自适应桁架结构动态测试中主动构件配置研究

自适应桁架结构是由作动和传感元件制成主动构件取代桁架结构的关键构件，形成一种能自适应于内外环境变化的新型结构。主动构件在外电场作用下，产生结构的内部激励力，可以对桁架结构进行动态测试。本文在推导了自适应桁架结构机电传递函数表达式的基础上，由主动构件两连接节点处结构各阶模态振型轴向分量差值绝对值的加权和构成的优化目标函数，来研究主动构件在自适应桁架结构中的最优配置问题。文中将该方法运用于一平面自适应桁架结构的动态测试实验中，说明了所提出的优化配置方法的有效性。实验指出，主动构件的不同配置对于结构的低阶模态的测试尤为重要。     

免疫遗传算法在智能桁架结构振动主动控制系统优化设计中的应用

研究智能桁架结构中主动构件的配置和反馈增益的同步优化问题.基于有限元法,建立智能桁架结构的机电耦合有限元模型.根据结构的最大耗散能理论,建立智能桁架结构中主动构件的位置和反馈增益的同步优化的目标函数.最后,采用免疫遗传算法解决这一个同时含有离散和连续变量的优化设计问题,并通过一个平面16杆智能桁架结构的振动主动控制系统的优化设计和数值仿真,表明所提出的优化设计方法和优化算法的有效性.     

空间桁架复合结构的阻尼减振分析与试验研究

为了解决桁架复合结构振动响应过大,光电学仪器可能发生失效的问题,利用在桁架管壁和箱体面板上敷加粘弹性约束阻尼层的方法对整体结构进行减振。采用有限元分析软件Nastran对原结构和敷加粘弹性约束阻尼层的桁架复合结构进行给定工况下的振动特性分析,得到了桁架复合结构指定位置的振动加速度响应曲线。以阻尼因子大小作为减振效果评价指标,通过对粘弹性约束阻尼层的厚度进行优化和对比分析,最终得到了最优的粘弹性约束阻尼层设计参数。试验结果表明,粘弹性约束阻尼层对于空间桁架复合结构具有良好的减振效果,试验数据和仿真结果一致,减振方案切实可行。     

约束阻尼板增材式拓扑渐进法减振动力学优化

研究阻尼结构的阻尼材料最优布局问题。基于虚功原理,构建约束阻尼板振动微分方程,从约束阻尼板若干基本假设出发并根据阻尼板自由振动微分方程,推导了结构模态阻尼比表达式。建立了以阻尼单元相对密度为拓扑设计变量,模态阻尼比最大为优化目标,阻尼材料用量为约束的阻尼结构拓扑优化数学模型。以阻尼单元模态阻尼比敏度为寻优方向的依据,采用增材式渐进法(AESO)求解优化模型,并依据拓扑优化准则在结构上不断敷设阻尼材料。编程实现了AESO算法,仿真计算表明:采用AESO优化时,阻尼材料主要敷设于结构的模态应变较大位置,且不会产生棋盘格现象,并且优化后的结构一阶模态阻尼比较优化前可增加83.6%,而常规渐进法带来的增幅仅72.13%。为进一步验证优化效果,还对结构进行了谐响应分析,结果表明采用增材式渐进法优化时,结构可获得更佳减振效果。     

基于模态振型的自由阻尼层厚度分布优化

阻尼材料的敷设位置和敷设厚度分布对结构减振效果有较大影响,针对阻尼材料敷设厚度分布优化问题,提出了一种基于模态振型的阻尼层敷设厚度分布优化方法。该方法用一组模态振型线性组合来定义阻尼层厚度分布函数,将模态参与因子作为设计变量来优化阻尼层厚度分布。研究了给定阻尼材料下自由阻尼层厚度分布优化问题,数值算例表明,与均匀敷设阻尼相比,阻尼层敷设厚度分布优化后的结构能更有效地抑制结构振动,提高阻尼材料的利用率。     

复合材料层合板阻尼特性有限元数值模拟

应用耗散能原理建立了复合材料层合板的阻尼预测分析模型,对复合材料层合板进行三维有限元模态分析,求出各个模态下的应力、应变分量。根据模态分析结果,从单向复合材料的阻尼性能参数出发,利用层合板应变能、耗散能和结构模态阻尼的关系求出各个模态对应的模态阻尼损耗因子。利用该方法,分别计算了单向层合板和对称层合板的结构模态阻尼损耗因子。数值计算结果与已有的理论分析和试验结果相比吻合较好,从而验证了该方法的合理性,该方法还可以比较三维应力分量对阻尼的贡献。     

颗粒阻尼技术及柔性带状颗粒阻尼器

介绍了一种新型的柔性带状颗粒阻尼器及其减振机制,为工程设计中的减少振动和降低噪声提供了有效途径.根据在振动控制领域利用外加耗能装置以耗散结构振动能量的设想,讨论了柔性带状颗粒阻尼器的构成并通过桁架模型的减振试验,验证了柔性带状颗粒阻尼器的减振效果.得出颗粒阻尼技术及柔性带状颗粒阻尼器是一种具有较大研究和开发空间的新产品...     

