非接地负刚度动力吸振器动力学设计及优化

接地负刚度动力吸振器有着良好的振动控制效果，但是在实际工程应用中，负刚度元件往往无法与地面直接相连。提出一种非接地负刚度动力吸振器，根据所建理论模型，得到系统的频响函数，利用最大值最小化理论获得非接地负刚度动力吸振器的最优设计参数，并与其他典型的动力吸振器模型进行对比。计算结果表明，由于引入负刚度元件，非接地负刚度动力吸振器的振动控制效果显著优于传统线性动力吸振器，为负刚度动力吸振器的工程应用提供了一定理论参考。     

变截面梁式动力吸振器的宽带吸振机理

通过对变截面梁-板耦合结构的功率流研究，提出用变截面梁吸收弹性体的振动，论证了变截面梁式动力吸振器的宽带吸振性能，分析了梁的结构参数、梁在板上的连接位置等对吸振效果的影响，为设计适合于弹性主振系的新型梁式宽带动力吸振器奠定了基础。仿真结果表明：梁式动力吸振器吸振频带宽、吸振效果好，加之其结构简单．安装方便，有一定的工程应用前景。     

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。     

悬臂梁式动力吸振器多频减振研究

将悬臂梁作为动力吸振器附加在振动主结构上来达到振动抑制的目的,数值计算分析表明悬臂梁式动力吸振器具有多频减振特性。按照模态理论建立基于悬臂梁的具有集中参数的等效复式动力吸振器模型,悬臂梁的每一阶模态作为一个自由度的弹簧质量系统,把悬臂梁每阶模态的有效模态质量和等效模态刚度作为每一自由度弹簧质量系统的集中质量和刚度。用悬臂梁式动力吸振器的附加动刚度验证等效复式动力吸振器模型的正确性。将悬臂梁式动力吸振器附加在主梁末端,调谐悬臂梁式动力吸振器的前4阶模态达到对主悬臂梁的多频减振效果,证实了悬臂梁式动力吸振器多频减振特性。     

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。     

变阻尼层复合梁式动力吸振器性能研究

为了有效降低弹性结构的振动响应,提出了新型变阻尼层复合梁式动力吸振器结构形式。以典型弹性薄板为控制对象,基于导纳功率流方法建立了多个复合梁在多个点与板耦合的振动模型,进行了吸振的理论及实验研究。通过对单个复合梁吸振效果的仿真分析,验证了变截面复合梁式动力吸振器具有吸振频带宽、吸振效果好的优点,并形成了一种确定复合梁参数的方法。进而对多个复合梁组合吸振效果进行了研究,理论与实验结果一致表明:在同一点安装多个不同吸振频率的复合梁进行组合吸振,可以拓展吸振器的吸振频带;在相近的多个位置分别安装复合梁进行组合吸振,其吸振效果可近似等效为各单个吸振器吸振效果的线性叠加;多个复合梁对弹性薄板进行组合吸振,效果明显。从而说明了新型变阻尼复合梁式动力吸振器用于弹性结构的有效性和可行性,也表明了变阻尼复合梁式动力吸振器具有可扩展性强的特点。     

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。     

用于列车地板结构减振的动力吸振器设计

动力吸振器作为一种振动控制的主要手段,很少被用于铁道车辆车体结构的振动控制。通过仿真分析发现车辆在33.6 Hz处存在地板局部振动放大现象。为解决该问题,建立地板-多重动力吸振器系统运动方程,推导得到动力放大系数函数,并提出一种基于偏导数的数值搜索方法,计算多重动力吸振器的最优参数。利用仿真方法提取地板目标模态的振型函数,并计算模态质量,最终得到地板最优多重动力吸振器参数。将动力吸振器建入车体仿真模型对其振动控制效果进行验证。结果表明,目标频率33.6 Hz处的地板振动加速度峰值下降23.98%,且33.6 Hz附近的振动传递率也有所下降,所设计的地板多重动力吸振器具有良好的减振效果。     

新型欧拉屈曲梁非线性动力吸振器的实现及抑振特性研究

将欧拉屈曲梁和线性弹簧并联使用,构建非线性动力吸振器。建立了安装欧拉屈曲梁非线性动力吸振器的系统动力学模型。利用谐波平衡法推导了主从振系的频响方程组。利用四阶龙格-库塔法对比计算了在瞬态激励和多频稳态激励条件下,未安装吸振器、安装线性和非线性吸振器时主振系在时间域和频率域的响应特性。在此基础上,开展欧拉屈曲梁的初始挠度、初始倾角和阻尼系数对其振动抑制性能的影响分析。结果表明:所提欧拉屈曲梁设计参数成功构建了非线性动力吸振器;与安装线性吸振器前后的主振系响应相比,对主振系的抑振效果明显;欧拉屈曲梁初始挠度和阻尼系数存在最优值;初始倾角增大可增强非线性动力吸振器的振动抑制能力。     

