磁流变弹性体扭转吸振器设计与动力学仿真

研制了一种以磁流变弹性体为核心智能控制元件的半主动扭转动力吸振器,基于扭转方向上的动力吸振器消振原理,设计了扭转动力吸振器的基本结构.对吸振器进行磁路仿真分析,保证强闭合磁场能够有效控制磁流变弹性体刚度;利用有限元软件进行吸振器动力学仿真,保证了吸振器固有频率对外界激励频率的有效跟随,以实现吸振效果.将吸振器安装在传动系统对应位置,进行传动系统振动响应仿真分析,结果表明动力吸振器能够有效削减传动系统的瞬态波动转矩.提出的磁流变弹性体半主动扭转动力吸振器为旋转机械系统减振应用提供了一种新的思路.     

主动式磁流变液阻尼动力吸振器的优化设计

通过理论研究建立主质量和动力吸振器组成的力学模型及大量的数值计算,用优化设计的方法获得最佳吸振效果的吸振器的安装位置和质量、阻尼系数和刚度系数的变化范围.利用有限元分析软件ANSYS求得系统受随机激励时的结构响应和频率分量,建立主动式动力吸振器的设计理论和方法.     

参数变异对动力吸振器动态性能的影响

采用蒙特卡罗方法,针对参数的随机变化对动力吸振系统动态性能的影响进行了定量分析.结果表明,在系统的动力学参数中,主系统和动力吸振器质量系数的变异对动力吸振系统的动态性能影响最大,变异的增大会使动力放大系数峰值前移,即在较低的激振频率下便产生共振,产生共振的激励频率的带宽大幅增加.随刚度变异的增加,且多倍放大系数的频率范围也明显扩大.而阻尼参数的变异对动力吸振系统动态性能的影响相对较小.参数耦合变异时,P和Q两个峰值拐点逐渐消退,并逐渐出现新的峰值,动力吸振器的动态性能已远离最优状态.比较发现,优化后动力吸振系统的动态性能有较大改善,不仅在振幅上有所减小,而且能适应更大的变异.     

叠加激励下的时变时滞反馈减振控制

时滞动力吸振器是一种将时滞反馈力作为主动控制力的主动吸振器。当系统受单个激励力作用时,时滞动力吸振器能够对系统的振动响应起到很好的控制效果,但当多个频率不同的激励力同时作用时,时滞动力吸振器的控制效果并不明显。针对上述问题,文中提出了"等效频率"概念和时变时滞反馈控制方法。通过计算激励力的等效频率,据此对时滞反馈控制力进行实时调整,使时滞动力吸振器可以对多个同时作用的激励作出有效应对,从而有效控制主系统的振动响应。文中首先利用精细积分法,将系统振动微分方程变为精细积分方程形式,以此将连续时间区间上的多个同时作用的激励力变为各个离散时间区间内与叠加激励具有相同作用效果的正弦激励力;然后计算得出离散时间区间内正弦激励力的频率,并根据计算结果调整时滞动力吸振器参数与系统参数,据此计算各时间区间内的时滞反馈控制力;最后,以二自由度时滞动力吸振器减振模型为例,以主系统的各项振动响应为仿真对象,对主系统振动响应的时域进行仿真研究。研究结果表明,比于定值时滞反馈动力吸振器控制,在时变时滞反馈动力吸振器控制下,主系统振动位移、振动速度与振动加速度分别减少了96.4%、95.9%和97.1%,说明在时变时滞反馈控制下,结构主系统的振动响应得到了有效的控制。     

主动式磁流变液阻尼动力吸振器的优化设计

通过理论研究建立主质量和动力吸振器组成的力学模型及大量的数值计算，用优化设计的方法获得最佳吸振效果的吸振器的安装位置和质量、阻尼系数和刚度系数的变化范围．利用有限元分析软件ANSYS求得系统受随机激励时的结构响应和频率分量，建立主动式动力吸振器的设计理论和方法．     

张力弦-永磁动力吸振器理论及试验研究

为了实现转子系统振动抑制,设计了一种适用于旋转机械的张力弦-永磁刚度动力吸振器.利用张力弦结构的拉力-刚度可调特性,实现吸振器的频率可调;又引入永久磁铁构成的刚度机构,使得吸振器整体结构与转子系统相互分离.对转子-动力吸振器系统进行动力学建模和仿真分析,研究了吸振器的工作特性,又进行试验研究证明理论研究的正确性.研究结果表明,该吸振器可以达到转子系统振动抑制的效果,在永磁刚度机构磁铁间距小时吸振器效果好且更加稳定.     

