振动控制研究进展综述

由于工程中巨大的需求,振动控制技术和相关的研究,一直都是国内外研究的前沿热点．经典的振动控制方法有着严密的理论体系,一直都被工程师广泛应用．但是这些振动控制技术也有其明显的缺陷,因此,国内外学术界多年来一直致力于改善这些缺陷,或提出新的振动控制结构和新方法来抑制振动．本文综述近年来国内外学术界新的方法和技术,主要是从被动抑制和主动控制两个方面进行综述．     

油-气两相流管线系统振动分析及减振控制

针对油-气主管线系统的油-气两相流振动问题,建立了管线系统的动力学模型.分析计算油-气两相流在管道内的动力学特性,判断其流型;根据动量定理得到了管线各处受力的时间历程,从而确定管道系统受到的实际动载荷并求出其振动时间历程响应;分析管线系统的模态和影响振动模态的关键因素,采用合理加强原有支撑刚度和在恰当部位增加新支撑等措施,使管道系统的振动得到控制.分析结果与现场实测数据对比,验证了此振动分析方法的有效性.     

轴向运动弦线横向振动的线性反馈控制

研究轴向运动弦线和作动器组成的耦合系统的横向振动控制。此系统被作动器分成未控和受控两部分,通过作用在作动器上的控制力对受控部分的横向振动进行控制。采用能量方法获得反馈控制规律,得到两种控制力,并用半群理论证实受控弦线横向振动的渐近稳定性和指数稳定性。在初始扰动和激励力作用下,通过数值仿真证实控制规律的有效性。     

裂纹转子振动特性分析

以具有刚性支承的水平Jefcott裂纹转子为研究对象,考虑涡动的影响,建立了裂纹转轴在固定坐标系中的刚度矩阵,推导了裂纹转子振动的运动方程,并通过数值方法分析了其动态特性。数值分析表明：裂纹转子振动响应中出现1X、2X、3X……分量,且当Ω=1/2,1/3…时,2X,3X…分量分别达到最大值;转子的中心轨迹形状随Ω变化而变化,当β=0-π逐渐增大时,响应中1X分量显著减小。考虑弯扭耦合振动时,振动响应中出现一些新的频率成分。同步激励的情况下,当ω＝ωN／n(n=2,3,4,…）时,扭转振动响应中nX分量也达到最大值。     

Vibration characteristics of offshore cylindrical tanks

The vibration characteristics of offshore cylindrical tanks are studied in this paper. This is a typical topic of liquid-shell interaction system. In this paper, a general analytical method is presented by which the axial modal functions of liquid and shell are represented as the same complete orthogonal series for uncoupling the mode of liquid and shell. Simultaneously, the mode functions are expanded into a uniform convergence series and a linear polynomial, so that the problem of convergence and differentiation of mode series is solved. Therefore, the rather exact natural frequency and its corresponding mode of offshore cylindrical tank with different liquid depths, with arbitrary boundary conditions and with intermediate constraints can be obtained.     

振动摩擦机理及其非线性动力学特性

本文揭示了振动工况下散体物料的振动摩擦机理,给出了振动参数与土壤内摩擦力的关系曲线,并用数值试验方法模拟了复杂的振动摩擦压实过程,分别给出了振频和振幅对土壤孔隙比和轴向应力均值的关系曲线,验证了振动压实减摩机理的正确性.结果表明:松散物料在振动工况下,其颗粒间的摩擦力由静摩擦力转变为动摩擦力,随着振频和振幅的增加,摩擦阻力减小,从而土的内摩擦力减小,并且存在最优的振动强度使土壤在振动压实过程中的内摩擦力最小.建立了基于振动压路机的振动摩擦系统非线性动力学模型,利用渐进法得到了振动压实过程的共振响应和非共振响应.     

考虑结构损耗时水中圆柱壳的振动声辐射特性研究

基于圆柱壳的振动方程以及壳与流体边界上振速连续条件,推导了简支在刚性圆管上的有限长圆柱壳的低频声辐射的自辐射阻抗和互辐射阻抗计算公式,在考虑结构损耗情况下求解了圆柱壳的机械阻抗、表面振速、辐射声功率、辐射效率以及辐射声场的分布特征。结果表明:低阶模态自辐射阻抗大于互辐射阻抗,且自辐射阻随模态阶次增大迅速减小;当p、m同为偶数或奇数时模态辐射阻系数rpmqq大于零,反之小于零。模态辐射抗系数xpmqq在零值附近波动并当ka趋于无穷大时xpmqq都趋向零;p与m相差越大,rpmqq和xpmqq越小。当激励力频率较低时圆柱壳辐射声场指向性为"∞"和"8"叠加的形状;随频率增高,轴向模态和周向模态综合效果导致辐射声场指向性趋于复杂。计算简支圆柱壳的声辐射特征,必须要考虑结构的损耗。     

