广义变式惯容动力吸振器的H_(∞)和H_(2)解析优化

为使动力吸振器(dynamic vibration absorber,DVA)在连接限制的条件下充分发挥振动控制性能,研究了可连接在主振动系统任意位置的广义变式惯容动力吸振器的参数优化及其控制效果。基于虚功原理,在广义单自由度的主振动系统上,建立了适用于多种惯容动力吸振器的运动微分方程以及七参数通用频响函数。在此基础上,基于固定点理论推导得到了上述动力吸振器的H_(∞)优化解析解。并通过滤波理论得到了白噪声力和基础激励下的动力响应解析解,基于大量参数分析结果,拟合得到了H_(2)优化的简化计算经验公式。经高耸烟囱结构的风致振动和地震响应控制算例验证,采用提出的经验公式对随机激励下的一阶振动主导的结构进行振动控制优化设计,最优控制比误差在2%以内,具有良好的工程适用性。该文章的分析结果可为广义变式惯容动力吸振器的工程设计提供理论依据,分析流程也可为其他类型动力吸振器的振动控制优化研究提供参考。

基于动力吸振原理的低频多模态抑振器设计

为实现结构低频振动控制,基于动力吸振(dynamic vibration absorber, DVA)原理设计了一种多模态抑振器。为研究吸振器阵列与抑振器阵列的抑振效果,建立了附加动力吸振器阵列四边简支板的动力学耦合模型,验证了动力吸振器阵列的振动控制效果;提出了以橡胶板-质量块、橡胶基体-金属柱壳为主要组成结构的多模态低频抑振器,从理论上计算了其各组成结构的轴向共振模态频率,并以动力吸振器参数为基准对抑振器几何参数和材料参数进行了调整,最终通过仿真和实验验证了抑振器阵列振动控制效果。结果表明:当吸振器阵列或抑振器阵列布置位置覆盖结构主要模态下最大变形位置时即可达到最佳控制效果;吸振器阵列与抑振器阵列均有一定的振动控制效果,与吸振器与受控对象间为点接触不同,面接触放大了阻尼在振动控制中的作用,因此抑振器阵列的振动控制效果更为明显。

16WCEE中动力吸振技术的新进展

动力吸振技术属于结构控制技术,从最初的变刚度调谐被动质量阻尼器逐步发展出主动半主动控制、惯性质量调谐等多种原理机制,兼容新型耗能方式的广义动力吸振技术。16WCEE会议中,这些原理和形式的应用都有多方面体现,且为解决实际工程问题,无论是既有建筑的加固改造,还是新建筑的抗风抗震,科研人员在形式和设计等方面都积极创新,为该技术的发展和应用开拓了新的空间。本文即对16WCEE的这些成果进行了总结,分成传统的TMD/TLD,惯性质量TMD(TMDI),变液动质量吸振器(VMD),半主动控制TMD,带放大装置的吸振器等五类,介绍了最近该技术的工程背景,设计思路,技术原理及应用效果等,为国内对这方面有兴趣的同仁提供参考。

转子/密封系统失稳振动抑制的动力吸振方法研究

针对密封中流体引起转子/密封系统振动失稳的问题。提出采用动力吸振器(DVA)实现转子/密封系统失稳振动抑制。建立转子/密封-DVA系统非线性微分方程,采用数值方法求解并获得附加DVA前后转子/密封系统的非线性特性;根据Hurwitz判据获得系统的临界稳定条件;通过遗传算法优化DVA参数,获得附加优化DVA前后转子/密封系统稳定性。结果表明:附加DVA能够改变转子/密封系统失稳振动频率和失稳阈值;在一定的转速范围内失稳振动被完全抑制;在不完全抑制的转速范围内,附加DVA能降低失稳振动的振幅。

动力吸振器在声黑洞单元中的放置位置对减振效果的影响

声黑洞(ABH)效应是通过将板结构厚度按特定规律改变以逐渐降低振动波在板内的传播速度,从而实现将能量聚集于某特定区域的现象;ABH近年来在控制结构振动和噪声方面得到较多的研究。以排列有(2×2)个声黑洞单元的板结构为研究对象,通过射线声学理论建立了在其等效二维板结构中弯曲波传播的轨迹模型;探讨了不同入射角度下声黑洞结构对弯曲波的聚焦位置;发现当声黑洞单元最小厚度不为0时,其聚焦位置可能不在声黑洞单元的几何中心;对此类声黑洞单元板使用多个动力吸振器(DVA)进行振动控制并采用数值搜索技术对其进行参数优化;在此基础上,研究了动力吸振器的放置位置对减振效果的影响。通过对比发现,参数优化后的动力吸振器在峰值处及其附近宽频带范围内均有非常显著的减振效果。

