有限长,多层复合圆柱壳减振特性的研究

本文研究了有限长、多层复合圆柱壳的振动和减振特性.在两端自由边界条件下导出金属圆柱壳和粘贴阻尼材料形成的双层复合圆柱壳的振动方程和本征方程、解出本征值.计算出钢柱壳的固有振动频率以及复合圆柱壳振动的固有频率和阻尼系数值随阻尼层、金属层厚度比(h_2/h_1)的变化关系;计算并画出单、双层壳各阶振动模态的振型.为了验证与比较,还对钢柱壳和203~#-钢复合壳分别进行了实验测试,其结果与理论值相比:振动的固有频率吻合较好,阻尼系数值定性地符合.另外,阻尼系数随厚度比(h_2/h_1)变化的规律对工程应用有一定的指导意义.     

热环境对功能梯度薄壁圆柱壳模态频率的影响

以热环境对金属陶瓷功能梯度薄壁圆柱壳模态频率的影响为研究对象,首先在描述功能梯度薄壁圆柱壳模型和四种典型的热环境模型的基础上,通过Love 薄壳理论得到了薄壁圆柱壳的应变能和动能,运用Rayleigh-Ritz 法推导圆柱壳的模态频率方程。然后分别以镍金属圆柱壳和镍钢功能梯度材料圆柱壳为对象,验证模态频率方程的合理性。最后分析不同温度场对金属陶瓷功能梯度薄壁圆柱壳环向振动和轴向振动模态频率的影响。结果表明：随着温度的升高,金属陶瓷功能梯度薄壁圆柱壳的模态频率逐渐下降,均匀温度场下模态频率下降速率最快,其次是线性温度场和非线性温度场,热流温度场对模态频率的影响几乎可以忽略;热环境只影响模态频率的大小,不影响模态频率随波数的变化趋势。     

轴向运动层合薄壁圆柱壳内共振的数值分析

以轴向运动复合材料薄壁圆柱壳为研究模型,考虑其弹性模量随振动频率变化(动态弹性模量),据Donnell非线性扁壳理论及经典层合壳理论获得模型非线性振动微分方程。采用含四个广义模态坐标的位移展开式,利用Galerkin方法对振动微分方程离散化;用变步长四阶Runge-Kutta法对非线性模态方程组进行数值积分,研究复合材料圆柱壳1:1:1:1的内共振现象;讨论圆柱壳轴向运动速度、阻尼系数及外激励幅值对系统1:1:1:1内共振响应作用。     

含弹性基础压电功能梯度圆柱壳的振动分析

为分析多物理场下含双参数弹性基础压电功能梯度圆柱壳的自由振动特性,以含Pasternak-Winkler 弹性基础压电功能梯度圆柱壳为对象,采用1 阶剪切变形理论和Hamilton 变分原理推导多场作用下含弹性基础压电功能梯度圆柱壳的模态频率方程,讨论弹性基础参数、温度梯度、压电层的材料种类和功能梯度层的材料组分等对模态频率的影响。结果表明,模态频率随温度梯度的增大而减小,随陶瓷体积分数指数和弹性基础参数的增大而增大;选用BaTiO3时,圆柱壳的模态频率以及对温度梯度的敏感性均最大,而受外激励电压的影响最小;相较于外激励电压,温度梯度对模态频率影响较大。     

局部约束阻尼柱壳振动分析及优化设计

针对圆柱壳振动特性,给出局部约束阻尼柱壳模型。基于弹性、粘弹性本构方程用能量法建立动力学方程,研究阻尼段结构参数变化对振动特性影响。建立以阻尼轴向与周向分段数、阻尼段轴向与周向间隙、阻尼层厚度为设计变量,前三阶模态最大损耗因子为目标函数,利用多目标遗传算法对两端简支柱壳进行优化分析。通过分析、比较优化前后结构模态固有频率变化、损耗因子变化及幅频响应表明,合理贴敷阻尼段能有效减少阻尼材料用量,且在不改变柱壳固有振动属性条件下能达到更好的减振效果。     

非均匀加筋圆柱薄壳圆截面内振动的径向模态机械阻抗分析

提出圆柱薄壳的圆截面内运动假设,从声学角度将环肋对壳体的作用等效为径向作用力,根据Hamilton原理建立了简支非均匀加筋圆柱壳的振动控制方程,利用驻波形式解对其径向模态机械阻抗进行了研究。分析表明：对于加筋圆柱壳,环肋与圆柱薄壳的径向模态机械阻抗具有串联连接方式,通过调整环肋的几何参数增大环肋自身的径向模态机械阻抗,可以达到壳体减振降噪的目的,并指出了利用环肋的反共振特性进行加筋圆柱壳结构减振的设计方向。     

