两种宽频调谐质量阻尼器仿真及应用

提出了两种宽频调谐质量阻尼器(TurnedMassDamper-TMD),即梁式调谐质量阻尼器(Girder-ModelTunedMassDamper-GTMD)和环式调谐质量阻尼器(Ring-ModelTunedMassDamper-RTMD)。将GTMD安装到振动结构上,对比安装前后振动结构的位移响应,仿真实验表明GTMD能够在较宽的频率范围内有效地抑制结构的振动。随后将RTMD应用到桥式5轴联动加工中心的主轴系统上,仿真实验表明,RTMD有效地抑制了主轴系统加工部位的振动。     

调谐质量阻尼器参数优化及其应用

在分析调谐质量阻尼器（Toned Mass Dampers，简称TMD）减振原理以及TMD参数对主结构振动特性影响的基础上，得出了TMD参数优化的理论依据，进而采用改进的单纯形法计算出优化的TMD参数值，并通过在桥梁振动控制中的应用，说明了所得出的TMD优化参数对于小阻尼既有结构进行振动控制是非常有效的。     

利用调谐质量阻尼器进行管路系统减振

对既成管系存在的振动进行了减振研究。考虑到既成管线增加额外支撑的困难,设计了可拆分的环形调谐质量阻尼器结构,建立管系实验装置并进行模拟计算。分析了在有、无调谐质量阻尼器时实验管系振动在时域和频域的情况,并进行了实验验证。结果表明,设计的调谐质量阻尼器可大幅减缓管系的稳态振动和快速衰减管系的瞬态振动,是一种有效、实用的管系减振手段。     

双级串联调谐质量阻尼器减振镗杆的设计与性能仿真分析

针对大长径比镗刀杆在加工大型复杂零件的孔及孔系结构中容易产生振动、加工效率低且加工质量不稳定等问题,提出了一种内置双级串联调谐质量阻尼器的新型减振镗杆,建立了减振镗杆的力学等效模型,通过求解和分析减振镗杆的振幅比,确定了减振镗杆最优的阻尼器长度及阻尼比。利用MATLAB/Simulink分别求解减振镗杆和普通镗杆的加速度响应信号,结果表明,减振镗杆的吸振性能显著提高,振动衰减时间大幅缩短。应用Workbench对两种镗杆进行模态分析和谐响应分析,得到固有频率和幅频曲线,发现减振镗杆的振幅远小于普通镗杆。本研究为减振刀具的研制与推广提供了一定的理论参考。     

动压阻尼器设计及仿真分析

本文就动压阻尼器的模型和结构设计进行了论述，进行了从系统要求到动压阻尼器结构设计的模型推导和工程要求的模型简化。     

基于多岛遗传算法的漂浮式风力机稳定性多重调谐质量阻尼器优化控制

将多重调谐质量阻尼器（MTMD）引入漂浮式风力机控制领域以提高漂浮式风力机的稳定性。以NREL 5MW风力机及ITI Barge平台为研究对象,提出在漂浮式风力机机舱和塔架中配置2个参数不同的调谐质量阻尼器（TMD）,并基于多岛遗传算法,算出MTMD系统最优参数。通过对3种典型工况下、有无配置MTMD的漂浮式风力机进行模拟计算,研究了最优MTMD的控制效果。结果表明：多岛遗传算法能够有效优化MTMD参数;MTMD控制优于单一TMD控制;经参数优化后,MTMD对漂浮式风力机振动的控制效果更好,塔顶纵向位移和平台横摇角标准差抑制率分别提升了80.4%和83.8%;MTMD对漂浮式风力机不同部位的控制效果不同,控制效果最好的为塔顶纵向位移、塔根横向弯矩及平台横摇角;不同环境工况下,MTMD对漂浮式风力机都有着明显的控制效果,其中纵向载荷和位移的标准差抑制率分别为10.3%~12.1%和76.1%~78.3%,横向载荷和位移的标准差抑制率分别为75%~77.7%和8.9%~10.8%。     

混合质量阻尼器在海上漂浮式风力机振动响应抑制中的应用

针对海上漂浮式风力机在风浪激励下产生较大振动响应的问题,采用混合质量阻尼器(Hybrid mass damper, HMD)主动控制系统抑制风力机的结构振动。基于拉格朗日能量方程建立Spar式风力机的气动-水动-结构-调谐质量阻尼器(Tunedmass damper, TMD)-HMD耦合动力学模型,并采用遗传算法优化TMD的刚度和阻尼系数;在机舱TMD上施加主动控制力,设计了变增益状态反馈H∞控制器,将控制器的求解问题转化为线性矩阵不等式的优化问题,从而得到最优主动控制力;研究了不同工况下HMD主动控制系统对风力机的减振效果。结果表明,相对于TMD被动控制系统,HMD主动控制系统能够进一步降低风力机的平台纵摇(Platform pitch, PFPI)运动和塔顶纵向(Tower top fore-aft, TTFA)挠度。     

