多重动力吸振器控制单跨转子振动实验研究

针对大型旋转机械中存在的转子振动问题,对转子的过临界振动和常见故障进行了减振研究,特别是利用动力吸振器对转子系统减振原理和减振效果进行了研究。设计了多重半主动动力吸振器,并搭建了单跨实验台,利用仿真软件验证了实验台参数的合理性;设计了具有四重固有频率的四重动力吸振器,进行了转子系统临界振动控制实验和通过开关控制抑制转子的一阶临界振动实验;进行了多重动力吸振器和双重动力吸振器的对比实验。研究结果表明:开关控制的动力吸振器能将转子全程的振动控制在一个较小的范围内,解决了新的共振峰问题,并能有效拓宽有限减振频带;四重动力吸振器的减振效果比双重动力吸振器高出4%以上,同时在其整个工作频带中都可以对转子振动进行有效控制。     

变质量-负刚度动力吸振器试验研究

针对传统动力吸振器“窄带”缺陷,设计了一种新型的变质量-负刚度动力吸振器,从而可以使吸振器具有较好的低频有效性。建立变质量-负刚度动力吸振器的动力学方程并分析了吸振器的工作原理;搭建了变质量-负刚度动力吸振器试验台,编制了PID控制程序;对吸振器减振性能进行了动力学仿真和试验研究。研究结果表明,所设计的吸振器连续可调,有效频带比传统吸振器频带宽了17.3%。     

悬臂式刚度自调谐吸振器动力学特性研究

根据轴力变化对悬臂式结构固有频率的改变规律,设计一种由压电材料驱动的刚度自调谐动力吸振器。首先,研究适用于这类吸振器的半主动控制方法,分别采用逐步寻优和遗传控制算法对吸振器固有振动频率进行实时调节;其次,结合实际受控系统进行动力学仿真分析;最后,在获得有效振动抑制的基础上进一步将吸振器应用于风洞测力模型的振动控制试验研究。试验结果表明：吸振器能够将风洞测力模型端部振动抑制效果提高至40dB以上,与其他类型的振动控制器相比具有更为优异的动力学性能。     

用电磁悬浮动力吸振器控制转子多频不平衡响应的方法

在转子上采用电磁悬浮动力吸振器 ,可以解决转子振动控制中的许多难题。它不必安装在轴承位置 ,因此可以兼顾转子的静、动态特性要求 ;不随转子旋转 ,激励控制方便 ,且不会因吸振器运动而派生出更大的离心力问题 ;因非接触又不随转子旋转 ,不会增加转子的转动惯量 ,原则上其质量可以有较大的选择余地 ;没有外传力或外传力很小。因此 ,电磁悬浮动力吸振器具有重大的工程应用价值。在给出转子 +电磁悬浮动力吸振器系统模型的基础上 ,采用输出调节器理论 ,设计了电磁悬浮动力吸振器控制系统。控制系统的主要目标是 :在指定的多个频率位置 ,将转子的不平衡响应减为零 ,而在其余较宽的频率范围内 ,尽量抑制不平衡响应的水平 ,使之处于非共振量级。仿真分析验证了所提出方法的有效性。     

管道系统动力吸振器布置多目标优化设计

工业设备中管道系统的振动具有明显地线谱特征,动力吸振器可以有效抑制管道在特定频率下的振动。引入一类含平动和转动自由度的动力吸振器,针对某管道系统开展简谐激励下的振动控制研究。首先,分别采用梁单元、弹簧-质量单元模拟管道和动力吸振器,并将动力吸振器与管道的运动方程耦合。采用拉丁超立方体抽样方法对动力吸振器的参数进行采样,建立动力吸振器参数到管道支承位置振动响应的输入输出关系。采用Kriging插值法建立输入输出关系的代理模型,基于代理模型进行参数相关性分析。应用全局高效响应面算法,对管道上动力吸振器的布置进行多目标优化,实现管道系统的振动控制,优化变量包括吸动力吸振器的安装位置和刚度参数。并针对得到的最优设计方案进行稳健性评估,考查各设计参数在设计方案名义值附近扰动时,对各输出变量的影响。     

基于差分进化法的三要素吸振器参数设计

为了对不平衡问题造成的转子振动进行减振,使用三要素吸振器进行振动抑制,并对吸振器进行参数优化.利用有限元法建立系统动力学方程,使用差分进化法求解三要素吸振器的最优参数.分别利用差分进化法和固定点理论,分析了质量比变化对于吸振器各参数及其减振效果的影响.结果表明:和固定点理论相比,使用差分进化法设计的三要素吸振器具有更大...     