铝基复合材料在惯性导航仪表中的应用分析

金属基复合材料有适合于惯导仪表的多项优导特性,性能价格比较好,三种主要制备技术在国内均已成熟。该材料应用的主要技术问题如增强体分散均匀性、材料成型、机械加工和热处理等已基本解决。通过对典型捷联惯导系数关键零件的随机振动、阻层特性等力学分析可知,该材料可在提高系统共振频率、阻尼系及精度稳定性方面对惯性系统有贡献。预计该材料在未来两年后可批量应用于惯性仪表中。     

反扰力振动控制理论及其在井塔消振中的应用

应用反扰力振动控制方法，通过施加一个与原扰力在相位上相反的控制力，来抵消原扰力对结构的影响。此法用于实际的矿井井塔建筑结构消振工程，取得了消振９０％以上的显著效果，从而证实了此法的正确性和有效性。此法在动力荷载扰力作用下的建筑结构振动控制工程中，具有重要的应用价值     

随机桁架结构的非平稳随机动力响应分析

本文研究了随机桁架结构在非平稳随机激励下的动力响应问题。在利用随机因子法分析随机结构动力特性的基础上，给出了一种分析随机结构非平稳随机响应的新方法。从结构非平稳随机响应的表达式出发，同时考虑桁架结构的物理参数、几何尺寸的随机性，利用求解随机变量函数矩的方法和求解随机变量数字特征的代数综合法，导出了随机桁架结构在非平稳随机激励下位移响应均方值和应力响应均方值的均值、方差和变异系数的计算表达式。通过算例，分析了结构物理参数和几何尺寸的随机性对结构位移响应均方值和应力响应均方值随机变量随机性的影响。本文方法具有对随机结构进行一次动力分析便可求得动力响应的数字特征，且可以考察结构任一参数的随机性对结构非平稳随机响应分析结果的影响之优点。     

沟槽表面填充材料对界面摩擦振动噪声的影响

采用机械加工方式,在基体(蠕墨铸铁)表面加工出平行且等间距的沟槽,并在沟槽中分别填满铝材料和锻钢材料,对该填充材料试样和基体试样进行界面摩擦噪声试验,并采用数值模拟方法加以分析,得出界面摩擦振动噪声行为在不同沟槽填充材料下的变化特性,并将不同界面摩擦磨损行为与振动噪声动态关联起来.试验及数值模拟结果表明,在沟槽中填充铝材料加剧界面磨损,增大摩擦系数,并加速系统不稳定振动的产生,增大噪声强度,而在沟槽中填充钢材料能有效延缓界面不稳定振动和摩擦尖叫噪声信号的产生.此外,计算结果表明,界面磨擦磨损行为导致的界面接触非线性特性是产生多频率不稳定振动和噪声的重要因素.     

Full-wave numerical simulation of nonlinear dissipative acoustic standing waves in wind instruments

A finite volume full-wave method is used to simulate nonlinear dissipative acoustic propagation in ducts with a circular cross-section. Thermoviscous dissipative effects, due to bulk viscosity and shear viscosity in the boundary layer adjacent to the duct walls, are also considered. The propagation is assumed to be axisymmetric, and two different geometries are considered: a straight cylindrical tube, and a cylindrical tube joined smoothly to a slowly-flaring bell. Of special interest is the study of the onset of standing waves in the nonlinear regime. The full-wave numerical scheme is particularly well-adapted for this purpose, as it is not necessary to impose boundary conditions at the open end of the duct. A simplified model of excitation is adopted, where the lips are replaced by a spring–mass system which behaves like a pressure valve with a single degree of freedom. The full system behaves as expected, with a feedback cycle established between the pressure valve and the air column. The simulation is validated successfully in the linear regime using a theoretical solution. It is shown that increasing the stiffness of the lips leads to discrete jumps in playing frequency, which is behaviour typical of brass instruments. In the nonlinear regime, shock formation is observed for sufficiently high amplitudes of oscillation, and the radiation of these shock waves by the open end of the ducts can be visualised in the time-domain, along with edge-diffraction effects. The formation and evolution of standing waves in the nonlinear regime, where the effect of these shocks is very noticeable, is also examined.     

