自适应主动共振吸振器的设计和减振性能研究

为了扩大吸振器的工作频带,减小吸振器的阻尼,最终提高吸振器的减振效果,本文设计了一种自适应主动共振吸振器。文中对几种不同种类吸振器的减振原理、动力学特性等进行了理论分析和比较,集成自调谐吸振器和主动吸振器的优点,完成了一种自适应主动共振吸振器的设计,并提出了一种变步长、双寻优的控制算法。在振动台上测试了吸振器的动力学特性并理论分析了吸振器的移频特性和阻尼特性。在两端固支梁上对吸振器的减振效果进行了实验评估。实验结果显示,相比自调谐吸振器,加入主动力控制后,自适应主动共振吸振器的阻尼比从0.04减小至0.02,减振效果得到了显著的提高。     

吸振器在浮筏上减振应用的有限元分析

浮筏隔振系统是一种广泛应用的减振降噪装置,但它在低频减振方面还存在较大不足。研究表明通过安装吸振器可以改善原系统的隔振性能。本文针对吸振器在浮筏系统中减振应用的问题,采用有限元方法,通过分析比较安装吸振器前后浮筏系统频响特性的变化情况,对吸振器在实际浮筏上的减振效果进行了模拟计算;同时采用自行研制的磁流变弹性体半主动吸振器进行了吸振器在浮筏上的减振实验。通过计算结果与实验测试值的对比,验证了用该方法对吸振器在实际浮筏上的减振效果进行预报的可行性。     

蜂窝锥壳卫星适配器约束阻尼层振动抑制分析

主要研究在蜂窝锥壳卫星适配器上附加约束阻尼来抑制锥壳传递振动。尽管约束阻尼方面的研究很多，但是大多数都是针对简单的梁或者板结构，而对复杂蜂窝锥壳结构的振动抑制问题研究还很少；为此，通过对蜂窝壳的等效化处理和约束阻尼结构的有限元建模理论分析，建立起卫星一适配器结构在有无附加约束阻尼情况下的有限元模型，进一步通过模态分析和频响分析，得到不同约束阻尼层设计参数对结构振动抑制影响规律。分析结果对于经济有效的设计约束阻尼层和结构减振减重具有较好的参考价值。     

The energy thresholds of nonlinear vibration absorbers

A popular means to mitigate excessive structural vibrations is the attachment of a lightweight spring-mass element, known as a vibration absorber or tuned mass damper. Designing new types of vibration absorbers that outperform the classical linear tuned mass damper is a challenging ongoing research field. This paper focuses on the absorber with a strongly nonlinear spring characteristic. A critical aspect in the design procedure of such nonlinear vibration absorber is the existence of energy thresholds below which no efficient vibration reduction is possible. This paper extends the concept of an energy threshold to a more general parameter threshold representing several threshold values. Two important contributions are obtained. First, one single bifurcation analysis covers every combination of the system parameters. Second, the results are generalized to linear main systems under impulsive load and harmonic load, nonlinear main systems, and general nonlinear spring characteristics.     

基于MTMD的大跨度人行悬索桥人致振动控制

大跨度人行悬索桥柔度大且阻尼小,易在人群荷载激励下产生过大振动,导致舒适度不满足规范要求.对于此类结构,需要采取有效减振措施控制其动力响应.本文介绍了多重调谐质量阻尼器(MTMD)对主跨600 m人行悬索桥的人致振动控制性能.利用有限元软件建立了某大跨度人行悬索桥模型,以德国EN03规范为计算依据,计算了悬索桥的人致振...     

