基于非线性吸振器的薄壁件切削振动控制

在航空发动机的涡轮风扇及叶片等薄壁件在铣削加工过程中,由于材料切削困难、零部件刚度低以及加工中时变性强等原因易造成薄壁件出现颤振,导致加工精度降低及表面质量变差。利用动力吸振器可有效控制振动现象,但由于材料去除时被加工件等效参数变化而导致其模态频率迁移,易造成振动控制失效。为保证切削全过程中的有效振动控制,提出了非线性吸振器,建立了主系统耦合非线性吸振器的动力学模型,利用复变量平均法分析了系统的慢变方程,得出了系统发生鞍结分岔以及霍普夫分岔的边界条件,分析了激励频率对分岔边界及截断阻尼的影响。利用数值方法从时域及频域进行分析,得出了系统的能量谱,对比了非线性吸振器及线性吸振器的振动抑制性能,结果表明,非线性吸振器可在全频段有效进行振动控制,避免了引入线性吸振器引起的二阶共振。

不同类型水平弹簧组合刚度非线性吸振器的性能分析及稳定性研究

动力吸振器作为一种振动控制单元被广泛运用于各种工程场合,但传统的线性吸振器只能实现窄带振动控制.文章在线性吸振器的基础上引入对称水平弹簧构建线性刚度与非线性刚度相结合的组合刚度非线性吸振器,以提升吸振器的吸振性能.考虑实际工程中可能的安装方式,分别建立水平弹簧接地安装和不接地安装的组合刚度非线性吸振器模型,利用谐波平衡法结合弧长延拓法解析求解动力学响应,并与数值结果相互验证,证明了求解结果的准确性.随后分析比较两种组合刚度非线性吸振器与线性吸振器以及非线性能量阱之间的吸振性能,发现水平弹簧接地安装类型的组合刚度非线性吸振器在保留线性吸振器优势的同时又改善其吸振频带窄的缺点,且与非线性能量阱相比在主共振频率附近的较宽频内吸振性能更优.在此基础上,讨论了水平弹簧参数以及吸振器阻尼对主结构振动幅频响应和稳定性的影响,最后观察分析主结构幅频响应曲线不稳定区内的复杂动力学行为.研究结果表明合适的设计参数能够使得主结构振动峰值较低的同时,频响曲线不稳定运动区域的范围也较小.

重力场对欧拉屈曲梁非线性吸振器分岔特征的影响研究

以欧拉屈曲梁构成的非线性吸振器为研究对象,针对不同的应用环境,分别建立有无重力条件对应非线性动力学模型并重点研究重力场对非线性系统分岔特征的影响。利用复变量-平均法推导出非线性系统的慢变方程,进而得到其对应的鞍结(saddle-node, SN)分岔以及霍普夫(Hopf)分岔边界。通过对比有无重力条件下的分岔边界发现,重力场使分岔边界受参数影响范围变大;进一步,在有重力场条件下,针对失谐参数和激励幅值对非线性系统分岔特征的影响展开讨论;最后,考虑重力场条件,针对欧拉屈曲梁非线性吸振器部分关键设计参数对系统分岔特征的影响进行了分析。计算结果发现:满足一定条件,SN分岔和Hopf分岔会有共存的情形;而且,频响幅值随激励幅值的变大而产生两个分支,随激励幅值继续增大,将使两个分支重合但多解区间并未消失且增大;欧拉屈曲梁长度和斜置倾角对分岔特性有较大影响,且变化规律相似,随着参数增大,SN分岔与Hopf分岔边界减小。

建筑领域中轨道非线性吸振器的参数优化

本文研究了轨道非线性吸振器在建筑领域中的参数优化问题。借助拉格朗日方程建立控制系统的运动方程,并以主系统的稳态位移幅值作为适应度函数。讨论了吸振器参数对于稳态位移幅值的影响,在不同外激励频率下,借助遗传算法对所设计吸振器参数进行优化设计。数值结果表明:通过本文所提方案优化后的轨道吸振器,可以有效抑制建筑振动响应,具有良好的频率鲁棒性。

非线性吸振器的靶能量传递及参数设计

首先通过研究两个非线性耦合振子,阐明了非线性吸振器具有对初始能量的选择性。即吸振系统在一定带宽的初始能量(主结构中初始能量的大小)下具有很强的吸振能力,而随初始能量偏离一定值,吸振器耗散能量的能力有所减弱。随后提出,在不增加吸振器质量的前提下,采用两自由度的非线性吸振器不仅可以使得能量在吸振器中的耗散加快,靶能量传递效果更好,而且在保证吸振效率的同时,吸振器对于初始能量的有效带宽显著增加。给出了两自由度非线性吸振器的质量、阻尼、刚度等参数的设计方法,最后采用数值仿真验证了上述结论。

