复杂激励下平置板式浮筏功率流传递特性研究

针对隔振理论研究领域中舰船的振动和噪声控制问题，建立六维^[1、2]平置板式弹性浮筏的多机组隔振理论分析计算模型，导出了弹性浮筏传递功率流的表达式，从振动能量传输的角度来评价浮筏系统隔振效果，绘制了功率谱曲线，揭示机组的布置，筏架刚度等结构参数对功率流传递的影响，给出了浮筏设计中结构参数选择的一般准则。     

机器—基础柔性隔振系统的功率流试验研究

在对楼层安装机器柔性耦合动力系统功率流理论研究的基础上，本文进一步从实验观点研究了机器—基础柔性隔振系统的功率流传递谱。建立了柔性隔振系统实验模型和功率流测试分析系统，从能量观点对机器—隔振器—弹性基础耦合系统的振动传递机理进行了实验研究。通过对称和非对称系统的功率流对比实验，揭示了功率流传递谱的非对称效应，验证了理论分析的正确性。     

一种基于SMR主动隔振模型的功率流控制方法

用功率流指标描述主动隔振系统中能量的传输，以传输到接受性的功率流最小为最优化控制目标，推导主动隔振系统中功率流传递的最优控制表达式，提出一种基于SMR主动隔震模型的主动功率流的最优化控制策略，对比分析了被动和主动模型下总功率流的传递特性以及主动控制时传递到基础的各功率流分量的分布特征。针对工程实际中的柔性安装问题，对四边筒支矩形薄板扩动隔振进行了研究。     

偏心激励作用柔性主被动隔振系统功率流特性

针对柔性基础上偏心激励作用复杂机械系统，建立了机器-柔性板基础主被动隔振系统数学模型，推导了系统动态特性传递方程。以传递到基础的功率流为评价指标，探讨不同激励及主动控制策略对主被动混合隔振效果的影响。     

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。     

FBRE系统偏心力下的功率流特性及主动控制

利用机械阻抗方法推导了偏心力作用下，机器－隔振器－柔性板基础所组成的FBRE隔振系统的动态传递方程。以传递到柔性板基础的功率流为目标函数，通过计算机仿真计算，研究了在对称系统中偏心力作用下的功率流特性，分析了和对称力、力矩作用效果的不同和联系，并探讨了主动控制策略的效果。     

柔性基础准零刚度隔振系统动力学特性分析

为解决工程实践中的低频振动问题,提出了利用柔性基础准零刚度隔振系统对其进行隔离的方法。根据舰船装备实际情况,建立了柔性基础准零刚度隔振系统的动力学模型,利用谐波平衡法和平均法对动力学方程进行了求解,得到了谐波力激励下系统的幅频特性曲线和力传递率。研究了不同激励力幅值、质量比和阻尼比对系统隔振性能的影响。仿真结果表明,相比相应的等效线性隔振系统,通过适当地减小激励幅值和适当地增大质量比、阻尼比,柔性基础准零刚度隔振系统具有更优越的低频隔振性能,隔振起始频率较低,振动衰减率较大。     

并联式承载减振一体的整星隔振研究

整星隔振是一种改善卫星振动环境的有效措施,传统整星隔振方案主要通过在卫星与火箭之间插入柔性、高阻尼结构.该方案因串联柔性元件,在实现减振的同时,也导致卫星分支(卫星、卫星支架、过渡支架)及整个运载火箭的模态频率大幅降低和卫星振动位移的显著增大.前者严重影响运载火箭飞行特别是末级飞行的稳定性;后者则会大幅减小卫星与整流罩的动态间隙,严重时可能导致卫星与整流罩碰撞.为了解决串联式整星隔振存在的问题,本文提出了一种在原主承力(过渡支架)结构中并联阻尼元件的整星隔振方案,该方案不改变卫星分支结构形式、连接关系,不影响卫星分支主承力结构的强度和刚度.根据柔性航天器的特点,建立了多自由度系统动力学模型,通过仿真分析研究了不同阻尼特性对系统共振频率附近传递特性的影响,得到了增大阻尼可有效改善系统各阶共振频率附近的振动传递特性.根据某运载火箭的外激励特点、过渡支架结构形式、卫星减振需求,设计的一种黏性阻尼器及其安装支架,通过在过渡支架均匀分布8个减振单元,构建了并联式承载减振一体的整星隔振方案,有限元分析和试验结果表明,该方案与无减振状态相比,卫星分支频率变化小于±5％,共振频率处传递特性改善30％~40％.      