TMD控制高架轨道箱梁结构振动的模型试验研究

高架轨道桥梁结构的振动与噪声问题已成为制约轨道交通发展的重要因素,为研究调谐质量阻尼器(TMD)控制高架轨道箱梁桥振动的效果,以铁路32 m简支箱梁桥为原型,以10∶1为几何缩尺比,设计制作了轨道箱梁结构相似试验模型,并制作了可调谐TMD减振装置。在验证试验模型可靠性的基础上,分别附加控制1阶、2阶模态振动的TMD,通过对试验模型进行单点激振试验得到测点减振前后的振动响应,分析了TMD对箱梁桥的减振性能。研究结果表明:安装1阶、2阶TMD之前,在模态自振频率附近,振动响应出现了明显峰值;安装TMD之后,翼板和腹板的加速度有效值在模态频率附近得到了明显的抑制,并且激振频率越接近自振频率,TMD减振效果越好;当TMD质量比为0.02时的减振效果优于0.01。     

大跨度双层曲线斜拉桥人致振动减振优化与实测验证

针对一座主跨200m的人车分离双层桥面曲线斜拉桥的人致振动问题,提出了应用连杆提高结构刚度、应用调谐质量阻尼器(TMD)增强阻尼的联合减振方案。研究表明:在人行桥主梁与车行桥主梁之间设置三对连杆可以显著提高结构的自振频率,使人行桥位于人致振动敏感频率内的模态数由8阶减少为5阶。该方案显著减小了减振装置成本,将采用纯TMD方案时的100t质量降低至40t。通过动力试验评估了联合减振方案的减振效果。结果表明:安装TMD后,人行桥横向加速度由150人时的0.2m/s2降低为400人时的0.06~0.08m/s2;侧向模态阻尼比提高6倍以上,竖弯模态阻尼比达到5%,没有观测到大幅振动现象。最后,探讨了内摩擦对水平和竖向TMD性能的影响。     

篦齿对悬臂薄壁圆柱壳模态特性的影响研究

采用传递矩阵方法研究外壁带有周向篦齿(即密封齿)薄壁圆柱壳的模态振动特性。在悬臂边界条件下,首先基于Love壳体理论建立带篦齿薄壁圆柱壳的动力学方程,通过传递矩阵法和高精度的精细积分法对其模态特性进行分析,求得各阶模态对应的固有频率和三维模态振型,并通过有限元法对分析结果进行比较,最后讨论篦齿布置形式、篦齿高度和篦齿道数对悬臂薄壁圆柱壳振动特性的影响。结果表明,传递矩阵法适合于求解带篦齿悬臂薄壁圆柱壳的模态振动特性,篦齿结构的布置形式、高度和道数均对薄壁圆柱壳构件的振动特性有较大影响。     

基于模态振型优化的真空凝壳炉减振设计方法

真空电弧凝壳炉属于特种材料铸造装备,离心浇铸过程中可能受到周期性激振力以及外部设备振动影响而诱发自身壳体共振,不仅影响铸件质量,而且会造成安全隐患。本文对某型真空电弧凝壳炉进行了模态分析,查明了局部设计不足是导致出现低阶局部振型的原因。通过补强结构,将一阶模态的频率从贴近工频频率的56.786Hz提升到较为安全的77.610Hz,振幅从3.540mm降低至0.323mm,模态振型优化方法实现了较好的减振设计效果。     

钢轨吸振器对高架结构垂向振动的影响

建立带有钢轨吸振器的高速铁路高架结构板式轨道与桥梁垂向耦合振动模型,分析钢轨吸振器对轨道和桥梁结构垂向振动的影响。模型已考虑了钢轨吸振器、板式轨道结构及桥梁间的耦合作用。钢轨吸振器被视为两自由度的质量-弹簧系统,钢轨、轨道板和桥梁被视为多层叠合梁模型,彼此用弹簧阻尼元件联接。利用动柔度函数,得到吸振器-板式轨道-桥梁系统垂向振动响应的解析表达式,并以轮轨表面粗糙度谱作为激励求解模型的振动响应。研究结果表明：钢轨吸振器在180 Hz～300 Hz及700 Hz～1 000 Hz频段内对整个高架轨道系统的位移幅值及相位、振动衰减产生较明显的影响;同时,在轮轨表面粗糙度谱的激励下,带有钢轨吸振器的轮轨系统的轮轨力在pinned-pinned频率处明显减小,在前两阶自振主频附近钢轨吸振器对整个高架轨道系统结构振动的影响较明显。     

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.     

