基于磁流变阻尼器的滚珠丝杠进给系统主动抑振研究

针对滚珠丝杠进给系统轴向振动影响工件的加工质量和精度保持性的问题,将磁流变阻尼器应用于机床滚珠丝杠进给系统轴向抑振。设计磁流变阻尼器,进行磁流变阻尼器阻尼特性试验,采用最小二乘法和BP神经网络对阻尼力进行了辨识。建立带有磁流变阻尼器的机床滚珠丝杠进给系统单自由度振动模型,基于Runge-Kutta法计算了系统的动态响应。通过数值计算发现:阻尼器输入电流由零逐渐增大时,系统能够快速趋向于稳定;由幅频曲线可以看出,磁流变阻尼器抑制滚珠丝杠进给系统的振动是可行的。最后试验验证了磁流变阻尼器能够很好地抑制滚珠丝杠进给系统的振动。

基于模糊控制的柔性耦合梁压电主动抑振研究

弯曲振动是影响柔性梁工作性能和稳定性的重要因素,而压电主动控制是实现柔性梁抑振的途径之一.为了提高压电主动控制系统的抑振效果,利用LabVIEW平台设计了基于模糊控制的柔性耦合梁压电主动抑振系统.根据耦合梁动力学理论,建立了压电柔性耦合梁的动力学模型,求解了柔性梁的耦合固有频率并分析其模态特性.根据模态振型,为了实现最佳抑振效果,将MFC压电片设置在振幅最大位置处,并以此设计压电振动控制系统.此外,利用LabVIEW平台和NI数据采集卡搭建了振动控制测试系统,对不同激励下柔性梁振动的抑振效果进行测试和比较.结果表明:当柔性梁的振动频率低于一阶固有频率时,梁末端处的振动位移最大.将MFC压电片设置在柔性梁末端,在连续激励振动下,通过模糊控制可以使柔性梁的振动幅值减小35%,且模糊控制的减振效果优于PID控制.

海洋立管涡激振动抑振-俘能装置试验研究

设计了一种海洋立管涡激振动涡轮式抑振-俘能装置,并在波-流联合水槽中对3种不同覆盖率的抑振-俘能装置进行试验研究。通过变化外流流速与装置覆盖率,分析立管的位移均方根、抑振效率、发电量等参数,揭示不同流速与不同覆盖率对装置抑振效率及俘能效率的影响;结合装置发电效率和抑振效率,探索俘能与涡激振动抑制之间的耦合作用机理。研究结果表明:涡轮式抑振-俘能装置可以有效降低立管的振动幅值,在试验约化速度范围内的整体抑振效率高于60%,最大抑振效率可达97.13%;当约化速度满足装置俘能发电的最低限值后,发电量随着约化速度的增加稳步提升;抑振效率对于覆盖率的敏感度较低,抑振-俘能装置的发电效率受约化速度影响较大,在高约化速度下装置不仅可有效抑制涡激振动,还能够达到理想的发电效率,电量最大值时的抑振效率为81.85%。

提升钢弹簧浮置板轨道稳定性的抑振调频装置研究

在轨道板上安装抑振调频装置是提高钢弹簧浮置板轨道稳定性的有效措施。基于有限元方法与车辆-轨道耦合动力学理论,建立考虑抑振调频装置的车辆-钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型,计算分析抑振调频装置刚度、阻尼和预紧力3个关键参数对钢弹簧浮置板轨道自身稳定性、减振效果及行车平稳性的影响。结果表明:抑振调频装置可有效抑制浮置板轨道振动,调节轨道板固有频率;轨道板位移频响幅值随抑振调频装置刚度、阻尼的增大呈指数规律减小,受预紧力影响不明显,当刚度在0~10 kN·mm^(-1)、阻尼在0~100 kN·s·m^(-1)范围变化时,抑振调频装置的调节效果显著且易实现;增大抑振调频装置的刚度、阻尼和预紧力均可有效降低轨道系统和车辆的振动加速度,但各自的作用不同,刚度最为明显,其次是阻尼,预紧力较小;在钢弹簧浮置板轨道上设置刚度为6.5 kN·mm^(-1)、预紧力为2 kN、阻尼为60 kN·s·m^(-1)的抑振调频装置后,基底加速度较减振扣件轨道和未安装抑振调频装置的浮置板轨道分别降低了74.5%和15.6%,有效提高了轨道系统的稳定性。

