应用于智能包装的横向电磁式振动能量收集装置设计

目的 为了解决智能包装中传感器工作时的无线供能和续航问题,设计了一种横向电磁式振动能量收集装置,用以解决无线供能和续航问题。方法 设计了一种振动能量收集装置,用于收集智能包装在运输途中的振动能量并转换为电能,实现智能包装的无线供能和续航。设计了装置的物理结构,并进行了低频振动模拟实验,通过仿真和实验对比了所设计装置的输出性能。结果 横向电磁式振动能量收集装置的仿真分析结果与实验测试结果基本吻合,在8Hz～10Hz激励频率,1g激励加速度情况下,输出电压均值高1V;在外接电阻为1033Ω情况下,装置的输出功率能够达到0.15mW以上。     

三稳态电磁式涡激振动俘能装置发电性能研究

涡激振动能量转换装置涉及水流-圆柱型钝体-发电机之间复杂的流固电耦合问题。将非线性回复力、单向离合器和齿轮齿条机构引入到涡激振动俘能装置中,提出了一种三稳态涡激振动俘能装置,实现了将钝体的往复振动转化为驱动转子发电机单向转动的传动方案,采用Van der Pol方程描述流固耦合,建立了力学模型和考虑流固电耦合动力学方程。借助数值仿真,与双稳态涡激振动俘能装置的动力学响应和发电功率进行对比,证明了三稳态涡激振动俘能装置的优势。进一步获得了俘能装置中质量比、钝体直径和负载电阻对发电功率的影响规律,给出了某一流速下俘能装置出现最大发电功率的最佳结构参数,最后分析了飞轮惯量大小对发电功率的影响。     

基础位移激励下斜支承弹簧减振系统的振动

建立了基础位移激励下斜支承弹簧减振系统的几何非线性振动方程,研究了基础位移激励下斜支承弹簧减振系统的几何非线性振动问题。采用L-P法推导出了斜支承弹簧减振系统的非线性振动近似解,讨论分析了基础位移激励振幅、位移激励频率、斜支承弹簧倾角等因素对斜支承弹簧减振系统非线性振动的影响,得到了斜支承弹簧系统的减振效果优于垂直安装弹簧减振系统的减振效果,为斜支承弹簧减振器的设计提供了理论依据。     

基于ABAQUS圆柱壳减振装置振动特性研究

目的研究圆柱壳减振装置在货物包装中的振动特性。方法利用有限元软件ABAQUS对圆柱壳减振装置的材料属性进行精确建模,使用模态分析方法得到圆柱壳减振装置在径向、横向和周向的模态振型云图,以及所对应的固有频率,在此基础上研究减振装置材料的弹性模量和货物重力对减振装置振动特性的影响。结果减振装置的自振频率随着材料弹性模量和货物重力的增加而显著提高,结合具体实例将减振装置在无重力挤压下的最低自振频率由原先的11.25 Hz提高到19.51 Hz,在重力挤压下由19.51 Hz提高到31.24 Hz,避免了共振的发生。结论通过改变减振装置材料的弹性模量可以有效避开外部激励源的谐振载荷频率范围。     

具有多个主振模态振动系统的减振优化设计

本文研究被动减振装置的优化设计问题。对经受稳态激励的振动系统提出了一个两步减振优化设计方法,以确定减振装置的最优安装位置和参数。该方法直接以对系统的振动量级要求为设计目标函数,避免对原始结构和附加减振结构组成的复杂系统进行重复的动态性能分析,因而可用于工程中复杂结构的减振设计。     

多方向压电振动能量收集装置及其优化设计

摘要：为实现对不同方向环境振动能量的收集,提出了一种新颖的多方向振动能量收集装置的设计结构,装置的换能部分采用了一种Rainbow型压电结构。为提高多方向振动能量收集装置收集能量的效果,以多方向振动能量收集装置输出的总电能为目标函数,综合考虑金属弹性基片的强度、装置振动的固有频率及装置的尺寸空间要求等多种因素,采用序列二次规划法对能量收集装置的结构参数进行了优化。该多方向振动能量收集装置经过优化后,在Y向激励时,其输出的总电能为37.146μJ,比优化前提高了30.82%,当沿装置体对角线方向激励时,结构装置输出的总电能为58.715μJ,比优化前提高了29.24%,装置的能量收集效果得到了明显提高。分析结果为多方向振动能量收集装置的设计、制造及应用提供了技术依据。     