基于非线性吸振器的薄壁件切削振动控制

在航空发动机的涡轮风扇及叶片等薄壁件在铣削加工过程中，由于材料切削困难、零部件刚度低以及加工中时变性强等原因易造成薄壁件出现颤振，导致加工精度降低及表面质量变差。利用动力吸振器可有效控制振动现象，但由于材料去除时被加工件等效参数变化而导致其模态频率迁移，易造成振动控制失效。为保证切削全过程中的有效振动控制，提出了非线性吸振器，建立了主系统耦合非线性吸振器的动力学模型，利用复变量平均法分析了系统的慢变方程，得出了系统发生鞍结分岔以及霍普夫分岔的边界条件，分析了激励频率对分岔边界及截断阻尼的影响。利用数值方法从时域及频域进行分析，得出了系统的能量谱，对比了非线性吸振器及线性吸振器的振动抑制性能，结果表明，非线性吸振器可在全频段有效进行振动控制，避免了引入线性吸振器引起的二阶共振。     

半主动型电磁动力吸振器及其周铣制振的应用研究

为了实现不同主轴转速下的周铣加工减振,提出了一种刚度和质量可调的半主动型电磁动力吸振器,采用电磁机构和机械方法分别实现吸振器的刚度和质量可调,以此调节其固有频率.提出了吸振器的结构,分析了吸振器的工作原理,建立了耦合模型与非耦合模型下吸振器的动力学方程;采用数值方法探究了耦合模型与非耦合模型下,在不同主轴转速时吸振器对...     

半主动动力吸振器的变刚度技术

半主动动力吸振器因其低能耗和宽的适用范围在许多振动控制中得到应用,通常采用的变刚度技术是决定其振动控制性能的关键。就现有的各种技术实现方式的原理、刚度变化范围、刚度相应速度和适用性等性能进行了分析和比较,特别是对其中重要性能进行了比较深入的分析,给出了综合评价,并提出的一种容易实现的变刚度装置。     

双重钢轨吸振器对轨道系统的振动抑制研究

城市轨道交通线路在小半径曲线、加减速区段等特殊地段,具有较高的减振性能需求,附加钢轨吸振器是一种有效抑制轨道系统振动的方法。以抑制地铁特殊地段的钢轨振动为目的,建立含附加钢轨吸振器的轨道垂向动力学模型,求解钢轨的振动响应,以分析钢轨的振动形式为基础,建立评价振动大小的Pinned-Pinned振动突变量化指标与分级标准。提出了单个钢轨吸振器抑制钢轨振动的设计方法并拟合优化设计频率表达式,指出附加单个钢轨吸振器带来的不利影响,进而提出双重钢轨吸振器的设计方法。结果表明,钢轨的动柔度在900～1 300Hz发生体现为尖峰与低谷的突变现象,建立的突变指标可以用于评价钢轨的Pinned-Pinned振动的大小;单个钢轨吸振器可以有效地抑制钢轨振动,但附加的吸振器会给轨道系统带来不利影响,导致轮轨动作用力的加剧;双重钢轨吸振器因存在两个减振频率的特点,不仅可以有效地抑制钢轨振动,而且对钢轨的不利影响较小,使钢轨的振动响应更平缓。对钢轨Pinned-Pinned振动的量化评价以及钢轨吸振器的理论参数设计具有重要的参考价值。     

一种压电型变刚度动力吸振器原理与验证

为了拓宽传统动力吸振器的的控制带宽,设计了一种采用压电堆元件的变刚度动力吸振器,利用欧拉梁弯曲刚度受其预应力影响的力学原理,采用调节控制电压改变压电堆元件的输出力,进而实时改变作为吸振器弹簧元件的欧拉梁弯曲刚度。介绍了动力吸振器的工作原理,给出了欧拉梁弯曲刚度的计算方法,设计并加工了一种压电型变刚度动力吸振器原理样件,并开展试验验证。动力学特性试验测试结果表明,驱动电压为0~120 V时,吸振器的移频范围为71.5 Hz~75 Hz。     

非线性能量阱在转子系统振动抑制中的应用

现代旋转机械需要结构简单且具有宽频抑振范围的抑振装置,因此研发了一种具有分段线性非线性刚度的非线性能量阱(Nonlinearenergysink,NES)。首先介绍了该非线性能量阱的结构和工作原理;其次分析了非线性能量阱的刚度和阻尼特性,并建立了转子-非线性能量阱系统的动力学方程;之后,采用数值方法分析了非线性能量阱在各向同性转子系统和各向异性转子系统中的振动抑制效果,并对其宽频抑振能力进行了验证;最后,建立试验系统验证了非线性能量阱的效果。研究结果表明,该非线性能量阱对于各向同性和各向异性转子系统都有很好的振动抑制能力,数值仿真最佳抑振率达到68%,试验最佳抑振率达到67%。     

多自由度振动系统动力吸振器优化设计

本文研究了附加动力吸振器的多自由度振动系统,提出了一种对吸振器进行优化设计的方法。可根据不同的设计要求,在多种意义下对吸振器的阻尼和刚度进行最佳选择。求传递函数时采用了文[1]的计算方法,解决了理论或数值计算传递函数时遇到的困难。以算例验证了本方法的有效性。     

