含有负刚度夹杂复合材料稳定性问题

Lyapunov间接方法可用于判断含有负刚度夹杂复合材料的稳定性.本文从动力学方程推导Lyapunov间接方法判据.在不考虑阻尼的情况下,可以从质量矩阵和刚度矩阵相对特征值的符号来判断含有负刚度夹杂复合材料的稳定性.本文通过算例论证该方法的可行性.     

基于遗传算法的负刚度装置优化布置

针对一种新型轨道式负刚度装置(negative stiffness device,NSD)提出了一种基于遗传算法的优化布置数学模型,该模型同时考虑NSD在加速度控制上的优势和位移控制上的劣势,设定5组加权系数组合,考察不同优化侧重下的控制效果.以某10层结构为算例,通过对比负刚度装置和传统阻尼器控制效果,得到最优加权系数组合;通过对比5组加权系数组合,得到负刚度装置优化布置基本原则.     

负刚度结构的刚度分析

随着隔振技术进步,采用负刚度结构的低频隔振设计越来越多,负刚度的计算是低频隔振设计中的一个关键问题.针对一典型负刚度结构采用了附加正刚度弹簧的方法进行了分析.通过理论分析验证了有限元分析方法的正确性,该方法可用于形状复杂的工程结构设计中.     

多自由度结构的拟负刚度阻尼器减振效果分析

针对拟负刚度减振的问题,提出一种负刚度控制力算法.通过对双自由度体系的振动分析,提出了多层建筑结构在应用拟负刚阻尼器减振时,拟负刚度阻尼器的布置原则.采用并联基本单元的方法来解决拟负刚度阻尼器在通用有限元分析软件中的仿真问题,并对某多层框架在地震作用下的响应进行了分析.结果表明:拟负刚度阻尼器能更有效地降低结构的加速度,同时保证结构在阻尼力的限制下位移增幅较小,比传统阻尼器的减振效果更好.     

基于负刚度原理的低刚度及间隙模拟技术研究

针对颤振专业的相关地面试验和风洞试验中支持系统低刚度以及间隙非线性模拟困难的问题,开展了低刚度及间隙模拟技术的研究。研究中通过分析正负刚度并联支持系统的力学原理,获取了系统的刚度表达式以及在平衡位置处的零刚度条件。据此设计了一种正负刚度并联系统,并开展相关试验。试验表明,该系统刚度呈非线性,并且与理论分析结果吻合。在此基础上,讨论了利用该系统模拟飞行器翼面间隙的可能性,设计了一种基于正负刚度并联机构间隙模拟装置,并开展相关试验。试验结果表明,该间隙模拟装置不仅可以较好地模拟间隙,还可以通过调整相关参数调整间隙的大小。通过此项研究,探索了一种新型的、可应用于各类飞机或颤振风洞模型的低刚度以及刚度非线性支持系统模拟技术,具有良好的工程适用性和应用价值。     

含有负弹性刚度负载的电液控制策略探讨

针对电液位置控制系统在负载弹性刚度含有负值时系统出现不稳定现象,以及外负载力方向切换时干扰大而导致系统定位刚度差等问题,对负载弹性刚度为负值的电液位置控制系统构成及其数学模型的分析。采用二阶微分正反馈补偿的方法可以消除负载弹性刚为负值时对系统造成不利的影响。液压弹簧刚度处于最小值时,系统稳定性差、响应慢,在此情况下对系统进行建模仿真,得到的系统特性曲线表明:采用二阶微分正反馈补偿后系统稳定且拥有足够的稳定裕量,系统能够达到3 Hz以上的频宽。     

