沙漏型声子晶体的中低频隔声减振性能研究

针对机械工业装备上难以解决的低频振动与噪声问题,提出一种小尺寸、轻量化的新型声子晶体结构,研究其隔声减振特性,通过有限元仿真计算该声子晶体无限周期排列时的隔声量、能带结构以及有限周期排列时的振动响应,分析该结构的隔声机理及减振特性,并研究了关键几何参数、散射体材料和声波入射角度对该结构的隔声特性的影响规律,以及板结构减振频带的拓宽方法.结果表明:该声子晶体结构在1 000 Hz以下频率范围内具有优越的隔声减振性能,通过将不同参数的结构进行组合的方法可以拓宽声子晶体板的减振频带,为工程结构的中低频隔声减振及声子晶体的应用提供了新的思路与可行性参考.

风浪联合作用下分布式调谐质量阻尼器对海上半潜漂浮式风机的减振控制

海上半潜漂浮式风机在复杂深海环境下产生有害振动会威胁风机的安全性和耐久性,针对该问题并结合美国NREL的5 MW样机的漂浮平台几何结构构造,提出利用分布式调谐质量阻尼器(Tuned Mass Dampers,TMDs),即分别在漂浮平台的3根浮筒中布置TMD,形成等边三角形布置,对随机风浪联合作用下海上半潜漂浮式风机的平台纵摇振动进行控制。为了更好地描述分布式TMDs对海上半潜漂浮式风机的减振效果,基于拉格朗日方程和模态叠加法,对海上半潜漂浮式风机-TMDs耦合系统提出并建立了9自由度多体动力学模型。基于H_(∞)算法,即以平台纵摇频响函数的峰值为优化目标,对分布式TMDs的参数进行优化设计,优化设计中考虑了3个TMDs之间的耦合关系。对风机-TMDs耦合系统开展了风浪联合作用下的数值模拟,分析了分布式TMDs对平台纵摇响应的减振效果。结果表明:最优设计下的分布式TMDs对海上半潜漂浮式风机平台纵摇振动具有良好的减振性能;在三种不同工况的随机风浪荷载作用下,分布式TMDs对平台纵摇固有频率附近的功率谱密度曲线峰值减振率和标准差减振率能分别达到39%和52%以上。

利用麦克风阵列的管道主动噪声控制方法

空调通风管道在运行时,内部出现的低频噪声很难通过包裹消音材料等被动式降噪方法消除.而在部署主动噪声控制时,会出现声反馈现象,影响降噪性能甚至造成控制系统的响应发散.针对这种声反馈现象,本文在分析其产生原因的基础上,将麦克风阵列作为前馈,对Duvall-Frost结构的线性约束最小方差波束成形算法加入预调向,提出了利用麦克风阵列的管道主动噪声控制方法,实现单方向拾取来自管道上游的噪声信号,避免声反馈带来的影响.并利用滤波器x最小均方误差(FxLMS)算法作为自适应控制算法,针对4种典型低频噪声,在真实管道环境下进行主动降噪实验.实验结果表明,相比不使用麦克风阵列的情况,本文提出的主动噪声控制方法能达到明显的降噪性能,且在稳定性方面取得较好结果.

二级柔性减振系统设计及力学性能分析

为解决二级减振引起个别仪器振动的局部放大、使得力学环境不能满足运行要求的问题,首先,针对金属橡胶双层减振系统,充分考虑安装板的柔性刚度,建立了刚柔复合的二级减振系统模型;其次,基于目标频率对二级减振的频率响应函数进行系统的刚度解耦,实现了减振器刚度的求解,并应用有限元进行随机振动分析,验证了刚柔复合二级减振系统理论模型的可行性;最后,利用振动台进行了试验验证。结果表明,当二级减振系统满足工程刚度需求,其一阶固有频率低于40 Hz时,减振效率可达到70%以上,试验与仿真结果基本一致。