考虑温度影响的气膜阻尼结构抑振率分析

气膜阻尼能够有效抑制航空发动机叶片的多阶振动,且具有结构简单、附加质量小等优点。针对带气膜阻尼平板结构,建立了带气膜阻尼平板振动模型,推导出考虑温度影响的抑振率表达式;采用有限元法,研究了均匀温度场和非均匀温度场对气膜阻尼结构抑振率的影响。结果表明:①无论是在均匀温度场还是非均匀温度场下,带气膜阻尼平板均表现出较高的抑振率;在两种温度场下,平板温度由20℃增加至600℃,带气膜阻尼平板抑振率增幅均不超过10%。②气膜内气体温度由室温20℃增加到600℃时,带气膜阻尼平板抑振率增幅变化不超过4%,气膜内气体随温度变化对带气膜阻尼平板抑振率影响较小,可适用于不同温度环境。③当平板振动为二扭振型时,气膜阻尼结构抑振效果不仅大幅下降,而且吸振薄板的振动会加剧平板本身的振动,且在不同温度梯度下都可能出现。

π型开口截面斜拉桥涡激振动的气动抑振措施试验研究

涡激振动是大跨度桥梁主梁在低风速下容易发生的一种风致振动现象,会影响行车安全性、舒适性和桥梁疲劳寿命,避免涡激振动的发生或抑制涡激振动振幅是桥梁抗风设计的热点问题。基于涡激振动对主梁气动外形敏感的特性,通过设计不同气动措施改善主梁的涡激振动性能,探究单个气动措施和多个气动措施组合的涡激振动抑制效果。以某π型开口截面斜拉桥工程为依托,对几何缩尺比为1∶37的刚性节段模型开展涡激振动研究,进行了风洞测振试验,并对下稳定板、检修车轨道位置和导流板等典型气动措施的抑振效果进行了测试。研究结果表明:主梁原设计断面存在明显的竖弯涡激振动现象,最大竖弯涡激振动振幅已超过规范限值;安装1道下稳定板可有效抑制竖弯涡激振动,安装多道下稳定板后,竖弯涡激振动振幅被限制,但同时会造成扭转涡激振动振幅增大,使用稳定板措施时应兼顾竖弯涡激振动和扭转涡激振动振幅的变化;检修车轨道的有无及位置变化对此截面的涡激振动性能影响较小,内移检修车轨道不能有效减小涡激振动振幅;在安装1道下稳定板的基础上增设导流板可进一步抑制涡激振动,安装下稳定板与导流板的组合措施可达到最优抑振效果。研究结果可为类似主梁断面涡激振动的气动控制措施选择提供参考。

风力机叶片压电抑振效应与能量耗散机制研究

压电智能叶片是随着风力机向大型化发展而被提出的自适应减振概念叶片,本文探索了叶片压电抑振效应和能量耗散机制,提出了适用于变截面三维叶片的等效梁截面气弹模型设计方法,并基于同步测振测力气弹风洞试验对比研究了15 MW风力机叶片压电抑振效应;再基于二次开发的机电耦合叶片动力学模型,分析了机电气弹耦合模态的转速演变规律与能量分布形式,揭示了压电叶片的能量耗散机制。研究表明:提出的气弹风洞试验方法可有效反映压电叶片风振抑制效果;压电材料可缩小风力机叶片的敏感风向角区间,提高大幅锁频振动临界风速,延长气弹失稳的能量积累时间;压电材料导致叶片风振能量在模态空间均分转移,削弱了负阻尼模态的能量集聚,增强了正阻尼模态的能量耗散。