被动负刚度装置与线性滞回阻尼器组合对斜拉索 多模态振动的阻尼效果

提出了结合负刚度装置提升线性滞回阻尼器对斜拉索多模态振动控制效果的方 法 . 考虑被动负刚度装置与阻尼器在斜拉索上任意位置安装,采用斜拉索两点施控系统特征 方程,讨论了安装位置、线性滞回阻尼器参数、负刚度系数等对斜拉索多模态阻尼的影响 . 结 果表明,被动负刚度装置能有效提升线性滞回阻尼器对斜拉索的多阶模态阻尼比,其安装位 置越靠近阻尼器,阻尼提升效果越明显. 进一步,以苏通大桥某附有黏性剪切阻尼器的超长拉 索为例进行了实际设计,讨论了被动负刚度的可行性,并与结合惯容器的阻尼器进行了对比, 结果表明,被动负刚度装置对斜拉索-阻尼器系统多模态阻尼提升效果更好.     

一类带有负指数的临界椭圆方程组的解

研究了一类带有强耦合临界非线性项和负指数项的椭圆方程组.定义了几个重要的约束集,运用复杂的分析技巧研究了能量泛函在约束集的下确界,得到了一个临界常数的精确表达式,最后证明了一定条件下方程组正解的存在性,首次把单个临界椭圆方程的相关结果推广到了带有负指数项的临界椭圆方程组.     

控制时滞对负刚度Duffing系统动力学特性的影响

对时滞反馈控制负刚度Duffing系统的动力学特性进行了研究．以时滞量为参数，通过分析对应线性系统特征方程的根的分布，讨论了平凡解的稳定性，得到了平凡解发生Hopf分岔而失稳的临界时滞量以及临界时滞量与系统控制参数的关系．采用数值方法研究了时滞对系统强迫振动的影响，结果表明时滞量的增加不仅导致系统稳态周期运动的振幅增加，而且会导致出现概周期运动、多倍周期运动等复杂的动力学行为，并能引起系统失控．因此，在系统控制环节设计时应充分考虑时滞的影响．     

负刚度非线性系统的回复力曲面参数辨识方法

针对负刚度非线性振子回复力的辨识困难问题,提出了一种基于回复力曲面的时域非参数辨识方法。对比分析了位移微分和加速度积分的数值处理方法,给出了利用实验数据绘制4种典型负刚度振子三维回复力曲面图及提取刚度力和阻尼力的方法。研究结果表明:对4种负刚度振子的数值模拟,多项式刚度力和阻尼力系数的辨识精度都可达95%以上。通过搭建实验平台对不同加速度水平下的多稳态振子进行了扫频实验,并基于设计方法建立了多稳态振子的回复力表面,表面识别结果与实测回复力面吻合较好,验证了回复力曲面法辨识负刚度非线性振子的有效性。该研究为能量俘获及振动控制领域的非线性研究提供了一种可行的方法。     

钢-混凝土组合梁负弯矩区弹性畸变屈曲分析

基于畸变屈曲是钢-混凝土组合梁负弯矩区钢梁的重要屈曲模式,钢梁下翼缘提供给钢梁腹板的转动约束刚度及侧向约束刚度是影响其畸变屈曲性能的关键因素之一,对工字形钢-混凝土组合梁负弯矩区钢梁腹板提供给下翼缘的转动约束刚度及侧向约束刚度进行研究。采用利用能量法推导负弯矩区钢梁腹板对下翼缘的转动约束刚度及侧向约束刚度理论计算公式,并结合弹性介质中的中心受压薄壁杆件的屈曲理论推导钢梁侧向弯曲屈曲及侧向弯扭屈曲临界应力计算公式,进一步获得相应的屈曲弯矩。结合工程实例对转动约束刚度、侧向约束刚度及屈曲弯矩计算公式进行分析及讨论。研究结果表明:钢梁腹板转动约束刚度及侧向约束刚度均与外荷载呈线性关系,同时两者还可能出现负值;本文屈曲弯矩计算结果与ANSYS有限元计算结果较吻合;现有屈曲弯矩计算方法存在一定理论缺陷,且不同计算方法所得计算结果偏差较大;本文计算公式形式较简洁,适于工程应用。     

求解结构负刚度问题的多维虚加弹簧法

针对软化结构的负刚度问题,提出了一种多维虚加弹簧法.该方法物理概念直观,编程简明,可以用于求解多点加载下控制荷载比例的结构加卸载全过程数值分析.运用该方法对多个结构进行了解算,结果表明该方法可行并具有良好的收敛性.     

