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。     

面向船舶振动抑制的电磁吸振器优化设计

船舶航速变化、空压机变转速运行等因素会引起变频振动。减振浮筏是现代船舶上普遍采用的一种双层隔振系统,但其并未在振动源头上采取措施。针对船舶浮筏上的变频振动,基于电磁弹簧原理对电磁吸振器进行优化设计。通过有限元分析得到吸振器的结构静变形、应力分布与其各阶谐振频率和振型,通过电磁仿真得到吸振器的磁场分布。对吸振器的刚度线性度进行优化以提高吸振器的频率跟踪控制精度。通过电磁力的解析模型优化目标函数,提出一种电磁刚度线性度的优化方法,并通过对实验样机进行加工,实现对100 kg负载的变频振动频率跟踪振动抑制的实验验证。     

用于含阻尼薄板结构减振的分布式动力吸振器的优化方法研究

动力吸振器用于结构减振时,其参数需要经过优化调谐才能获得最优的减振效果;目前,针对用于连续体结构减振的分布式(或多个)动力吸振器还没有很便捷的优化方法。研究了用于抑制含阻尼薄板结构基础模态振动的分布式动力吸振器的参数优化方法;利用模态叠加法建立了薄板与分布式动力吸振器的动力学方程,根据动力吸振器的振动特性推导得到了薄板基础模态与吸振器的简化二自由度运动方程,结合含阻尼的线性系统中动力吸振器最优调谐参数的求解方法,最终得到了分布式动力吸振器的解析优化公式。通过数值计算验证了优化公式的有效性;数值计算分析还表明优化公式对分布式动力吸振器抑制薄板结构的低频综合振动有很好的优化效果。     

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。     

新型宽带动力吸振器优化设计*

基于导纳功率流理论建立了变截面阻尼复合梁式新型宽带吸振器吸振分析理论模型,以输入被控制结构净功率峰值最小为目标函数,运用混沌粒子群算法对吸振器参数进行了优化,并给出了吸振效果较好的参数分布范围。结合实验结果表明：通过混沌粒子群算法优化后的得到的变截面阻尼复合梁式新型宽带吸振器具有好的吸振效果。     

基于智能算法的动力吸振器多参数优化研究

动力吸振器在改善系统振动与噪声方面应用广泛,优化动力吸振器的参数是提高动力吸振器性能的关键。设计动力吸振器多参数优化目标函数,研究人群搜索算法在动力吸振器参数优化中的应用,并运用人群搜索算法、遗传算法和粒子群算法进行仿真计算,对比三种算法对动力吸振器进行参数优化时的稳定性、计算速度、计算精度。结果表明,所设计的基于人群搜索算法的优化方法具有较好的稳定性及计算精度,但计算速度稍慢于另外两种算法。工程实例证明,基于人群搜索算法优化后的动力吸振器对于改善汽车部件共振、降低车内噪声具有良好效果。     

滞回阻尼吸振器和粘滞阻尼吸振器的吸振性能比较

针对四种不同阻尼形式的主结构-动力吸振器模型,即(a)主结构滞回阻尼,吸振器滞回阻尼;(b)主结构滞回阻尼,吸振器粘滞阻尼;(c)主结构粘滞阻尼,吸振器滞回阻尼;(d)主结构粘滞阻尼,吸振器粘滞阻尼,详细推导了动力放大系数的表达式,然后采用范数优化准则得到了各个模型的最优参数。在最优参数下,比较不同阻尼形式的吸振器对于同样形式阻尼的主结构吸振性能的差异,以及这些差异在不同质量比和不同的主结构阻尼因子下的变化趋势。分析结果表明,滞回阻尼吸振器和粘滞阻尼吸振器在质量比较小或主结构阻尼因子较小的情况下差别较小,但对于共振区的抑振效果,两者还是存在一定的区别。     