共振频率可调式非线性压电振动能量收集器

振动能量回收技术能够将环境中的机械振动能转换成电能,进而为微功耗装置供电,具有良好的应用前景。设计了一种利用压电材料的新型振动能量收集器,该机电耦合结构由一对非对称压电悬臂梁组成,悬臂梁末端固定有永磁体,利用永磁体产生的非线性力,实现了悬臂梁共振频率与外界激振频率的匹配调节。提出了该结构的理论模型,借助Matlab/Simulink数值分析软件对理论模型进行了仿真分析,并通过实验进行了验证。实验结果表明外界激励加速度幅值为3 m/s~2的时,结构即能实现较大频带范围内的频率匹配调节,频带范围不低于6.5Hz,最大回收功率不低于2 mW。     

风速对管路振动激励影响的试验及分析

试验研究典型环境下的风管振动,测试气流流速对船舶风管路系统的振动激励影响。实验结果表明,风管路内的气流速度对风管路的振动激励影响明显,发现其影响频率主要集中在200 Hz～630 Hz范围内,并在400 Hz附近达到峰值频率,在不同流速下获得不同的激励响应,对风管路系统减振设计有所帮助,通过试验表明双吊架结构的隔振方式能起到明显的隔振效果。     

天然气输气站工艺管线流致振动分析及控制研究EI北大核心CSCD

针对某天然气输气站调压器后工艺管线出现的强烈振动现象,现场测试了实际运行工况下关键部位的振动参数。结合振动源激励频率、管线固有频率以及各测点的测试数据与频谱特性,对管线振动原因进行了分析,提出了减振优化方案,并对整改后管线的减振效果进行了评价。研究结果表明:管线振动位移最大峰峰值为0.76 mm,振动速度最大峰峰值为44.84 mm/s,均已超过最大许用值;管线响应频率与振动源激励频率、管线固有频率均为12.5 Hz,振动源激励频率与管线固有频率重合激发共振是该站管线强烈振动的根本原因,振动激励源主要来自调压阀出口天然气的压力脉动;新增调压阀T2管路并利用其对原调压阀T1管路进行分流,振动源激励频率由12.5 Hz降低至8.5 Hz,完全避开了共振区,减振效率达到62.4%~77.2%,有效地解决了管线强烈振动问题。     

施工中大桥桥塔的TMD减振研究

施工中大桥桥塔的风致振动对施工具有很大的危害,采用调谐质量阻尼器(TMD)对其进行减振。首先,通过一个二自由度的振动模型来阐述TMD装置的工作原理,并导出了TMD参数和外激励频率与减振效果的之间的关系。然后,在讨论大桥桥塔结构按一阶模态向一个单自由度系统的等效简化问题中,提出了一种基于固有频率的等效质量简便算法。最后,结合崖门大桥的桥塔施工进行实例TMD减振分析, 实测结果表明TMD的减振效果非常好但其设计过程也很复杂。     

基于电磁感应能量捕获技术的磁流变阻尼器研究

针对目前智能结构磁流变阻尼器工作时需要外部电能输入的问题,提出一种可以自行获得电能、无需外部电能输入的新型磁流变阻尼器。与常规的磁流变阻尼器相比,该新型磁流变阻尼器能利用自带的电磁感应能量捕获结构将外界环境振动能量转换为其自身可用的电能,从而省去外部电源设备,提高磁流变振动控制系统的可靠性。首先论述该新型磁流变阻尼器的结构特征及其电能收集的理论模型,然后对其捕获电能的能力进行模拟仿真,最后在实验台架上对实际加工的实验器件原型进行实验研究。实验结果表明:在外界振动条件下,该新型磁流变阻尼器可以在无需外界电能输入的情况下改变阻尼特性,实现对振动的无源智能控制。     

粘弹性阻尼器的优化布置研究

粘弹性阻尼器（VED）是一种十分有效的耗能减震装置。本文介绍了粘弹性阻尼器的耗能减震原理和性能，以及粘弹性阻尼器的两种布置方法。通过一常用实例进行分析，得出了三种情况下的地震反应，证明了粘弹性阻尼器对结构地震响应控制的有效性，并对比了粘弹性阻尼器的两种布置方法的减震效果。     

子结构法分析圆柱-圆板减振器及计算机模拟

本文提出用子结构法分析一种连续体减振器———圆柱 圆板减振器 ,以保证理论结果和实际情况的一致 ,仿真结果表明 :这种新形式的减振器可以达到很好的减振效果。同时 ,在改进减振效果时 ,本文提出以减振器吸收能量最大为改进目标 ,以达到同时降低结构多阶振动的目的。     

磁流变阻尼器带质量元素的温度唯象模型

磁流变阻尼器是应用于建筑结构中的新型减震控制装置,其性能受外加磁场和温度等因素的影响。目前国内外关于磁流变阻尼器的性能试验和计算模型方面的研究已有不少,但现有的计算模型却不能同时体现磁流变阻尼器的静摩擦现象、惯性效应和振动过程中温升效应。基于流体能量守恒原理推导并提出磁流变阻尼器带质量元素的温度唯象模型,通过实例分析可以得出:该模型不仅可以体现温度对磁流变阻尼器力学性能的影响,而且可以体现磁流变阻尼器的力—位移和力—速度非线性关系,能很好地模拟磁流变阻尼器的静摩擦现象、惯性效应和低速区时的力衰减性能。     

