非线性能量汇胞元减振效率分析

非线性能量汇(nonlinear energy sink, NES)具有减振频带宽、减振效果好等诸多优点.但是NES没有线性刚度的特征导致其难以驱动大重量的NES振子,从而难以应用于对大型工程结构的减振.因此,将NES以高效和便捷的方式应用于工程减振,仍然是有待研究的问题.将NES以胞元的形式装配于振动的主结构中,通过多个NES胞元的共同作用,是一种有前景的减振策略.文章在偏心转子激励下,探究了多个NES胞元对远大于单个NES自身重量的振动结构的减振效果,分析了多个NES胞元耦合主结构组成的系统的整体响应特征.建立了NES胞元减振系统的运动微分方程,采用复化平均法(complexification-averaging,CxA)导出系统的慢不变流形及稳态响应满足的近似解析表达式,通过慢变流形的扰动运动微分方程对稳态解进行稳定性分析,再利用伪弧长法获得系统响应的近似解,分析了NES胞元的减振规律及系统响应规律,最后利用龙格-库塔(Runge-Kutta, R-K)法进行数值验证.结果表明,通过多个NES胞元共同作用,能够有效控制较大重量的主系统振动,而且减振效率随NES胞元个数和重量的增加...     

简谐激励下黏弹性非线性能量阱的研究

黏弹性材料作为一种良好的减振材料,广泛应用于机械、航空和土木等领域.本文用黏弹性Maxwell器件代替传统非线性能量阱中的阻尼元件,提出一种新型的黏弹性非线性能量阱,并对该模型在简谐激励下的减振性能进行分析.首先,根据牛顿第二定律建立系统的动力学方程,采用谐波平衡法求解系统的幅频响应曲线,并利用MATLAB中的Runge-Kutta数值方法验证解析解的正确性,结果吻合良好.然后,分析黏弹性非线性能量阱的减振性能和参数的影响.最后,分析了不同质量比下非线性刚度比和阻尼比同时变化时减振效果的变化趋势,并讨论了黏弹性非线性能量阱的最佳取值范围.研究结果表明:主系统的最大振幅随着非线性刚度的增加先减小后增大;当参数选取恰当时,黏弹性非线性能量阱比传统非线性能量阱的减振效果更优;另外,随着质量比的增加,主系统最大振幅的最小值出现先减小后趋于不变的现象,且非线性刚度比和阻尼比的最佳取值范围有所增大.以上结论对黏弹性非线性能量阱的实际应用提供了一定的理论依据.     

含有混和阻尼的非线性能量阱吸振器动力学分析

非线性能量阱(NES)是一种具有优良减振性能的非线性吸振器,主要由线性阻尼、非线性刚度和一个小质量块组成。本文在立方刚度NES基础上引入了两种不同类型的阻尼(库仑阻尼、立方阻尼),提出了一种具有混合阻尼的NES吸振器,研究了不同类型阻尼混合对系统动力学性能的影响。利用谐波平衡和伪弧长延拓法近似解析了系统的非线性运动方程,通过与数值解进行对比验证了解析解的准确性。基于振动传递率和能量耗散对比分析了混合阻尼NES系统的动力学特性。通过传递率评估和优化了混合阻尼NES吸振器(质量、刚度、阻尼)参数对系统减振性能的影响。结果表明:含有混合阻尼的NES吸振器相比于常规的NES吸振器在振动抑制方面具有显著的优势;在系统受到外部激励后,含有混合阻尼的NES吸振器比常规的NES吸振器具有更高的能量吸收耗散比例;不同类型阻尼的混合在系统减振性和能量耗散方面的优势也显示了其在其他工程领域应用的可能性和潜力。     

一类二自由度非线性能量阱系统的减振性能分析

研究了包含一类新型二自由度非线性能量阱的机械振动系统.建立非线性系统的运动微分方程,用泰勒级数展开近似表达二级振子所受到的非线性力.运用数值方法对该非线性能量阱的减振性能进行分析.从其结构参数以及初始能量的角度出发,研究其发生靶向能量传递的条件.结果表明:该非线性能量阱可以有效降低主结构的能量,其振动抑制效果明显优于单...     