橡胶阻尼式动力吸振器固有频率测试方法分析

考虑到橡胶元件的动刚度与激振振幅和激振频率有关,研究了不同激振形式下不同激励频率和激振幅值对橡胶阻尼式动力吸振器固有频率测试结果的影响.通常情况下,动力吸振器的固有频率的测试只考虑频率相关性,忽略了幅值相关性.文中分别采用恒振幅激振、恒加速度激振、随机加速度激振、脉冲激振和力锤敲击激振,对一橡胶阻尼式动力吸振器的固有频率进行了测试分析,给出了不同激振形式下动力吸振器的固有频率的测试值.结果表明:激振幅值对动力吸振器的固有频率的测试结果影响很大,目前一些企业采用的用力锤激振方法测试得到的橡胶阻尼式吸振器的固有频率并不能很好地表征动力吸振器的固有频率.文中结果为在真实振动工况下动力吸振器的固有频率的选择提供了依据.     

基于PID控制算法的主动式动力吸振器

在传统的动力吸振器和主系统之间添加作动器,采用PID控制器,根据主系统的位移反馈对作动器进行调节,从而达到主动控制的目的.首先推导了激振力和控制力对位移的传递函数;其次通过对电磁作动器与PID控制器的分析,得到了作动器和控制器的传递函数,建立了主动式动力吸振器控制系统模型;最后对控制系统进行了数值仿真,得到了主系统位移的频响函数曲线和在不同激励下主系统位移的响应曲线.分析表明:基于PID控制算法的主动式动力吸振器相比于被动式动力吸振器,具有更好的吸振效果和更宽的抑振带宽.     

吸振器在汽车振动噪声控制中的应用和实验测试研究

吸振器是振动控制的重要手段,在汽车NVH设计中得到广泛应用。在某车型开发过程中,发现在特定频率下,由于频率耦合产生了较大的轰鸣声。为解决这一问题,通过对整车的车内噪声测试,确定了安装吸振器的位置。然后,基于振动理论建立吸振器数学模型,推导出单自由度动力吸振器的解析解,并采用Lms.Test.lab和MATLAB软件对吸振器质量参数进行设计。并通过有限元进行初步验证和优化,根据计算结果,制作动力吸振器并应用于某车型的研发中。整车实验测试结果显示,安装吸振器后,汽车振动噪声皆有了显著改善,整车的NVH特性得到提高。     

WPA法分析带动力吸振器多支承桅杆动态特性

用ＷＰＡ法导出了带动力吸振器多支承梁（ｎ≥２）的动态特性分析计算方法,并用该方法分析了带动力吸振器四支承桅杆的动态响应和抑振效果．结果表明ＷＰＡ法处理该类结构具有独特的优点,特别是可以分别计及梁和动力吸振器的阻尼等参数     

分数阶时滞动力吸振器对主系统振动影响

为了研究分数阶时滞动力吸振器对主系统振动的影响,仿照整数阶导数的时滞动力吸振器的设计原理,提出了一种分数阶导数的时滞动力吸振器吸振理论。通过对高哲法的逆向推导,研究分数阶时滞动力吸振器的固有频率与反馈增益关系的确定方法,该方法可以在频率变化的情况下,允许分数阶时滞动力吸振器的固有频率实时跟踪外激励频率而变化。研究发现在保证主系统和动力吸振器稳定的情况下,在一定时滞范围内,通过增加动力吸振器的时滞量可以减小主系统的振动幅值。通过数据仿真分析证明了这种新方法确实可行,吸振器减振效果明显,振动源在加入新型动力吸振器后振动减少了99%左右,几乎将振动完全吸收;在被动型动力吸振器吸振效果降低时,新型的动力吸振器仍然能达到83%的吸振效果。     

人体手臂静止性震颤的负刚度吸振效果研究

提出采用负刚度吸振器控制人体手臂静止性震颤的方法,以便有效减小传递到前臂的动态响应.首先,建立含负刚度吸振器的人体手臂耦合动力学模型;然后,推导得到各关节位置的幅频响应表达式,并采用序列二次规划算法给出负刚度吸振器的最优设计参数.利用最优设计参数分别计算得到正弦激励和随机激励对应耦合系统的动态响应曲线.为了便于对比,给出未安装负刚度吸振器和安装传统线性吸振器时人体手臂各关节的动态响应.计算结果表明,负刚度吸振器对人体手臂静止性震颤引起各关节的动态响应抑制效果显著优于传统线性吸振器.     