并联式承载减振一体的整星隔振研究

整星隔振是一种改善卫星振动环境的有效措施,传统整星隔振方案主要通过在卫星与火箭之间插入柔性、高阻尼结构.该方案因串联柔性元件,在实现减振的同时,也导致卫星分支(卫星、卫星支架、过渡支架)及整个运载火箭的模态频率大幅降低和卫星振动位移的显著增大.前者严重影响运载火箭飞行特别是末级飞行的稳定性;后者则会大幅减小卫星与整流罩的动态间隙,严重时可能导致卫星与整流罩碰撞.为了解决串联式整星隔振存在的问题,本文提出了一种在原主承力(过渡支架)结构中并联阻尼元件的整星隔振方案,该方案不改变卫星分支结构形式、连接关系,不影响卫星分支主承力结构的强度和刚度.根据柔性航天器的特点,建立了多自由度系统动力学模型,通过仿真分析研究了不同阻尼特性对系统共振频率附近传递特性的影响,得到了增大阻尼可有效改善系统各阶共振频率附近的振动传递特性.根据某运载火箭的外激励特点、过渡支架结构形式、卫星减振需求,设计的一种黏性阻尼器及其安装支架,通过在过渡支架均匀分布8个减振单元,构建了并联式承载减振一体的整星隔振方案,有限元分析和试验结果表明,该方案与无减振状态相比,卫星分支频率变化小于±5%,共振频率处传递特性改善30%～40%.     

时滞耦合系统非线性动力学的研究进展

随着对自然界客观规律的深入认识,工程系统设计的精细化和复杂性要求也与日剧增.在许多耦合的动态系统设计过程中要考虑由耦合过程的时滞所引发的动力学行为,该时滞来自于与传感系统、作动系统和控制系统耦合的过程.耦合时滞也广泛存在于交通、系统生物学、电子通讯、神经和信息网络等技术中.本文首先从耦合时滞出发,在以时滞为中心的耦合系统复杂动力学机制、时滞镇定耦合系统的实验基础和实现、快慢变时滞耦合系统动力学和时滞神经网络同步和去同步4个方面,对耦合时滞诱发的动力学研究进展进行综述.着重介绍了时滞耦合系统中耦合时滞诱发的高余维分岔奇异性及新的定量分析方法、中立型时滞微分方程的规范型计算、具有耦合时滞的非线性系统中耦合时滞和非线性参数的辨识方法与实验实现、快慢变时滞耦合系统的张弛振荡、耦合时滞诱发的网络系统的同步模式切换等问题的研究进展;然后在应用方面重点介绍了车床磨削加工过程中耦合时滞诱发的颤振及其机理、具有惯性项和耦合时滞的神经网络系统中耦合时滞诱发的高余维分岔和复杂动力学、时滞动力吸振器与隔振装置的设计与实验实现.最后,从耦合时滞系统的一般性理论和工程应用两个方面展望了近期值得关注的一些问题.     

反共振流体浮筏的隔振特性研究

基于反共振原理, 设计了一种新型的流体浮筏隔振器. 应用流体动量方程和结构振动理论推导了该隔振器的数学模型, 分析了其隔振特性, 得到了最优隔振频率和浮体浸入流体深度的关系式. 仿真结果表明, 当浮体浸入流体深度在有限的范围内变化时, 新型隔振器会在从低频到高频的宽带内发生反共振现象. 反共振条件下的力传递率可降至极低水平.流体浮筏隔振器具有很好的(尤其是低频)隔振效果.     

