垂尾抖振控制中多重动力吸振器设计

针对飞机垂尾抖振抑制的需要,进行小型电涡流耗能动力吸振器设计,并推导多重动力吸振器最优参数设计方法。分别以悬臂梁系统和缩比垂尾为被控对象,并考虑动力吸振器与垂尾实际尺寸,选定合理安装位置,通过有限元仿真验证多重动力吸振器吸振性能,仿真结果表明多重动力吸振器具有良好的振动抑制效果,可满足设计预期要求。     

船舶推进轴系纵向振动抑制研究

针对船舶轴系的纵向振动情况,建立“螺旋桨—轴系”纵向振动的动力学模型,并推导出其前3阶模态振型。同时,建立轴系的有限元模型,并将计算结果与解析解进行对比。提出用动力消振的方法对船舶轴系的纵向振动进行抑制。通过对实际转速下轴系纵向振动情况的仿真模拟,发现在船舶正常工作范围内,轴系的实际振动状况与其1阶模态十分接近,于是利用轴系纵向振动的响应在其第1阶模态处进行截断,列出轴系加装动力吸振器之后的动力学微分方程,并推导出加装动力吸振器后系统的响应表达式。针对系统的响应公式,设想利用磁流变弹性体材料制作宽频动力吸振器,并进行简单的概念设计。提出的设计方案为船舶推进轴系振动抑制提供一种新的思路。     

基于惯容负刚度动力吸振器的梁响应最小化

提出了两种新型的被动振动控制结构,即含有惯容器和负刚度的动力吸振器振动控制结构,并抑制梁的横向振动。在只考虑一阶模态函数情况下,使用固定点理论推导出了这两种新型动力吸振器的最优控制参数解析表达式。在此基础上,将两种不同的基于惯容负刚度的新型动力吸振器(模型1和模型2)分别与传统动力吸振器在不同质量比下进行了对比分析,数值结果表明,基于惯容负刚度的动力吸振器比传统动力吸振器对梁的振动控制更有效。对于质量比小的情况,模型2比模型1具有更好的减振效果。但是,质量比或者惯容质量比较大时,会导致模型2的最优负刚度比大于0,此时模型2的最优参数不适用。此外,还简要讨论了质量比和惯性质量比对最优系统参数的影响。     

用于含阻尼薄板结构减振的分布式动力吸振器的优化方法研究

动力吸振器用于结构减振时,其参数需要经过优化调谐才能获得最优的减振效果;目前,针对用于连续体结构减振的分布式(或多个)动力吸振器还没有很便捷的优化方法。研究了用于抑制含阻尼薄板结构基础模态振动的分布式动力吸振器的参数优化方法;利用模态叠加法建立了薄板与分布式动力吸振器的动力学方程,根据动力吸振器的振动特性推导得到了薄板基础模态与吸振器的简化二自由度运动方程,结合含阻尼的线性系统中动力吸振器最优调谐参数的求解方法,最终得到了分布式动力吸振器的解析优化公式。通过数值计算验证了优化公式的有效性;数值计算分析还表明优化公式对分布式动力吸振器抑制薄板结构的低频综合振动有很好的优化效果。     

负刚度吸振器对有限长弹性梁的抑振效果研究

考虑不同形式负刚度动力吸振器对有限长弹性简支梁动态响应的影响,提出并建立"弹性梁-负刚度动力吸振器"耦合系统动力学模型。基于模态叠加法,推导得到各阶模态对应幅频响应解析表达式。以弹性梁第1阶振动模态作为振动抑制目标,结合固定点理论和最大值最小化优化准则得到各类型动力吸振器的最优设计参数。以功率流作为振动控制效果的评价指标,建立"弹性梁-动力吸振器"耦合系统的导纳功率流理论模型。在此基础上,计算得到安装动力吸振器前后弹性梁的总功率流和净功率流,以及动力吸振器消耗的功率流,研究不同形式动力吸振器的振动抑制效果。最后,选择振动控制效果最显著的动力吸振器作为研究对象,针对部分主要设计参数展开研究。计算结果表明：在目标控制模态频率附近,负刚度动力吸振器对弹性梁动态响应的控制效果较好,且多个振动模态响应均被有效控制;当阻尼元件和负刚度元件同时接地对弹性梁动态响应的控制效果最佳;众多设计参数均存在最优值。     

