Novel method for research on exposure to nonlinear vibration transferred by suspension of vehicle

The paper presents novel method for research on exposure to nonlinear vibration of passenger car suspension as nonlinear dynamical system. Also paper provides a discussion on the results of studies addressing the impact exerted by damping properties of shock absorber on the vibrations being generated. The research was conducted on the car forced to vibration by the exciter machine with changeable frequency. The paper addresses results of analysis of application of one of the time-frequency representation techniques to the identification of structure of vibration. The obtained representation of the vibration allows determining time function of separate frequency bands, which represents the isolated vibration dynamics phenomena. Considering the variability of the time and frequency distribution of the vibration even in selected analysed bands, the time function was developed as exposure to vibration estimator. The recommended method makes use of function of exposure to vibration. The advantage of these method is possibilities of precise analysis of chosen frequency bands. The investigations conducted confirm considerable susceptibility to changes in the technical condition of shock absorber with regard to the assessment of human exposure to vibrations.     

振动力学基础课程中的非线性振动

本文总结在振动力学基础课程教学中对非线性振动的处理。教学目的是了解最基本的非线性振动近似分析方法和典型非线性振动现象。主要内容包括谐波平衡法、非线性受迫振动中的跳跃现象、自激振动、内共振中的饱和和双跳跃、整星缩比模型的非线性能量汇减振和圆环的非线性隔振。结合实例说明建模和分析过程中的简化、力学的应用性和力学与数学的密切关系。

     

结构振动对大型激波风洞气动力测量的干扰

激波风洞起动过程形成冲击载荷激励测力系统的结构振动,气动力测量过程中振动尚未衰减,测力过程可以看作是一个动态的过程,激波风洞中天平输出信号包含了振动干扰的输出信号,现有的解决方法缺乏理论支撑,精度受限. 本文应用振动理论方法,得到了自由振动、强迫振动特性的基本解析结果. 自由振动特性研究中考查了单个振型对测力的干扰及其影响规律以及干扰量幅值随测力截面相对位置的变化规律. 强迫振动特性研究了不同载荷强迫振动下各阶振型对测力的干扰. 研究表明,由于干扰量幅值与加速度幅值的“零点位置” 不重合,传统加速度惯性补偿存在理论上的缺陷. 实验中确定干扰量主要来源需要综合考虑截面位置、载荷作用位置、载荷类型的影响.      

COUPLED VIBRATION OF STRUCTURAL THIN-WALLED CORES

This paper presents an analysis of the coupled vibration of asymmetric core structures in tall buildings. The governing equation of free vibration and its corresponding eigenvalue problem, which is a set of equations for laterally flexural vibrations in two different directions coupled by a warping-St. Venant torsional vibration, are derived. Based on the Calerkin method, a generalized approximate method is developed for the analysis of coupled vibration and thus proposed for determining the natural frequencies and mode shapes of the structure in triply-coupled vibration. The results of the proposed method for the example structure show good agreement with those of the FEM analysis. The proposed method has been shown to provide a simple and rapid, yet accurate, means for coupled vibration analysis of core structures.     

圆截面弹性细杆的平面振动

基于Kirchhoff理论讨论圆截面弹性细杆的平面振动．以杆中心线的Frenet坐标系为参考系建立动力学方程．杆作平面运动时,其扭转振动与弯曲振动解耦．讨论任意形状杆的扭转振动和轴向受压直杆在无扭转条件下的弯曲振动,证明直杆平衡的静态Lyapunov稳定性与欧拉稳定性条件为动态稳定性的必要条件．考虑轴向力和截面转动惯性效应的影响,导出弯曲振动的固有频率．     

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...     

宽带随机振动峰值应力分析与试验研究

考核结构件在宽带随机激励下的强度,需要考察结构的峰值应力响应. 利用随机振动 和正弦振动之间的峰值等效原理,通过正弦振动在共振频率点的应力响应来计算随机振动的 峰值应力. 以某结构件为例,利用有限元分析软件MSC.NASTRAN,对该结构件进行了模态分 析、频响分析、随机振动加速度响应及峰值应力响应分析;同时实施了随机激励下的应力测 试试验. 比较分析与试验的峰值应力,误差在10{\%}以内,表明了该工程分析方法和技术途 径是合理的.     