弹性体非线性振动多重共振的能量法

本论文以非线性振动理论的平均法为基础和力学的能量概念结合起来,找到了求解弹性体系非线性振动多重共振的能量法。应用本方法研究了电机轴系的双重共振等问题,证明了它是一个简易适用的方法。揭示了双重共振的一些新现象,理论得到了实验验证。     

电容器极板的非线性振动

本文研究电容器极板的非线性振动，求出振动方程解和周期的准确形式，周期为振幅的函数表现出振动的非线性特征。同时用多尺度法获得解和周期的近似表达，指出线性振动解仅为小幅振动下的粗糙近似。     

动力吸振器复合非线性能量阱对线性镗杆系统的振动控制

研究了线性动力吸振器复合非线性能量阱对线性镗杆在外部简谐激励下的振动控制. 忽略镗杆系统中的非线性因素, 建立了附加线性动力吸振器和非线性能量阱的镗杆系统的三自由度运动方程, 研究了附加复合式动力吸振器的镗杆系统的受迫振动. 通过平均法得到了附加复合式动力吸振器的镗杆系统的近似解析解, 并利用数值解验证了近似解析解的准确性, 两者具有很好的一致性. 利用近似解析解详细分析了线性动力吸振器和非线性能量阱的参数对镗杆振动抑制性能的影响. 对给定质量的复合式动力吸振器进行了参数优化, 其中线性动力吸振器参数采用H_∞优化方法的近似解析解进行了优化, 非线性能量阱的阻尼利用系统的近似解析解进行了优化. 分析结果表明, 线性动力吸振器与非线性能量阱组合可以有效抑制线性镗杆系统的振动, 而且采用参数优化后的复合式动力吸振器可以获得更好的减振效果. 通过附加非线性能量阱, 不但可以提高线性动力吸振器的振动抑制效果, 而且还可以提高振动控制系统的鲁棒性.      

含非线性能量汇的简支输液管非线性振动控制研究

论文建立了一个含有非线性能量汇(NES)装置并输运脉动内流的简支输液管道理论模型,研究了NES装置对管道的非线性动力学特性与振动控制的影响.利用Galerkin和龙格库塔法,得到了在含NES和不含NES装置时管道动力学响应的数值结果.研究表明,NES装置能有效地抑制管道振动.通过对比可知,NES对管道系统的稳定性和非线性振动控制有着明显的影响.此外,论文还详细讨论了NES装置相关参数对系统的动力学影响.结果表明,增大NES的弹簧刚度k、阻尼σ和质量比e有利于管道减振,且最佳安装位置在管道中点.此外,增大阻尼σ能缩小失稳激励频率区域,而其他参数的变化对失稳激励频率区域影响较小.     

弹磁强化能量阱瞬态动力学响应实验研究

为提升传统刚度基立方非线性能量阱的性能,在立方刚度振子两侧加入弹磁元件,从而构造出一种新型弹磁强化非线性能量阱,通过实验研究了该能量阱的瞬态动力学响应。弹磁元件是由压缩弹簧和安装在弹簧上的永磁铁构成的,该磁铁与安装在质量块上的磁铁之间存在斥力。当立方振子进行往复运动时,磁斥力可以对振子的响应进行调节。在不同初始位移下,对比研究了加入磁铁前后振子的位移响应之间的差异,分析了弹磁元件对振子的弹性势能与衰减至平衡状态所需时间的影响,并研究了压缩弹簧的线径和弹磁间隙对振子响应的影响。结果表明,当线径较小时,安装弹磁元件的振子在绝大部分情况下振动衰减时间更短,弹性势能更小;当线径较大且初始位移较大时,则安装弹磁元件的振子的振动衰减时间较长,弹性势能较大。     

非线性自由振动的迭代响应法

构造了一个考虑横向振动和板面内运动的三节点几何非线性等参环形板单元,采用迭代求响应的方法,研究了中心附有刚性质量块的非线性轴对称自由振动的频率,与已有的结果比较表明,本文的方法得到更为精确的数值结果。     

