冲击减振器与非线性能量阱耦合系统的振动抑制研究

建立了冲击减振器与非线性能量阱耦合系统的新型吸振模型,数值模拟的结果验证了该吸振装置的高效性.分析了其参数对主结构振幅、能量耗散以及振动频率的影响,即使系统的初始输入能量变化范围较大,耦合装置也能取得很好的吸振效果.进一步的研究结果表明适当的间隙和较高的碰撞恢复系数既可以增加系统的碰撞运动次数,又能使系统在每次碰撞过程中耗散更多的能量,且该系统中的强非线性刚度有利于吸振.     

串联非线性能量阱的高分支响应研究

本文对比研究了单自由度NES和两自由度串联NES的吸振效能,重点分析了串联NES对高分支响应的抑制作用.运用复变量-平均法,推导出连接串联NES的线性主振子的慢变方程,获得了系统的频率响应曲线.在不同激励幅值下,将连接单自由度NES与连接串联两自由度NES的系统响应进行对比,结果表明,串联NES能够在较大,幅值激励范围内保持较高吸振效能.在两种幅值激励下,分析了串联NES的参数对减振效果的影响.研究结果表明,在小幅激励时,调整一级NES参数对主振子的响应影响较为明显;而在大幅激励时,二级NES参数对减振效果影响较大.     

基于负刚度惯容型非线性能量汇的整星振动抑制

本文将负刚度元件集成到惯容型非线性能量汇中构成负刚度惯容型非线性能量汇,并将此装置应用到整星结构,讨论其减振效果.基于最大幅值减振百分比展示了负刚度惯容型非线性能量汇的减振性能,并通过对比讨论了负刚度元件对惯容型非线性能量汇减振性能的影响.最后讨论了负刚度惯容型非线性能量汇的参数影响及其优化.研究结果表明,作用于整星系统中的新型负刚度惯容型非线性能量汇具有很好的减振性能.     

简谐激励下双弹簧非线性能量阱的优化

研究了简谐激励下双弹簧非线性能量阱(NES)的优化问题.建立了线性振子(LO)附加NES的动力学方程,通过Runge-Kutta法计算系统响应.以最小化LO扫频区间的稳态位移振幅最大值为目标,采用差分进化算法和参数分析方法优化NES的参数,并对比线性吸振器(LVA)的优化结果.研究结果表明,相比LVA, NES实现较好减振效果的弹簧刚度范围更大,NES的较优参数区域和幅频响应容易受激励幅值的影响.     

带控制截面机翼结构基于非线性能量阱的颤振抑制

二元刚性机翼结构简化为三自由度结构,在浮沉位移和俯仰位移方向的非线性刚度简化为立方非线性,对于控制截面存在间隙采用双线性刚度代替.基于靶能量转移的原理在机翼结构耦合非线性能量阱,实现对机翼颤振的抑制.考虑准定常气流,建立机翼减振前后的运动方程,通过数值模拟构造减振前后峰值-峰值图,初步反应其整体的减振效果.通过弧长数值连续法和结合Floquet算子构造减振前后的分岔图,并研究其稳定性.通过分岔图结合数值模拟的峰值图,讨论在不同风速下的减振效果,结果表明机翼结构颤振可以部分甚至全部抑制.     

基于非线性消振器的空间结构被动振动抑制

研究了空间结构振动抑制的被动非线性消振方法.提出了适用于空间环境的非线性消振器结构及动力学模型,该结构通过引入磁力实现空间环境下航天器结构的振动抑制.然后,从理论上建立了含有非线性消振器的空间悬臂梁结构动力学模型,并通过Galerkin截断及数值分析方法分析了瞬态激励下非线性消振器对空间悬臂梁结构的被动振动抑制效果.仿真结果表明,该被动非线性消振器对系统的能量耗散率可以达到92%,可以实现非常好的振动抑制效果,能够适应空间环境,并提高航天系统的可靠性.     

非线性压电振动能量采集器的振动特性与实验研究

为了提高线性压电振动能量采集器的输出特性,在线性压电振动能量采集器悬臂梁末端引入Duffing非线性磁力,构造了一种双稳态非线性压电振动能量采集器;综合考虑能量采集器的动态振型与轴向应变分布情况,建立了系统非线性机电耦合集总参数运动控制模型,并利用4阶、5阶Runge-Kutta算法对能量采集器的非线性振动特性进行了数值模拟;利用谐波平衡法计算获得了能量采集器的幅频响应方程,数值分析了激励频率、激励幅值以及磁铁间距等对系统非线性振动特性的影响,发现双稳态运动可以极大地提高能量采集器的频率响应范围和能量采集效率,并且能量采集器在低频、低幅值激励情况下可以产生大幅值周期运动;最后,通过实验对数值计算结果进行了验证.     