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。     

城市轨道车辆车体复合吸振器建模与仿真

To reduce vibration of urban rail vehicle body, using modal orthogonality, car body was equivalent to a homogeneous Euler beam with uniform cross-section, the vertical dynamic model of an elastic body-track-composite absorber rigid-flexible coupled system was established, and the design method for composite absorber suitable for this model was proposed.According to operating conditions of urban rail vehicles, the functional relation among stiffness, mass parameters and target frequency of the composite absorber was solved analytically.By going through the mass value of two vibrators of the composite absorber, its matching stiffness parameters were obtained.Using the established evaluation index of the body vibration energy, the vibration reduction performance of the composite absorber designed with different parameters was evaluated to obtain the parametric design of the composite absorber with the minimum body vibration energy.Finally, the vibration reduction effect of the composite absorber was verified by combining with the vehicle stationarity index.The research results showed that there are two natural frequencies of the composite absorber; when designing its parameters, the two natural frequencies should be coordinated with the natural frequency of vehicle body floating and sinking and body first-order elastic frequency; the established body vibration energy evaluation index can be used to comprehensively evaluate vibration reduction performance of absorbers with different designs; the composite absorber installation has a better vibration reduction effect on the vehicle body vibration, and improves the vehicle’s operation quality; the study results provide a reference for the research using composite vibration absorbers to reduce   vehicle vertical vibration.     

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。     

多自由度主系统多模态动力吸振的优化设计

针对多自由度系统的多模态控制，通过附加多个动力吸振器，利用有限子结构导纳功率流理论，以输入系统的净功率流在整个吸振频带内的总声功率级为控制量，对多个吸振器进行单独优化设计和联合优化设计。结果表明，即使相邻固有频率的比值大于2(也即可以认为两个模态不相互影响)，联合优化设计的效果也明显优于单独优化设计。     

颗粒碰撞阻尼动力吸振器的设计及实验研究

将颗粒碰撞阻尼器和动力吸振器相结合,提出一种颗粒碰撞阻尼动力吸振器设计概念,该吸振器由一个装有碰撞颗粒材料的盒体和一个弹性元件组成,碰撞颗粒在盒体运动时发生碰撞而消耗能量。以一个五层的楼房框架模型为振动抑制对象,对其吸振性能进行了实验研究,并与相同质量的经典单质块动力吸振器的抑振效果进行比较。实验结果表明,所设计的颗粒碰撞阻尼动力吸振器扩展了经典的单质块动力吸振器的工作频率范围,对宽频带随机激励的振动响应具有良好的抑制效果,这种颗粒碰撞阻尼动力吸振器设计思想可以应用于高层建筑的地震和风振响应控制。     

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。     

悬臂式动力吸振器的分布质量模型

悬臂式动力吸振器的质量块难以满足质点假设的问题,在考虑了悬臂式动力吸振器质量块和悬臂梁的质量分布特性后,分析了质量块对悬臂梁刚度的影响,得到一种计算动力吸振器特性的分布质量模型。由工程中动力吸振器的设计约束,对所提模型的参数进行了简化,避免求解超越方程,由吸振器设计目标反向确定设计参数。数值算例表明,所提模型的精度较集中质量模型显著提高。     

城轨车辆车体多重动力吸振器减振方法研究

为了让动力吸振器在降低轨道车辆车体振动的同时能够更好的适应车下剩余空间,根据多重动力吸振器原理,针对城轨车辆运行的特点,建立了包含多重动力吸振器的轨道车辆垂向振动模型,提出了适用于城市轨道车辆车体多重动力吸振器的设计方法。①讨论了载客量和速度变化对多重动力吸振器的减振性能的影响,指出了传统多重动力吸振器的局限性;②针对轨道车辆振动频率变化频繁的特点,提出了多重动力吸振器的目标频率的优化方法,从而避免了增振的情况出现;③以四条典型城市轨道线路为算例,利用DVA减振指标进行评价,分别获得了不同线路的车体多重动力吸振器的最优目标频率,并验证了该优化方法的有效性。研究结果表明:相同附加质量下,多重动力吸振器对车体的吸振能力要优于单个动力吸振器,考虑到实际的应用,在车体安装四重动力吸振器是较为适宜的选择;经过优化的多重动力吸振器在整个速度区间都能起到很好的减振效果,能够有效避免增振现象的发生;多重动力吸振器的目标频率的设计要针对不同的线路进行调整,特定线路需要特定设计才能发挥出最佳减振能力。该研究的工作为车体多重动力吸振器的研究和应用提供了参考依据。     

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。