双阻尼模型调谐质量阻尼器在随机激励下的减震性能研究

该文提出黏滞阻尼与滞变阻尼共同作用的双阻尼模型调谐质量阻尼器(Dual Damping Tuned Mass Damper,DD-TMD),并对白噪声作用下DD-TMD进行减震优化研究。讨论了DD-TMD的构成、优势和应用范围,并总结了DD-TMD的力学机理。提出适用于DD-TMD的H_(2)优化方法,并通过数值寻优得到了最优参数和基于稳定区域的DD-TMD参数优化方法。此外,通过DD-TMD的H_(2)优化方法进一步得到了DD-TMD的等效附加黏滞阻尼比,为工程设计奠定应用基础。以变摩擦摆式调谐质量阻尼器(Variable Friction Pendulum Tuned Mass Damper,VFP-TMD)为DD-TMD的实际应用算例,通过20条地震波检验所提出的优化方法对地震激励的减震性能影响。结果表明:H_(2)优化下的DD-TMD可以提供与常规黏滞阻尼TMD相当的控制效果。采用DD-TMD可以通过随机理论成功模拟与常摩擦阻尼等效的黏滞阻尼,并为带有初始摩擦的VFP-TMD提供有效可靠的优化设计方法。相较于前人所做的数值寻优方法,按照DD-TMD模型优化的VFP-TMD可以提供更加优异的减震控制效果且阻尼耗能能力提高了16.6%。

速度放大型电涡流扭矩阻尼器的缓速性能研究

由于展开速度过快,旋转机构展开到预定形态时常引起机构与限位装置碰撞而造成损坏,如SpaceX公司生产的猎鹰9号火箭在折叠支腿展开过程中,过大转角速度可能导致支腿销铰破坏.加装阻尼器可减缓机构转速,提升展开安全性,是火箭稳定着陆的前提与保证.传统位移型阻尼器不具备速度适应能力,在应用于机构展开时存在展开卡死风险;而传统高压油液阻尼器在高速运作下易引发漏液造成失效.电涡流扭矩阻尼器作为一类新型的速度型阻尼器,可用于减缓机构转动角速度,具有不需外接电源、无工作流体、耐久性强等优势,但因永磁体与导体板的相对运动速度小导致其耗能效率不高,限制了其在工程中的应用.为加强传统复合管电涡流阻尼器性能,本文提出了一种磁路优化后的复合管电涡流扭矩阻尼器.相较于传统的复合管电涡流阻尼器,本文提出的阻尼器有更小的磁漏和安装体积,此外,加入齿轮增速装置提升其工作转速,进一步提升耗能性能.基于COMSOL分析软件建立了电涡流扭矩阻尼器的有限元模型,分析了空气间隙、导体管厚度、背铁厚度等参数对扭转阻尼系数的影响;同时考虑安装空间尺寸,推导了电涡流阻尼力计算公式,提出了复合管电涡流扭矩阻尼系数估算公式.制造了速度放大型电涡流扭矩阻尼器样机和展开机构原理验证装置,并进行了冲击缓速性能测试.研究结果表明,对于特定的阻尼器参数,合理地对永磁体及导体板的厚度取值,能获得较大的扭转阻尼系数;本文提出的阻尼系数估算方法能精确描述速度放大型电涡流扭矩阻尼器在阻尼线性段的力学性能;采用质量为12 kg左右的阻尼器样机可将试验展开机构在最不利工况下的最终动能耗散效率达41.6%,具有较强耗能效率优势.

直流微网系统小干扰稳定性分析及有源阻尼控制

直流微电网包含众多变流器,结构复杂。为了简化直流微电网的稳定性分析,该文首先将系统分为各变流器和线路网络两个部分,结合变流器的端口阻抗和线路网络的节点导纳矩阵建立了直流微电网的开环传递函数矩阵,然后基于此开环传递函数矩阵,使用特征值法分析了系统稳定性关于不同变流器的灵敏度,最后根据灵敏度对不稳定贡献最大的变流器进行附加有源阻尼以增强系统阻尼,提升系统稳定性。结合Matlab/Simulink仿真算例,验证了稳定性分析方法及控制策略的有效性。

基于单自由度简化模型的漂浮体系斜拉桥电涡流阻尼振震双控性能研究

针对漂浮体系斜拉桥进行振震双控设计时所要面临的复杂建模和参数设计问题,提出了一种纵向运动的简化单自由度模型,并利用加劲梁梁端实测数据对简化模型的合理性进行了验证,最终基于简化单自由度模型对漂浮体系斜拉桥开展电涡流阻尼振震双控研究。结果表明,漂浮体系斜拉桥纵向往复运动的动力特性表现以一阶纵飘模态为主,基于此提出的简化单自由度模型能够合理反映漂浮体系斜拉桥加劲梁在外界动荷载作用下的纵向运动响应,采用简化模型进行漂浮体系斜拉桥纵向运动振震双控设计可以满足工程要求。此外,电涡流阻尼器可以替代液体黏滞阻尼器对漂浮体系斜拉桥进行振震双控,且电涡流阻尼器的控制效果随着阻尼系数的提高呈增长趋势。