连续小波变换离散化的爆炸振动特征分析

应用连续小波变换的离散化关系,针对一个改进的L-P（littlewood-paley）小波基函数,给出了一种实现频率完全分割的时频特征分析方法,并对爆炸振动时频特征进行了研究。80 kg TNT地面爆炸时地面垂向振动速度的时间能量密度分布情况表明,在质点振动峰值速度到达时刻爆炸振动的频率范围比较宽,而其他时刻的振动频率相对较为集中,时频能量分布的峰值正好对应于爆炸振动速度的峰值到达时间。基于小波变换的爆炸振动频谱特征与Fourier变换的结果具有良好的一致性。此外,还给出了利用小波变换结果建立爆炸振动随机演变理论模型的基本方法。     

条带式太阳帆的结构动力学分析

依靠光压推进,太阳帆被认为是最可行的星际探测航天器,太阳帆结构总体方案主要有两类:桅杆式和旋转式,其中,帆膜被分割成窄条的条带式太阳帆在桅杆式太阳帆中具有较为理想的结构效率,如何准确计算条带式太阳帆的结构动力学特性值得研究.本文对条带式太阳帆结构的振动特性和结构稳定性进行研究,将太阳帆看作是由若干个桅杆-膜带组件依次连接而成的整体结构,桅杆-膜带组件由4根桅杆段和4条薄膜条带组成,分段轴压作用下的桅杆与薄膜条带耦合振动.考虑帆面薄膜条带与支撑桅杆之间的耦合振动,采用分布传递函数法建立了的条带式太阳帆的结构动力学模型,推导了条带式太阳帆结构自由振动和失稳载荷的求解方法.研究表明:条带式太阳帆构型有利于提高太阳帆结构的整体刚度和结构稳定性,随着帆面薄膜条带数目的增加,太阳帆结构的振动频率和失稳载荷增大;随着帆面薄膜预应力的增大,太阳帆结构振动的基频减小,稳定性变差;随着支撑桅杆刚度的提高,太阳帆结构整体的振动频率和失稳载荷增大.本文建立的解析求解方法具有求解效率快和精度高的特点,为条带式太阳帆的结构设计和姿态控制提供了有力的分析工具.      

考虑人体耦合作用的结构竖向隔振研究

结构在环境振动或地震作用下的竖向振动不容忽略,有必要采取竖向隔振装置进行减振控制。考虑人体与结构耦合作用后不仅使隔振动力模型更加真实,还可以直接获得人体的动力响应。采用碟形弹簧支座对结构进行基础竖向隔振,并根据国际标准ISO5982规定的不同姿势下的人体动力模型,建立了考虑具有非经典阻尼的人与隔振结构耦合运动方程,利用复模态分析实现了方程的解耦,通过算例分析了竖向隔振以及人体作用对结构响应的影响。结果表明:对于一般的质量和刚度分布均匀的结构,人体对结构具有微弱的减振作用。碟形弹簧支座可以显著地降低结构的竖向振动并改善居住舒适度。     

Vibration analysis and active control of nearly periodic two-span beams with piezoelectric actuator/sensor pairs

The piezoelectric materials are used to investigate the active vibration control of ordered/disordered periodic two-span beams. The equation of motion of each sub-beam with piezoelectric patches is established based on Hamilton's principle with an assumed mode method. The velocity feedback control algorithm is used to design the controller. The free and forced vibration behaviors of the two-span beams with the piezoelectric actuators and sensors are analyzed. The vibration properties of the disordered two-span beams caused by misplacing the middle support are also researched. In addition, the effects of the length disorder degree on the vibration performances of the disordered beams are investigated. From the numerical results, it can be concluded that the disorder in the length of the periodic two-span beams will cause vibration localizations of the free and forced vibrations of the structure, and the vibration localization phenomenon will be more and more obvious when the length difference between the two sub-beams increases. Moreover, when the velocity feedback control is used, both the forced and the free vibrations will be suppressed. Meanwhile, the vibration behaviors of the two-span beam are tuned.     

伴随变阻尼作用的干摩擦下的车辆系统非线性动力学分析

对分段线性阻尼和干摩擦共同作用下的车辆悬挂系统进行了非线性动力学分析研究，阐述了判定系统周期运动稳定性的理论方法；利用数值模拟方法分析了具有不同阻尼参数组合的系统对简谐激励的振动响应，并分析了由干摩擦引起的粘-滑振动行为．结果表明：提高摩擦力对抑制响应有利，但车辆系统在低速下运行时会出现复杂的粘-滑振动，轮轨之间产生较大的瞬时刚性冲击；而通过增加轮对与侧架的弹性悬挂可以有效减弱这种瞬时刚性冲击．     

非线性被动隔振的若干进展

工程中航空航天、船舶与海洋结构物及其上装备和精密仪器易受极端环境干扰和破坏,使得非线性隔振理论在近十年来迅猛发展;针对日益严峻的隔振和抗冲击等要求,工程师和科学家们已发展出各种不同的非线性隔振系统,包括主动、半主动、被动和复合隔振.利用非线性改善的被动隔振兼具传统被动隔振的鲁棒性和主动隔振的高效性成为振动控制领域的先进技术.本文主要综述了非线性隔振理论和应用的近十年进展,包括非线性隔振设计、建模、分析、仿真和实验.在隔振系统的构建中,既考虑了刚度非线性又考虑了阻尼非线性;动力学响应的研究中,既有确定性分析又有随机分析.首先提出了适用于非线性隔振系统改进的评价方式;其次综述了高静态低动态刚度隔振及其加强形式非线性阻尼加强和双层非线性隔振,混沌反控制技术、内共振影响、非线性能量阱应用等振动机制利用型隔振和非线性隔振功能材料.最后,对非线性隔振研究发展的热点和关键性问题进行了分析和展望.     