简谐激励作用下强非线性吸振器的能量转移效能

以单自由度主结构承受简谐激励作用时强非线性吸振器的减振能力作为研究对象,运用复变量平均法获得系统的慢变方程,并进一步得到描述稳态响应的非线性方程组。通过对比复变量平均法和龙格库塔获得的解,验证推导过程的正确性。利用复变量平均法分析吸振器的能量转移效能及其恒定性。研究结果显示,不同激励幅值下系统的频率响应存在较大差异。当激励幅值相对较小时,吸振器的减振效果明显。随着简谐激励幅值的增加,吸振器的能量转移效能无法保持恒定,系统在一定频带内出现高低两个稳定响应分支,并且两个响应分支会随着激励幅值的进一步增加而合并。

有色噪声激励下非线性吸振器的能量传递

将双稳态振子作为非线性吸振器,建立了含非线性吸振器的主系统力学模型,给出了有色噪声激励下系统的控制方程并进行了量纲一化。借助数值仿真,研究了系统初值、调谐频率比、质量比、阻尼系数对主系统和非线性吸振器振动能量的影响规律。通过系统结构参数的逐步优化选择,获得了将主系统振动能量最小化并使非线性吸振器振动能量最大化的最优结构参数配置区间。

一种非线性吸振器的振动特性及参数影响研究

将双稳态非线性电磁式振动能量捕获器作为吸振器以吸收有害振动并转化为可利用电能。建立了含双稳态非线性电磁式振动能量捕获器的主系统的力学模型和控制方程,分析了高斯白噪声强度对双稳态吸振器大幅运动的影响。获得了白噪声激励下质量比和调谐频率比对主系统减振和双稳态吸振器发电的影响规律,通过参数的逐步优化,获得了质量比和调谐频率比最佳参数配置区间,在保障主系统减振的前提下使双稳态吸振器的能量捕获功率得到提高。

基于双稳态发电的非线性吸振器的动力学特性及参数影响研究

基于双稳态发电建立了在简谐激励下的非线性吸振器的动力学模型。从数值仿真的角度研究了在简谐激励下基于双稳态发电的非线性吸振器的动力学特性,分析了激励频率和激励幅值对吸振器发生大幅混沌运动的影响规律。研究了调谐频率比f、质量比μ、非线性强度β和吸振器的阻尼系数γ1对非线性吸振器和主系统动力学特性的影响,得到了主系统发生共振和非共振情况下非线性吸振器的最优参数配置,为非线性吸振器的优化设计提供理论基础。

基于非线性吸振器的深水导管架平台减振特性研究

基于非线性吸振器原理对波浪激励下深水导管架平台振动进行减振研究。将平台和吸振器简化成两自由度系统,选取立方刚度,建立平台-非线性吸振器动力学方程,使用多尺度混合谐波平衡法,考虑外激励与固有频率1:1共振,求解运动方程的近似解析解,并使用数值方法进行验证;分析平衡解的稳定性和系统非线性响应特性,最后采用振动传递率对减振结果进行评价。结果表明,附加非线性吸振器的导管架平台运动响应出现非线性特性,在共振频率附近的大部分能量转移到了非线性吸振器中,从而实现很好的减振效果。

非线性电磁吸振器的吸振效果与动力学特性研究

提出两种非线性电磁吸振器:准零刚度主结构耦合非线性RLC(relay logic circuit)电路;准零刚度主结构耦合线性RLC电路。推导得到非线性机电耦合系数。建立起两种吸振器的振动控制模型。基于谐波平衡法,推导并分别得到两种吸振器位移传递率的解析表达式。利用雅可比矩阵判断解析解的稳定性。结果表明:相比于主结构无外接电路的条件下,两种吸振器可分别提高64%和77%的吸振性能;前者在低频吸振方面更具优势;前者在电阻较小时会引发特定频率内的准周期振动;二者均存在最优设计参数。

两自由度非线性吸振器在简谐激励下的振动抑制

为了分析两自由度(2-DOF)非线性吸振器(NES)在主共振附近产生周期及非周期响应时的振动抑制效果,首先应用复变量-平均法,推导了线性主结构连接一个2-DOF NES的系统在主共振附近的慢变力学模型,并对系统平衡点的稳定性进行了分析,进一步对系统响应类型进行了预测。然后,应用增量谐波平衡(IHB)法,对系统的慢变模型进行了数值验证。之后,对系统在稳态响应段及强调制响应(SMR)段的振动抑制效果进行了比较。最后研究了该系统在激励频率小幅变化时的振动抑制效果,并同单自由度(SDOF)NES进行了比较。仿真结果表明,2-DOF NES在强调制响应段的振动抑制效果更好,并且得到了比同质量优化后的S-DOF NES更好的振动抑制效果。