多孔流体阻尼式动力吸振器的动力学建模及实验研究

针对振动敏感型通信器件的低频减振问题,研究一种多孔流体阻尼式动力吸振器。通过建立吸振器动力学模型,确定动力吸振器刚度和阻尼的最优参数,分析阻尼孔参数对沿程阻尼力和局部阻尼力的影响规律,给出吸振器阻尼的设计方法。在介质分别为水和硅油的情况下,对动力吸振器减振性能进行实验验证,结果显示动力吸振器的吸振频率在1.6 Hz~2 Hz之间,随流体粘度增加,减振效果降低。主振质量吸振后的振动传递率最大可衰减53%左右,表明多孔流体阻尼动力吸振器对于低频振动有较好的抑制效果。     

面向船舶振动抑制的电磁吸振器优化设计

船舶航速变化、空压机变转速运行等因素会引起变频振动。减振浮筏是现代船舶上普遍采用的一种双层隔振系统,但其并未在振动源头上采取措施。针对船舶浮筏上的变频振动,基于电磁弹簧原理对电磁吸振器进行优化设计。通过有限元分析得到吸振器的结构静变形、应力分布与其各阶谐振频率和振型,通过电磁仿真得到吸振器的磁场分布。对吸振器的刚度线性度进行优化以提高吸振器的频率跟踪控制精度。通过电磁力的解析模型优化目标函数,提出一种电磁刚度线性度的优化方法,并通过对实验样机进行加工,实现对100 kg负载的变频振动频率跟踪振动抑制的实验验证。     

用于列车地板结构减振的动力吸振器设计

动力吸振器作为一种振动控制的主要手段,很少被用于铁道车辆车体结构的振动控制。通过仿真分析发现车辆在33.6 Hz处存在地板局部振动放大现象。为解决该问题,建立地板-多重动力吸振器系统运动方程,推导得到动力放大系数函数,并提出一种基于偏导数的数值搜索方法,计算多重动力吸振器的最优参数。利用仿真方法提取地板目标模态的振型函数,并计算模态质量,最终得到地板最优多重动力吸振器参数。将动力吸振器建入车体仿真模型对其振动控制效果进行验证。结果表明,目标频率33.6 Hz处的地板振动加速度峰值下降23.98%,且33.6 Hz附近的振动传递率也有所下降,所设计的地板多重动力吸振器具有良好的减振效果。     

动力吸振器在飞轮振动控制中的应用

为了研究动力吸振器对飞轮振动的抑制效果,采用多变量多变异位自适应遗传算法得到阻尼系统的吸振器最优参数,运用回归分析得到最优参数的数学表达式。通过仿真和实验验证最优吸振器设计的合理性和检验吸振器的减振性能。分析表明,最优吸振器能够降低飞轮的振动响应,采用遗传算法能够高效的计算最优参数,仿真和实验验证吸振器对飞轮振动的抑制效果非常明显。     

用于平板结构的动力吸振器参数优化设计

多重动力吸振器用于连续体主振系统减振时,其参数需要经过优化设计才能获得最优的减振效果,目前,参数优化设计方法还有待完善。研究平板结构动力吸振器减振参数优化设计方法,将平板-多重动力吸振器系统运动方程化简,推导得到优化的目标函数——动力放大系数函数,采用一种基于偏导数的优化方法得到多重动力吸振器的最优设计参数。通过数值计算和仿真分析验证所设计吸振器的有效性。结果表明,吸振器对平板振动有明显抑制效果,且在振子总质量比相等的条件下,振子数越多,吸振器的减振效果越好,减振频带越宽。     