基于人体适应性的悬浮隧道抑振指标限值研究

为了能有效抑制波流耦合作用下悬浮隧道振动对人体适应性的影响,提出一种基于人体适应性的悬浮隧道振动指标限值获取方法。综合不同振动特性下人体适应性评估的经验、标准以及研究,提出悬浮隧道下人体适应性的加速度限值;同时通过数值仿真模拟悬浮隧道与人体振动特性,分析悬浮隧道振动条件下人体各部位受到加速度,并以人体加速度极限标准为基础,对悬浮隧道振动指标进行解析,提出抑振指标限值。结果表明:悬浮隧道下人体适应性的加速度为0.2 m/s^(2);人体仿真中腹部所受加速度最大,根据人体适应下的最大加速度,制定悬浮隧道不同振动频率与振幅人体适应性限值表,提出在保障人体适应基础上悬浮隧道允许的最大振动与振幅。该结果可为后续悬浮隧道实例工程抑振指标取值提供数据参考,保障悬浮隧道人员通行的适应性。

液压启闭机-弧形闸门耦合动力学仿真与抑振研究

针对液压启闭机-弧形闸门,为研究其振动传递并提出有效抑振措施。本文通过建立其三维实体模型,并建立其动力学方程,理论分析液压油的刚度阻尼特性,在Simpack中建立液压启闭机-弧形闸门耦合动力学仿真模型,并以液压系统为振动源,通过设置基座隔断阻尼器和闸门隔断阻尼器并进行参数优化来抑制振动传递,结果表明:基座隔断阻尼器和闸门隔断阻尼器能有效抑制振动的传递,并得到两阻尼器刚度与阻尼的优势区间,基座隔断阻尼器刚度为1×10^(4)~1×10^(5)N/mm,阻尼为100~2000 Ns/mm;闸门隔断阻尼器刚度为1×10^(4)~5×10^(5)N/mm,阻尼为100~2000 Ns/mm。

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。

状态开关型多模态压电分流抑振技术

研究了状态开关型多模态压电分流阻尼系统的抑振原理和实现方法。搭建了以金属氧化物半导体场效应晶体管为主体的状态开关型多模态压电分流电路,设计出一种频率自适应控制器,能跟随结构振动频率变化而实时改变脉冲控制信号的输出时刻和持续时间,使该状态开关型压电分流电路对结构各阶模态的振动响应都有较好的抑制效果。应用该状态开关型压电分流电路,进行了一个柔性悬臂梁的多模态振动响应抑制实验,使悬臂梁的前5阶弯曲模态的稳态响应幅值分别降低了7.72 dB、3.97 dB1、.23 dB5、.03 dB和4.14 dB,验证了所研制的状态开关型压电分流阻尼系统的自适应多模态抑振性能。

基于节段模型试验的悬索桥涡振抑振措施

为研究大跨度悬索桥涡激振动性能,并提出有效的涡振抑振措施,以某大跨度钢箱梁悬索桥为工程背景,通过1∶20大尺度节段模型风洞试验,在低阻尼下研究了人行道栏杆、检修轨道、导流板对主梁涡激振动性能的影响;通过在检修轨道内侧设置导流板抑制主梁的涡激振动,并基于试验现象探讨了涡激振动发生的机理.研究表明,在检修轨道内侧设置导流板抑制主梁涡激振动的措施使桥梁断面的气动外形更合理,抑振效果好,且结构形式简单,便于工程应用.

海洋立管涡激振动抑振方法试验研究

为了减小海洋立管漩涡脱落所引起的振动,降低海洋立管疲劳损伤的程度,设计3种涡激抑振方案,对它们进行涡激振动试验。试验在中国海洋大学物理海洋实验室进行,在施加不同流速的外流时,测得采用不同抑振方案的海洋立管在涡旋脱落时顺流向及横向振动的应变时程曲线,使用DASP软件,对所测数据进行分析处理。结果表明在外流流速相同的情况下,有抑振措施的立管明显比无抑振措施的立管振动幅值小,所采用的抑振方案在不同程度上抑制了海洋立管的涡激振动。

海洋立管抑振装置优化布置的实验研究

设计1种梯形截面的三螺旋导板抑振装置,在实验室大型水槽进行海洋立管涡激振动实验。通过改变这种抑振装置的覆盖方式和覆盖范围,研究梯形截面螺旋导板的不同覆盖方式和覆盖范围对抑制海洋立管涡激振动的作用。实验时用动态电阻应变仪采集立管模型横向和顺流向的动态响应数据,并利用雨流计数法对模型进行疲劳分析。实验结果表明:在外流流速相同的条件下,三螺旋导板各种覆盖方案对涡激振动都有抑制作用;随着螺旋导板覆盖率的增加,立管的振动减弱,疲劳寿命增加;覆盖螺旋导板的立管顺流向振动频率明显降低,横向振动频率当覆盖率较高时有所降低,覆盖率较低时基本没有变化。