捷联惯导系统减振设计

机抖激光陀螺的捷联惯性导航系统结构设计的关键在于惯性测量单元（IMU）的减振设计。文章描述了一种IMU减振系统设计的方法,并在实际应用当中获得良好的效果。IMU减振系统的设计方法主要分为三大内容。首先是对减振系统中减振器的布局方案进行仿真分析,建立减振系统的六自由度振动响应模型,研究减振器布局方案的频谱特性,比较得到减振效果较优的减振器方案。然后针对获得的减振器布局方案,设计IMU结构框架和各向同性的减振器,并采用有限元的方法,对IMU的减振系统进行模态分析,获得IMU减振系统的前20阶模态频率和振型,用有限元仿真分析的方法来验证减振设计。目前这种IMU减振系统的设计方法已应用到某新型捷联惯导系统当中,减少了系统陀螺精度的降低。     

一种用于振动疲劳试验研究的典型翼面模拟件

为开展飞机典型翼面结构振动疲劳问题及相关试验技术的研究,参考某型飞机垂尾翼面设计了其模拟件。在有限元分析软件Abaqus中建立其有限元模型,进行该模拟件的动力学分析和优化,使其模拟某飞机垂尾的前三阶模态。结合模态振型分析,给出一种确定单点振动载荷最优加载点的方法。窄带随机试验结果表明,模拟件达到了设计要求,可以用于某飞机垂尾翼面振动疲劳问题及相关试验技术的研究。     

Nonlinear dynamic responses of twin-tube hydraulic shock absorber

Basically on the multi-body system dynamics, the virtual prototype of the hydraulic shock absorber for the bench test is developed in the ADAMS environment. Dynamic behaviors of the absorber are studied by both computer simulation and real test. Numerical predictions of dynamic responses are produced by the established virtual prototype of the absorber and compared with experimental results. It has been shown from the comparison that the vibration behaviors of the prototype with hysteretic damping characteristics are considered to be more identical with the bench test results than those of the same prototype with piecewise linear damping properties are. The current virtual prototype of the shock absorber is correct and can be a developing terrace for the optimizing design of the absorber and matching capability of the whole car.     

一种含放大机构的负刚度动力吸振器的参数优化

在大多数情况下机械振动是有害的,它不仅产生噪声还会降低设备的工作精度和使用寿命.采用正刚度特性的吸振、隔振系统往往难以达到满意效果,这种情况在低频振动控制系统中尤其明显.放大机构与负刚度元件在振动控制领域均表现出良好性能,但是较少有对同时含有放大机构与负刚度装置的动力吸振系统的研究.以Voigt型动力吸振器为基础提出了一种将放大机构应用于含负刚度弹簧元件的动力吸振器模型,对该模型的最优参数进行了研究.首先建立了系统的运动微分方程并得到了其解析解,发现该系统存在两个固定点,利用固定点理论得到了动力吸振器的最优频率比.根据负刚度的特性,在保证系统稳定的前提下得到了最优负刚度比,并推导了系统的近似最优阻尼比.通过数值仿真验证了解析解的正确性.与多种动力吸振器在简谐激励与随机激励下进行了对比,说明了本文模型相比于已有的动力吸振器,能够大幅降低共振振幅、拓宽减振频带并且降低系统的谐振频率,为设计新型动力吸振器模型提供了理论依据.      

Structural damping identification method using normal FRFs

All structures exhibit some form of damping, but despite a large literature on the damping, it still remains one of the least well-understood aspects of general vibration analysis. The synthesis of damping in structural systems and machines is extremely important if a model is to be used in predicting vibration levels, transient responses, transmissibility, decay times or other characteristics in design and analysis that are dominated by energy dissipation. In this paper, new structural damping identification method using normal frequency response functions (NFRFs) which are obtained experimentally is proposed and tested with the objective that the damped finite element model is able to predict the measured FRFs accurately. The proposed structural damping identification is a direct method. In the proposed method, normal FRFs are estimated from the complex FRFs, which are obtained experimentally of the structure. The estimated normal FRFs are subsequently used for identification of general structural damping. The effectiveness of the proposed structural damping identification method is demonstrated by two numerical simulated examples and one real experimental data. Firstly, a study is performed using a lumped mass system. The lumped mass system study is followed by case involving numerical simulation of fixed–fixed beam. The effect of coordinate incompleteness and robustness of method under presence of noise is investigated. The performance of the proposed structural damping identification method is investigated for cases of light, medium, heavily and non-proportional damped structures. The numerical studies are followed by a case involving actual measured data for the case of a cantilever beam structure. The results have shown that the proposed damping identification method can be used to derive an accurate general structural damping model of the system. This is illustrated by matching the damped identified FRFs with the experimentally obtained FRFs.     

