基于MATLAB的质量-弹簧-阻尼系统3种仿真方法研究

以常见的二阶质量–弹簧–阻尼系统为研究对象,通过分析该系统的物理过程并建立数学模型,首次采用MATLAB软件提供的.m文件、Simulink和Simscape 3种仿真方法完成对应模型的搭建,并在相同物理参数的条件下仿真、分析和比较,验证了针对该系统的MATLAB 3种仿真方法测试结果的一致性,同时介绍了3种方法的各自优势。按照MATLAB软件提供的元件模块化搭建系统,仿真及测试过程简洁、清晰,便于系统集成和拓展,为技术人员使用MATLAB软件在工程仿真与应用中提供了可靠的参考依据。

多个移动质量-弹簧-阻尼系统作用下梁的动力特性分析

本文建立了多个移动质量 -弹簧 -阻尼系统作用下梁与梁上系统的耦合振动方程 ,根据模态分析方法得到一组变系数、变维数的时变力学系统线性常微分方程组。作为特例 ,根据Pesterev和Bergman给出的单个移动系统作用下梁的动力分析结果验证了建模有效性和准确性。并对两个移动质量 -弹簧 -阻尼系统作用下梁的静载模型、移动力模型和移动振动系统模型的内力结果进行了比较。最后对梁在多个移动振动系统作用下的移动临界速度进行了分析。

建立弹簧-质量-阻尼系统数学模型的数轴法

提出一种建立弹簧―质量―阻尼系统其数学模型的简单方法——数轴建模法,即建立与系统平行方向的数轴,把弹簧或阻尼器的实际位移值当做有理数标在数轴上对应位置,然后按照有理数比较大小的结果确定相应质量块所受弹簧力或阻尼力的大小和方向,进而求得系统的微分方程。分别以单自由度系统、两自由度振动系统及多自由度系统为例,阐述了数轴法在建立机械振动系统的数学模型中的应用。结果表明此方法在列写弹簧―质量―阻尼系统的运动微分方程时非常有效。

有阻尼质量弹簧系统逆特征值问题的一种解法

本文探讨了用附加已知质量的方法求解有阻尼质量弹簧系统逆特征值问题的可能性。它意味着可以从测得的复频率信息中淬取出系统的结构(物理)参数。而系统的复频率的获得只需在结构上布置一个测点。

基于极点配置的质量-弹簧-阻尼系统状态反馈控制

针对质量-弹簧-阻尼系统,首先建立其模型,分析稳定性与动态响应过程。然后,利用Matlab相关函数对控制系统进行了闭环极点的任意配置,求取状态反馈控制器增益,使闭环系统控制性能如动态性能指标达到期望的要求,最后给出了具体应用的仿真结果。

降落伞拉直过程的质量阻尼弹簧模型

该文采用有限段法建立了降落伞拉直过程的动力学模型 .在模型中将伞绳和伞衣离散为若干个绳段 ,各绳段假设为质量集中在端点的阻尼弹簧 ,各绳段结点的运动由作用在相应绳段上的气动阻力及张力来决定 .该模型可以预测降落伞拉直过程中的“绳帆”现象 .利用该模型研究高空突风对降落伞拉直过程的影响 。

圆锥钢塔调频弹簧质量阻尼器风振控制研究

针对调频弹簧质量阻尼器 (TSD)对单管圆锥钢塔风振控制的机理作了深入研究。使用通用有限元分析软件ANSYS ,结合具体工程对TSD的风振控制进行了动静力分析 ,分析了控制参数对控制效果的影响。研究表明 ,TSD可以有效地抑制单管圆锥钢塔的风振反应。

阻尼及三次非线性因素对具有调谐质量阻尼器的干摩擦隔振系统性能影响的研究

对阻尼和三次非线性因素对具有调谐质量阻尼器干摩擦隔振系统响应的影响作用进行了详细的分析,为干摩擦系统在工程中的广泛应用奠定了坚实的理论基础。

基于半仿真实验系统的调谐质量阻尼器等效阻尼力测量

为了研究调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)在海洋平台冰激振动中的减振效果,提出一种基于半仿真实验系统的TMD等效阻尼力测量方法,利用该系统可以直接测试结构安装TMD装置时产生的作用力。介绍该实验系统的测试原理及等效阻尼力的测量方法,并在正弦位移输入下,对TMD装置进行了测试,比较等效阻尼力的实测值与计算值,结果证明利用该系统可以测量得到TMD的等效阻尼力。

弹簧摆碰撞调谐质量阻尼器减震性能优化研究

为了提高弹簧摆碰撞调谐质量阻尼器(spring pendulum pounding tuned mass damper,SPPTMD)的减震性能,采用粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)对其关键参数进行了优化。推导了SPPTMD减震系统的运动方程,同时建立了系统的仿真分析模型。选取阻尼器频率比、内共振系数和碰撞间隙为优化变量,以结构峰值响应最小为优化目标,编制了SPPTMD优化程序。对比了优化前后SPPTMD在不同场地上12条地震动作用下的减震效果。研究结果表明:SPPTMD的最优参数与场地类别相关;优化后阻尼器的减震性能有明显提高,其中,Ⅳ类场地优化效果最好。

一种新的高阶弹簧-阻尼-质量边界——无限域圆柱对称波动问题

提出一种描述力-位移时间卷积关系的高阶弹簧-阻尼-质量模型,并将其作为人工边界条件直接应用于弹性动力学无限域圆柱对称运动问题的时域数值求解.该人工边界条件不存在旁轴近似、多次透射等位移型外推人工边界条件普遍存在的高、低频失稳问题;与黏性、黏弹性边界等应力型人工边界条件相比,它具有高阶精度,且是严格高、低频双渐近的,也可以退化到黏性、黏弹性边界;该边界可以像黏性、黏弹性边界一样利用商用有限元软件中内置的并联弹簧-阻尼器、质量单元和时间积分求解器在商用软件中方便地实现,便于研究人员和工程师应用.分析的几个简单数值算例也验证了该边界条件的上述优点.

