框架薄壁类结构压电分流阻尼多模态减振试验研究

以四边固支铝合金板(框架薄壁类结构)为研究对象开展了基于压电分流阻尼电路的多模态减振试验研究。首先,开展扫频激励下单压电片单模态减振试验,电路最优参数试验结果与理论计算结果相互吻合,同时发现电路最优参数可在一个区间内取值,而不需要与理论计算值保持绝对一致,表明压电分流阻尼电路具有良好的工程实用性;然后,基于阻塞电路开展了扫频激励下多模态减振试验,通过多个压电片实现了20~2 000 Hz内振动能量下降20.2%的减振效果,同时在一些主要模态频率处峰值控制效果可达63%,试验充分验证了多压电片多模态减振的可行性;最后,在噪声载荷激励下开展了多模态电路减振试验,在20~2 000 Hz内铝合金板三个位置处加速度响应的均方根值分别降低了19.1%,18.2%,15.3%,在648 Hz处峰值分别下降了34.1%,33.3%,31.0%。试验结果表明,多模态电路在实际工程载荷条件下仍然具有一定的减振能力。

压电分流阻尼控制悬臂梁振动的参数优化分析

采用阻抗分析技术,根据压电材料的机电耦合特性和RLC电路的电学阻抗特性,详细推导了RLC串联压电分流阻尼系统的机械阻抗特性,研究了作单模态振动的悬臂梁在粘贴压电片后形成的压电悬臂梁系统的位移传递函数特性。借助于调谐质量阻尼减振理论,进行了压电分流阻尼系统的参数优化分析,并通过算例验证了参数优化前后压电分流阻尼系统对悬臂梁振动的被动控制效果。

精密机械结构的自适应压电分流阻尼抑振

为提高压电分流阻尼系统对多模态振动的抑制能力,提出了一种基于负阻抗变换器的频率自适应模拟电感电路,并应用于压电分流电路的设计,使压电分流电路能适应结构振动频率的变化而一直处于谐振状态,从而达到最佳的阻尼抑振效果,并研究了分流电路构型和各元件阻抗对抑振效果的影响。将此电路应用于典型精密机械结构——硬盘驱动器磁头驱动臂的多模态振动响应抑制,取得了良好的抑振效果,结构的前3阶稳态响应传递函数的幅值分别降低了8.15 dB、12.06 dB和2.11 dB。

压电分流阻尼控制悬臂梁振动的实验研究

采用压电分流阻尼原理,对根部粘贴压电陶瓷片的柔性悬臂梁振动控制进行了实验研究。实验中设计了一个由电容、电阻和运算放大器组成的等效电感电路,解决了压电分流电路设计中的超大电感器问题。根据测试得到的带压电分流电路悬臂梁的闭路和开路自然频率,确定出了压电分流电路的最优参数,对悬臂梁的瞬态振动和单频简谐激励下的稳态振动控制实验表明了压电分流阻尼被动控制结构振动的有效性。

通过压电分流阻尼技术抑制结构振动的实验研究

以一四边固定矩形板为例,通过实验方法对三种不同的压电分流阻尼技术(RL串联压电分流电路、RL并联压电分流电路以及RL-C并联压电分流电路)的振动控制效果进行分析和比较。实验结果表明,当压电分流电路的参数调节到最优值时,能够有效降低结构振动;RL串联压电分流电路和RL并联压电分流电路的控制效果基本相等;RL-C并联压电分流电路能够降低分流电路中的最优电感值,但是控制效果也随之变差。实验结果还表明压电分流电路对电感值相当敏感,如果电感值偏离最优值,有可能会使得控制效果大幅下降。

硬盘读写头驱动臂的压电分流阻尼抑振

针对读写头驱动臂的振动响应限制了硬盘驱动器性能提高的问题,进行了硬盘读写头驱动臂的压电分流阻尼抑振实验。在考虑驱动臂自身阻尼的情况下,根据结构振动方程和分流电路机械阻抗方程,建立了耦合有压电分流电路的驱动臂系统的传递函数,以传递函数的极大值最小化为目标进行分流电路的参数优化,采用LM-BP网络建立优化参数和结构动力学参数间的非线性映射关系。实验证明,参数优化后的压电分流阻尼系统能有效抑制驱动臂的振动响应,使其1阶稳态响应降低了28.70dB。