Dual-Mass Dynamic Absorber for the Head Actuator Assembly in Hard Disk Drives

Abstract

In hard disk drives (HDDs), there are resonant modes due to the flexibility of the pivot and the mass of the head actuator assembly. The vibration modes can be induced in the operational environment, hindering servo bandwidth improvement and thus limiting the areal density growth of HDDs. In this article, a passive control method is investigated for damping the vibrations of HDDs through representing them by a central rigid body with flexible beam-like appendages. A dual-mass dynamic absorber is proposed, which is attached to the hollow space within the voice coil motor of HDDs. The absorber can work effectively on suppressing the key vibration modes produced by the voice coil motor (VCM) fork and quasirigid vibration of the head actuator in HDDs.     

Towed wheel shimmy suppression through a nonlinear tuned vibration absorber

The implementation of the nonlinear tuned vibration absorber (NLTVA) for the suppression of shimmy vibration in towed wheels is addressed in this study. We adopt a modified straight tangent tyre model of a single-degree-of-freedom towed wheel system with an attached NLTVA. Stability analysis illustrated that the NLTVA can significantly improve the stability of the equilibrium of the wheel. Bifurcation analysis highlighted the existence of large bistable regions, which undermines the system’s safety. However, numerical continuation analysis, coupled with a dynamical integrity investigation, revealed that the addition of an intentional softening nonlinearity in the absorber restoring force characteristic enables the complete suppression of the bistable regions, also reducing the amplitude of shimmy oscillations in the unstable region. Quasiperiodic motions were also identified; however, their practical relevance seems marginal.

     

基于混杂双稳定层合板的准零刚度隔振装置

准零刚度隔振装置(quasi-zero stiffness,QZS)在其平衡位置处的刚度接近于零,能够有效地隔离加速度幅值较低的微振动.因此,准零刚度隔振装置在卫星等航天器结构的微振动抑制领域有较好的应用前景.准零刚度隔振装置通常由正刚度部件及负刚度部件并联而成.在众多准零刚度隔振装置概念中,负刚度部件通常需要多个弹性部件及特定约束边界形成负刚度特性,导致准零刚度隔振装置的整体质量及体积相对较大.然而,航天器结构对隔振装置的质量特性及安装空间提出较高要求,因此需开发新型准零刚度隔振装置,降低隔振装置的质量及体积以满足航天器结构的使用要求.本文提出了一种基于混杂双稳定复合材料层合板的准零刚度隔振装置.通过利用混杂双稳定复合材料层合板自身的负刚度特性,降低了准零刚度隔振装置的结构复杂程度.本文对提出的准零刚度隔振装置的力学原理进行说明,对其隔振效果进行了仿真分析,并进行了隔振效果验证试验.隔振试验表明,准零刚度隔振装置的振动传递率曲线不再具有峰值,其实际振动传递率低于具有相同正刚度的线性隔振系统.基于试验及仿真分析结果,本文对隔振装置隔振性能的影响因素进行了分析讨论.分析结果显示,隔震装置中线性弹簧刚度与双稳定层合板负刚度之间的差异以及微小装配误差将导致隔振装置的隔振效果出现降低.      

时滞非线性动力吸振器的减振机理

对一个带有时滞非线性动力吸振器的两自由度结构,采用多尺度法研究了时滞非线性动力吸振器对主系统的减振性能,得到了主系统的振幅-时滞响应曲线.研究结果表明,对时滞非线性动力吸振器,可以通过调节反馈增益系数和时滞控制主系统的振动. 研究还发现,对确定的反馈增益系数,可以存在时滞的一些调节区域,时滞非线性动力吸振器可以减小主系统的振动. 并且在时滞的这些可调区域里,存在一个``最大减振点'对应这一反馈增益系数下主系统振幅的最小值.对不同的反馈增益系数,``最大减振点'对应的主系统的振幅也不同.因此能够找到一组反馈增益系数和时滞量的最佳值,最大程度地减小主系统的振动.研究结果表明,当反馈增益系数和时滞量调到最佳值时,主系统的振动较无时滞非线性动力吸振器可以减少90{\%}左右, 数值模拟也证实了解析结果的正确性.      