覆盖约束层阻尼的柔性机械臂抑振仿真分析

针对柔性空间机械臂容易发生振动的问题,以柔性空心圆壳机械臂为对象,在其上覆盖分段约束层阻尼、全覆盖主动约束层阻尼和全覆盖被动约束层阻尼,运用有限元软件进行动力学仿真计算分析,研究比较了三种模型的抑振效果和阻尼特性。由于分段约束层阻尼结构中切口的存在,黏弹性材料的剪切变形增大,相较于其他两种结构可有效提高结构阻尼特性,并且研究发现分段方法的适用性与阻尼层内剪切应变水平有关。

     

基于非线性吸能机理的涡激振动减振理论与实验研究

流致振动现象广泛存在于机械、航空、土木和石油等重要工程领域, 为防止工程结构因流致振动行为而造成疲劳破坏, 有必要对稳定性、动力学响应及其振动控制做深入研究. 本文提出了一种由弹簧和质量块构成的非线性吸能器(nonlinear targeted energy transfer, NTET), 研究了该非线性吸能器对弹性支承圆柱体涡激振动的被动控制影响机制. 基于能量法推导了圆柱体涡激振动非线性被动控制的耦合动力学方程, 通过设计非线性弹簧?质量块构型的NTET, 进一步开展了涡激振动控制的实验研究, 并与理论预测结果进行了较好的对比, 获得提升涡激振动控制效果的最佳参数值. 研究发现, NTET的质量、弹簧刚度以及弹簧预应力等参数会对涡激振动控制效果产生显著的影响. 本文研究结果表明, 该耦合系统中圆柱体和NTET均表现出周期性的稳态振动响应, NTET质量的改变会显著影响系统的耦合频率. 在无预应力状态下, NTET质量越大、刚度越小时, 有更好的减振效果. 当弹簧预应力逐渐增大时, NTET的非线性刚度逐渐变弱, 会降低涡激振动控制性能. 参数分析表明: 随着涡激振动控制性能的提升, 圆柱体的振幅逐渐较小, NTET的振幅逐渐增大, 能量传递效率逐渐提高. 研究结果可为工程中涡激振动控制策略的高效设计提供有用的理论支撑和实验数据.      

一类非线性系统的随机振动频率响应分析研究

Volterra级数是研究非线性系统的一种重要数学工具, 它可看作线性系统理论中的卷积运算在非线性系统分析中的推广. 基于Volterra级数, 给出了受高斯白噪声激励下的非线性系统输出功率谱的计算公式. 公式表明, 该系统输出功率谱可用激励强度的多项式函数来表示, 其结果为研究激励强度对非线性系统输出功率谱的影响提供了有效途径.      

一类阻尼控制半主动隔振系统的解析研究

研究了一类基于相对速度反馈的含立方刚度的单自由度非线性半主动隔振系统.通过平均法得到了系统分别在基于加速度-相对速度反馈的加速度驱动阻尼控制策略、速度-相对速度反馈的天棚阻尼控制策略和位移-相对速度反馈的地棚阻尼控制策略下主共振响应的近似解析解,并利用数值解验证了近似解析解的准确性.通过 Lyapunov 理论对不同控制策略下系统的稳定性进行了分析,讨论了系统参数对控制效果的影响.分析结果表明,对 3 种基于相对速度反馈的控制策略进行解析研究时,切换条件中的控制参数具有相同的表达式;在抑制共振响应振幅方面,基于速度-相对速度反馈的天棚阻尼控制策略在低频时的减振效果最好,而基于加速度-相对速度反馈的加速度驱动阻尼控制策略在高频时的减振效果最优;在抑制瞬态响应振幅方面,基于速度-相对速度反馈的天棚阻尼控制策略的减振效果最好.此类解析研究方法可应用到其他半主动开关控制策略中,为半主动隔振系统的控制策略研究提供了有效的方法和手段.      

