动理论在预测非阻塞性颗粒阻尼能量耗散中的应用

为了准确分析颗粒阻尼(NOPD)的能量耗散机理,拓宽颗粒阻尼在工程中的应用范围,根据分子动理论基本原理,建立非阻塞性颗粒阻尼能量耗散的定量模型。在振动流化床颗粒系统研究成果的基础上,认为当阻尼器内部的颗粒充分流化时,颗粒之间的物质输运和能量耗散由颗粒之间的碰撞主导;将阻尼器内部颗粒的运动与气体分子的运动进行类比,建立非阻塞性颗粒阻尼的能量守恒方程;通过求解颗粒系统的广义温度,得到非阻塞性颗粒阻尼能量耗散功率的定量模型。研究结果表明,颗粒阻尼的能量耗散功率随着颗粒直径的增大、颗粒层数的增多、材料密度的增加以及振动强度的提高逐渐提高。与现有模型相比,提出的模型颗粒阻尼的能量耗散功率不依赖颗粒内部速度梯度,因而具有更大的实际应用范围,也为更精确地描述非阻塞性颗粒阻尼的能量耗散机理提供了一种新的思路。     

非阻塞性颗粒阻尼加筋板振动功率流的研究

针对工程上常用的加筋板结构,推导出了加筋板振动方程,并用拉普拉斯变换法对方程进行了求解,从理论上分析了激励位置、肋骨和非阻塞性颗粒阻尼（NOPD）对板结构振动功率流的影响规律。理论分析和实验研究表明：NOPD能有效地抑制振动能量流的输入及峰值功率流,从而有利于降低板的噪声辐射;当肋骨数目一定时,激励位置靠近加筋板结构的边角、沿矩形板的长度方向加肋和选择比重较大的NOPD,均更有利于减少输入到结构中的能量流。研究结果为该类结构的结构优化设计和阻尼优化配置提供了重要的理论依据。     

颗粒振动及耗能特性研究的弹塑性接触建模方法

提出一种颗粒弹塑性接触的通用建模方法来研究颗粒系统的振动及耗能特性.构造颗粒法向塑性接触本构方程基本形式，并采用有限元法(FEM)获得无量纲本构关系;提出颗粒弹塑性细观接触加-卸载多路径模型，给出了颗粒塑性接触能量耗散的计算公式.采用离散单元法(DEM)对简谐激励下颗粒系统的振动和耗能特性进行了数值仿真分析.结果表明，颗粒使系统产生非线性振动，颗粒介质在系统进入共振区的前后均呈现出类似混沌的复杂非线性运动状态.颗粒间的法向塑性接触没有改变颗粒阻尼效应的主要耗能方式，但对颗粒动态接触行为及颗粒系统动力学特性产生重要影响.     

颗粒阻尼线性离散元模型参数的选取方法

为了研究不同形式颗粒阻尼的减振特性及其在旋转条件下的阻尼效果,建立颗粒阻尼的线性离散元模型,提出了一种颗粒接触线性模型的参数选取方法。根据Hertz接触非线性模型,假设颗粒相对运动在达到屈服极限时,Hertz接触模型接触力所做的功和线性模型接触力所做的功相等,对颗粒接触的力和位移的关系进行了线性化处理;利用离散元法对重力场下不同材料的非阻塞性颗粒阻尼(NOPD)、柔性约束颗粒阻尼和旋转条件下的NOPD进行建模;根据颗粒材料的屈服强度、泊松比、弹性模量等物理属性确定了仿真计算的相关接触参数。与实验确定颗粒接触参数的方法相比,所提方法适用范围更广。数值计算结果与实验结果在趋势和数值上吻合得较好,为颗粒阻尼的进一步研究奠定了基础。     

柔性约束颗粒阻尼耗能特性研究

提出了用于分析柔性约束颗粒阻尼（豆包阻尼）的柔性约束新算法．利用离散单元法研究了豆包阻尼的运动及耗能特性，结果表明，豆包阻尼是一种随振动幅值和振动频率呈非线性变化的阻尼结构．同时，系统地研究了豆包结构参数变化对其耗能的影响规律，为豆包阻尼的工程应用提供了指导．     