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。     

车桥耦合振动迭代求解数值稳定性问题

本文首先建立简化的等效弹簧振子模型进行车桥耦合振动迭代求解稳定性理论分析,然后将分析结论推广到复杂车桥系统进行验证.论文揭示了迭代不收敛的机理,再现了分离迭代发散的现象,提出了解决或者改善迭代稳定性的方法.研究表明迭代计算稳定性主要由所采用的轮轨接触假设决定,轮轨密贴接触假设是迭代不收敛的主要根源,而采用轮轨非密贴接触假设基本不会导致迭代不收敛.若采用轮轨密贴接触假设,在足够小的积分步长下,轮对质量与轮轨接触处桥梁单元的节点集中质量之比是影响迭代稳定性的关键因素,而桥梁和车辆系统的刚度、阻尼是影响迭代稳定性的次要因素.可采取如下方法改善迭代稳定性:忽略轮对惯性力对桥梁的作用,采用迭代加速技术,选用较大的时间积分步长等.     

基于高精度数值积分的结构顺风向风振计算

对于采用Davenport风谱作为脉动风荷载功率谱密度函数的结构风振计算,建立一种适合高精度数值积分的计算格式,采用高精度的龙贝格求积法计算结构顺风向风振响应的数值解,并认为此解可以作为理论解的良好逼近;以本文的数值积分解作为比较依据,检验了基于背景分量共振分量的结构风振计算方法的精确度和适用性。     

反共振理论在动力吸振器设计中的应用

本文旨在讨论反共振理论在动力吸振器设计中的应用，特别是应用动力吸振器族控制或消除复杂结构，机械系统中某些子结构稳态响应或系统共振的方法，最后给出了反共振动力吸振器族在某大型机械设备振动控制中的应用实例。     

主动移频式动力吸振器及其动力特性的研究

动力吸振器是振动控制中比较有效的减振装置,只要吸振器(子系统)的振动固有频率与振动物体(主系统)的振动频率相同,即可有效地消除主系统的振动。但传统动力吸振器的控制频率带宽较窄,限制了其稳定性和减振效果的提高。本文通过独特的机械设计,研制了一种可以通过调节自身的几何参数,使得其固有频率随几何参数线性变化的主动移频的新型动力吸振器,并初步设定了相应的控制方法。文中还对其动力学特性进行了理论分析和实验测试,分析了它的机理,评估了它的实际减振效果。研究结果表明该吸振器可以大范围调节自身固有频率,有效拓宽吸振频带,具有良好的减振性能和稳定性。     

岩土力学与地下工程结构分析计算的若干进展

本文扼要介绍了岩土力学和地下工程结构分析计算方面近年来的若干进展，主要只对作者在课题研究中所接触到的一些工作进行综合性阐述，而未求涉猎该一子学科领域中所有问题。本文的主要内容包括：岩土力学学科的若干进展；几种有前景的数值方法；计算机科学在岩土力学与地下工程中的采用和地下结构的抗震动力分析计算研究。     

摩擦学的进展与展望

对摩擦学近１０多年来在润滑与润滑剂和摩擦与磨损两个方面的进展作了综合介绍与评述，指出最引人注目的是采用扫描隧道显微镜、原子力显微镜和超薄膜干涉仪等先进仪器设备对边界润滑和边界膜进行原位研究，以及纳米摩擦学、陶瓷摩擦学、空间摩擦学、核反应系统摩擦学、微观摩擦学和表面工程等的发展与各种新型摩擦学材料的开发。同时，还对本世纪末和下世纪初摩擦学的发展前景作了展望，认为在摩擦学设计、新的摩擦学系统、特殊的摩     

Theoretical and Experimental Study on the Parametrically Excited Vibration of Mass-Loaded String

The parametrically excited lateral vibration of a mass-loaded string is investigated in this paper. Supposing that the mass at the lower end of the string is subjected to a vertical harmonic excitation and neglecting the higher-order vibration modes, the equation of motion for the mass-loaded string can be represented by a Mathieu's equation with cubic nonlinearity. Based on the stability criterion for Mathieu's equation, the critical conditions inducing parametric resonance are clarified. Theoretical analysis shows that when the natural frequency f _s of the string lateral vibration and the vertical excitation frequency f satisfy f _s= (n/2)f, n= 1, 2, 3, ..., parametric resonance occurs in the case of no damping. For a damped system, parametric resonance most likely occurs when f is close to 2f _s, and depends on the damping of the system and the vertical excitation. The critical excitation has been derived at different frequencies. If the natural frequency of the mass vertical vibration happens to be twice that of the string lateral vibration, the parametric resonance may occur due to a small disturbance. Numerical simulations show that the lateral vibration of the string does not increase infinitely at parametric resonance because the parametric excitation is self-tuned due to the coupling between the vertical and lateral vibrations. Finally, the theoretical results are supported by some experimental work.