船舶推进轴系纵向振动抑制研究

针对船舶轴系的纵向振动情况,建立“螺旋桨—轴系”纵向振动的动力学模型,并推导出其前3阶模态振型。同时,建立轴系的有限元模型,并将计算结果与解析解进行对比。提出用动力消振的方法对船舶轴系的纵向振动进行抑制。通过对实际转速下轴系纵向振动情况的仿真模拟,发现在船舶正常工作范围内,轴系的实际振动状况与其1阶模态十分接近,于是利用轴系纵向振动的响应在其第1阶模态处进行截断,列出轴系加装动力吸振器之后的动力学微分方程,并推导出加装动力吸振器后系统的响应表达式。针对系统的响应公式,设想利用磁流变弹性体材料制作宽频动力吸振器,并进行简单的概念设计。提出的设计方案为船舶推进轴系振动抑制提供一种新的思路。     

基于磁流变弹性体的推进轴系半主动式吸振器研究

根据船舶推进轴系纵振动力学特性,针对动力吸振器的减振机理进行研究,并对半主动式吸振器的设计参数影响规律进行理论分析。基于磁流变弹性体的剪切模量可由外加磁场控制的特性,设计了一种剪切刚度可调的半主动式吸振器,对其移频特性进行了试验测试,并在1∶4的船舶轴系缩比模型上进行了变转速工况下吸振效果试验。实验结果表明,该吸振器具有12.3 Hz的移频范围,移频特性曲线线性度良好;并且在不同转速下相比被动式吸振器均有更好的吸振效果,进一步验证了利用磁流变弹性体设计推进轴系半主动式吸振器的可行性。     

船舶推进轴系纵振动力吸振器设计及参数影响规律研究

摘要：本文提出一种并联安装在船舶轴系上的纵振动力吸振器的设计方法,其中船舶轴系与动力吸振器构成主从系统,实现振动能量在主系统上发生转移,实现抑制主系统共振的目的。首先对船舶轴系的纵向振动进行固有频率和模态分析,其次采用模态截取和模态综合法建立了考虑船舶轴系作为弹性连续体情况下的轴系-动力吸振器混合动力学系统模型,最后给出从螺旋桨激励力传递到推力轴承基座端的动力放大系数解析式,并对动力吸振器的设计参数影响规律进行研究,为减小船舶轴系纵向振动的动力吸振器设计提供了理论依据。     

中空轴系多模态纵向减振研究

采用阻尼动力吸振器对中空轴系纵向多阶模态进行振动控制,结合子结构综合法和传递矩阵法,建立了多个阻尼动力吸振器-轴系耦合系统的动力学模型,并进行了动力学特性分析。考虑到各阶阻尼动力吸振器间的相互影响,以极小化目标频段范围内轴系位移响应的均方值为目标函数,对各阶阻尼动力吸振器的参数进行了联合优化;针对轴系中空特点,设计了阻尼动力吸振器的具体结构形式,利用有限元仿真对理论计算进行了验证。研究表明:轴系多模态控制时,在多阶阻尼动力吸振器作用下,目标频段范围内的轴系纵向共振峰得到抑制,频响曲线趋于平缓;对多阶吸振器进行联合优化后,吸振器的吸振效果得到进一步提升;提出的多阶吸振器设计方法能为连续系统多模态振动控制提供参考。     

磁流变弹性体调频吸振器的研制

传统的动力吸振器吸振频带较窄,限制了稳定性和吸振效果的提高,影响了其应用范围.而磁流变弹性体是一种剪切模量可由外加磁场可控的智能材料.本文利用磁流变弹性体作为动力吸振器的弹性元件和阻尼元件,并采用移频调谐的控制方法,设计了一种可调频的动力吸振器.对其进行的动力特性的研究表明,该吸振器移频范围较宽,在较宽的吸振带宽内具有较好的吸振效果.     