基于表观质量负刚度效应的调谐质量阻尼器频率调节

以附加惯性飞轮与滚珠丝杠机构的弹簧-质量块单自由度(SDOF)模型为例,综合理论分析与模型试验建立了表观质量引起的负刚度效应模型。分析了将表观质量负刚度效应应用于调谐质量阻尼器(TMD)频率调整的可行性。研究表明:基于表观质量负刚度效应的TMD频率调节方法,采用质量比很小的惯性飞轮封装,即可实现TMD频率较大范围内的高效调节;基于表观质量负刚度效应的竖向超低频TMD设计方法,有效解决了TMD静压缩量偏大的问题。     

可变式假肢接受腔的负刚度挤压腔体单元设计原理

针对功能性假肢的功能传递与安全性之间的矛盾,提出了分时间歇承载的形状可变式假肢接受腔设计方案,以避免残肢软组织长时间承受过高载荷,导致组织缺血坏死.设计了一种负刚度挤压腔体单元,通过抽真空方式驱动腔体单元收缩,实现了对软组织的松紧夹持,且负刚度腔体单元具有松紧切换所需驱动力小和对软组织过载保护的功能.实验验证了该设计原理的可行性.     

磁刚度与电磁悬浮的稳定性分析

电磁悬浮，也称为引力悬浮，简称EML，即利用铁磁体和电磁体之间的吸引力来悬浮物体，电流恒定系统本身具有不稳定性，需要反馈力来稳定EML装置。要实现稳定性设计，EML中主要有两种控制方法，一种是直接的，位置反馈控制方法，另一种是ac调制或间接的反馈方法。为了实现稳定悬浮，磁力应具备恢复力的特征。在此先分析了两种悬浮系统的磁力，提出直接利用磁刚度（类似于弹簧刚度）的概念进行两种电磁悬浮的稳定性设计。在直接位置控制中，要实现的条件是控制刚度要比负的磁刚度大；在间接控制中，需要满足的条件是磁刚度大于零。     

具有结构非线性的超音速翼面气动弹性分析

为分析超音速流中全动操纵面的非线性气动弹性特性,采用描述函数法计入操纵间隙引起的结构刚度非线性,用修正的活塞理论计算非定常气动力,并以龙格-库塔法按时间步推进运动方程,求解非线性系统的响应特性。某超音速小展弦比全动翼面的气动弹性响应分析结果表明,由于结构非线性的影响,在一定的速度范围内,系统响应出现极限环运动;且极限环幅值随来流速度的增大而增大;操纵间隙增大,极限环振荡的频率、幅值均增大。分析结果为飞行器的结构设计提供了参考。     

铰接履带式运输车转向俯仰装置强度刚度分析

由于转向俯仰装置是某铰接履带式运输车前车和后车的中间连接部分,对实现车架水平、垂直及扭转平面内的运动有重要作用,且该装置结构复杂,利用理论公式计算法不能满足对其整体结构进行分析的要求,故基于有限元理论,利用ANSYS软件对它的强度刚度进行有限元计算,分析该装置各部分在载重工作时抵抗断裂破坏和变形的能力,从而对该装置的设计合理性进行验证.选取该车载重工作时比较典型和危险的15种工况,对每种工况选择不同的约束加载,同时模型的建模也采取一些特殊的处理方法,以模拟真实的受力状态.分析结果表明:转向俯仰装置的设计基本合理,但也存在不合理区域,针对不合理区域提出了改善方案;改善后制造的样车经过试验场运行试验后表明该装置的分析方法是正确的,提出的改善方案是合理的.     

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.