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。     

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。     

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。     

动力吸振器在飞轮振动控制中的参数分析

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优化调谐频率比和吸振器阻尼比,通过回归分析得到阻尼系统最优参数的数学表达式并研究表达式的精度。仿真分析表明,采用自适应遗传算法能够高效计算最优参数,且回归分析可以得到精度较高的参数表达式;在飞轮模拟振源激励下,最优吸振器明显降低主结构垂直方向的振动响应,且在其他两个方向也有一定的减振作用。参数分析的方法为卫星飞轮振动控制提供一个全新的研究思路。     

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。     

具惯容离心摆的轴系结构轴向振动减振分析

研究具惯容离心摆的轴系结构减振问题,基于摆的小幅振动假设,建立具惯容离心摆轴系结构轴向振动的动力学方程,得到结构轴向振动幅值及离心摆转角的频响函数。详细讨论了减振器参数(无量纲阻尼、质量比和调谐函数)对轴系结构轴向振动的影响,并以轴系结构共振幅值最小为目标进行参数优化设计,用固定点法得到了最优无量纲阻尼的解析表达式。研究表明调谐函数对轴向振动有很大的影响,且合适的调谐函数能实现最优的减振效果,惯容的引入能更容易调整调谐函数。通过数值结果比较具惯容离心摆减振器和动力吸振器在轴系结构轴向振动减振的效果,表明优化后的具惯容离心摆减振器有更好的减振效果。     

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。     

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。     

动力吸振器基础变形及参数优化

在Voigt吸振器的基础上进行变形，设计了一种接地刚度吸振器，提出了基于固定点理论的改进方法，计算出系统固定点坐标的闭式解。使用解析和数值方法研究了主系统响应最大幅值，并根据固定点幅值特征进行全局优化，推导出最优固有频率比和最优阻尼比设计公式。通过数值仿真验证了解析解的正确性。在谐波力激励下，与局部、全局优化后的Voigt吸振器和接地阻尼吸振器进行对比，发现接地刚度吸振器经全局优化后的响应峰值和接地阻尼吸振器一致，均小于Voigt吸振器的全局优化峰值和接地阻尼吸振器的局部优化峰值，减振频带宽度最大。与同样应用全局优化的接地阻尼吸振器相比，接地刚度吸振器在接地阻尼吸振器的减振频带内减振性能更好，达到常用阻尼比所需的子系统质量更小。     

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。     

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。     

局域共振型平板结构的低频振动与声辐射特性分析#br#

抑制低频振动与辐射噪声对提高水下航行器的声隐身性能具有重要意义。首先建立含局域共振元胞的平板结构横向振动模型,采用模态叠加法和谐波平衡法导出耦合振动方程的解析解,其次给出5 Hz～300 Hz范围内平板表面平均振速级与辐射声功率级解析表达式,研究元胞中吸振器参数对平板声振特性的影响,最终对目标频段平板结构的振动控制效果进行优化设计。研究表明：研究的频率范围内,局域共振型平板结构在吸振器固有频率附近会产生能够抑制其低频振动与噪声的频带;随吸振器阻尼的增大,减振频带拓宽且减振降噪性能减弱;多振子元胞具有多个减振频带,频带的叠加使得其低频减振降噪性能优于单振子元胞;经粒子群算法优化后在目标频段单振子、双振子、四振子元胞的减振降噪效率分别可达到26.3 %、29.8 %、29.1 %。研究结果可为水下航行器低频振动以及噪声的控制提供参考。     

局域共振型平板结构的低频振动与声辐射特性分析#br#

抑制低频振动与辐射噪声对提高水下航行器的声隐身性能具有重要意义。首先建立含局域共振元胞的平板结构横向振动模型,采用模态叠加法和谐波平衡法导出耦合振动方程的解析解,其次给出5 Hz～300 Hz范围内平板表面平均振速级与辐射声功率级解析表达式,研究元胞中吸振器参数对平板声振特性的影响,最终对目标频段平板结构的振动控制效果进行优化设计。研究表明：研究的频率范围内,局域共振型平板结构在吸振器固有频率附近会产生能够抑制其低频振动与噪声的频带;随吸振器阻尼的增大,减振频带拓宽且减振降噪性能减弱;多振子元胞具有多个减振频带,频带的叠加使得其低频减振降噪性能优于单振子元胞;经粒子群算法优化后在目标频段单振子、双振子、四振子元胞的减振降噪效率分别可达到26.3 %、29.8 %、29.1 %。研究结果可为水下航行器低频振动以及噪声的控制提供参考。     