轨道车辆车体半主动式磁流变吸振器的减振特性研究

以降低城市轨道交通车辆车体的垂向振动、提高乘客舒适度为目的,根据磁流变弹性体材料刚度可调、固有频率可变的特点,建立了包含磁流变弹性体的半主动吸振器的车轨垂向振动模型,提出了适用于城轨车辆的利用磁流变弹性体的动力吸振器设计方法。针对城市轨道车辆的客流量及车速变化频繁的特点,利用多元回归分析法拟合了半主动式磁流变吸振器的最佳设计频率表达式,研究刚度优化后的半主动式磁流变吸振器对车体垂向减振特性,并进一步指出了磁流变吸振器的优点。结果表明:在磁流变吸振器的有效工作频段内,半主动式磁流变吸振器在车体的各振动频率点的吸振能力都优于被动式吸振器,其宽频减振优势明显;经过最佳设计频率表达式修正的磁流变吸振器可与车体始终处于谐振状态,使车辆的运行品质时刻保持在优级。该项工作为利用磁流变弹性体的轨道车辆车体半主动式吸振器的应用提供了参考依据。     

宽频吸振器设计及其刚度控制

针对传统吸振器减振频带狭窄的问题进行半主动吸振器研究,介绍磁流变弹性体的制备原料及配比。基于磁偶极子理论分析磁流变效应。利用Matlab对半主动吸振器进行建模和仿真,并分析其宽频减振性能,针对添加吸振器导致的受控系统共振现象,提出消除共振的刚度控制方法。以磁流变弹性体为弹性元件设计吸振器,通过实验验证所设计吸振器的宽频减振效果,分析受控系统的幅频特性,并对提出的控制方法进行验证。     

磁流变弹性体主动式自调谐吸振器控制系统的研究

为了实现对一种基于磁流变弹性体的主动式自调谐吸振器的减振控制,提出了变步长寻优与反馈控制相结合的控制算法,设计了以TMS320F2812DSP为核心的控制器。利用以上控制系统,在多模态实验平台上进行了吸振器的减振实验研究,结果表明该控制系统能够独立控制磁流变弹性体主动式自调谐吸振器的减振,寻优时间小于15s,并且减振效果良好     

磁流变弹性体吸振器的拓频控制设计与simulink模拟优化

磁流变弹性体因其剪切模量可控、稳定性好且响应速度快,逐渐被应用于动力吸振器,而以定点理论推算的最优阻尼比和调谐比不适用于主系统含阻尼、振子固有频率变化的吸振系统。根据磁流变弹性剪切模量随磁场强度变化而变化,子系统振子固有频率随之变化的原理,设计优化了双自由度主系统含阻尼的磁流变弹性体吸振器数学模型,通过磁场强度的改变可实现吸振的目的。基于Matlab simulinkd模块,为实际应用构造了时域、频域模型,模拟分析了吸振器的工作原理和拓频设计,为磁流变弹性体的半主动吸振器的应用提供了设计依据。     

基于声学黑洞波动控制技术的槽型轨动力吸振器减振降噪特性研究

轨道交通引起的环境振动噪声问题持续增加,即使目前具有多种控制效果良好的减振降噪措施,但仍有望做进一步的提升。在该研究中提出了一种新型的槽型轨道动力吸振器,将声学黑洞波动控制技术与动力吸振原理相结合。该吸振器设计的目标是保证主结构强度与刚度的前提下,采用附加的声学黑洞阻尼振子作为吸能单元,对主结构的振动能量进行传递、吸收与耗散。为了研究声学黑洞型动力吸振器对槽型轨道振动特性和声辐射特性的影响,利用仿真分析对不同类型的动力吸振器下槽型轨道的位移导纳和振动衰减率进行了评估;采用滚动噪声预测模型计算分析了声学黑洞型动力吸振器的降噪效果并探究了其参数对轮轨振动噪声的影响规律。结果表明：槽型轨在800～1 000 Hz频段内的一阶pinned-pinned在未采取措施的情况下振动响应显著,振动衰减率仅为0.68 dB/m,在安装了声学黑洞型动力吸振器之后轨道结构的振动衰减率上升到1.80 dB/m,提高率可达265%。     