阻尼硅橡胶的研究进展

随着集成化、小型化高性能设备的广泛使用,这些设备在运行过程中产生的强烈振动和剧烈噪声,给人类带来了一系列的环境和健康问题。利用阻尼材料将设备振动时产生的部分动能转化为热能或其它形式的能量耗散掉是有效解决振动和噪声问题的方法。硅橡胶材料具有优异的粘弹性,其主链Si-O键能较大,在较宽的温度范围内(-50~200℃)拥有稳定且可靠的力学性能,常作为减振降噪材料应用于航空航天、医疗设备、汽车轻工、电子电器等领域。然而,硅橡胶的高阻尼温域通常在其玻璃化转变温度(T_(g),-120~-70℃)附近,常温和高温下的阻尼性能相对较差,有效阻尼温域较窄,难以适用实际工作需求。因此,需要对硅橡胶进行改性来增强和提高阻尼性能以拓宽其有效阻尼温域。综述了阻尼硅橡胶的研究进展。

一种确定吸振器最优阻尼的新型方法

采用独立完备振动变量,推导正弦谐波扰动力作用下2自由度系统主质量的四参数通用位移振幅放大倍数。为使最大的位移振幅放大倍数取得最小值,运用洛必达第一法则,统一求解3种阻尼动力吸振器的最优阻尼比。最大的位移振幅放大倍数与阻尼比构成V字型关系。以固定点的有解析式的极大值近似代替无解析式的最大值,相对误差为0.266 8%至1.806 8%。

位移型软钢阻尼器的阻尼及响应特征分析

基于双线性软钢阻尼器模型,建立了单自由度结构-位移型软钢阻尼器系统运动方程,分段求解了自由振动下的结构响应,推导了首个振动循环的位移解析解、振动幅值及周期,建立了振动循环间振动幅值的递推表达式和任意循环的周期表达式,得到了各振动循环的幅值与周期的近似解,并通过仿真分析进行了验证。结果表明:当初始位移大于软钢阻尼器屈服位移时,两振动循环间的幅值衰减量近似相同,各振动循环的周期也近似相等,近似解与解析解基本一致;仅当幅值逐渐减小接近屈服位移时,幅值和周期的近似解和解析解出现一定误差。

飞轮壳体黏弹性阻尼环的仿真分析与试验研究

随着航天器平台性能指标要求的提高,飞轮微振动对航天器平台的影响越加突出,需要对其进行振动抑制。根据飞轮上壳体的模态特性,提出一种圆环形黏弹性阻尼环结构的设计方法,并针对黏弹性阻尼环的敷设位置、厚度、宽度对其减振效果影响规律进行数值仿真与试验验证,验证圆环形黏弹性阻尼环的有效性。结果表明:圆环形黏弹性阻尼环结构对宽频振动具有良好的减振效果,黏弹性阻尼环的敷设位置对飞轮系统的各阶固有频率变化和减振效果起决定性作用,在飞轮外径的60%处敷设圆环形黏弹性阻尼环减振效果较好,宽度设计为飞轮外径的6%以内、厚度设计为壳体厚度的4倍以内时,随着宽度、厚度的增加,减振效果提高。

3种构造形式调谐质量阻尼器性能

提出了3种平面内自由运动的调谐质量阻尼器(TMD)构造形式,即十字形(CTMD)、X形(XTMD)和旋风形(TTMD),通过有限元模型对比分析了3种TMD刚度变化、模态和简谐激励振动响应。根据分析结果可知,当TMD激励方向与弹簧垂直时,弹簧出力表现出非线性行为;相比于其他构造形式,TTMD减振效果更为稳定,效率更高。当质量比大于3%时,TTMD抑振效果更为显著。

受阻酚AO-60/天然橡胶复合材料的结构与阻尼性能研究

研究受阻酚AO-60用量对受阻酚AO-60/天然橡胶(NR)复合材料的结构与阻尼性能的影响。结果表明:受阻酚AO-60用量小于50份时,受阻酚AO-60在复合材料中主要形成小型聚集体;随着受阻酚AO-60用量的增大,受阻酚AO-60在复合材料中形成越来越多的大型聚集体;在差示扫描量热分析中,受阻酚AO-60在48和107℃时分别发生无定形态以及晶态转变;在室温下,受阻酚AO-60用量不小于50份的复合材料的损耗因子(tanδ)达到0.2以上,而不加受阻酚AO-60的NR胶料的tanδ仅为0.05;随着受阻酚AO-60用量的增大,复合材料的F_(max)-FL减小,t_(10)和t_(90)明显延长,拉伸强度和撕裂强度减小,受阻酚AO-60用量为50份的复合材料的回弹值最小。综合来看,受阻酚AO-60用量为50份的受阻酚AO-60/NR复合材料的性能最佳。