两级串联式动力吸振器的参数设计

针对在主系统上附加两级串联式动力吸振器后构成的三自由度系统,通过求解其振幅放大率表达式,分析系统是否在某种条件下存在定点,结果表明当吸振器阻尼均存在时,不存在定点,故无法用定点理论对吸振器参数进行优化。通过编写计算程序对吸振器的各个参数进行数值优化,使主系统振幅放大率曲线的三个峰值点几乎等高,得到大量算例,并对其进行曲线拟合得出实用近似最优关系式,使设计效率提高。优化后,通过与不同型式的动力吸振器进行比较,发现两级串联式动力吸振器的吸振效果更好。     

基于动力吸振原理的低频多模态抑振器设计EI北大核心CSCD

为实现结构低频振动控制,基于动力吸振(dynamic vibration absorber, DVA)原理设计了一种多模态抑振器。为研究吸振器阵列与抑振器阵列的抑振效果,建立了附加动力吸振器阵列四边简支板的动力学耦合模型,验证了动力吸振器阵列的振动控制效果;提出了以橡胶板-质量块、橡胶基体-金属柱壳为主要组成结构的多模态低频抑振器,从理论上计算了其各组成结构的轴向共振模态频率,并以动力吸振器参数为基准对抑振器几何参数和材料参数进行了调整,最终通过仿真和实验验证了抑振器阵列振动控制效果。结果表明:当吸振器阵列或抑振器阵列布置位置覆盖结构主要模态下最大变形位置时即可达到最佳控制效果;吸振器阵列与抑振器阵列均有一定的振动控制效果,与吸振器与受控对象间为点接触不同,面接触放大了阻尼在振动控制中的作用,因此抑振器阵列的振动控制效果更为明显。     

颗粒阻尼吸振器试验研究

结合动力吸振器的工作原理,将颗粒阻尼器弹性支承于主结构上组成颗粒阻尼吸振器。颗粒阻尼吸振器旨在解决两个问题:(1)为传统动力吸振器提供较大阻尼抑制共振峰而不影响其吸振性能;(2)微小振动加速度(小于1g)或振动惯性力无法克服颗粒间的静摩擦力时传统颗粒阻尼器的失效问题。对安装了颗粒阻尼吸振器的悬臂梁结构进行了动力学特性试验,与同等条件下刚性支承颗粒阻尼器以及传统动力吸振器进行了比较,试验结果表明颗粒阻尼吸振器达到了预期的设计效果,很好地弥补了颗粒阻尼在微振动环境下的不足。此外,颗粒阻尼吸振器的阻尼仅取决于吸振器质量的加速度,与主从质量之间的相对速度无关,故大阻尼对其吸振性能不产生任何影响,可以按照传统的无阻尼动力吸振器进行参数设计。     

液压缸非线性弹簧力约束下轧机吸振器参数的优化

考虑四辊轧机液压缸非线性弹簧力约束的因素,引入吸振器控制装置,建立带有轧机吸振器的轧机辊系振动动力学模型;通过对轧机吸振器基本参数的优化,得出吸振器最优的阻尼系数和刚度系数;仿真分析不同质量、弹簧力、摩擦力对轧机辊系振动幅频特性曲线的影响规律,得到轧机吸振器的最优质量可以有效提高系统稳定性,轧机吸振器的最优弹簧力可以缩小系统的不稳定区域,轧机吸振器的最优摩擦力可以有效降低幅频特性曲线的高度,为有效抑制轧机辊系垂直振动提供理论支持。     

基于吸振器控制的轧机辊系时滞反馈研究

考虑四辊轧机液压缸非线性弹簧力约束的因素,建立带有吸振器的两自由度轧机辊系模型。引入时滞反馈控制函数,设计带吸振器的轧机辊系振动位移、振动速度时滞反馈控制方程。通过分析轧机辊系振动极限环幅值和幅频特性的稳定性,得到不同反馈增益参数和时滞量参数对轧机辊系主系统的影响规律。适当地增大反馈增益系数g1和g2,减小时滞量系数τ1和τ2,可以改善系统的稳定性和收敛性。     