基于系统参数均匀分布的新型多重调谐质量阻尼器模型

提出了系统参数均匀分布的8种多重调谐质量阻尼器(MTMD)模型,试图寻求不产生近零最优平均阻尼比的MTMD模型.基于结构最大动力放大系数最小值的最小化,研究了8种MTMD模型的最优参数和控制效果.最优参数包括最优频率间隔、最优平均阻尼比和最优调谐频率比.数值研究表明,UM-MTMD1～UM-MTMD3、US-MTMD1、US-MTMD2和UD-MTMD2不存在近零最优平均阻尼比,而且最优UM-MTMD3具有更好的有效性和鲁棒性.比较显示,最优UM-MTMD3和最优MTMD-1的有效性和鲁棒性基本一致.考虑这些优越性能,采用MTMD控制结构的动力响应时,宜选择最优UM-MTMD3和没有近零最优平均阻尼比的MTMD-1.

质量弹簧系统的重构和容错控制研究

针对质量弹簧系统，提出一种基于状态监测和故障诊断（ＣＭＦＤ）的可重构和容错控制设计方法。重构和容错策略是根据ＣＭＦＤ和重构逻辑来切换预先设计的４ 个控制器。仿真表明，该控制方法能有效地保证速度和位移的跟踪性能以及系统的稳定性。

含间隙机构无质量杆-弹簧阻尼组合模型的近似解法

提出了一种新的无质量杆 -弹簧阻尼组合 (MLSD)模型非线性动力学运动微分方程的近似解法。它通过求解无间隙机构来得到相应的含间隙机构的动力响应 ,无须求解系统的非线性微分方程组 ,使解决问题的难度大为降低 。

基于弹簧阻尼系统的人体外骨骼背架结构研究

在人体外骨背架结构中引入弹簧阻尼系统,使背架结构与外骨骼髋部结构的连接具有更好的减震和缓冲作用。以PPS材料制作的背架结构为研究对象,60 kg为负重载荷,创新性地利用刚柔耦合方式对背架结构弹簧阻尼系统有限元模型进行处理,并进行人体支撑弯曲运动多载荷步分析,获得各工况应力值、变形量及分布图。经分析得,背架结构完全满足静力学各项性能参数要求。

非轻质多弹簧串联系统的有效质量和劲度系数计算

通过引入弹簧的形状函数,导出了非均匀拉伸条件下多根非轻质弹簧串联系统的劲度系数和有效质量表达式,以此为基础讨论了均匀拉伸时串联弹簧系统的劲度系数和有效质量,具体计算了2根弹簧和3根弹簧串联时的劲度系数和有效质量,所得结果与相关文献完全一致.

非线性缓冲系统中阻尼与弹簧匹配问题

论述非线性缓冲系统中阻尼与弹簧适当匹配的重要性、原则和方法,并扼要介绍平方阻尼(QD)、库仑摩擦(FD)、线性阻尼(LD)分别与弹簧(包括线性弹簧LS、渐硬簧HS和渐软簧SS)适配有关的结果。

含弹簧-质量系统的多段杆的撞击响应

杆截面形状和质量以某些特定函数(如多项式函数、指数函数及三角函数等)变化时,给出了其弹性撞击问题的闭合解。使用直接模态叠加法(DMSM)研究了不等截面杆及含附加弹簧-质量系统杆的弹性撞击问题。把撞击物和被撞击物作为一个整体系统振动,从而把撞击问题转化为振动问题。基于各段杆上纵向位移的闭合解,得到撞击系统的频率方程、广义质量,并由Duhamel积分得到动力响应。与常规有限元法比较,所提方法能够减少划分单元的总数和CPU运行时间。算例验证了本文方法的有效性。

基于质量弹簧模型的阻尼复合材料

利用聚氨酯(PU)/环氧EP互穿网络聚合物,引入质量弹簧模型,利用质量块与鳞片纤维的协同作用制备了高阻尼、宽温域阻尼复合材料,考察表面修饰后的质量块在基体中的分散情况及其对阻尼复合材料动态力学性能的影响。利用扫描电镜(SEM)、动态力学热分析仪(DMA)对该阻尼复合材料的结构和阻尼性能进行了研究。结果表明,作为质量弹簧模型中的质量块的加入和其存在的形态对复合材料的阻尼性能有很大的影响,加入表面修饰后的质量块,阻尼复合材料损耗因子为0.4的阻尼温域达到80℃。

弹簧质量系统动态响应的特征线解法

利用特征线法 ,对弹簧质量系统的动态响应进行了计算 .经计算结果与实际情况对比 ,指出了这种方法的正确性和局限性 ,并为弹簧质量系统的可靠性设计提供了有效数据 .