动力吸振器的多目标优化和多属性决策研究

在结构振动控制中,为了最大限度发挥吸振器的耗能减振作用.需要寻找吸振器的最优参数,即最优频率比、最优阻尼比和最优质量比,使得结构在不同的频率激励下获得最好的减振效果.本文将基于进化算法的多目标优化技术与多属性决策方法联合运用,针对主系统存在阻尼的减振系统,研究了动力吸振器的优化和决策同题.对于多目标优化问题,采用改进的非支配解排序的多目标进化算法(NSGA Ⅱ),求出Pareto最优解,由这些Pareto最优解构成决策矩阵,使用客观赋权的信息熵方法对最优解的属性进行权值计算.然后用逼近理想解的排序方法(TOPSIS)进行多属性决策(MADM)研究,对Pareto最优解给出排序.文中给出了4个设计参数、3个目标函数的动力吸振器优化设计算例.     

新型滚珠式多向动力吸振器的理论研究

提出了一种用于控制特殊多方向强迫振动的滚珠式动力吸振器。通过理论分析和数值计算,研究了该吸振器的振动控制机理和主要参数对吸振效果的影响。利用定点理论,优化设计了控制系统的最优频率和最优阻尼。研究表明,利用该结构简单的吸振器可以有效地控制机械或结构在共振频率点附近所发生的特殊的强迫振动响应。     

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。     

含放大机构的三要素型动力吸振器的H_(∞)优化EI北大核心CSCD

提出了一种含放大机构的三要素型动力吸振器模型,研究了基于H_(∞)优化准则的系统参数最优解析解。首先,将三要素型黏弹性模型与放大机构引入动力吸振器中,通过拉氏变换得到了系统的解析解。随后,以系统的解析解为研究对象发现该系统存在独立于阻尼比的三个固定点,利用固定点理论将三个固定点调到同一高度得到了动力吸振器的最优调谐比和最优刚度比设计公式。最后依据H_(∞)优化准则通过最小化幅频曲线的峰值得到了系统最优阻尼比设计公式,并通过数值仿真验证了解析解的正确性。与三种经典动力吸振器在简谐激励下进行了对比,证明了该模型有更好的吸振效果。     

考虑声振耦合的平板结构声振特性优化研究

研究多个动力吸振器优化结构的声振特性。根据Hamilton变分原理建立多个动力吸振器—平板—介质系统的声振耦合动力学方程,给出简支边界条件下耦合方程的解;以吸振器的质量、刚度、阻尼和位置为设计变量,以平板结构表面平均振速级和辐射声功率级为优化目标,采用遗传算法进行优化研究。研究表明:在一定频段内,单个动力吸振器能够降低优化目标10 d B左右,采用多个动力吸振器能够控制结构较宽频带的噪声;对于水下结构,可采用两个动力吸振器进行优化,但不能将空气中吸振器的优化结果直接用于水下结构。研究结果可为动力吸振器的减振降噪设计提供理论依据。     

含负刚度元件的三要素型动力吸振器的参数优化

提出了一种含有负刚度弹簧元件的三要素型动力吸振器模型,对该模型最优参数进行了研究。首先,建立了系统的运动微分方程,得到了系统的解析解,发现该系统存在着3个固定点。利用固定点理论将3个固定点调到同一高度得到了动力吸振器的最优调谐比和最优刚度比设计公式,根据负刚度的特性得到了在保证系统稳定情况下的最优负刚度比,通过最小化幅频曲线的最大值得到了系统最优阻尼比设计公式。最后,通过数值解与解析解的对比说明了解析解的正确性。并通过与3种典型动力吸振器模型在简谐激励和随机激励情况下的对比,说明了此模型在主系统减振方面具有很大的优势,减振效果远优于3种已有动力吸振器模型,为设计新型动力吸振器模型提出了理论上的参考。     

基于动力吸振原理的低频多模态抑振器设计EI北大核心CSCD

为实现结构低频振动控制,基于动力吸振(dynamic vibration absorber, DVA)原理设计了一种多模态抑振器。为研究吸振器阵列与抑振器阵列的抑振效果,建立了附加动力吸振器阵列四边简支板的动力学耦合模型,验证了动力吸振器阵列的振动控制效果;提出了以橡胶板-质量块、橡胶基体-金属柱壳为主要组成结构的多模态低频抑振器,从理论上计算了其各组成结构的轴向共振模态频率,并以动力吸振器参数为基准对抑振器几何参数和材料参数进行了调整,最终通过仿真和实验验证了抑振器阵列振动控制效果。结果表明:当吸振器阵列或抑振器阵列布置位置覆盖结构主要模态下最大变形位置时即可达到最佳控制效果;吸振器阵列与抑振器阵列均有一定的振动控制效果,与吸振器与受控对象间为点接触不同,面接触放大了阻尼在振动控制中的作用,因此抑振器阵列的振动控制效果更为明显。