WPA法分析带动力吸振器多支承桅杆动态特性

用ＷＰＡ法导出了带动力吸振器多支承梁（ｎ≥２）的动态特性分析计算方法,并用该方法分析了带动力吸振器四支承桅杆的动态响应和抑振效果。结果表明ＷＰＡ法处理该类结构具有独特的优点,特别是可以分别计及梁和动力吸振器的阻尼等参数。     

电磁动力吸振器式转子在线监测方法研究

电磁动力吸振器具有重大的工程应用价值。在给出转子＋电磁动力吸振器系统模型的基础上，采用输出调节器理论，设计了电磁动力吸振器控制系统，实现了控制系统的主要目标：在指定的多个频率位置，将转子的不平衡响应减为零，而在其余较宽的频率范围内，抑制了不平衡响应的水平，使之处于非共振量级。因此，用电磁动力吸振器可实现对转子振动的在线控制。在此基础上，因为在电磁动力吸振器控制系统的设计中，构造了反映不平衡力的状态量及其观测器，所以还可以利用状态观测器获得转子的不平衡信息，买现不平衡量的识别，从而给出了用电磁动力吸振器进行不平街识别的方法。该方法的提出，有益于在线监测转子的不平衡状态、及时诊断故障以及无试转的平衡。     

空间航天器用动力吸振器设计与试验验证

为了抑制空间航天器的振动,提出一种空间结构紧凑且阻尼力可非接触产生的动力吸振器设计方案.首先,建立动力吸振器的减振效果评价分析模型;其次,对吸振器进行有限元分析和力锤敲击试验,以验证吸振器基频设计的合理性;最后,以等效悬臂梁板结构为对象,将电磁激励器与动力吸振器分别置于悬臂梁板不同位置,对吸振器进行减振效果测试.试验结果表明:吸振器测试基频29.38 Hz与目标基频30.00 Hz误差不超过2.06%;针对悬臂梁板一阶频率的振动,有电涡流阻尼吸振器相比于无电涡流阻尼吸振器,其减振效果有所下降,但减振带宽由28.80~30.97 Hz扩展至29.09~35.53 Hz,带宽扩大67.5%;针对悬臂梁板二阶频率的振动,无电涡流阻尼吸振器没有抑制作用,而有电涡流阻尼吸振器有抑制作用且对二阶共振峰最大抑制达到了37.3%.     

全速度区间内车体多重被动式吸振器减振方法

为了降低轨道车辆车体垂向振动,建立包含多重被动式吸振器的轨道车辆垂向振动模型,讨论一重被动式吸振器对轨道车辆车体的减振效果,指出一重被动式吸振器的局限性,进一步提出多重被动式吸振器的优化算法,明确多重动力吸振器的重数和目标频率的选取,从而提出适用于城市轨道车辆在全速度区间内车体多重被动式吸振器的减振方法,最后分析多重被动式吸振器能够实现全速度减振的原因,并验证该方法的有效性。研究结果表明:多重被动式吸振器能够实现全速度减振的关键在于吸振器重数和目标频率的选取,其中,吸振器重数要选取三重以上;目标频率的选取要包含最小峰值频率和最大峰值频率,并兼顾典型频率,使其发挥共同协调作用。多重被动式吸振器在全速度区间内都能减振的原因是多个固有频率不同的动力吸振器能够针对不同振动频率点进行减振,从而拓宽了动力吸振器的吸振频带。     

船舶推进轴系弯振动力吸振器的设计参数研究

为了减小船舶轴系弯曲振动所引起的轴系疲劳破坏,提出一种并联安装在推进轴系上的动力吸振器。首先采取解析方法对轴系弯振的固有频率和模态进行分析,其次运用模态综合法建立了安装动力吸振器的船舶轴系的动力学模型,求解出船舶轴系弯曲振动的运动响应放大系数,并讨论了设计参数对主振系统的振动影响特性。该研究可为动力吸振器的结构设计提供参考。     

主动式动力吸振器的振动控制研究

从能量角度分析主动式动力吸振器的工作原理,推导出系统的振动响应和主动控制力系数表达式.通过算例,分别绘出了主动控制力系数、主动控制力、结构振幅与外激励频率之间的关系曲线.研究表明,主动式动力吸振器的控制频带范围较宽,主动控制的能量转移对控制结构振动效果较明显,且系统转移的能量随主动控制力的增大而增大.     

带有动力吸振器的浮筏隔振系统的功率流传递特性分析

在传统浮筏隔振系统的弹性筏架上附加动力吸振器以提高系统的隔振性能.以功率流为指标,从理论上分析了方法的有效性.利用结构导纳综合法建立了有、无动力吸振器的弹性浮筏隔振系统模型;通过考察功率流传递特性,从能量的观点分析比较了相应复杂耦合隔振系统的隔振性能;通过算例探讨了吸振器的类型、安装位置和结构参数等因素对浮筏隔振系统隔振性能的影响.     

反共振理论在动力吸振器设计中的应用

讨论了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。