振动驱动单颗粒运动的统计力学

振动驱动是颗粒体系最通用的激发方式之一,颗粒在振动驱动下表现出复杂的集合运动现象.单颗粒在振动驱动下运动行为的研究有助于对多颗粒集合行为的理解.本文研究了单个盘状颗粒在垂直驱动下一维水平运动的统计力学性质,通过将装有颗粒的实验仓固定在振动台上,在竖直方向提供固定频率和振幅的振动驱动条件,使用高速相机记录颗粒的运动状态,采用图像识别技术获得颗粒的位置及转角信息,分析得到平动位移和转动角度的统计分布都满足高斯分布,并且还测量了与时间相关的动力学性质,验证系统满足统计力学涨落—耗散关系,得到接近平衡态统计特性的实验条件.     

基于振动能量耗散的间隔阻尼层式支重轮缓冲特性分析

基于履带式工程车辆间隔阻尼层式支重轮振动能量的耗散,对支重轮的减振缓冲特性开展研究,建立其振动能量耗散模型.以310kW履带式推土机为应用对象,在3种典型工况下,建立间隔阻尼层式(阻尼层未间断)支重轮1/3实体有限元耗散模型.经计算发现,间隔层与约束层粘接处和1/3阻尼层端面处的应力与耗散能均较大,易导致"热软化".采用约束层和阻尼层均间断的方式对支重轮结构进行改进,经计算表明改进后的支重轮总耗散能增大,其减振缓冲性能提高;且其应力与耗散能整体均匀对称分布,降低了"热软化"发生概率.     

簧下调谐系统回收车辆轮胎的垂向振动能量

以考虑轮胎阻尼的四分之一车辆模型为基础,在簧下质量上引入调谐质量系统以回收车辆垂向振动能量。针对所构建的分析模型,推导了系统动力学方程。将路面不平度视为随机速度激励,应用动力吸振器设计的H_2优化方法确定调谐质量系统的参数。为评价调谐质量系统的影响,在车辆动力学性能评价指标之外,基于阻尼耗散及其变化定义了总体耗散能、调谐系统能量回收潜力、车辆阻尼耗散能等指标。针对某车辆参数进行仿真计算,从车辆性能与能量变化等角度探讨了应用簧下调谐系统回收车辆振动能量的可行性,并进行了参数影响分析。结果表明:引入簧下调谐系统能够在改善车辆动力学性能的同时回收来自轮胎和悬架的振动耗散能量。     

鼓泡箔片动压气体径向轴承库仑阻尼耗散的数值分析

为了更好地研究箔片轴承的动态特性和稳定性,提高高速透平机械中轴承转子的系统稳定性,采用能量耗散的方法对单层和双层鼓泡箔片轴承的库仑阻尼耗散能量进行了分析与评价,获得了箔片厚度、周向和轴向鼓泡支承点间距等结构参数以及弹性模量对库仑阻尼耗散能量的影响。数值研究结果表明:随着箔片厚度的减小,周向鼓泡间距减小,库仑阻尼耗散能量增加;轴向鼓泡支承点密度增大以及偏心率和转速的升高也会加强库仑阻尼耗散;在相同工况下,双层鼓泡箔片轴承的库仑阻尼耗散明显大于单层鼓泡箔片轴承,且改变双层鼓泡箔片轴承中层鼓泡箔片厚度耗散能量效果优于改变顶层平箔厚度;高弹性模量材料的硬度高,箔片滑移量小,会减小库仑阻尼耗散能量;相同条件下,鼓泡箔片轴承选用高弹性模量材料时库仑阻尼耗散能量更小。     