中空轴系多模态纵向减振研究

采用阻尼动力吸振器对中空轴系纵向多阶模态进行振动控制,结合子结构综合法和传递矩阵法,建立了多个阻尼动力吸振器-轴系耦合系统的动力学模型,并进行了动力学特性分析。考虑到各阶阻尼动力吸振器间的相互影响,以极小化目标频段范围内轴系位移响应的均方值为目标函数,对各阶阻尼动力吸振器的参数进行了联合优化;针对轴系中空特点,设计了阻尼动力吸振器的具体结构形式,利用有限元仿真对理论计算进行了验证。研究表明:轴系多模态控制时,在多阶阻尼动力吸振器作用下,目标频段范围内的轴系纵向共振峰得到抑制,频响曲线趋于平缓;对多阶吸振器进行联合优化后,吸振器的吸振效果得到进一步提升;提出的多阶吸振器设计方法能为连续系统多模态振动控制提供参考。     

动力吸振器在浮置板轨道低频振动控制中的应用

研究了动力吸振器对轮轨动力作用下浮置板轨道低频振动的控制特性。首先基于动力吸振器定点理论以及多自由度系统等价质量识别法,并通过对浮置板轨道进行模态分析,确定了浮置板附加动力吸振器的最优刚度、最优阻尼和最优附加位置;然后对浮置板轨道进行简谐响应分析,探讨了控制浮置板各阶模态振动的动力吸振器在不同质量比下的吸振特性;最后基于车辆-轨道耦合动力学模型,研究了列车动荷载作用下动力吸振器对浮置板轨道低频振动的控制特性。结果表明:动力吸振器能够有效地吸收浮置板轨道的固有频率附近的低频振动能量;动力吸振器的质量比越大,其吸振效果越明显;合理的吸振器设置能够有效地控制列车动荷载下浮置板低频振动及对应频段钢弹簧支反力向下部基础的传递。     

气动分置式斯特林制冷机被动减振技术研究

论述了斯特林制冷机的振动来源和振动特性,利用梁模型计算了冷指的自然频率,理论上给出了动力吸振器的设计方法,得出在气动分置式斯特林制冷机中被动减振方法具有优势.根据分析设计了动力吸振器,通过实验验证了动力吸振器可以有效的抑制制冷机地振动输出.     

硬岩掘进机的动力吸振方案优化研究

针对某隧道掘进工程中硬岩掘进机(TBM)的振动进行了实地测量。通过现场测试的结果可以看出,TBM推进系统在整个工作过程中振动剧烈,且主梁振动加速度响应在15Hz附近处出现明显的峰值。为降低TBM推进系统的振动水平,提出利用动力吸振器对TBM系统的振动进行抑制的方案。传统动力吸振器必须要有足够的附加质量才能达到良好的吸振效果,然而,TBM系统质量巨大且安装空间有限,吸振器的附加质量很难做到足够大。为此提出应用杠杆机构来实现放大吸振器的附加质量的方案,并设计了适用于TBM推进系统的动力吸振器。通过TBM整机—动力吸振器动力学建模分析,得到系统的频率响应函数,进而利用定点理论求得吸振器的最优同调条件与最优阻尼条件,最后对比传统动力吸振器和质量放大吸振器对主系统的抑振效果。结果表明,优化后的质量放大吸振器在吸振效果上较传统动力吸振器具有明显的优势。     

中间支撑梁式动力吸振器的设计与实验研究

通过在中间支撑梁端部布置质量块设计多自由度动力吸振器，首先分析所设计的动力吸振器的理论模型。然后通过优化算法推导得到多自由度动力吸振器的最优频率比、最优阻尼比。最后以单自由度、2自由度和四自由度动力吸振器为例，通过实验验证所设计的多自由度动力吸振器。理论分析与实验结果表明：对于相同质量的吸振器，四自由度动力吸振器的振动控制效果明显优于单自由度及2自由度动力吸振器，并且其可控制频带更宽。     