浮环式挤压油膜阻尼器减振机理研究

从广义雷诺方程出发,推导了浮环式挤压油膜阻尼器(FSFD)内、外层油膜的稳态雷诺方程。根据文中的理论模型,基于有限差分法编写了计算程序,研究分析了结构参数对FSFD动力特性的影响。研究表明:与传统SFD比较,FSFD改善了油膜力的非线性;相同条件下,FSFD内层油膜力要大于外层油膜力,内、外层油膜力都随油膜宽度的增大而增大,随油膜间隙的增大而减小;在结构参数一定的情况下,FSFD抑制突加不平衡的能力要强于传统SFD。     

启动冲击下的轨道运输车动力学分析及调谐质量阻尼器减振设计

电气设备的吊装、运输环节通常是检修维护过程中最容易忽视的薄弱环节,极易为设备检修引入附加安全隐患。本文针对变压器运输过程中不同启动速度曲线下的冲击响应特性开展研究,建立了变压器-运输车耦合实体模型,分别利用ANSYS和Adams得出了不同启动速度曲线下变压器的动态应力分布图和铁芯摆动位移曲线,提出了一种基于调谐质量阻尼器（TMD）的振动抑制方法。通过仿真分析得出,以不同时间常数的阶跃响应信号作为速度曲线启动时,变压器的动态应力分布差别较大。变压器受力薄弱环节主要集中在油枕悬臂段、铁芯连接位置、变压器与运输车固定筋板等位置。TMD能够为主结构提供一个方向相反的惯性力,从而从系统动力学的角度实现振动抑制。     

磁流变阻尼器对齿轮系统减振降噪实验研究

针对齿轮箱在运行中振动噪声较大的问题,提出一种将磁流变阻尼器用于齿轮传动系统的振动噪声控制的方法。搭建了齿轮减振降噪实验台,通过对轴承座和转轴的振动、以及齿轮噪声声压级的监测,实验研究了磁流变阻尼器对齿轮系统的减振降噪特性。结果表明,磁流变阻尼器能有效抑制齿轮传动系统的振动与噪声,轴承座振动加速度有效值及振动烈度的幅值降幅在50%左右,转轴轴振峰峰值降幅达55%;各频率的噪声声压级均有8 d B左右的降低。阻尼器能抑制啮合频率及其高次谐波、转频及其高次谐波等各频率下的振动噪声,实现宽频减振;且能有效保证齿轮传动系统在较宽的转速范围内平稳运行。     

自适应TMD减振性能试验

为改善目前工程中应用的调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)对频率敏感和频率难以调节的缺点,提出了一种自适应TMD,由可变质量块、弹簧、伺服控制系统、驱动系统和阻尼器组成。其中,伺服控制系统由一个加速度传感器和一块单片机电路板组成。在环境激励下,单片机电路板接收位于主结构上的加速度传感器传来的信号,利用短时傅里叶变换识别得到主结构的第1阶自振频率,并自发启动驱动装置改变TMD的质量,以调节TMD的频率与识别得到的主结构频率一致。通过人行桥模型试验验证了自适应TMD的可行性、可靠性和有效性。试验结果表明,自适应TMD能准确识别模型结构的竖向一阶自振频率,并通过调节质量重新调谐自身频率,与识别得到的频率相同。自由衰减振动试验和受迫振动试验表明,与启动调节前的失调TMD相比,启动调节后的谐调TMD能够提高模型结构的等效阻尼比,降低其加速度响应峰值和均方根值。     

自适应多重TMD在大跨楼板结构减振中的应用

多重调谐质量阻尼器（multiple tuned mass damper,简称MTMD）常被用于大跨楼板结构的竖向振动舒适度控制中。为改善目前工程中使用的MTMD对频率调谐敏感和难以调频的缺点,提出了一种自适应多重调谐质量阻尼器（adaptive-passive MTMD,简称AP-MTMD）减振系统。该系统中的每个自适应调谐质量阻尼器（tuned mass damper,简称TMD）均具有可变质量的构造,以及由加速度传感器、控制电路板和驱动装置组成的伺服控制系统。环境激励下,控制电路板采集置于主结构上加速度传感器的信号,通过基于小波变换（wavelet transformation,简称WT）的频率识别方法识别得主结构的主导自振频率,然后自发地启动驱动装置改变TMD的质量以调谐自身频率至所识别得到的主结构频率。以某大跨楼板结构为例进行分析,首先,通过现场实测修正有限元模型;其次,根据修正前的结构模型设计了一套自适应多重TMD系统,验证了其频率自适应调节的鲁棒性;最后,通过施加若干种人行荷载,对比了启动调节前后的MTMD系统对修正后模型的减振效果。结果表明,自适应多重TMD能够自发地调谐自身频率,提高对楼板结构人致振动的减振效果。     