碳纤维桁架结构的阻尼减振

介绍了桁架结构减振的理论,提出了碳纤维桁架结构阻尼减振的几种方法,进行了仿真分析。对减振效果较好的方法进行了实物制造和振动试验,证实了提出的阻尼减振方法有很好的效果。     

波纹管式流体阻尼隔振器研究

该文研究了一种波纹管式流体阻尼隔振器。该隔振器利用波纹管的弹性吸收振动能量。利用2个波纹管腔室间的阻尼孔形成的阻尼耗散振动能量。由于波纹管式流体阻尼器不存在配合工作面，所以它不存在库伦摩擦力，因而对于小振动不存在由于等效阻尼过大导致隔振频带上移的现象。同时，在阻尼设计中采用线性阻尼和平方阻尼协同作用的方式，加强大幅振动时一阶支撑频率附近的耗散能力。试验表明该波纹管式阻尼隔振器达到了上述效果。     

啮合阻尼对齿轮齿条传动系统振动影响的研究

深井式地下车库升降平台在运行过程中存在一定程度的振动,阻尼可以起到在运动过程中耗散能量的作用,从而减小平台整体的振动。阻尼又分为黏性阻尼与非黏性阻尼。齿轮的啮合阻尼为黏性阻尼的一种,文中主要分析啮合阻尼对齿轮传动系统振动的影响。分析齿轮齿条传动系统,简化系统模型,建立单自由度的振动方程,并通过解析法对模型求解。结果表明,增大啮合阻尼能有效降低齿轮传动时产生的振动和噪声,为齿轮传动系统实现减振降噪提出了可行的优化措施。     

闭环控制系统反馈增益向量的灵敏度分析

根据振动系统的模态控制方程,利用状态反馈控制和闭环控制系统的极点配置法,文中提出计算模态反馈增益向量的新方法,并在此基础上推导模态反馈增益向量灵敏度分析的方法.该分析方法涉及开环系统的特征值、特征向量以及模态控制矩阵的灵敏度, 由于在方法的推导过程中使用了模态控制方程,因此避免了非常复杂的数学推演.最后,将所提方法应用于一桁架结构的振动控制问题,以说明方法的有效性.     

约束阻尼板双线性材料插值法拓扑动力学优化

为减小阻尼板质量并提高减振性能,研究了结构动力学优化技术。构建了以移动常数与模态损耗因子差值为目标、阻尼层单元密度为拓扑变量、阻尼层体积用量及振动模态频率为约束的阻尼板优化模型。利用序列凸规划法构造目标函数的凸性逼近式,采用拉格朗日乘子法解算逼近函数,以获取全局优化的阻尼层布局。利用模态损耗因子与模态应变能的本构关系推导目标函数关于拓扑设计变量的灵敏度,基于K-T条件构造拓扑变量迭代式。引入双线性插值函数惩罚拓扑变量并使其值聚集于0或1,编写并实现了悬臂阻尼板优化程序。当阻尼层体积用量控制在50%时,1阶模态损耗因子增大52.29%,灰度单元占比1.78%。阻尼板谐响应分析表明优化构形具良好减振特性。双线性插值优化既能充分发挥阻尼层的耗能效力又可大幅减少灰度阻尼单元数。     

主动桁架的控制策略的研究

于桁架结构中集成若干传感器、作动器及控制器,构成主动桁架;针对这一主动桁架,采用传感器和作动器同位配置,分别设计了负速度反馈、LQG和H∞这3种控制器。仿真结果表明,采用速度反馈控制律时,从其极点分布可以看出,同位配置系统零-极点相间排列,当控制作用施加于结构时,结构的阻尼增加,零-极点向复平面的左半平面移动,系统具有鲁棒稳定性;与速度反馈、LQG控制器比较,H∞控制器方法不但可以增加被空模态的阻尼,而且在控制带宽范围以外,使得系统对溢出问题具有鲁棒性。     