磁流变式调谐液柱阻尼器的两级双态半主动控制

磁流变式调谐液柱阻尼器（MR-TLCD）是由调谐液柱阻尼器（TLCD）和磁流变液阻尼器（MRD）组成的新型半主动控制装置。依据Lagrange方程建立了MR-TLCD与单自由度结构耦合动力方程,从耗能受力角度详细阐述了MR阻尼力、TLCD液体恢复力是阻尼力还是负阻尼力。基于MTALAB/Simulink工具箱,仿真分析了单自由度被控结构受风致振动时简单双态控制、离复位控制和两级双态控制三种半主动算法下的减振效果。结果表明提出的两级双态控制算法效果最优,离复位控制次之,简单双态控制也远好于被动控制效果。综合考虑MR-TLCD与被控结构组成的动力系统,两级双态控制最趋于稳定。三种控制算法均显示良好控制效果,且结构位移控制效果略好于结构加速度。     

卫星控制力矩陀螺微振动抑制装置的动力学建模与实验研究

为了隔离卫星主要振源控制力矩陀螺的微振动,给航天器有效载荷提供超静工作环境,基于松弛型阻尼器,设计了控制力矩陀螺六自由度微振动抑制装置,完成了隔振平台的动力学建模和实验研究.使用牛顿-欧拉法建立了微振动抑制装置的动力学模型,分析了微振动抑制装置在基础激励下的频域特性和隔振系统的耦合特性;搭建了微振动抑制装置实验平台,并...     

基于TMD的风力发电机组降载设计方法

针对山西某风电场44#风电机组在水平垂直于传动链方向的突发性、间歇性振动而导致风电机组振动超限停机。设计了质量阻尼调谐装置(TMD)对风电机组进行减振,并对TMD减振装置的原理和设计流程进行了详细的介绍。同时,设计开发了TMD减振装置,成功应用于风电现场。应用结果表明:设计的质量阻尼调谐装置在机组满发工况下减振效果能达到40%以上,能够减轻风电机组机舱振动幅度,消除风电机组机舱振动故障,减少风电机组的故障停机时间。     

半主动叶片式阻尼器的建模与实验研究

叶片式阻尼器是一种新型的耗能装置,用于吸收能量和减小振动,以实现系统的结构保护。该文提出一种用于直升机操纵系统减振的半主动叶片式阻尼器,通过电机带动调整螺钉以改变阻尼间隙的大小,进而实现对阻尼力矩的控制。基于MTS试验机对该阻尼器进行示功试验并研究其动态特性。为准确地跟踪该阻尼器高度非线性的力学特性,提出一种改进的双曲正切模型,并采用修正的自适应遗传算法对模型进行参数辨识。通过仿真数据和试验数据之间的误差分析,得出结论:与其它两种现有模型相比,改进的双曲正切模型能够更精准地模拟阻尼器的出力特性;将模型参数与电机位置之间的关系用多项式整合后,模型在不同工况下仍能保持一定的精度,表明此模型可用于半主动控制。     

基于磁流变液阻尼减振器的建筑结构半主动控制研究

基于相似理论，制作了某3层建筑结构的相似结构，建立了一个4自由度的振动系统；根据结构的振动特性对磁流变液阻尼减振器进行了优化设计，求得了磁流变液阻尼减振器的质量、阻尼系数及刚度；设计一套用于建筑结构的半主动振动控制测试系统，对磁流变液阻尼减振器的减振效果进行了试验研究，在同时考虑结构固有频率以及外界磁场强度的情况下，安装磁流变液阻尼减振器能使结构的振幅明显减小，整个振动过程较为稳定，验证了磁流变液阻尼减振器的减振效果。     

基于3-RPC并联机构的三维振动隔离系统的动力学建模与控制研究

基于车体振动的特点提出一种应用于车载设备的三维隔振系统,建立了该系统的半主动模糊最优控制模型,并通过实验验证了该多维隔振系统的性能。该系统通过使用磁流变(MR)阻尼器与弹簧组成的隔振子系统代替3-RPC(旋转副-平移副-螺旋副)并联机构中的驱动器实现空间三维振动隔离。控制模型结合了H∞状态反馈控制方法和MR阻尼器的工作原理得到阻尼器的可输出控制力,并通过模糊模型计算得到MR阻尼器的输入电流。设计制造了一套振动隔离实验平台,并采用正弦信号和随机信号进行振动实验完成了对平台的隔振性能的验证。通过测量上平台的振动加速度表明此隔振系统具有良好的隔振效果。