基于动态横向转移载荷的轮式装载机侧倾稳定性研究

为研究轮式装载机动态侧倾稳定性,在考虑车身侧倾和动臂俯仰的基础上,构建基于拉格朗日法和包含动坐标系的轮式装载机十自由度侧倾动力学模型,求解出非平稳路面与发动机耦合激励下的侧倾响应,推导出表征侧倾稳定性的动态横向转移载荷方程,并分析了横向坡度角、动臂结构参数和转弯速度变化对侧倾角与动态横向转移载荷的影响趋势。结果表明:车身侧倾角和动态横向转移载荷随横向坡度角、动臂质量和举升角以及转弯速度的增加而不断增大,但横向坡度角和动臂举升角对侧倾稳定性的影响灵敏度较高;当车身侧倾角超过临界横向坡度角时,两侧车轮垂向载荷发生完全动态横向转移,使一侧车轮产生离地现象进而导致侧倾;上述模型和动态横向载荷转移表征方法可为后续的性能优化提供研究方法和理论基础。     

基于吸振器控制的两自由度轧机辊系特性研究

考虑四辊轧机液压缸非线性弹簧力的影响因素,引入吸振器控制装置,建立带吸振器的两自由度轧机辊系模型,通过分析轧机耦合系统平衡点,得出增大吸振器的刚度系数能有效避免Hopf分岔和混沌动力学行为的产生;通过分析频谱曲线、时域曲线,得出吸振器装置可以增大谐振频率与主共振频率之间的距离,缩短轧机辊系从不稳定状态收敛于稳定周期的时间;通过幅频特性曲线,得出在一定范围内减小吸振器的质量可以提高系统的稳定性,增大吸振器弹簧力可以缩小系统不稳定区域,增大吸振器摩擦力可以降低系统的振动幅值。     

微带方形开口环的高效太赫兹波吸收器研究

设计了一种基于微带方形开口环结构的太赫兹波吸收器,它由顶层方形开口环、中间电介质层基体和底层金属板组成.提出一种等效电路模型,利用该模型完成了对太赫兹波吸收器的设计、加工与测试.研究结果表明,吸收器在0.575THz处吸收率高达0.993.通过对器件的物理尺寸及材料参数的灵活调节,经优化设计即可实现对不同频率入射电磁波的高吸收.该吸收器具有结构简单、体积小、吸收率高等优点,有望在频谱成像、热辐射探测等应用中发挥重要作用.     

Optimization of doubly Q-switched lasers with both an acousto-optic modulator and a GaAs saturable absorber

A doubly Q-switched laser with both an acousto-optic (AO) modulator and a GaAs saturable absorber can obtain a more symmetric and shorter pulse with high pulse peak power, which has been experimentally proved. The key parameters of an optimally coupled doubly Q-switched laser with both an AO modulator and a GaAs saturable absorber are determined, and a group of general curves are generated for what we believe is the first time, when the single-photon absorption (SPA) and two-photon absorption (TPA) processes of GaAs are combined, and the Gaussian spatial distributions of the intracavity photon density and the initial population-inversion density as well as the influence of the AO Q-switch are considered. These key parameters include the optimal normalized coupling parameter, the optimal normalized GaAs saturable absorber parameters, and the normalized parameters of the AO Q-switch, which can maximize the output energy. Meanwhile, the corresponding normalized energy, the normalized peak power, and the normalized pulse width are given. The curves clearly show the dependence of the optimal key parameters on the parameters of the gain medium, the GaAs saturable absorber, the AO Q-switch, and the resonator. Sample calculations for a diode-pumped Nd3+:YVO4 laser with both an AO modulator and a GaAs saturable absorber are presented to demonstrate the use of the curves and the relevant formulas.     