自由活塞斯特林制冷机动力吸振器设计及实验研究

自由活塞斯特林制冷机(FPSC)中动子组件高频运动,产生一定的整机振动力,会影响制冷机工作性能并限制其应用,因此减振技术是FPSC的关键技术之一。本文对一台280 K@300 W斯特林制冷机动力吸振器进行设计,包括减振弹簧型线设计、结构形式选择、三种型号吸振器的质量刚度匹配、模态分析以及扫频验证实验。模拟及实验结果显示,b型吸振器的固有频率设计值、模拟值、实测计算值分别为79.98 Hz、79.56 Hz、80.95 Hz,而实验值为77 Hz,误差分别为3.8%、3.3%、5.1%,质量比约为0.09,满足低振动及轻量化要求,为此,优选b型吸振器作为斯特林制冷机的减振方案。     

基于分段线性吸振器的振动半主动控制

提出一种基于刚度分段线性动力吸振器的振动半主动控制方案，通过调节弹性元件的间隙使吸振器工作频率跟踪外激励频率的变化。根据基波平衡导出了使主系统近似完全消振所需的间隙调节规律。数值仿真表明：这种半主动控制方案对于单自由度主系统和多自由度主系统均有很好的吸振效果和相当宽的工作频带。     

苏州轨交1号线隧道内振动传递测试与分析

在苏州轨道交通1号线滨河路至塔园路上行隧道内,采用锤击法分别测试短轨枕断面（III型减振器扣件+短轨枕式整体道床）和长轨枕断面（普通扣件+长轨枕式整体道床）钢轨上激励点至钢轨、轨枕、道床以及隧道侧壁的振动传递。测试结果表明,扣件对于钢轨振动的衰减主要体现在小于100 Hz的低频段,而轨枕对频率大于100 Hz的振动有相对好的衰减效果。对比两个断面中钢轨测点至道床的传递函数,III型减振器扣件+短轨枕式整体道床具有更好的减振效果,在40 Hz～80 Hz频段的振动峰值衰减10 dB左右。     

动力吸振器在动力总成振动控制中的应用

针对某轻型客车动力总成振动过大的问题,对其进行了试验测试与局部结构模态分析。分析得到,发动机激励与动力总成的托臂及其悬置组成的刚体振动系统的固有频率接近,引起了系统共振;同时,探讨了动力吸振器的设计方法,设计了相应的阻尼式动力吸振器,并将其应用于该车动力总成中。实车试验结果表明,该吸振器能够有效地控制动力总成的振动。理论分析及试验方法对同类工程问题具有一定的参考价值。     

动力吸振器对有轨电车弹性车轮的减振降噪影响分析

为了评价有轨电车弹性车轮动力吸振器的减振降噪效果,通过实验室测试方法对动力吸振器进行振动噪声测试,并结合理论和仿真来分析其降噪特性。首先,在半消声室分别测试弹性车轮在有无动力吸振器情况下的振动声辐射,测试结果表明：动力吸振器对弹性车轮轴向振动有明显的抑制作用。径向激励下,动力吸振器的降噪量为0.6 dB(A),轴向激励下,动力吸振器的降噪量为2.6 dB(A)。进而,基于动力吸振原理探究动力吸振器的降噪性能,并结合测试图纸建立动力吸振器有限元模型,分析表明：动力吸振器在车轮固有频率2 066 Hz、2 245 Hz和3 837 Hz处降噪效果较好,原因是降噪频率差值在2 %以内,调谐频率和理论最优频率相吻合。动力吸振器在车轮固有频率899 Hz处降噪效果较差,其降噪频率差值为6.26 %,由于调谐减振频率偏离最优同调条件,导致降噪性能的恶化。     

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。     

机械式频率可调动力吸振器及其减振特性

为了拓宽吸振器的工作频带,提高吸振器的减振效果,研制了一种通过调节自身的几何参数来调节其固有频率的机械式频率可调动力吸振器,并设计了相应的控制方法。对吸振器的减振特性进行了理论分析。建立了多模态系统的力学模型,利用子结构导纳综合法对系统进行了仿真计算。在多模态实验平台上对该吸振器的减振效果进行了试验研究,结果表明该吸振器减振效果好,实验结果与理论结果吻合良好。     

可调间隙的半主动吸振器及其实现

为了扩展吸振器的工作带宽,提出一种实时调节弹性元件的半主动吸振器,并给出了吸振器的控制策略。分析了吸振器工作频段与系统参数间关系,介绍了吸振器的实现方案及实验。实验基于微机和TMS320C30芯片,根据测量的激励形成控制策略,用电磁离合器控制弹性元件的连接和断开,用步进电机调节弹性元件的间隙,使吸振器的特性跟踪激动频率和幅值的变化。实验表明,这种半主动吸振器的减振效果良好。