Chatter mitigation using the nonlinear tuned vibration absorber

A passive vibration absorber, termed the nonlinear tuned vibration absorber (NLTVA), is designed for the suppression of chatter vibrations. Unlike most passive vibration absorbers proposed in the literature for suppressing machine tool vibrations, the NLTVA comprises both a linear and a nonlinear restoring force. Its linear characteristics are tuned in order to optimize the stability properties of the machining operation, while its nonlinear properties are chosen in order to control the bifurcation behavior of the system and guarantee robustness of stable operation. In this study, the NLTVA is applied to turning machining.     

水轮发电机转子偏心引起的非线性电磁振动

由于机械和电磁相互耦合,水轮发电机的电磁振动具有强非线性特征。根据不平衡磁拉力与转子偏心的非线性函数关系,通过简化的各向同性的单圆盘转子系统,建立了水轮发电机转子电磁振动的非线性系统。利用非线性振动理论的多尺度方法,从理论上分析了该系统强迫振动的稳态响应,进而研究了水轮发电机转子偏心引起的电磁振动。研究发现不平衡磁拉力使系统的涡动频率下降,使运动的中心发生变化;并且会引起两倍转频的振动。最后用模型转子仿真试验的结果验证了这些理论分析的结论。     

Free v/s forced vibrations of a cylinder at low Re

Free vibrations of a circular cylinder of low non-dimensional mass are investigated at low Reynolds numbers. Computations are carried out for 5% blockage. Lock-in is observed for a range of Re and is accompanied with hysteresis at both lower as well as higher Re ends of the synchronisation/lock-in region. It is well known that the lock-in regime for free vibrations depends on the non-dimensional mass of the oscillator. The results from the present computations are compared with the data for forced vibrations from Koopmann (Journal of Fluid Mechanics, 28, 501–512, 1967) on a Y _max/D vs. f* plot, where Y _max is the maximum oscillation amplitude and f* is the ratio of cylinder vibration frequency to the vortex shedding frequency for a stationary cylinder. Good agreement is observed for the critical amplitude needed for onset of synchronisation between the forced and free vibrations. The results from the free vibrations are compared to the predictions from the linear oscillator model by assuming that the forces on the cylinder are unaffected as a result of vibrations. It is found that, for low mass oscillators, the modification of vortex shedding frequency and lift coefficient due to cylinder oscillations leads to the enhancement of the lock-in regime.     

干摩擦控制振动的应用

干摩擦能衰减机械振动的现象早为人们所熟悉。但是很长一段时期,干摩擦应用到控制振动上的例子不多见。这是由于干摩擦的性能不好掌握和干摩擦会使系统变为非线性,设计、计算就很复杂。 干摩擦振动系统是非线性系统。以振动系统中的一个干摩擦接头来说明。当接头上的力     

轴向移动系统的参数振动问题研究进展

对近二十年来轴向移动系统(移动弦，移动梁和移动带等)的参数振动研究进展进行了详细的评述，特别关注了轴向张紧力和移动速度随时间改变时轴向移动系统的参数振动特性和稳定性等问题。文章首先讨论了所研究问题的控制方程。然后详细说明了目前研究中人们较为关注的几个重点问题，如参数激励的形式，求解方法和所研究的问题等。接着在其后的两节中，分别评述了在张紧力和移动速度随时间变化时，轴向移动弦和轴向移动梁的振动问题近年来的研究进展，详细、深入讨论了模型的类型、张紧力和轴向移动速度随时间变化的形式以及在研究中使用的解题方法和系统的振动特性(振动响应、固有频率和动态稳定性)等；最后给出了在此领域今后研究中应关注的问题。     

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.      

一类液固混合介质隔振器的动力学特性研究

液固混合介质隔振器基于一种全新的工作机理,具有优良的隔振系统动力学特性.混合介质由一类几乎不可压缩液体和许多可压缩的固体单元混合而成.当振动、冲击发生时, 液体将动压力瞬间传递到所有单元体上,使它们同时参与变形,从而有效隔离振动,大幅度吸收、损耗冲击能量;若设计得当,这类隔振器可同时具有卓越的隔振和缓冲性能.以空心橡胶球作为固体单元体, 分析了该单元体在有限变形情况下的变形规律,分析了隔振器的非线性刚度特性; 采用MTS液压伺服试验系统进行了测试验证,理论分析和试验结果具有较好的一致性. 建立了系统的非线性动力学方程,采用多尺度摄动法获得了系统的频响特性, 发现系统具有软弹簧非线性动力学特性,并在试验中得到了证实; 因为弹性恢复力中存在位移平方项,通过试验和数值仿真进一步验证了系统响应的非对称性.