A theoretical assessment of a thermal technique to measure acoustic power radiated by ultrasound transducers

The parameters affecting the temperature rise in an insonified absorber are studied computationally. Finite-element and analytical solutions are obtained for the transient energy equation in a cylindrical absorber. When the ultrasound beam radius is less than the radius of the absorber, the temperature field is seen to be considerably more complex than when the absorber cross section is uniformly heated. Circumstances in which power predictions based upon uniform heating would result in appreciable error are identified. The rise time required to achieve equilibrium is studied as a function of operational parameters, including absorber geometry and thermal properties as well as ultrasound beamwidth and frequency. The rise time is seen to increase approximately as the square of the absorber length, while optimized temperature rise increases linearly with absorber length, demonstrating a tradeoff in ultrasound power determination via equilibrium temperature measurements: longer lengths produce higher sensitivity, but also longer times before measurements can be made. A transient technique that may bypass this tradeoff is suggested     

A first step towards a simple in-line shape compensation routine for the roll forming of high strength steel

The roll forming process is increasingly used in the automotive industry for the manufacture of structural and crash components from Ultra High Strength Steel (UHSS). Due to the high strength of UHSS (<1GPa) even small and commonly observed material property variations from coil to coil can result in significant changes in material yield and through that affect the final shape of the roll formed component. This requires the re-adjustment of tooling to compensate for shape defects and maintain part geometry resulting in costly downtimes of equipment. This paper presents a first step towards an in-line shape compensation method that based on the monitoring of roll load and torque allows for the estimation of shape defects and the subsequent re-adjustment of tooling for compensation. For this the effect of material property variation on common shape defects observed in the roll forming process as well as measurable process parameters such as roll load and torque needs to be understood. The effect of yield strength and material hardening on roll load and torque as well as longitudinal bow is investigated via experimental trials and numerical analysis. A regression analysis combined with Analysis of Variance (ANOVA) techniques is employed to establish the relationships between the process and material parameters and to determine their percentage influence on longitudinal bow, roll load and torque. The study will show that the level of longitudinal bow, one of the major shape defects observed in roll forming, can be estimated by variations in roll load and torque.     

基于感性工学的飞桥游艇造型灰关联度研究

目的 为探究飞桥游艇造型演变趋势及各造型要素的重要度排序,提高产品造型设计的效率。方法 提出1种基于感性工学(Kansei Engineering)及灰关联模型的游艇造型设计方法。通过收集飞桥游艇样本及感性语汇,应用因子分析及聚类分析对飞桥游艇造型演变的阶段进行划分,提取其中1个阶段较新的27个样本的结构线并归纳总结,应用灰关联模型得到不同感性语汇下飞桥游艇各造型要素的重要度排序。结果 设计师可以根据所得的各造型要素重要度决定不同感性语汇下设计的优先度。结论 以用户需求为导向的产品设计可以依据该方法为设计师提供可参考的数据,同时以感性工学为基础的游艇造型演变阶段划分,可以避免已不被用户所接受的造型对后续结果的影响,在提高飞桥游艇造型设计效率的同时能更好地贴合用户心理需求。     

AN EXPERIMENTAL STUDY OF THE STRIP CASTING PROCESS OF ALUMINUM ALLOY BY THE TWIN ROLL METHOD

Experimental studies on the twin roll casting process in order to produce thin aluminum alloy strips are presented in this paper. A new twin roll caster was developed as an effective experimental tool. The caster is equipped with a complete casting system incorporating a control and measuring system using multiple sensors and various actuators. The data acquisition system of the caster can measure various process parameters including meniscus, casting speed, and temperature as well as roll gap and pressure. With this system, aluminum alloy thin strips were manufactured and the process parameters such as strip temperature, casting velocity, and pressing force of roll were investigated. Furthermore, the crystallizability, microstructure, and mechanical properties of the strip are evaluated by X-ray diffractometer, scanning electron microscope, and tensile test. The results revealed the ability of the twin roll caster to produce directly the thin strip of aluminum alloy with improved mechanical strength.