重力参数对非阻塞性颗粒阻尼减振特性的影响

针对非阻塞性颗粒阻尼(Non-obstructive Particle Damping,NOPD)在微重力、超重及离心等非常态环境中减振效果较差的问题,采用重力加速度表征这些非常态物理环境,利用离散元法(Discrete Element Method,DEM)研究重力参数对NOPD减振特性的影响,同时还分析NOPD最优填充比及最优粒径比等结构参数在不同重力条件下的变化规律。研究表明,重力加速度在0.7~1.0 g之间时NOPD减振效果最好。在微重力环境下,当重力参数变化时,NOPD最优填充比为0.85,最优粒径比为0.45。而当重力加速度大于1 g时,NOPD最优填充比及最优粒径比均随重力加速度的增加而减小,且其最优范围也均有所扩大。

基于准零刚度支撑结构的低频主动隔振平台研究

针对量子科学试验、精密制造等先进应用对亚赫兹微振动的抑制需求,研究基于准零刚度支撑结构和分离式音圈作动器的低频主动隔振技术。首先,给出一种低频主动隔振平台设计方法,考虑准零刚度结构的等效动力学特性,采用牛顿-欧拉方法建立平台的动力学模型;然后,基于所建立动力学模型分析多自由度耦合下平台的扰动传递特性并设计主动隔振算法;最后,研制低频主动隔振平台进行试验验证。试验结果表明,所开发主动隔振平台能够在三个线自由度上实现优于98.3%的微振动抑制效果,在0.1~10.0 Hz内载荷z方向微振动小于1.3×10^(-8) g。

针对频率失调问题的挖掘机ANC系统优化设计

在进行窄带主动噪声控制(Narrowband Active Noise Control,NANC)过程中,常采用非声学传感器来获取参考信号,但非声学传感器会因老化和疲劳积累产生误差,使NANC系统频率失调(Frequency Mismatch,FM),导致降噪性能下降,甚至失效。针对此问题,提出一种基于自适应补偿(Adaptive Compensation,AC)的控制方案,该方案利用滤波增强信号与原始信号的相关性,设计一个频率跟踪质量评价因子,使该方案能更精准地实现对频率的追踪,以取得更优的FM补偿效果。通过仿真对比发现,与传统解决方案相比,AC方案能应对更大FM,使NANC系统具有更好的稳定性,初步验证了算法的优越性。进一步开展台架试验与实机实验,试验结果表明:当FM达到10%,经AC方案优化的NANC系统对挖掘机2、4、6阶噪声降噪量仍达到了15.2 dB、24.1 dB、21.2 dB,进一步验证了AC方案的性能。同时,也表明所提AC方案能有效实现对FM的控制,具有较高的实用价值。

表面平齐的并联微穿孔板吸声结构特性仿真研究

针对火箭发动机燃气高温高速射流通道内噪声控制的工程需要,提出了一种表面平齐的并联微穿孔板吸声结构设计方案。基于微穿孔板吸声理论,建立了COMSOL微穿孔板吸声结构吸声性能仿真模型,对该类并联微穿孔板吸声结构的吸声特性进行了仿真研究,分析了并联结构的背腔深度比、周期和单体宽度等多种参数对吸声性能的影响。结果表明,通过合理选择微穿孔板参数,以及并联共振腔深度、周期比、单体宽度等参数,可以得到吸声带宽、吸声系数较优的吸声结构,且加工制造与安装维护简单,研究成果可用于高温高速射流通道内的强噪声辐射环境控制。

基于MTMD的管道振动倍频响应减振研究

大型化工管道受管内流体流动、边界约束、振源激励等复杂因素影响,服役期间往往会发生振动,其振动频率相较于土木结构较高,且可能存在多个主要频率成分.若采用单一频率的调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD),难以达到理想的控制效果,而采用多重调谐质量阻尼器(Multiple Tuned Mass Damper,MTMD)时,受现场条件限制,又存在无法确定最优安装位置等问题.本文开展了基于MTMD的管道倍频响应减振研究.首先,开展了某化工企业丙烷脱氢装置的大型管道现场实测研究,发现管道振动频率存在明显的倍数关系,即倍频现象.其次,建立局部管道有限元模型,分析管道动力特性,提出了基于数值搜索法的MTMD参数设计方法.最后,考虑化工管道现场安装条件的限制,研究了MTMD安装位置对管道减振效果的影响.数值研究结果表明,安装MTMD可有效减小管道振动响应.