压电分流阻尼的虚拟实现

提出压电分流阻尼技术的虚拟实现方法,用主动控制的方法来真实地模拟被动压电分流阻尼器的效果。利用压电分流阻尼系统的动力学基本方程设计反馈控制器,建立相应于LR串联分支电路的反馈控制结构,整个闭环控制系统稳定或渐进稳定。虚拟实现方法避免了大电感的要求,可以在线调节电感和电阻的数值以适应环境的变化,克服了物理压电分流阻尼器的两大缺陷。数值仿真结果表明,虚拟实现方法能够有效地控制连续结构的振动。

基于压电分流阻尼技术的弹性环式隔振器阻尼研究

针对某发动机推力轴承弹性环式隔振器阻尼效果不太理想、阻尼不可调等问题,引入压电分流阻尼技术用于弹性环式隔振器减振特性研究。采用压电片代替弹性环式隔振器中的阻尼材料,设计了弹性环式压电分流阻尼隔振器,并设计了基于回转器的共振压电分流电路,建立压电分流阻尼系统机电耦合模型,研究分流电路参数的优化方法,确定了分流电路最优参数。最后建立弹性环式压电分流阻尼隔振器测试系统,实验测试了压电分流阻尼系统的减振性能,结果表明压电分流阻尼使得结构共振响应幅值降低了9 d B,明显改善了弹性环式隔振器的阻尼特性。

压电分流阻尼系统的重置开关控制

对于具有压电分支电路系统的结构提出一种新颖的重置开关控制方法,建立了基于能量释放的控制律来减小系统的总能量:当电路中电感储存的能量达到最大值时,将电路开关短时断开并释放电感储存的能量,当电路开关再次合上后,电感无能量回传给被控结构,从而减小流入被控结构的能量,保证了控制系统的稳定性.对一个悬臂梁的数值研究表明,重置开关控制方法对结构的振动具有明显的控制效果,而且其抑制脉冲响应的性能要优于被动压电分流阻尼技术,对环境和系统参数变化的敏感性比被动压电分流阻尼技术的小.

压电分流阻尼电路设计的极点配置方法

针对作为被动控制的压电分流阻尼电路提出极点配置方法。对压电分流阻尼系统建立机电耦合方程,考虑模态位移为输出量,得到系统极点的特征方程。运用主导极点与虚轴的距离对系统动态响应衰减有着关键作用这一特性,确立优化目标,然后求解出压电分流阻尼电路参数的最优值。最后通过数值仿真对所设计的优化方法进行检验,并与传统传递函数优化法进行比较。仿真结果表明,运用极点配置方法设计的压电分流电路有着良好的抑制振动的效果,这验证了极点配置方法的有效性。

基于压电分流阻尼技术的新型减振环的参数优化分析

基于压电分流阻尼技术,设计了一种采用压电堆叠的新型减振环。该减振环可以有效降低传动系统通过轴和轴承传递到支承的振动,同时避免压电堆叠承受切向应力,增加了压电堆叠的使用寿命。提出了新的压电减振环被动控制理论模型,根据压电堆叠的压电方程和机电耦合特性推导了减振环的复刚度和系统的力传递率函数。提出了三种外接电路形式,根据系统力传递函数使用MATLAB程序优化分流电路中电子元件的参数。通过数值仿真计算,可以得出安装减振环后系统力传递率函数峰值明显降低。说明减振环对轴承-支承系统具有很好的减振效果。

基于压电分流阻尼的壁板振动被动控制研究

压电分流阻尼系统用于结构的振动被动控制,与振动主动控制相比,这种控制系统简单,易于实现,而且不会出现溢出和控制失稳现象。为此本文运用压电分流阻尼系统对加筋板振动进行被动控制,实验的结果验证,此方法能有效的抑制加筋板的第一阶模态振动,为进一步研究加筋板振动控制提供参考。1振动被动控制原理振动被动控制是通过压电式作动器把振动结构的机械能转换为电能,通过压电分流阻尼系统中的电阻消耗电能,达到减振的效果[1]。

带空腔压电智能板的减振降噪实验研究

将汽车乘坐室简化为一封闭的矩形空腔,搭建了一个在作为矩形空腔的一个面的弹性智能板上装有压电分流阻尼装置的振动控制实验模型。针对弹性板第1阶模态,以压电元件存储电能最大化为目标,对压电元件粘贴位置进行了布局优化。为模拟车内噪声的不同来源和传播途径,分别进行了力锤、扬声器和激振器3种激励下压电分流阻尼的减振降噪实验。实验结果表明,通过压电分流阻尼控制后在1阶模态频率处的智能板频响函数幅值和空腔内声压幅值均有降低。本研究为车内低频噪声的控制提供了新方法。