漂浮运动对风力机气动特性的影响分析

海上浮式风机为蕴藏丰富的深海风能开发提供了有效的解决方案,浮式基础存在的大幅度纵荡、纵摇和艏摇运动可以改变风轮与流场间的相互作用,从而影响风力机的气动特性。基于叶素-动量理论及其修正方法,以NREL 5MW风力机为研究对象,考虑浮式基础运动对叶片不同径向位置处相对入流风速的影响,提出了风载荷的计算模型,通过编程计算获得了叶轮转矩和风力机功率,并比较了不同运动形式对风力机功率波动的影响。结果表明,纵摇对其功率特性影响最大,这为海上浮式风机的优化设计提供理论依据与数据基础。     

漂浮运动对风力机气动特性的影响分析Effect of floating foundation motion on the aerodynamic characteristics of the floating offshore wind turbine

海上浮式风机为蕴藏丰富的深海风能开发提供了有效的解决方案,浮式基础存在的大幅度纵荡、纵摇和艏摇运动可以改变风轮与流场间的相互作用,从而影响风力机的气动特性。基于叶素-动量理论及其修正方法,以NREL 5MW风力机为研究对象,考虑浮式基础运动对叶片不同径向位置处相对入流风速的影响,提出了风载荷的计算模型,通过编程计算获得了叶轮转矩和风力机功率,并比较了不同运动形式对风力机功率波动的影响。结果表明,纵摇对其功率特性影响最大,这为海上浮式风机的优化设计提供理论依据与数据基础。     

浮筏的主动吸振控制实验研究

浮筏在低频减振方面存在较大不足,而这恰是主动减振的优势.将两者相结合,研究了浮筏的主动吸振控制问题.研制了一种主动吸振器,建立了以DSP F2812为核心的控制系统;提出了符号LMS算法,与广泛使用的滤波x-LMS等算法相比,该算法不需要精确的模型信息;在此基础上设计了自适应前馈主动吸振控制律,并在浮筏实验平台上进行主动吸振控制实验.实验结果表明,通过主动吸振控制,浮筏的低频减振能力得到了显著的改善.     

Offshore floating wind turbine and its dynamic problems

Green energy sources and ocean wind power are plentiful in deep sea. More and more offshore wind power plants are constructed in the deep water over hundred meters below the surface. While offshore floating wind turbine system is working, wind turbine, floating foundation, and mooring system affect each other with wind, waves, and currents acting on them. Various offshore floating wind turbine systems and the encountered environmental loads are briefly reviewed and discussed. It is difficult and crucial to comprehensively analyze the aerodynamic-hydrodynamic-service system-structure under the coupling effect of offshore floating wind turbine system. The environmental flow field, structure scale, and rational applications of theories and approaches should be well considered in advance.     

浮筏多通道协调振动主动控制实验研究

在浮筏上引入主动吸振器可以有效地改善其低频减振性能.建立了带有4个主动吸振器的浮筏振动主动控制实验系统;以提高系统低频减振性能为目标,研究了4个主动吸振器的协调控制问题.首先,通过实验建模获得系统的时域脉冲序列模型;在此基础上设计了基于多通道滤波x-最小均方(Least Mean Square,LMS)算法的自适应前馈控制律;最后,在实验系统上进行了4个目标点的多通道协调主动吸振控制实验,在15～25Hz频段内基本上都取得了15dB以上的主动减振效果.实验结果证明了多吸振器协调主动控制对提高浮筏低频减振能力的有效性.     

浮筏系统中的碰撞动力学离散模型(2):随机模型

本文建立了浮筏系统在部分冲击受损后形成的碰撞振动系统的离散动力学随机模型.在此随机模型中,浮筏系统的运动满足高斯分布,零部件的运动方程中的非线性是由于空隙单元产生,可以采用非高斯截断技术导出随机系统的平均碰撞庞加莱映射.实例分析指出,随机模型中由于增加了噪声的摄动,表现出的动力学特性比确定性模型更丰富,噪声的影响有时会增加零部件与设备之间的碰撞次数,也会抑制零部件与筏体之间的碰撞次数,噪声将增加系统动力学特性的复杂性.     

Theory of the motion of rafts on a river and capsules in a pipeline. Prandtl's paradox

A method is proposed for calculating the motion of rafts floating on the surface of a river and for long capsules within delivery pipelines. The investigation gives a quantitative estimate of Prandtl's qualitative conclusions to the effect that floating streamlined bodies can travel faster than the flow of the river (for turbulent flow regime). The calculations showed, and an experiment confirmed that the motion of a raft or barge exceeds the flow velocity on the surface of a river by approximately 1.5 times. Similar conclusions are obtained for the motion of long capsules of neutral buoyancy in the case of turbulent flow of a liquid in a pipeline. In the case of a laminar flow regime of the liquid, effects of the opposite kind occur.Translated from Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Mekhanika Zhidkosti i Gaza, No. 6, pp. 88–93, November–December, 1980.