具粘弹性支承的柔轴弹性盘转子系统的动力学分析

讨论了柔轴弹性圆盘转子系统在粘弹性支承下的临界转速和动力稳定性问题,轴和支承具有不对称的阻尼系数和刚度系数,利用能量法和耗散系统的Lagrange方程推导了系统的运动微分主程,阐述了求解方法,大多数的不稳定区出现在不平衡共振附近,通常可以通过调整轴、支承的阻尼和刚度系数的恰当组合来减小不稳定区域。     

两相流中颗粒相对湍流动能修正的模型及其应用

讨论了两相流中颗粒相对湍流动能及其耗散率的影响．通过单个颗粒在流场中运动的分析,推导出由颗粒引起的湍流动能的耗散,并和由颗粒后的尾流及涡的脱落引起的湍流动能的增加一起加入ｋε方程中,将此模型应用到竖直圆管中的气粒两相流的计算, 并与实验结果进行比较,发现本文的模型比文献［１］ 的模型有一定的改进．     

弹性基础梁振动的负电容控制

将电路中负电容可用来抵消压电片容抗、耗散能量的特性引入到弹性基础梁的振动控制研究中.基于Winkler基础梁建立了分支压电阻尼系统模型,设计了负电容控制系统,并用H2范数优化控制理论对阻尼进行了优化设计.通过算例证实了该系统具有较好的控制效果.与未采用负电容的结果进行比较,说明了采用负电容电路的优越性,并为探索负电容在振动控制中的应用前景提供了参考.     

颗粒阻尼器对悬臂梁自由振动的被动减振作用

用"弹簧-质量块"系统模拟"悬臂梁-颗粒阻尼器"结构的一阶振动模态,建立相应的理论模型.在模型中,将悬臂梁的固有阻尼和颗粒阻尼器产生的阻尼都考虑成振动速度的线性齐次函数.结合实验数据,应用理论模型分析颗粒阻尼器产生的"阻尼比"随颗粒阻尼器填充率的变化规律,发现"阻尼比"随填充率增大先增大后减小,存在一个"阻尼比"的最大值,其对应的填充率即为最优填充率.最优填充率的存在,为颗粒阻尼器的工业生产提供关键性设计参数.     

对称铺设复合材料层合板的非线性参数振动分析

根据复合材料层合板的各向异性、几何非线性、耗散阻尼非线性，建立了对称铺设的正交各向异性矩形层合板二阶近似下的非线性参数振动方程，应用数值解分析了系统的振动特性、分岔和混沌运动。     

电动汽车振动能量回收悬架及其特性优化

针对汽车悬架振动能量耗散、悬架阻尼特性较差的问题,提出了一种滚珠丝杠式振动能量回收悬架,实现了悬架振动能量回收。通过局部优化方法得到了变阻尼系数的悬架阻尼特性,提升了悬架性能。建立了馈能悬架的理论及仿真模型,仿真结果表明:采用路面随机高程激励,在不同路面等级下平均馈能功率为40~200 W。搭建了馈能悬架振动实验台,实验结果表明:采用电机拖动,在不同振动速度下瞬时馈能功率达到120 W。构造了悬架性能目标函数,通过控制负载阻值,用实验数据拟合得到了变阻尼系数的悬架特性。滚珠丝杠式馈能悬架不仅可以实现悬架振动能量的回收,而且可以控制负载阻值来优化悬架特性。     

500kV输电线路新型防振金具

 新型防振金具减振防舞阻尼弹簧间隔棒改进了传统金具在减振方面的方法,采用阻尼弹簧和重球联合减振来抑制输电线路微风振动.此新型防振金具在组件构成和结构形式上都有较大创新,使间隔棒框架、阻尼弹簧和重球组成一个整体,通过阻尼弹簧和重球的持续运动将振动的能量耗散掉,获得减振效果.运用ANSYS有限元软件建立装有间隔棒的四分裂导线模型,模拟微风振动,通过对比无间隔棒、加普通间隔棒、加减振防舞阻尼弹簧间隔棒情况下的位移时程曲线,得到此新型防振金具在减振性能方面的优越之处,相同时间内减振防舞阻尼弹簧间隔棒能将导线的最大振幅降到最低.通过非线性拟合和参数优化获得最优减振性能的间隔棒参数,运用ANSYS验证优化数据的正确性,最终得到当重球质量取1.8kg,弹簧刚度取0.7kN/m时,减振防舞阻尼弹簧间隔棒取得最优减振效果.     