基于ANSYS二次开发进行黏弹性结构动力学分析

弹性-黏弹性复合结构目前在结构减振方面应用很广泛,但是现有的有限元分析软件系统尚不能有效地计算这种复合结构．因此对ANSYS进行二次开发,利用ANSYS进行前处理与建模,再利用外挂程序进行模态计算,最后将结果返回ANSYS进行后处理．将理论计算结果与实验结果进行比较,说明这种方法是可行的,计算精度满足要求．在此基础上,还对一体化有限元模型进行了修正,也取得了令人满意的结果．     

航天支架结构的被动振动控制

重点研究了航天支架结构的被动振动控制问题。在约束阻尼层有限元模型理论分析的基础上，对未附加约束阻尼层的支架计算模态和试验模态进行了相关性分析，制定出被动振动控制策略；通过分析附加约束阻层后支架计算模态和试验模态相关性，建立了有效的支架有限元模型，进一步用于各种情况的动态响应计算和分析。计算了实验结果表明，该控制策略取得了很好的减振效果，为同类结构振动控制问题提供了一个良好的模型参考。     

捷联惯组减振系统角振动、线振动共振频率理论分析

当前实际工程中,角振动试验技术和设备尚不成熟。以指导捷联惯组减振系统设计过程为目的,结合捷联惯性组合减振系统对角共振频率的特殊要求,对线振动、角振动共振频率的关系进行了分析与讨论。建立了捷联惯性组合减振系统的动力学模型,得到了捷联惯组减振系统数学模型,利用刚体动力学方法分析捷联惯组的转动惯量和回转半径,得出理想情况下捷联惯性组合减振系统线共振、角共振频率存在一定的比例关系,并与减振器安装中心到转动中心线的平均距离和惯组回转半径有关的结论。最后讨论了改变减振系统刚度和减振器布置方式两种改变共振频率的方法,并对两种方法进行了比较。     

具有粘弹性电磁式主动动力吸振器主动控制试验研究

电磁作动器是吸振器的常见形式,其设计多种多样,本文研制了一种粘弹性电磁式主动动力吸振器,与常见电磁作动器的设计上在电磁铁和永磁铁之间采用弹性元件不同,这种新型作动器在电磁铁和永磁铁之间采用的是粘弹性材料,本文从理论上分析计算了电磁铁和永磁铁之间的作用力,制作了作动器模型,设计了实验,并将此作动器附着于铝质悬臂梁的自由端,利用这种作用力作为控制力对悬臂梁的振动进行控制,证明了此吸振器具有良好的吸振效果。     

减振阻尼材料设计方法研究

减振阻尼材料可以改变结构的阻尼特性从而降低振动响应和声辐射水平,因而被广泛应用于飞机结构的减振降噪。本文针对减振阻尼材料的设计和应用开展了一系列试验研究,首先通过材料改性得到了不同主基料下材料的配方对阻尼性能的影响;其次配制了三种不同的约束阻尼结构,通过DMA测试对比了三种约束阻尼结构的最佳使用温度和频率范围;最后对约束阻尼结构的减振效果和粘贴布局应用进行了试验,试验结果表明,约束阻尼结构具有良好的减振效果。通过研究掌握了减振阻尼材料在材料改性、约束阻尼结构设计、粘贴布局应用等方面的一些设计方法,可为后续的进一步研究提供技术支持和参考。     

旋转叶片滚子式动力吸振器基本原理和特性

讨论了一种可用于旋转叶片的动力吸振器基本原理和动态特性。文中首先说明了这种以滚子滚动作为辅助系统的动力吸振器结构和力学模型,建立了吸振器数学模型并进行了相应的数学分析;然后说明了这种滚子式动力吸振器可随叶片旋转速度变化的自调谐特性,讨论了有关自调谐特性的性质。研究表明,这种新型的滚子式动力吸振器结构紧凑,具有随叶片旋转速度变化的自调谐功能,可以用于旋转叶片的减振问题。最后,文中研究和分析了这种吸振系统频率特性,表明这种系统也具有特殊的“频率转向”特性,反映了系统不同模态间的耦合性质。