带有NES-GMM的弹性支撑梁振动控制及能量采集研究

本文针对带有非线性能量阱-超磁致伸缩材料 (NES-GMM) 的弹性支承梁的振动抑制及能量采集问题开展了研究.基于哈密顿原理、伽辽金方法并考虑GMM的本构关系,推导了梁、NES及GMM的耦合控制方程.利用四阶龙格库塔方法对谐波激励下梁的响应进行了数值分析.本研究首先从时域和频域两个方面分析了NES-GMM对梁的振动抑制效果,随后探讨了外界激励频率变化对NES-GMM装置能量耗散及采集性能的影响.此外,本文还分析了NES的非线性刚度、线性阻尼、惯性系数及NES-GMM加载位置等参数对振动控制和能量采集效果的影响.研究结果表明,NES-GMM 系统能有效降低弹性支承梁在谐波激励下的多模态横向振动,并在振动抑制与能量采集两方面展现出良好的独立性能.     

时滞动力吸振器抑制扭转系统的振动

本文研究了采用时滞动力吸振器抑制扭转振动系统的振动问题.采用稳定性切换方法分析了时滞动力吸振器及其扭转振动系统的稳定性问题,分别得到了时滞动力吸振器和扭转振动系统的时滞稳定和不稳定区域.结果表明,当时滞调节到动力吸振器的临界稳定值时,主振动系统的振动可以完全消除.当时滞在小于时滞动力吸振器的临界稳定范围进行调节时,可以将主振动系统的振动部分消除；并且时滞越大时滞动力吸振器的减振能力越强.当时滞调节超过扭转振动系统的临界稳定值时,系统处于不稳定状态,将导致结构破坏.数值模拟也证实了解析结果的正确性.     

三稳态压电振动能量采集器的非对称势能阱产生机理及其动力学特性研究

为了揭示三稳态压电振动能量采集器非对称势能阱的产生机理及其对采集器动力学特性的影响机制,考虑采集器压电悬臂梁大扰度几何非线性和末端磁铁重力效应,利用能量法和Hamilton原理建立了三稳态压电振动能量采集器的非线性动力学模型.仿真研究了几何非线性和磁铁重力对系统静态解分岔、势能阱特性及其动力学响应特性的影响规律,结果表明几何非线性和磁铁重力使压电振动能量采集器产生附加的三阶和五阶非线性刚度及重力势能,导致非对称势能阱的产生.非对称势能阱不仅有利于提高三稳态压电振动能量采集器的有效工作频带和能量转换效率,还可以降低采集器对环境振动强度的要求使其在较低激励加速度下可以进入高能轨道运动.实验验证了理论仿真结果的正确性.     

基于汇聚节点移动的能量均衡路由协议的研究

在无线传感器网络路由协议的设计中,传感器节点的监测数据要以多跳中继的方式向sink汇聚节点进行传输。在sink汇聚节点固定网络,临近sink汇聚节点的传感器节点需要中转其他节点的监测数据,从而耗费大量的电池能量,很容易造成过早地死亡,使网络的连通度下降,甚至会造成网络的分割,缩短了网络寿命。为了解决这一问题,从sink汇聚节点的角度,提出了一个基于sink汇聚节点移动的能量均衡的路由协议——SERP路由协议,通过sink汇聚节点的移动,使其附近的传感器节点不断地发生变化也就是网络内的“热点”不断地发生变化,从而促使传感器节点间的负载得到均衡,达到延长网络寿命的目的。在协议中,首先将无线传感器网络的监测区域分成有限个虚拟单元格,然后以每个单元格的中心作为sink汇聚节点的移动位置,最后通过线性规划确定sink汇聚节点在每个位置的停留时间。针对上述路由协议,对它进行了仿真分析,结果显示网络内节点的能量消耗比较高效均衡,有效地延长了网络寿命。     

基于柔性基底的压电能量收集器的设计

以PDMS为柔性基底设计的PVDF压电薄膜新型压电能量收集器压电性能良好,柔韧性强,可适应复杂的振动环境,具有广阔的应用前景.首先设计了具有柔性基底的压电能量收集器的结构;其次,用PVDF颗粒采用静电纺丝法制备了PVDF压电薄膜;最后,实验表明设计的压电能量收集器在振动频率为25 Hz,振动幅度为2 mm的激励下,开路输出峰值电压为8.38 V,输出功率密度为6.32 μW/cm2;经Ansys有限元分析,发现增大激励源的振动幅度,可以提高压电能量收集器的开路输出电压和输出功率.     

Vibration control for a nonlinear three-dimensional flexible manipulator trajectory tracking

This paper proposes an innovative approach to the trajectory tracking in three-dimensional space and vibration control problems in the presence of a nonlinear three-dimensional flexible manipulator based on the partial differential equation model. Unlike two-dimensional plane, we select spherical coordinates to describe the position of the end point in three-dimensional space. This novel approach makes it possible to realise the trajectory tracking by controlling the two angles in spherical coordinates, meanwhile, a vibration control scheme is proposed to restrain vibrations. In addition, the existence and uniqueness of solutions are demonstrated. Finally, the performance of the desired trajectory tracking, the proposed vibration control scheme and their convergence properties are demonstrated by numerical simulations.