多级复合抑振系统的设计与研究

研究了多级复合抑振系统的动力学特性,以多级抑振系统刚体空间一般运动的坐标变换,系统的动能、势能和阻尼耗散函数,系统的拉格朗日方程为理论基础, 得出适用于质量块之间或质量块与平台之间具有多个相对运动自由度的多级隔振系统的运动微分方程组 分析了主动控制力与抑振器参数之间的关系 结果表明:对于多级复合抑振系统,抑制中高低频振动时,抑振作动器置于抑振对象与刚体之间的抑振性能较好,所需的主动抑振控制力也不大。

旋转翼对海洋立管涡激振动抑振的数值研究

为抑制海洋立管的涡激振动,本文提出一种安装旋转翼的方案。采用非定常数值计算方法求解分析常规海洋立管和安装有旋转翼海洋立管的涡激振动特性。对旋转翼的相关参数进行定义;建立立管单自由度振动模型,并采用Newmark-β法数值求解振动方程;编写CFD数值计算的UDF,并结合动网格技术模拟求解立管的涡激振动过程。结果表明:随着旋转翼旋转角速度的增加,立管的振幅比逐渐减小,最后基本不变,抑制振动效果十分明显;当旋转角速度ω=3.0 rad/s时,旋转翼的控制效果最优,振幅比从0.98下降到0.008,振幅比降低99.2%;旋转翼的旋转运动会破坏海洋立管脱落的尾流漩涡,从而破坏海洋立管的周期性振动。

月牙肋抑振装置对柔性立管涡激振动抑振作用的试验研究

海洋立管的涡激振动会对立管结构的疲劳寿命产生严重的影响。提出1种月牙肋抑振装置,通过在室内水槽中进行物理模型试验,研究该装置在涡激振动情况下对立管的抑振作用。测得该装置在立管表面不同布置方式时顺流向及横流向振动的应变时程曲线,使用DASP软件对所测数据进行分析处理,得到立管的振动幅值和功率谱。试验结果表明:这种月牙肋抑振装置可明显降低立管模型的振动幅值,且对振动频率有一定的影响,同时也表明不同的布置方式对立管的抑振效果也不相同。

夹层阻尼结构抑振特性研究

利用等效复合刚度法,对多夹层阻尼结构的抑振特性进行了理论推导,并对不同夹层阻尼结构的等效复合刚度和损耗因子进行了仿真计算,分析了不同的夹层材料和几何参数对结构抑振量的影响。研究表明,增加多夹层组合结构的夹层层数对组合结构损耗因子的提高量有限;适当增加夹层的厚度可改善组合结构抑振性能;变化夹层的材料,采用较硬的约束层和较软的阻尼层可显著提高组合结构的抑振量。

基于MR阻尼器高空平台半主动抑振系统研究

针对自主研发的高空幕墙安装机器人作业平台进行了多维振动的研究。构建了以两自由度并联机构为主体结构,旋转式MR阻尼器为执行器的多维减振系统。采用Lagrange方程建立了减振系统的动力学方程,分析了其振动特性,设计了一种基于磁流变液剪切工作模式的旋转式磁流变阻尼器,分析了磁流变阻尼器的力学特性,对并联机构进行了运动学和动力学分析,并根据机构运动学方程推算出平台位置状态,多维抑振系统快速抑振。借助Matlab对整个系统进行了仿真实验,分析计算了该多维抑振系统的有效性和可行性。

自由浮动柔性双臂空间机器人系统动力学建模与抑振控制

柔性多臂空间机器人是一个高度非线性、强耦合的动力学系统。本文基于假设模态法、La-grange方程和动量守恒原理,推导了一种自由浮动柔性双臂空间机器人协调操作刚性负载闭链系统的动力学模型。针对空间柔性机械臂的弹性形变和振动问题,设计了线性二次型最优控制方法对其进行振动主动控制,并通过仿真实验验证了该方法的有效性。