铁路悬索桥车致纵向运动混合阻尼减振研究

针对铁路悬索桥在列车过桥时梁端纵向运动响应控制问题,提出了一种创新的混合阻尼减振方案,采用多种类型的阻尼器控制梁端位移,以满足不同的减振需求.以某在建大跨铁路悬索桥为工程背景,建立了空间桁架精细模型和等效单梁简化模型,系统研究了混合阻尼减振方案不同阻尼器参数对减振效果的影响.该方案将低指数黏滞阻尼器纵向安装于桥塔与加劲梁之间,同时在桥台与加劲梁之间纵向安装电涡流阻尼器.鉴于桥台结构的特殊性,电涡流阻尼器被设计为仅能承受压力的装置,并通过样机试验进行了验证.为了进一步提升减振性能,电涡流阻尼器还配备了摩擦耗能元件.该混合阻尼减振方案能够有效控制列车过桥时梁端的纵向运动响应,显著提高桥梁结构的安全性和耐久性,在类似工程中具有重要的参考价值和借鉴意义.

FPSO横摇阻尼研究

针对FPSO横摇运动评估中的横摇阻尼问题,首先阐述了横摇阻尼的基本理论以及各个组分的半经验公式。然后利用数值分析软件,对某FPSO在不同海况下各个组分横摇阻尼进行了分析,得到了不同组分的横摇阻尼的变化规律,最后对FPSO横摇阻尼的模拟方法选取进行了总结和建议。

地震作用下调谐黏滞质量阻尼器阻尼比增效效应与优化设计研究

调谐黏滞质量阻尼器(Tuned Viscous Mass Damper,TVMD)是一种有效的被动惯容减震装置,本文针对地震作用下建筑结构TVMD阻尼比增效效应与优化设计展开研究。将TVMD对结构自身阻尼耗能功率的控制效果归纳为TVMD等效附加阻尼比,并基于随机振动理论推导了等效附加阻尼比的理论表达式。为了使TVMD更具实际应用价值,TVMD理论上应取得比同阻尼系数的黏滞阻尼器(VD)更大的等效附加阻尼比,这一现象定义为TVMD阻尼比增效效应,并定义了阻尼比增效系数来量化评估阻尼比增效效应。将等效附加阻尼比和阻尼比增效系数均作为优化目标,提出了TVMD最优设计参数理论解。参数分析结果表明,本文解具有良好的稳定性和适用性,为了更高效地发挥阻尼比增效效应,推荐TVMD质量比不超过0.3或阻尼比不超过0.1。以某七层标准钢框架结构作为工程算例展示了TVMD设计流程,并验证了本文解的有效性和优越性。算例分析结果表明,使用本文解设计TVMD能显著放大其阻尼元件变形,表现出了理想的阻尼比增效效应。与传统解相比,本文解还具有另一个明显优势,即保证TVMD的减震效果优于同阻尼系数的VD,不存在减震效率问题。

有轨电车弹性车轮尖啸噪声分析及阻尼器设计

针对有轨电车通过曲线段时的尖啸噪声问题,文章提出了一种基于实车数据先验的弹性车轮噪声阻尼器设计方法。对某有轨电车进行小曲线线路噪声测试,获取相应的噪声主频,并建立弹性车轮有限元模型,分析噪声主频对应的车轮模态,从而确定阻尼器设计方向;建立弹性车轮尖啸噪声阻尼器动力学模型,对弹性车轮噪声阻尼器结构进行设计;建立有阻尼器的弹性车轮模型,通过声辐射分析,研究阻尼器的降噪效果。结果表明:相比无阻尼器的弹性车轮,有阻尼器的弹性车轮的辐射噪声明显降低,其在两个尖啸噪声频率处的辐射声功率级分别降低8.5 dB和6.6 dB,总声功率级降低6.8 dB。最后,为验证有限元模型的准确性,进行模态试验验证,结果表明,前11阶仿真模态频率的平均误差为3.07%,模型较为准确可靠。