非凸体颗粒材料缓冲性能的离散元模拟

采用离散元方法对冲击载荷作用下E形、U形和dolos形(扭转H形)等非凸体颗粒材料的缓冲性能进行数值分析。计算结果表明:与球形颗粒相比,非凸体颗粒材料具有良好的缓冲特性。同时,不同颗粒形状都存在一个临界长宽比R_c,当长宽比RR_c时,底板的压力峰值随长宽比R的增加而减小;当长宽比RR_c时,底板的压力峰值变化不再显著并趋于稳定。通过设定不同材料参数分析非凸体颗粒材料能耗散的主要方式,发现非凸体颗粒材料能量耗机制以摩擦耗散为主要方式,非弹性碰撞为次要方式,基本不存在飞溅颗粒耗散能量现象。最后,对颗粒系统在冲击过程中的平均配位数变化进行了讨论,以揭示非凸体颗粒形状对颗粒介质摩擦耗能机制的影响,结果表明,高长宽比的非凸体颗粒在冲击作用下颗粒单元接触更稳定,有利于摩擦力通过滑移诱导能量耗散,这导致非凸体颗粒具有更好的缓冲性能。     

非阻塞性微颗粒阻尼机理的散体元研究

基于作者所建立的球状散体元模型,从细观上研究了非塞性微颗粒阻尼（ＮＯＰＤ）的机理,为ＮＯＰＤ的进一步工程应用提供了理论基础,通过对微颗粒组合体与主结构相互耦合的计算机仿真,对微颗粒组合体与主结构之间能量传递及其运动过程中的能量损耗的定量计算分析,得取了ＮＯＰＤ阻尼机理的一般性结论：ＮＯＰＤ的摩擦耗能与冲击耗能具有相同数量级的阻尼效应,但微颗粒粒径越小,摩控耗能就越明显大于冲击耗;ＭＯＰＤ具有较宽的     

管道金属摩擦阻尼减振器性能的实验研究

设计了一种新型管道金属摩擦阻尼减振器,并对带金属摩擦阻尼减振器的管道系统进行了振动响应的实验研究。通过测量管道径向、轴向和激振器支撑架的振动响应,研究了金属摩擦阻尼减振器的减振性能和减振机理。实验结果表明：金属摩擦阻尼减振器能够有效降低管道系统的振动,管道和激振器支撑架径向振动响应最大时,振动幅值分别下降66.2%和75.4%,激振频率为50Hz时,管道轴向振动幅值下降83%;管道振动能量没有被转移至激振器支撑架,而是通过金属摩擦阻尼减振器与管道外壁的干摩擦作用将振动能量转化为热能而耗散。     

海洋动能发电装置在水下探测航行器的安装位置对发电性能的影响

为了研究海洋动能发电装置在水下探测航行器中的安装位置对其发电性能的影响,根据拉格朗日方程建立了水下探测航行器与晃动摆的耦合非线性运动方程,在不同的阻尼系数和横摇激励频率下,采用龙格库塔方法分别对海洋动能发电装置安装位置对发电性能的影响进行了数值分析。研究结果表明:海洋动能发电装置的安装距离(晃动摆的摆动中心到航行器质心的距离)为零时,在横摇固有频率激励下,系统收集能量为零;安装距离不为零时,能量收集系统在固有频率附近呈现振动系统所有的特性;收集的功率与安装距离为二次方关系,且在不同频率时,在安装距离为零附近都有一零功率点,说明发电装置安装距离应尽量避免为零,且这一安装位置与阻尼系数无关,而与频率有关。研究结果将为后期海洋动能发电装置的安装布放提供借鉴。