基于INM模型的天津机场飞机噪声污染预测与防治研究

随着我国航空运输业的不断发展,飞机噪声污染问题已经成为限制民航发展的主要问题之一。调查统计了天津机场2018 年实际航空业务量和规划航空业务量,利用INM模型计算飞机噪声并绘制等值线图,根据计算结果分析飞机噪声对周边环境的污染情况。计算结果表明,受航空业务量增加和第三跑道建设的影响,天津机场周边受飞机噪声影响的面积和人数显著增加。结合国际民航组织（ICAO）针对飞机噪声控制提出的“平衡做法”,研究天津机场可以采用的噪声污染防治措施,主要包括减少噪声源、土地使用的合理规划和管理、采用减噪飞行程序。     

动力吸振器在方向盘NVH性能优化中的应用

针对某车型方向盘振动过大问题,以试验模态测试与频谱分析相结合的方法进行问题识别,发现传动轴共振是引起方向盘振动过大原因。对比增加动力吸振器前后传动轴模态频率及方向盘振动幅值的变化,试验结果表明方向盘的振动问题得以有效解决。     

动力吸振器对薄板声辐射效率的调控特性

薄(壁)板结构是飞机、高铁、船舶等工程中最常见的结构。薄板结构受到外部动力源的激励不可避免地引起振动噪声超标的问题。动力吸振器相比于表面加筋和敷设阻尼材料等减振降噪方法,具有参数可设计、频率针对性强等优势。然而,目前关于动力吸振器对薄板结构声辐射的调控特性分析并不充分,很多研究人员以及工程师笼统地认为,利用动力吸振器来减小薄板结构振动就可完全达到最好的抑制声辐射效果。实际上,动力吸振器对于薄板结构的声辐射效率的调控会直接影响其抑制声辐射的效果。本文研究了动力吸振器对薄板结构声辐射效率的调控特性,从理论上推导了含有动力吸振器的薄板结构声辐射效率计算方法,并利用数值计算方法分析了动力吸振器的声辐射效率调控特性。动力吸振器的安装,能对薄板结构在吸振器工作频率附近的模态振型和模态频率产生明显的调控作用,从而对声辐射效率产生调控作用。通过调谐动力吸振器的质量和频率,能够降低薄板结构目标模态的频率,或者改变对应的模态振型,实现对声辐射效率的抑制效果。     

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。     

Parametric study to identify the cause of high torsional vibration of the propulsion shaft in the ship

Since torsional vibration can lead to fatigue failure of the propulsion shaft in a ship, it should be restricted from the first step of the design through calculation and verified at the sea trial test step through measurement. Considering that the torsional vibration of the shaft is a system characteristic, it is strongly related to the vibration modes at the natural frequencies of the shaft. Therefore, the actual torsional vibration problem can occur due to the variation of parameters such as those of the vibration system, including mass of inertia, damping, and stiffness, which differ from the design.In this research, the root cause analysis of the high torsional vibration which occurred in the actual ship is described through a parametric study performed using numerical analysis. Parameters that can increase the torsional vibration of the propulsion shaft are selected, including coupling stiffness, shaft stiffness, coupling damping, and shaft damping. Through the torsional vibration calculations with variations of these parameters, the extent of the effect of these parameters on the torsional vibration of the propulsion shaft is investigated and the cause of the increased torsional vibration is identified.     

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。     

弹性板吸振控制的无量纲功率流研究

运用功率流的方法研究了动力吸振器用于抑制简支矩形薄板简谐振动的问题，为使研究结果具有一般性，将系统中的结构导纳和功率流进行了无量纲化。以控制频率范围内输入主振系的净功率流最大值最小化为优化设计方法，对板的第一阶共振的吸振问题进行了计算和分析，结果显示，吸振器能有效的抑制主系统的净功率流峰值，增大质量比可以提高控制效果，但这在质量比较大时并不理想，并且在实际工程中，不需要知道主振系损耗因子的精确值。     

梁式动力吸振器用于抑制薄板振动的研究

提出了一种适合于弹性结构宽频带吸振的均直梁式动力吸振器,研究了梁板耦合结构的功率流特性。在此基础上,提出了以控制频率范围内输入主振系的净功率流最大值为控制目标的梁式动力吸振器的优化设计方法,并通过数值仿真验证了该方法的有效性。最后,分析了梁的损耗因子对系统功率流特性的影响。研究表明：梁式动力吸振器不但结构简单,质量比小,安装方便,而且吸振频带宽,吸振效果好。