自适应多重TMD在大跨楼板结构减振中的应用

双轴振镜系统是扫描式激光多普勒测振仪中控制激光束运动的核心部件。通过双轴振镜系统中X,Y振镜的空间位置关系及光学反射原理,建立了激光束方向与X,Y振镜偏转角度之间的关系及其数学模型, 并进一步基于多项式拟合算法实现了激光点从振镜系统坐标系到实测结构坐标系的坐标变换,从而可高精度控制扫描激光的姿态。 同时,利用高清摄像头将测试坐标系转换到屏幕坐标系,提高了该方法的实际操作性。最后,以某型压气机叶片为例对该方法进行了验证,结果表明本方法对实现激光在实测结构表面任意测点的精确位置控制提供了理论基础,具有较好的指导作用。     

Optimization of the Tuned Mass Damper for Chatter Suppression in Turning

The tuned mass damper(TMD) has been successfully applied to the vibration control in machining,while the most widely adopted tuning is equal peaks,which splits the magnitude of the frequency response function(FRF) into equal peaks.However,chatter is a special self-excited problem and a chatter-free machining is determined by FRF at the cutting zone.A TMD tuning aiming at achieving the maximum chatter stability is studied,and it is formulated as an optimization problem of maximizing the minimum negative real part of FRF.By employing the steepest descend method,the optimum frequency and damping ratio of TMD are obtained,and they are compared against the equal peaks tuning.The advantage of the proposed tuning is demonstrated numerically by comparing the minimum point of the negative real part,and is further verified by damping a flexible mode from the fixture of a turning machine.A TMD is designed and placed on the fixture along the vibration of the target mode after performing modal analysis and mode shape visualization.Both of the above two tunings are applied to modify the tool point FRF by tuning TMD respectively.Chatter stability chart of the turning shows that the proposed tuning can increase the critical depth of cut 37% more than the equal peaks.Cutting tests with an increasing depth of cut are conducted on the turning machine in order to distinguish the stability limit.The tool vibrations during the machining are compared to validate the simulation results.The proposed damping design and optimization routine are able to further increase the chatter suppression effect.     

基于参数识别的双向偏心结构TMD优化布置

针对实际多维结构的偏心距难以直接获得的情况,提出基于扩展卡尔曼滤波算法实现偏心结构整体质量、水平刚度和偏心距的同步识别方法,并由此指导调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)的实际最优布置位置。以一非对称钢筋混凝土框架结构为例,基于自由振动及参数识别算法实现结构整体偏心距等参数的准确识别,分析了不同位置布置TMD对结构减震效果的影响。结果表明:扩展卡尔曼滤波对结构多参数识别具有较高的精度,在此基础上选取合理位置布置TMD对双向偏心结构具有更好的减震效果,且具备较强的工程可行性。     

机电产品动态分析与控制——第四讲 振动与噪声的调谐阻尼器控制技术

本文介绍了调谐阻尼器的工作原理、结构基本形式、调谐阻尼器的优化设计方法和工程应用实例.     

调谐质量阻振变刚度控制器设计及其效果研究

提出了一种新的变刚度半主动控制方法,输入随机波面特征信息,得到平台甲板加速度响应谱,经计算机处理后得到实时控制信号。达到控制装置对系统最优状态的跟踪。给出基于调谐质量阻尼器变刚度半主动振动控制的控制器设计方案,验证了以平台甲板加速度信号为输入时控制系统对平台振动的抑制效果,该控制方案可克服数据处理系统和作动器的延时带来的系统稳定性问题。计算结果表明,平台甲板加速度振动控制效果可达20％以上。该方案具有实用前景。     

细长结构风诱导振动非线性调谐质量阻尼器减振装置性能试验

风诱导振动导致石化塔设备和烟囱等细长结构疲劳破坏的事故时有发生,非线性调谐质量阻尼器(TMD)可对结构进行振动控制。为了研究此类非线性TMD的减振性能,对非线性TMD装置控制细长结构风诱导振动进行模型设计并开展试验研究,对比在不同激励大小和不同钢丝绳隔振器初始预紧量两个条件下TMD装置的减振效果。结果表明:含钢丝绳隔振器的非线性TMD装置在主系统共振区附近减振性能优良,振幅减小了85%左右。钢丝绳隔振器处于不同初始压缩预紧时,减振效果均很好,处于不同初始拉伸预紧时,减振效果快速下降。在隔振器压缩变形允许范围内,激励越大,减振效果越好。     

半主动式减振技术在国内商用车领域的研究与应用

随着全球经济一体化的持续发展,近年来商用车辆工业在中国如火如荼地蓬勃发展。随着国外商用车底盘技术的渗入,国内用户对商用车性能、舒适度的要求与期望早已超越了传统概念中对车辆作为代步工具的要求。减振器,作为商用车悬架中集舒适与安全性能为一身的关键零配件,首当其冲地迎来了一场技术革新。如今商用车工业已经进入了多元化时代,为了迎合客户多层面的要求,减振器如何解决与平衡整车舒适性和操控性这一对矛盾体成为当前底盘技术研发的主要方向。通过对根据频率可调节式阻尼减振器(Frequency Selction Damper,以下称FSD减振器)的研究与应用,从而为商用车底盘悬架的设计、调教提供多元化的选择,改变固有的被动式减振器工作方式以及推广半主动式减振器在国内商用车底盘悬架技术中的发展。