轨道车辆车体磁流变弹性体吸振器的建模与仿真

以降低城市轨道交通车辆车体的垂向振动、提高乘客舒适度为目的,根据动力吸振器理论及磁流变弹性体刚度可调的特性,设计一种并联安装在车体底部的半主动式磁流变吸振器。为保证磁流变吸振器工作性能稳定,分析磁流变吸振器的磁路结构,利用多元回归分析法拟合励磁电流对磁流变弹性体工作区磁场强度的影响关系,提出励磁电流对磁场强度的控制算法。针对城轨车辆工况变化频繁、车体振动特性复杂的特点,建立对车体宽频振动适应性强的磁流变吸振器系统,研究其对车体垂向减振特性的影响,并利用Sperling指标验证了磁流变吸振器系统的减振能力。结果表明,所设计的磁流变吸振器结构紧凑且安全性高,对车下剩余空间的利用具有合理性;所建立的磁流变吸振器系统振动频带宽,可与车体始终处于谐振状态,使车辆的运行品质时刻保持在优级。论文的工作为利用磁流变弹性体的轨道车辆车体半主动式吸振器的应用提供了参考依据。     

基于并联机构的三维动力吸振器各向同性设计及减振特性研究

针对动力机械设备的多维线谱耦合振动控制问题,提出一种基于并联机构的三维动力吸振器,它具有模块化、附加质量小等优点。构造出采用一组关节坐标刻画的动力学方程,在此基础上推导出该新型动力吸振器的模态解析解,得到动力学各向同性条件,并据此设计出一款可抑制50 Hz线谱振动的动力吸振器。探讨了该动力吸振器在动力机械设备多维线谱耦合振动控制中的有效性及优势。分析结果表明：不同于单向动力吸振器仅能抑制其自由度方向的线谱振动,新型三维动力吸振器在三个垂直方向上对50 Hz附近线谱振动的最大减振效果均高于7 dB。     

有色噪声激励下非线性吸振器的能量传递

将双稳态振子作为非线性吸振器,建立了含非线性吸振器的主系统力学模型,给出了有色噪声激励下系统的控制方程并进行了量纲一化。借助数值仿真,研究了系统初值、调谐频率比、质量比、阻尼系数对主系统和非线性吸振器振动能量的影响规律。通过系统结构参数的逐步优化选择,获得了将主系统振动能量最小化并使非线性吸振器振动能量最大化的最优结构参数配置区间。     

一种能实现变刚度特性的新型抗振冲机构设计

提出一种新型变刚度抗振冲机构，用该机构进行隔振能够获得宽频带无共振峰的效果，新型机构由曲柄滑块机构和凸轮机构组合而成，并运用改变杠杆支点的原理实现变风度，给出的计算实例说明这种变刚度机构作为隔振系统可在较宽的激振频率下，其最大隔振系数接近于１．振动加速度也大大降低。     

连续参数型吸振器吸振分析及优化

针对连续参数型动力吸振器与弹性薄板构成的耦合系统,以功率流理论为基础,结合有限元方法,分析了连续参数型动力吸振器变阻尼复合梁的吸振特性。与试验结果进行对比可知,变阻尼层复合梁具有吸振频带宽、吸振效果好的特性。为了提升吸振器的吸振效果,通过ANSYS的优化模块,对连续参数型动力吸振器的吸振性能进行了优化设计,优化后的吸振器在多个频率段内吸振性能得以提升,验证了优化方法的有效性。     

基于轮对吸振器的城市轨道车轮减振研究

以减少城市轨道车辆的轮对垂向振动为目的,建立了包含轮对吸振器的车辆-轨道耦合模型,提出了一种新颖的采用轮对吸振器的车轮减振方法。通过对轮对吸振器曲轴反“U”字形的设计实现了吸振器可安装在轮对上的物理模型,并对轮对吸振器的参数进行理论设计,讨论了吸振器的质量比对其减振性能的影响。利用轮对垂向振动加速度及轮轨动作用力指标分析采用吸振器前后轮对的垂向振动特性,获得了轮对吸振器的减振效果;根据城市轨道交通车辆运行速度变化频繁的特点,获得了不同速度工况下吸振器的减振效果。研究结果表明：在车辆速度为80 km/h的运行条件下,轮对垂向振动峰值频率处的减振效果可达39.2%;在其他速度工况下,轮轨动作用力都被很好地抑制,并且车速越高,吸振器的减振效果越明显。因此,轮对吸振器能够有效降低轮对的垂向振动,改善轮轨相互关系,具有较好的减振效果,对于提高城市轨道车辆运行的平稳性具有一定参考价值。     

基于功率流的宽带复式动力吸振器优化设计

以简支薄板为主振系 ,对其附加复式动力吸振器 ,提出以输入系统的净功率流在整个激励频带内的总声功率级为控制量的优化设计方法。通过算例 ,将普通动力吸振器与复式动力吸振器的吸振效果进行对比 ,揭示了复式动力吸振器适合于弹性体振动控制的宽带吸振性能 ;对复式动力吸振器结构参数优化以及结构参数与安装位置的联合优化设计的研究 ,表明吸振器的安装位置对其吸振效果影响很大 ;另外还研究了质量比与吸振效果的关系 ,为复式动力吸振器在弹性振动控制中的推广应用奠定了基础。