颗粒阻尼在浮筏隔振系统中的减振特性研究

在船载和舰载机械设备的隔振工程实践中,浮筏系统作为一种高效被动振动控制措施得到广泛应用。为进一步提高浮筏隔振系统的减振效果,以一低内阻浮筏隔振系统为研究对象,采用子结构导纳法建立其动力学方程。设计由厚壁铝壳和不同粒径钢珠构成的颗粒阻尼器,将其安装于浮筏隔振系统的上平台或下平台。使用激振器对浮筏隔振系统进行扫频激励,通过对比安装有等质量的颗粒阻尼器和配重的隔振系统振级落差,定义颗粒阻尼器的替代损失和平均替代损失,通过该指标研究颗粒阻尼安装位置、粒径、填充率、表面粗糙度等对隔振性能的影响,并对颗粒阻尼器减振效果进行评估。研究表明,在浮筏隔振系统中颗粒阻尼器在较宽频段上都能起到良好减振效果,颗粒阻尼器平均替代损失大约能够达到4dB。

一种基于双共振结构的变电站隔声材料

为应对变电站噪声防治的环境挑战,提出一种新型的声学超材料作为隔声构件。该构件由弹性薄膜、质量环和Helmholtz腔组成的双共振结构构成。通过COMSOL仿真软件,采用声固耦合有限元模型方法研究其在10~1000 Hz频段内的隔声性能和振动模态。结果表明:该超材料能有效阻隔噪声,尤其是在低频范围内表现出色,克服了传统隔声材料在低频噪声控制方面的局限。最后通过阻抗管隔声性能实验对该构件的传声损失在35~1000 Hz频段进行了测试验证。可见,这种新型声学超材料为变电站噪声防治提供了一种有效的解决方案。

基于镜像修正FxLMS控制算法的船舶管路振动主动控制

针对船舶管路减振和抗冲击的需求,本文根据镜像修正自适应滤波算法,设计出了一种管路振动主动控制策略,能够有效地控制管路在低频下的振动,并且在次级通道发生突变时,控制系统可再次快速收敛,进行稳定控制。本文先对镜像修正自适应滤波算法进行理论研究,分析算法的迭代及控制过程;再通过仿真分别验证算法在不同参考信号输入下的收敛性及稳定性;最后搭建实验台架,通过试验验证算法的实际控制效果。试验结果表明:该控制策略在管路振动主动控制中能够降低15.37%的振动强度,比自适应滤波算法控制策略的控制效果好8.85%。所以镜像修正自适应滤波算法能够及时有效地进行管路振动控制。

脉动疲劳加载下振动信号的建模及损伤演化

围绕脉动加载下的疲劳损伤演化,基于振动信号的测量数据,应用非线性常微分方程建立周期振动信号的参数化建模与损伤演化检测方法。采用多项式逼近非线性函数的策略,给出非线性常微分方程模型的最小二乘辨识方法;针对测量数据中的噪声导致参数估计偏差的问题,采用谱分析算法剔除数据中的噪声干扰;基于辨识得到的非线性常微分方程模型,建立疲劳损伤的非线性特征参数;通过脉动疲劳试验,验证了所提出方法的有效性。

船用厨余管道包覆材料吸隔声性能试验研究

根据某远洋客船舱室部分厨余管道的案例,试验针对包覆材料和粘接剂研究吸声系数和隔声量在中低频范围内的变化规律,讨论船用厨余管道包覆材料厚度和粘接剂种类选取对吸隔声性能的影响。对比分析发现材料厚度从19 mm提升至25 mm时,吸隔声性能提升最为显著,吸声系数提升约143%,隔声量提升约27%。研究结论为船用厨余管道的安装及材料应用提供一定的技术参考。

基于最小二乘法和BP神经网络的磁流变阻尼器H-B模型参数辨识方法

针对Bingham模型磁流变阻尼器由于剪切稀化效应带来的阻尼力计算误差,在理论和仿真分析的基础上,提出一种最小二乘法和BP神经网络相结合的方法,对磁流变阻尼器H-B模型进行参数辨识,获得各参数与电流的关系,从而对磁流变阻尼器的阻尼力进行准确计算。最后通过磁流变阻尼器实验对理论方法进行验证。结果表明:借助于磁流变阻尼器的仿真分析,最小二乘法和BP神经网络相结合的磁流变阻尼器H-B模型参数辨识方法精确度高、吻合性好,验证了参数辨识结果的通用性及准确性。