悬臂梁式动力吸振器多频减振研究

将悬臂梁作为动力吸振器附加在振动主结构上来达到振动抑制的目的,数值计算分析表明悬臂梁式动力吸振器具有多频减振特性。按照模态理论建立基于悬臂梁的具有集中参数的等效复式动力吸振器模型,悬臂梁的每一阶模态作为一个自由度的弹簧质量系统,把悬臂梁每阶模态的有效模态质量和等效模态刚度作为每一自由度弹簧质量系统的集中质量和刚度。用悬臂梁式动力吸振器的附加动刚度验证等效复式动力吸振器模型的正确性。将悬臂梁式动力吸振器附加在主梁末端,调谐悬臂梁式动力吸振器的前4阶模态达到对主悬臂梁的多频减振效果,证实了悬臂梁式动力吸振器多频减振特性。     

颗粒碰撞阻尼动力吸振器的设计及实验研究

将颗粒碰撞阻尼器和动力吸振器相结合,提出一种颗粒碰撞阻尼动力吸振器设计概念,该吸振器由一个装有碰撞颗粒材料的盒体和一个弹性元件组成,碰撞颗粒在盒体运动时发生碰撞而消耗能量。以一个五层的楼房框架模型为振动抑制对象,对其吸振性能进行了实验研究,并与相同质量的经典单质块动力吸振器的抑振效果进行比较。实验结果表明,所设计的颗粒碰撞阻尼动力吸振器扩展了经典的单质块动力吸振器的工作频率范围,对宽频带随机激励的振动响应具有良好的抑制效果,这种颗粒碰撞阻尼动力吸振器设计思想可以应用于高层建筑的地震和风振响应控制。     

低频线谱激励下动力吸振器设计研究

针对动力吸振器在船舶领域应用较少及舰艇在低频振动时减振降噪措施较难实现这一现状,构建低频线谱激励下舰艇附加动力吸振器设计流程及研究其减振降噪特性。首先,按比例建立某舰艇双层底仿真模型,并在20Hz～400 Hz频段内对离心泵机脚加速度激励下的该双层底模型进行谐响应分析,得到各节点处位移响应峰值并确定33 Hz为动力吸振器吸振频率,然后应用有理分式多项式法识别安装位置处主系统等效参数及通过定点理论确定动力吸振器参数,同时探究动力吸振器质量和安装数量对吸振效果的影响。最后,建立Virtual Lab边界元模型,求解吸振前后双层底模型外底辐射声功率。仿真结果表明:动力吸振器设计流程合理,双层底模型在吸振频率33 Hz处振动烈度数值及辐射声功率均有较大程度降低;20 Hz～60 Hz频段内外底板合成声功率降低9.55 dB,减振降噪效果明显。     

基于反共振原理的管路吸振器调谐方法

针对船用管路线谱振动传递的抑制问题,提出一种基于反共振原理的管路吸振器调谐方法。该方法利用吸振器带来的反共振物理特性,通过调谐动力吸振器固有频率,改变管路振动传递函数的反共振区域,使需要抑制的线谱频率处于该区域,从而改变管路振动传递特性,实现振动抑制。首先,介绍采用动力吸振器抑制管路线谱振动传递的策略。随后,针对船用管路提出动力吸振器的结构形式及其安装方式。其次,利用结构波理论,阐述基于反共振原理的调谐方法以及调谐步骤。最后,通过实验验证吸振器对某实船管路线谱振动传递的抑制性能。实验结果显示,调谐后的吸振器引入了反共振区域,有效降低了该线谱振动的传递。     

非接地负刚度动力吸振器动力学设计及优化

接地负刚度动力吸振器有着良好的振动控制效果，但是在实际工程应用中，负刚度元件往往无法与地面直接相连。提出一种非接地负刚度动力吸振器，根据所建理论模型，得到系统的频响函数，利用最大值最小化理论获得非接地负刚度动力吸振器的最优设计参数，并与其他典型的动力吸振器模型进行对比。计算结果表明，由于引入负刚度元件，非接地负刚度动力吸振器的振动控制效果显著优于传统线性动力吸振器，为负刚度动力吸振器的工程应用提供了一定理论参考。