双模态振动系统阻尼特性分析

建立了双模态振动系统阻尼特性分析模型,采用理论和数值方法分析了系统阻尼与模 态参数之间的关系,分析表明,系统的阻尼衰减特性不仅取决于研究带宽内的模态阻尼和 模态频率,而且与激励力的分配和带宽内的模态质量有关。系统的宽带阻尼与两模态阻尼 值的数学平均值无明显关系,通常也不等于两模态阻尼值中的最大值或最小值。     

空间展开桁架结构的减振优化设计方法

航天器的空间可展桁架机构在展开锁定后形成一个大跨度的支撑结构。为满足设计要求,需要抑制某些模态的响应对振动进行控制。研究了利用粘弹性阻尼器减振的结构优化设计方法,选取了粘弹性阻尼器的计算模型并说明其有限元模拟方法,基于粘弹性阻尼器减振仿真过程的自动化,在给定阻尼器个数和系数的条件下,以模态阻尼比最大为目标对阻尼器位置进行了优化配置,优化后取得了良好的减振效果。方法对空间桁架结构的减振有实际意义。     

振动控制中传感器优化配置的频域方法及在智能结构中的应用

讨论了振动控制中采用试验模态分析技术实现模态滤波器,以获取模态坐标时传感器的优化配置问题,为了使由频响函数所构成的矩阵条件数量小,以减小模态波器误差,提出了一种次优方法。它逐步消除那些对该矩阵条件数贡献最小的传感器可选位置,一直到只剩下希望的传感器数目的位置为止。过种方法简单易行,效率较高,并通过一个空间智能桁架结构的传感器优化配置研究,说明该方法的有效性。     

基于自适应遗传算法分步优化设计智能桁架结构自抗扰振动控制器

智能桁架结构作为一种控制结构一体化的新型空间结构,具有几何、物理可自调性,但这类结构同时具有柔性大、阻尼小、低频模态密集、模态耦合程度高以及存在多种不确定性和耦合等特点,给振动控制带来很大挑战。基于此,研究不依赖于模型的自抗扰控制技术在智能桁架结构振动主动控制中的应用,建立自抗扰振动控制器的一般框架。就自抗扰振动控制器参数较多,手工整定比较繁琐这一问题,提出基于自适应遗传算法对其进行分步优化设计的思想。最后,对区间参数102杆三棱柱智能桁架结构进行自抗扰主动振动控制仿真研究。结果表明,基于分步优化设计思想优化设计的自抗扰振动控制器首先保证了扩张状态观测器具有优秀的观测性能,从而最终保证了自抗扰振动控制器的"自抗扰"能力;优化设计的自抗扰振动控制器对结构参数的不确定性和不确定外扰都具有很强的鲁棒性,适合于空间智能桁架结构的主动振动控制。     

基于扩张状态观测器和非线性状态误差反馈设计自抗扰振动控制器

智能桁架结构作为一种控制结构一体化的新型空间结构,具有几何、物理可自调性,但这类结构同时具有柔性大、阻尼小、低频模态密集、模态耦合程度高以及存在多种不确定性和耦合等特点,给振动控制带来很大挑战。基于此,研究如何基于扩张状态观测器和非线性状态误差反馈设计不依赖于模型的自抗扰振动控制器。采用扩张状态观测器实时估计对象模型摄动及外扰的总和作用量,并在控制信号中补偿掉,实现不确定非线性系统的动态补偿线性化。针对线性的"积分器串联型"对象,设计非线性状态误差反馈控制律。对不确定参数空间83杆智能桁架结构进行自抗扰振动控制仿真研究。结果表明在外部扰动或模型结构参数发生变化时,自抗扰振动控制器仍可以获得理想的控制效果,具有很好的适应性和鲁棒性。     

局部粘弹性被动约束阻尼梁的振动分析

针对夹层约束阻尼梁结构的减振特性进行深入研究.应用粘弹性材料的耗能原理结合模态应变能法对局部粘弹性被动约束阻尼简支梁的振动特性进行数值分析,对梁铺设阻尼层前后的时域和频域特性分别进行比较,可以得出约束阻尼梁的振动得到有效抑制,同时看到模态应变能法对板梁结构的分析更便捷.     

有辐板阻尼的齿轮传动系统的复模态分析

本文以薄辐板加阻尼结构的航空齿轮传动系统为研究对象，建立了系统的动力学模型，进而用复模态分析方法求解了系统的复频率、复振型和因啮合刚度波动引起的自激振动响应．计算结果明确显示了辐板阻尼在齿轮副相对振动及辐扳扭振中的作用．