微缝吸声板吸声性能探讨

为了研究微缝吸声板的几何参数对其吸声性能的影响,以微孔吸声板理论为基础,设计制作了微缝吸声板,对微缝吸声板进行阻抗管试验并与仿真模拟结果进行对比分析,仿真结果与试验结果基本一致。通过仿真不同几何参数下微缝吸声板的相对声阻抗,计算得出吸声系数进行对比,结果表明,当缝宽和膜厚相对增加时,微缝吸声板的吸声峰值和吸声带宽均略有减小。

机床降噪装置类型与结构设计研究

文章针对机床噪声的产生原因进行了分析,主要包括机械振动、切削过程、电机及传动系统等方面。为了降低噪声对工作环境的影响,提出了隔音罩、隔音室、减振装置与吸声材料这四个降噪装置设计方法。在隔音罩和隔音室设计中,关注隔音材料的选用和结构设计;减振装置设计过程中需充分考虑刚度、阻尼等性能参数;选用适当的吸声材料优化空间声学环境。实际应用表明,采用这些降噪措施可以显著降低机床噪声,改善工作环境并提高加工质量。

相位感知的水下平台背景宽带噪声干扰抑制

针对水下航行器等平台存在宽带背景噪声干扰导致目标检测能力下降问题,提出一种适用于多通道水听器阵列的深度学习宽带背景噪声干扰抑制方法。该方法通过含干扰信号的多通道频域特征级联保留了相位信息,使用深度复数神经网络建立了一个估计纯净目标信号频谱特征的学习模型实现干扰抑制,再利用常规波束形成方法实现目标检测与跟踪。仿真结果表明,在信干比为-15 dB,-20 dB,-25 dB的双目标信号条件下,所提干扰抑制方法可以有效减少近场干扰影响,提高了常规波束形成的检测能力。湖试结果表明,该方法能够自适应地实现平台宽带背景噪声干扰抑制,有效提升目标检测和跟踪性能。

基于sigmoid-sinh分段函数的变步长FxLMS算法

为改善滤波-x最小均方(filtered-x least mean square,FxLMS)算法在噪声主动控制时无法兼顾收敛速度和稳态误差的问题,提出了基于sigmoid-sinh分段函数的FxLMS(SSFxLMS)算法,并引入蚁狮算法对SFxLMS(sigmoid filtered-x least mean square)、ShFxLMS(sinh filtered-x least mean square)、SSFxLMS算法的参数进行优化。分别采用高斯白噪声和实测簇绒地毯织机噪声为输入信号,采用FxLMS、SFxLMS、ShFxLMS、SSFxLMS算法进行噪声主动控制仿真,对比分析这4种算法的性能。结果表明:与其他3种算法相比,采用SSFxLMS算法对高斯白噪声和簇绒地毯织机噪声进行控制时,误差信号的平均绝对值更小,平均降噪量与收敛速度也有大幅度提升。由此可知,SSFxLMS算法有效改善了FxLMS算法无法兼顾收敛速度和稳态误差的问题,研究结果为噪声主动控制算法设计提供了一定的参考。

直升机主减磁流变隔振系统自适应控制研究

为了有效减小直升机旋翼通过主减速器向机身传递的多方向、宽频带振动,提出一种基于全系数自适应控制的新型直升机主减磁流变隔振系统。首先,对剪切阀式磁流变阻尼器进行力学特性测试,并采用Bouc-Wen模型建立磁流变阻尼器动力学模型。其次,介绍主减磁流变隔振系统的结构方案及其工作原理,并采用拉格朗日能量法推导系统的动力学方程,对其动力学特性进行仿真分析。随后,针对主减磁流变隔振系统的振动特性,设计基于特征模型的全系数自适应控制器,在扫频激励下进行数值仿真。最后,搭建磁流变隔振实验台,进行垂向振动控制验证实验。结果表明,与被动隔振及天棚控制相比,基于特征模型的全系数自适应控制器具有更好的隔振性能,能有效减小直升机旋翼向机身传递的振动。