平纹织物复合材料的振动能量耗散以及阻尼分析

平纹织物复合材料由于编织结构的特点，对于振动能量有一定的衰减作用．交织纤维束相互间的阻滞作用以及聚合物基体的粘弹性质都会耗损一部分振动能量．本文应用能量原理和阻尼分析的方法解决了平纹织物复合材料的复杂结构损耗因子的计算问题．     

不同类型水平弹簧组合刚度非线性吸振器的性能分析及稳定性研究

动力吸振器作为一种振动控制单元被广泛运用于各种工程场合,但传统的线性吸振器只能实现窄带振动控制.文章在线性吸振器的基础上引入对称水平弹簧构建线性刚度与非线性刚度相结合的组合刚度非线性吸振器,以提升吸振器的吸振性能.考虑实际工程中可能的安装方式,分别建立水平弹簧接地安装和不接地安装的组合刚度非线性吸振器模型,利用谐波平衡法结合弧长延拓法解析求解动力学响应,并与数值结果相互验证,证明了求解结果的准确性.随后分析比较两种组合刚度非线性吸振器与线性吸振器以及非线性能量阱之间的吸振性能,发现水平弹簧接地安装类型的组合刚度非线性吸振器在保留线性吸振器优势的同时又改善其吸振频带窄的缺点,且与非线性能量阱相比在主共振频率附近的较宽频内吸振性能更优.在此基础上,讨论了水平弹簧参数以及吸振器阻尼对主结构振动幅频响应和稳定性的影响,最后观察分析主结构幅频响应曲线不稳定区内的复杂动力学行为.研究结果表明合适的设计参数能够使得主结构振动峰值较低的同时,频响曲线不稳定运动区域的范围也较小.     

VIBRATION SUPPRESSION OF CANTILEVER LAMINATED COMPOSITE PLATE WITH NONLINEAR GIANT MAGNETOSTRICTIVE MATERIAL LAYERS

In this paper, a nonlinear and coupled constitutive model for giant magnetostrictive materials(GMM) is employed to predict the active vibration suppression process of cantilever laminated composite plate with GMM layers. The nonlinear and coupled constitutive model has great advantages in demonstrating the inherent and complicated nonlinearities of GMM in response to applied magnetic field under variable bias conditions(pre-stress and bias magnetic field).The Hamilton principle is used to derive the nonlinear and coupled governing differential equation for a cantilever laminated composite plate with GMM layers. The derived equation is handled by the finite element method(FEM) in space domain, and solved with Newmark method and an iteration process in time domain. The numerical simulation results indicate that the proposed active control system by embedding GMM layers in cantilever laminated composite plate can efficiently suppress vibrations under variable bias conditions. The effects of embedded placement of GMM layers and control gain on vibration suppression are discussed respectively in detail.     

DYNAMICAL ANALYSIS ON A KIND OF SEMI-ACTIVE VIBRATION ISOLATION SYSTEMS WITH DAMPING CONTROL 1)

研究了一类基于相对速度反馈的含立方刚度的单自由度非线性半主动隔振系统.通过平均法得到了系统分别在基于加速度-相对速度反馈的加速度驱动阻尼控制策略、速度-相对速度反馈的天棚阻尼控制策略和位移-相对速度反馈的地棚阻尼控制策略下主共振响应的近似解析解,并利用数值解验证了近似解析解的准确性.通过 Lyapunov 理论对不同控制策略下系统的稳定性进行了分析,讨论了系统参数对控制效果的影响.分析结果表明,对 3 种基于相对速度反馈的控制策略进行解析研究时,切换条件中的控制参数具有相同的表达式;在抑制共振响应振幅方面,基于速度-相对速度反馈的天棚阻尼控制策略在低频时的减振效果最好,而基于加速度-相对速度反馈的加速度驱动阻尼控制策略在高频时的减振效果最优;在抑制瞬态响应振幅方面,基于速度-相对速度反馈的天棚阻尼控制策略的减振效果最好.此类解析研究方法可应用到其他半主动开关控制策略中,为半主动隔振系统的控制策略研究提供了有效的方法和手段.