够有效地控制列车动荷载下浮置板低频振动及对应频段钢弹簧支反力向下部基础的传递。     

中间支撑梁式动力吸振器的设计与实验研究

通过在中间支撑梁端部布置质量块设计多自由度动力吸振器，首先分析所设计的动力吸振器的理论模型。然后通过优化算法推导得到多自由度动力吸振器的最优频率比、最优阻尼比。最后以单自由度、2自由度和四自由度动力吸振器为例，通过实验验证所设计的多自由度动力吸振器。理论分析与实验结果表明：对于相同质量的吸振器，四自由度动力吸振器的振动控制效果明显优于单自由度及2自由度动力吸振器，并且其可控制频带更宽。