具有非线性刚度动力吸振器的隔振系统半主动控制

研究带有非线性刚度吸振器的隔振系统振动稳态响应的半主动控制。动力吸振器和隔振系统（主系统）的刚度均为Duffing类型的非线性刚度。对吸振器的阻尼采用了两种半主动控制策略以减少主系统的振动，并讨论了吸振器刚度的非线性程度，吸振器质量与主系统质量之比及主系统刚度的非线性程度对主系统稳态响应的影响。数值分析结果表明，采用适当的系统参数和控制策略可以有效地改善主系统的稳态响应。     

一种含有杠杆元件的动力吸振器参数优化

提出了一种含有杠杆元件的新型动力吸振器模型,基于H∞与H2准则进行了参数优化,并分析了减振效果。首先建立了系统的运动微分方程并求解,然后利用固定点理论和最优性能指标分别对系统参数进行H∞优化和H2优化,从而得到了两种优化准则下的最优参数。将解析得到的结果和数值结果进行了对比,证明了求解的正确性。进一步分析了放大比对系统最优参数和主系统振幅的影响。将含有杠杆模型与经典的动力吸振器模型进行了对比,发现含有杠杆模型的减振效果优于已有的经典动力吸振器模型,可以为设计新型动力吸振器提供理论依据。     

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。     

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。     

基于H2范数的弹性基础上接地负刚度动力吸振最优参数研究

针对实际工程中弹性基础上接地负刚度动力吸振器的最优参数设计,建立了以无阻尼单自由度系统代表弹性基础的动力学模型,采用H₂范数优化准则获得了以外激励到基础的力传递率最小时关于质量比和负刚度比的最优参数解析表达式,开展了简谐激励和随机激励下的效果验证以及不同基础参数下的参数影响分析。结果表明：以控制外激励到基础的力传递率为目标时,最优参数仅取决于吸振质量比和基础与主系统的刚度比,而与基础的质量比无关;当基础与主系统耦合强时,接地负刚度动力吸振依然能实现有效控制,但此时Voigt动力吸振已基本失效。     

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。     

含惯容和接地刚度的黏弹性动力吸振器的参数优化

将带有黏弹性特性的 Maxwell 模型引入系统中,提出一种含惯容和接地刚度的动力吸振器,并对该模型进行参数优化。建立系统的动力学方程并求出解析解,发现幅频曲线中存在三个固定点。利用固定点理论将系统的三个固定点调整到同一高度,得到系统的最优频率比和最优刚度比,并根据 H∞优化准则求出系统的最优阻尼比。在参数优化过程时,发现惯容比在一定范围内,有两组适合该模型的最优参数,进而确定不同惯容比所对应的最优参数。考虑实际工程应用并保证系统的稳定性,对比两组参数的优化结果,在常规参数下确定了惯容比的最佳工作范围。分析惯容比在最佳工作范围内外系统参数的选择对系统响应的影响,给出了在实际工程应用中的建议。与已有的动力吸振器在简谐激励和随机激励下的减振效果进行比较,说明恰当地选取惯容比可使系统有明显的减振优 势,为设计动力吸振器提供理论依据。     

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。     

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。     

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。     

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。     

含负刚度器件的Maxwell模型动力吸振器的参数优化

将黏弹性材料模型中的Maxwell模型引入到吸振系统。形成一种含负刚度器件的Maxwell模型动力吸振器,并对该模型的参数进行优化。建立系统的运动微分方程,得到系统的解析解;利用固定点理论将系统的三个固定点调整到同一高度,求出系统的最优频率比和最优负刚度比,并根据H_∞优化准则得到系统的最优阻尼比;分别在简谐激励和随机激励条件下,与几种经典动力吸振器模型对比证明了含负刚度的Maxwell模型动力吸振器有较好的吸振效果。     

两级串联式动力吸振器的参数设计

针对在主系统上附加两级串联式动力吸振器后构成的三自由度系统,通过求解其振幅放大率表达式,分析系统是否在某种条件下存在定点,结果表明当吸振器阻尼均存在时,不存在定点,故无法用定点理论对吸振器参数进行优化。通过编写计算程序对吸振器的各个参数进行数值优化,使主系统振幅放大率曲线的三个峰值点几乎等高,得到大量算例,并对其进行曲线拟合得出实用近似最优关系式,使设计效率提高。优化后,通过与不同型式的动力吸振器进行比较,发现两级串联式动力吸振器的吸振效果更好。     

基于磁流变弹性体的推进轴系半主动式吸振器研究

根据船舶推进轴系纵振动力学特性,针对动力吸振器的减振机理进行研究,并对半主动式吸振器的设计参数影响规律进行理论分析。基于磁流变弹性体的剪切模量可由外加磁场控制的特性,设计了一种剪切刚度可调的半主动式吸振器,对其移频特性进行了试验测试,并在1∶4的船舶轴系缩比模型上进行了变转速工况下吸振效果试验。实验结果表明,该吸振器具有12.3 Hz的移频范围,移频特性曲线线性度良好;并且在不同转速下相比被动式吸振器均有更好的吸振效果,进一步验证了利用磁流变弹性体设计推进轴系半主动式吸振器的可行性。     

基于智能算法的动力吸振器多参数优化研究

动力吸振器在改善系统振动与噪声方面应用广泛,优化动力吸振器的参数是提高动力吸振器性能的关键。设计动力吸振器多参数优化目标函数,研究人群搜索算法在动力吸振器参数优化中的应用,并运用人群搜索算法、遗传算法和粒子群算法进行仿真计算,对比三种算法对动力吸振器进行参数优化时的稳定性、计算速度、计算精度。结果表明,所设计的基于人群搜索算法的优化方法具有较好的稳定性及计算精度,但计算速度稍慢于另外两种算法。工程实例证明,基于人群搜索算法优化后的动力吸振器对于改善汽车部件共振、降低车内噪声具有良好效果。     

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。     

线性多自由度系统中动力吸振器优化参数的数值拟合

本文将P．J.Den．Hartog提出的“定点等值法”推广运用于有限长多自由度系统中的动力吸振器设计，利用小步长搜索法确定了动力吸振器的优化结构参数。同时，为工程应用方便起见，对动力吸振器的一些最优参数进行了曲线拟合，并给出了相应的经验公式。     

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。     

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。