兼顾高阻尼和高回弹性能的三元乙丙橡胶复合材料的组成、微观结构及性能关系研究

围绕三元乙丙橡胶(EPDM)复合材料阻尼性能和回弹性能难以兼顾的问题,重点研究了丁基橡胶(IIR)、炭黑含量以及炭黑种类等对IIR/EPDM复合材料化学交联网络、炭黑填料网络等微观结构以及各项性能的影响规律。实验结果表明:引入IIR提高了IIR/EPDM橡胶复合材料整体分子链的饱和度以及侧甲基含量,增加了橡胶分子链的缠结程度;同时IIR的加入也提高了IIR/EPDM橡胶复合材料的剪切模量和阻尼性能,但回弹性能有所降低。进一步研究发现,在IIR/EPDM复合材料中减少炭黑含量以及引入大粒径炭黑(N550)后,降低了复合材料中纳米填料网络效应,提高了纳米填料分散度,增强了橡胶分子链活动能力,从而同时提高了IIR/EPDM橡胶复合材料的阻尼和回弹性能。因此,在EPDM橡胶基体中,适当引入IIR(两者的质量比为80∶20),同时复合低含量(45份)大粒径炭黑后,可获得阻尼性能和回弹性俱佳的IIR/EPDM橡胶复合材料。

铰链结构颗粒阻尼防振锤及输电线振动控制研究

为解决微风振动所造成的输电线疲劳破坏、低频振动吸收不明显问题,提出一种新型柔性约束颗粒阻尼防振锤结构,并研究其对输电线振动控制效果。设计一种铰链结构,将导线的振动传导至防振锤并起到将防振锤横向位移放大的效果,为通过颗粒阻尼充分耗能提供有利条件;通过柔性约束颗粒和防振锤腔体灵活设计,增强防振锤中颗粒间的摩擦耗能,进而实现对输电线振动的抑制。在实验室中搭建防振锤-输电线实验平台,分析防振锤对输电线振动控制特性。研究结果表明:带有铰链结构防振锤在保持线夹处动弯应变不变的情况下,具有更好的低频振动抑制效果;所设计的新型柔性颗粒铰链防振锤对于输电线的振动控制效果明显,且具有抑制宽频振动特性。研究结果可为输电线的微风振动控制以及新型防振锤的设计提供新的思路和技术途径。

负刚度惯性阻尼器控制高层结构振动的试验与模拟研究

建立了控制多自由度高层建筑风致振动的负刚度惯性调谐阻尼器(negative stiffness-tuned viscous mass damper, NS-TVMD)系统的理论模型,通过3D打印技术设计制造了以齿轮齿条式惯容器元件和预压弹簧式负刚度元件组装而成的NS-TVMD系统,并将该系统安装在一个6自由度高层建筑气动弹性模型上进行了风洞试验研究。然后通过数值模拟和试验结果相互验证,并分析得到了NS-TVMD的最优参数。结果表明,准确调谐的NS-TVMD系统比传统调谐惯性黏滞阻尼器系统对高层建筑的风致振动具有更好的控制效果。由于负刚度组件在静态情况下具有高刚度,而在动态情况下具有低刚度,当NS-TVMD系统被调频至受控结构的一阶自振频率附近时,它不仅能有效控制结构的一阶模态响应,还能通过其低动态刚度特性控制结构的高阶模态响应。

基于能量重构的构网型储能VSG有功振荡阻尼策略

建立GEVSG并网有功-功角的动态等效电路模型,从电路能量流动的角度揭示GEVSG在不同扰动下存在有功振荡的原因,提出一种基于能量重构机理的GEVSG有功振荡阻尼策略,并给出基于二阶等效降阶控制模型的参数设计方法。搭建100 kVA GEVSG并网系统的Matlab仿真模型与实验测试平台,并利用仿真与实验对比结果共同验证了所述控制方法的可行性与有效性。

大型柱塞泵约束阻尼基座隔振性能研究

为了缓解多台柱塞泵协同作业时注聚平台甲板振动响应过大的问题,本文基于阻尼剪切变形耗能原理提出了一种新型约束阻尼减振基座。利用Abaqus软件建立了柱塞泵-约束阻尼基座-注聚平台振动响应分析模型,探究了约束阻尼基座的阻尼材料损耗因子、阻尼层厚度和拓展层层数对其隔振特性的影响规律。研究表明,随着阻尼材料损耗因子、阻尼层厚度、拓展层层数的增加,约束阻尼基座的隔振性能将逐步增强,当阻尼材料损耗因子为1.0、阻尼层厚度为20 mm且拓展层数为3时,约束阻尼隔振基座的减振效果达到最优,其隔振量高达75.25 dB,可显著降低注聚平台的振动响应。

粘滞阻尼器研究进展

本研究整理并总结了国内外学者在粘滞阻尼器方面取得的大量研究成果,包括粘滞阻尼器在减震(振)领域的发展历程与研究现状,通过阻尼力公式分析的性能影响因素、粘滞阻尼器的试验研究以及工程应用实例等几方面,提出了一种新型自复位弹簧粘滞阻尼器,用于木结构的振动控制与结构复位。