磁流变弹性体及其半主动吸振技术

磁流变材料是一类智能材料的总称,它们的流变特性能够用外加的磁场来控制.磁流变弹性体是这类材料中的新成员,它是将微米尺度的软磁性颗粒混合于液态或粘塑性体高分子聚合物中,形成特殊有序结构后固化而成.其典型特征是弹性剪切模量可由外场控制,此外它还具备其他磁控性能如磁控电阻等.这些独特的优点使其在调谐吸振器、可调刚度的悬挂系统和可调阻抗表面等领域有着巨大的应用前景.论文介绍我们课题组近年来在磁流变弹性体的研制、力学性能的实验和理论表征,及其在半主动吸振技术中的应用等方面的研究.     

装有动力吸振器的汽车悬架性能分析

针对普通被动悬架提高平顺性与提高轮胎接地性之间存在的矛盾，引入装有动力吸振器的悬架给出了动力吸振器参数选择的方法，分析了装有动力吸振器汽车悬架的幅频特性和时域性能，并与不装动力吸振器的普通被动悬架进行对比．结果表明装有动力吸振器的汽车可以较好地改善在高频段车身的剧烈振动和轮胎的接地性．     

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。     

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。     

装有动力吸振器的主动悬架性能分析

带有动力吸振器的被动悬架只能改善车辆在高频段的性能,不能提高汽车在低频段的平顺性与轮胎接地性,因而在主动悬架上设计一个质量块作为动力吸振器．用最优控制规律控制主动悬架,同时用状态变量法分析主动悬架的幅频特性和时域性能．结果表明装有动力吸振器的主动悬架不仅可较好地在低频段改善车身的乘坐舒适性和操纵安全性,同时也能降低高频段汽车的振动．     

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.     

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.     

可控环形动力吸振器抑制管道强迫振动的研究

针对压缩机等旋转机械连接的管道系统的强迫振动,在动力吸振器减振原理的基础上,提出采用可控环形动力吸振器进行振动控制。针对某管系设计了具有相同自振频率的多个离散分布式环形动力吸振器,并建立动力吸振器-管道有限元模型进行模拟仿真同时搭建相应实验台进行验证。为了克服加动力吸振器调谐后引起的两个共振峰,设计了可控型环形动力吸振器控制管道强迫振动。模拟仿真与实验的结果表明,通过这种具有相同自振频率的多个离散分布式可控环形动力吸振器不仅能更好地适应大型管道中出现多处大振幅振动的空间条件,而且具有更稳定的吸振效果和更宽的吸振频带;高达20 Hz的带宽可有效抑制管道强迫振动,解决了单个和多重动力吸振器的失谐问题。     

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%.     

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.     

基于负刚度的高速动车组二维动力吸振器研究

研究基于加速度的二维动力吸振器的理论模型,提出基于车体刚性振动的二维动力吸振器控制方法,设计同时吸收车体点头、浮沉振动的二维动力吸振器.针对二维动力吸振器安装所需低动刚度要求,利用碟形弹簧的负刚度特性,设计了用于安装二维动力吸振器的高静刚度低动刚度减振元件.建立高速动车组垂向动力学非线性模型,分析二维动力吸振器对车体振动的作用.研究结果表明,二维动力吸振器可以有效抑制车体浮沉、点头振动,提高运行平稳性.     

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。     

磁力轴承的发展及应用

综述磁力轴承的基本原理、优越性、分类、发展历史以及国内外应用研究现状,特别是磁力轴承在转子振动主动控制中的应用—电磁动力吸振器;提出电磁动力吸振器固有频率控制的新方法—间隙控制法,即保持电磁铁线圈电流不变,只通过调整电磁动力吸振器与转子之间的间隙来改变动力吸振器的固有频率;详细论述了采用间隙控制法的间隙控制型电磁动力吸振器的结构和原理。通过分析刚度计算公式,表明采用间隙控制法的电磁动力吸振器,固有频率调节范围宽,系统功耗小,响应速度快。     

动力吸振器用于抑制加肋薄板振动和声辐射的研究

本文以加肋薄板作为计算和实验的模型,从理论和实验上证明了动力吸振器对加肋薄板振动和声辐射抑制的有效性,给出了动力吸振器参数最优设计的图表。设计的悬臂梁吸振器具有较显著的抑振和降噪效果。最后对真实飞机壁板上安装动力吸振器进行了实验研究,得到了满意的降噪效果。     

火炮身管振动吸振的原理与实验研究

为减小炮口振动,提高射击精度,提出了采用“吸振”措施消减身管炮口振动的思想。应用假设振型法,对炮口有无吸振器情形下炮口的响应进行了一般分析,并考虑了后座复进运动,建立了吸振的数学模型,初步证实采用吸振是可以抑制炮口振动的。模拟射击实验证明,在炮口处安装吸振器后,其振动幅值消减５０ ％ 。理论研究还表明,虽然火炮身管振动的频率成分丰富,但其主要成分为一阶频率,吸振器的设计必须依此进行。     

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.     

舰船的艉部振动与动力吸振器减振

概述了舰船艉部振动的特点与动力吸振器的应用；讨论了经典动力吸振器和非线性动力吸振器的理论，并将其扩展到弹性系统和多频、多模态动力吸振的可能性。应用实例表明其在舰船尾部振动减振应用方面的前景。     

四跨转子应用调谐质量吸振器抑制临界转速振动实验研究

为解决多跨串联转子在升速降速过程中经过转子的临界转速区域会产生严重振动的问题,设计了一种新型质量调谐吸振器,搭建了四跨转子实验台并进行了实验研究。根据转速信号对四跨转子轴系进行有开关控制吸振器的振动控制研究,在转子过临界时吸合相应转子上吸振器的电磁铁,使吸振器的固有频率与转子临界转速对应的频率一致。结果表明,新型调谐质量吸振器能够有效抑制四跨转子过临界时的振动,同时避免了由吸振器产生的新共振对转子的影响,使四跨转子轴系在全转速范围内保持较低的振动幅值。     

两类不同振动下的动力吸振器

对动力吸振器用于抑制两类不同振动时进行了比较,提出了一种抑制随机振动的动力吸振器的最佳参数的计算公式。两类不同振动下的动力吸振器@汪军...     

随机振动动力吸振器最优参数的计算

对主振动系统分别受外力激励和基础激励的随机振动动力吸振器进行分析比较,以主质量位移方差最小作,邮两类基于随机振动的动力吸振器最优参数的计算公式,通过算例分析,吸振效果明显,证明所给公式是有效的,这对动力吸振器的设计计算和使用选择具有理论指导意义。