半被动多层压电吸声技术及其电路模型

提出了一种吸声新技术——半被动压电吸声技术,并对其进行了等效电路模型分析。该吸声结构采用在压电片电极两端串联负电容、电感和电阻分支电路,利用这种半被动结构中低频能量损耗因子较高及带宽较大的优良性能,构成新的压电吸声结构,建立了多层吸声结构的梅森等效电路模型,对其吸声系数等进行了数值模拟,表明其具有优良的宽带中低频吸声性能。

应用长度极化压电陶瓷33模态的半主动减振技术研究

该文提出利用长度方向极化的压电材料的33模态来实现半主动减振。论文以横梁为例,通过理论分析和有限元仿真,对比研究了当压电材料分别连接31、33两种模态对应的最佳分流电路时,压电材料两种模态在横梁的共振频率附近的减振效果。结果表明33模态比31模态具有更高的减振效率。此外,鉴于33模态存在极化长度有限的问题,仿真分析了压电材料的尺寸和位置对减振效果的影响。在此基础之上,提出了一个利用压电材料33模态的多模态减振的组合设计,对横梁的前三个模态起到了很好的减振作用。相对31模态而言,横梁的每个振动模态均有约6dB的减振提升。

智能机械臂的压电半主动振动控制

以在半主动控制领域具有良好应用前景的压电元件为基础,在受控机械臂上粘贴压电陶瓷(PZT)片,运用基于压电分流阻尼的振动被动控制和基于同步开关阻尼(SSD)技术的半主动控制理论,消耗机械臂振动的机械能,减小结构振动的位移幅度,从而达到振动控制的目的。

基于模拟退火算法的压电薄板振动抑制研究

本文针对车内振动问题,对压电分流电路与薄板组成的压电结构进行动力学分析,建立动力学微分方程,求解得到薄板结构的传递函数并确立目标函数;之后利用模拟退火算法,对目标函数进行优化,根据压电薄板振动幅值的变化,得到优化后的电阻值与电感值;最后,运用数值仿真计算与分析的方法,对比不同分流电路参数优化方法下的薄板振幅。通过仿真实验得出,运用模拟退火算法优化的压电薄板结构的振动幅值比极点配置法与传递函数法略小。

基于COMSOL的黏贴层对矩形压电薄板振动特性影响分析

压电分流阻尼技术因其结构简单、易操作等特点,被广泛应用于薄板结构的振动控制。压电片与薄板通过黏贴层相连,在薄板减振过程中,除了压电片与其外接分流阻尼电路的主要减振作用以外,黏贴层也会对减振效果产生影响。为研究黏贴层对压电薄板的影响,论文利用COMSOL建立了压电片-黏贴层-薄板的有限元模型,研究黏贴层以及黏贴层厚度对矩形压电薄板振动特性的影响。将黏贴层与不同材料的薄板和不同厚度的压电片分别相连,通过仿真分析可知,对于铝制薄板,在0~300Hz之间,黏贴层对结构振幅有较大影响,在较低频段(小于50Hz),不含黏贴层的振幅为含黏贴层的结构的2倍~3倍。此外,黏贴层也影响结构频率,结构固有频率随黏贴层厚度增加而增加。

具有压电分流电路薄板的吸声特性 Ⅱ．数值和实验分析

利用数值计算和实验方法研究了压电分流阻尼技术控制薄板吸声特性的机制,分析了串联电阻和电感与薄板吸声系数、相对声阻和相对声抗之间的关系。数值计算和实验结果表明:通过调节分流电路中电感和电阻等参数,可使电路谐振和机械谐振出现强耦合,进而明显提高薄板一阶模态处的吸声系数和吸声带宽。

齿轮被动减振技术研究

为了进一步完善齿轮被动减振技术,总结了齿轮被动减振技术的研究现状,深入研究摩擦耗能器(阻尼环、阻尼塞)和粘弹性耗能器(自由阻尼层、约束阻尼层)的减振特性,指出目前齿轮被动减振技术存在的局限性。通过实例证明压电分流阻尼技术应用于齿轮被动减振的可行性和正确性,系统研究了粘弹性阻尼和压电分流阻尼的减振特性,分析各自的优势和局限性,提出一种全新的齿轮被动减振方法—压电-粘弹性材料杂交阻尼减振技术,形成优势互补,为齿轮被动减振技术提出了一个新的研究方向。