动力吸振器对车辆垂向振动能量及悬架性能的影响

研究了布置在不同位置处动力吸振器对车辆垂向振动耗散功率及悬架性能的影响。以考虑轮胎阻尼的1/4车辆垂向动力学模型为基础,分别对簧上质量和簧下质量匹配动力吸振器,构建了两种带吸振器的车辆模型。针对简谐路面激励和随机路面激励,定义了指标参数,分别用于评价悬架性能和系统的耗散功率。据此开展仿真计算,从幅频特性和响应均方根两方面分析了吸振器的影响。结果表明:对于两种路面激励,簧上吸振器侧重于提升车辆的悬架性能,而簧下吸振器可以吸收更多的振动耗散能量;另一方面,对于随机激励,两处吸振器均不改变车辆的总体耗散功率。

转向盘动力吸振器稳健性设计研究与应用

为解决怠速时转向盘振动大问题,用基于稳健性的设计方法,开发了动力吸振器(dynamic vibration absorber,DVA)。采用最小二乘迭代法,识别出动力吸振器安装位置的等效参数,运用基于6sigma多目标稳健性优化方法,进行动力吸振器的参数的优化。在样件制作前用有限元仿真预测其固有频率,用激振台测出其固有频率。装车试验的试验结果表明,基于6sigma稳健设计的动力吸振器具有更好的可靠性,可有效地降低转向盘的振动。

可变重心线路巡检机器人摆振分析及抑制

针对野外输电线巡检机器人(power transmission line inspection robot,PTLIR)受自然风影响出现的机身摆动问题,提出一种在机器人的可变重心箱体中加装摆式动力吸振器(dynamic vibration absorber,DVA)的摆振抑制策略。描述了输电线系统与巡检机器人加装摆式动力吸振器的结构特点。基于Davenport风速谱与输电线系统的特点建立了风扰动模型。分析了机器人行走对输电线的影响,建立了简化后风扰动影响下机器人摆动的动力学模型,仿真了抑振前机器人在风扰动影响下的风振响应;基于拉格朗日方程建立了加装动力吸振器优化后的巡检机器人动力学模型,并完成了吸振器的参数设计。通过仿真不同风速下机器人的风振响应,验证所提出的振动抑制策略的有效性。基于改进结构下的巡检机器人样机,开展了室内风扰动试验。结果表明,所提出的吸振器抑振策略可在一定程度上抑制机器人的机身摆动,提高工作稳定性。该研究过程对其他摆式结构设备的振动抑制具有一定的参考价值。

含负刚度器件的Maxwell模型动力吸振器的参数优化

将黏弹性材料模型中的Maxwell模型引入到吸振系统。形成一种含负刚度器件的Maxwell模型动力吸振器,并对该模型的参数进行优化。建立系统的运动微分方程,得到系统的解析解;利用固定点理论将系统的三个固定点调整到同一高度,求出系统的最优频率比和最优负刚度比,并根据H_∞优化准则得到系统的最优阻尼比;分别在简谐激励和随机激励条件下,与几种经典动力吸振器模型对比证明了含负刚度的Maxwell模型动力吸振器有较好的吸振效果。

流冰撞击作用下川藏铁路桥梁振动抑制及行车安全研究

流冰撞击作用是川藏铁路复杂艰险山区桥梁可能的自然灾害。为了评估动力吸振器(dynamic vibration absorbers,DVA)对流冰撞击作用下桥梁的振动抑制特性和对桥上列车走行性的影响,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论和DVA设计方法,建立了考虑流冰撞击荷载影响的列车-轨道-桥梁-DVA动力学模型。研究了DVA对冰击荷载作用下桥梁结构横向振动的抑制效果,并分析了其对桥上列车走行性的影响。结果表明:在桥梁墩顶附加DVA后,能有效抑制冰击荷载作用下桥梁结构的横向振动,且列车过桥时的车体横向振动加速度、横向轮轨力、脱轨系数和轮重减载率等动力学指标均明显减小;当行车速度增大到200 km/h时,DVA对车辆动力学响应依然有较好的减振效果;保持行车速度不变,增大DVA的质量比,车辆动力学响应的减振率均增大。试验表明,桥上安装DVA对铁路桥梁抵抗流冰撞击和桥上列车的走行性均有利。