时滞非线性动力吸振器的减振机理

对一个带有时滞非线性动力吸振器的两自由度结构,采用多尺度法研究了时滞非线性动力吸振器对主系统的减振性能,得到了主系统的振幅-时滞响应曲线.研究结果表明,对时滞非线性动力吸振器,可以通过调节反馈增益系数和时滞控制主系统的振动.研究还发现,对确定的反馈增益系数,可以存在时滞的一些调节区域,时滞非线性动力吸振器可以减小主系统的振动.并且在时滞的这些可调区域里,存在一个"最大减振点"对应这一反馈增益系数下主系统振幅的最小值.对不同的反馈增益系数,"最大减振点"对应的主系统的振幅也不同.因此能够找到一组反馈增益系数和时滞量的最佳值,最大程度地减小主系统的振动.研究结果表明,当反馈增益系数和时滞量调到最佳值时,主系统的振动较无时滞非线性动力吸振器可以减少90%左右,数值模拟也证实了解析结果的正确性.

基于非线性能量吸振器的高耸结构减振分析

非线性能量阱(NES)类型的振子具有宽频吸振的特性,可利用其对高耸结构进行减振。通过建立相应的偏微分运动方程,并利用伽辽金法及Rauscher方法,获得了非线性模态的解析解,揭示了NES振子的吸振原理。再通过非线性有限元分析,对该系统振动特性随NES振子各参数的变化进行了研究。研究结果表明:NES振子存在最优参数从而明显地抑制结构振动,最大可使结构振动减为原来的20%左右;所提出的经验公式可方便地计算NES振子立方非线性刚度系数的最优值,且与有限元计算结果吻合。

船体艉部减振的非线性碟簧动力吸振器的宽带优化设计

采用有限元法、改善的动力缩减法和数值积分法研究了减小船体艉部振动的非线性碟簧动力吸振器的宽带数值优化设计 ,通过结合具体的应用实例系统讨论了非线性碟簧动力吸振器的线性刚度、粘性阻尼、Coulomb阻尼、刚度非线性和弹簧组合系数与抑振带宽的关系 。

船用非线性碟簧动力吸振器的参数研究

采用有限元法、改善的动力缩减法和数值积分法 ,讨论了耦合非线性碟簧动力吸振器的船体结构动力响应的计算 ,并通过数值优化法参数 ,研究了非线性碟簧动力吸振器的线性刚度、粘性阻尼、Coulomb阻尼、刚度非线性和弹簧组合系数与抑振带宽的关系 ,得到了若干有意义的结论 ,可作为船用非线性碟簧动力吸振器宽带优化设计的指导原则。

非线性碟簧动力吸振器的宽带数值优化设计及其应用

提出了非线性碟簧动力吸振器的宽带数值优化设计，推广了前人在非线性动力吸振顺领域的研究，首先提出了计算耦合非线性动力吸振器的主系统的稳态响应的平均法，然后采用数值优化法详细的研究了非线性动力吸振器的宽带优化设计，系统讨论了质量比、主系统阴尼比、吸振器阴尼比、系统频率比、激励频率比、位移比、吸振器刚度非线性系数和吸振器阻尼非线性系数与抑带宽的关系，最后考虑了非线性动力吸振器的应用实例。

具有非线性刚度动力吸振器的隔振系统半主动控制

研究带有非线性刚度吸振器的隔振系统振动稳态响应的半主动控制。动力吸振器和隔振系统(主系统)的刚度均为Duffing类型的非线性刚度。对吸振器的阻尼采用了两种半主动控制策略以减少主系统的振动,并讨论了吸振器刚度的非线性程度,吸振器质量与主系统质量之比及主系统刚度的非线性程度对主系统稳态响应的影响。数值分析结果表明,采用适当的系统参数和控制策略可以有效地改善主系统的稳态响应。

基于非线性能量阱的双共振峰振动抑制的力学特性研究

非线性能量阱是一种可实现高效振动抑制的非线性吸振器。为了将其应用于宽频振动抑制问题,文章构造了一个由单自由度非线性能量阱和两自由度减振对象组成的系统,以研究非线性能量阱对双共振峰的振动抑制效果。结合系统特点,提出使用增量谐波平衡法分析系统共振峰附近的平衡点分布,并应用Floquet理论对平衡点的稳定性进行了判断,由此揭示了该系统局部分岔现象带来的复杂力学特性。为了验证解析结果,还进行了数值计算。研究结果表明非线性能量阱在正弦激励作用下具有良好的宽频减振效果,在航天器局部振动抑制方面具有良好的应用前景。

非线性耦合振子间的靶能量传递研究:保守系统中的完全能量传递

研究了两自由度非线性耦合振子间的靶能量传递现象。基于非线性耦合振子内在保守系统的慢变动力学方程,推导出了该结构的保守系统中两振子间完全能量传递所需要的条件。经数值仿真验证,所推导的方程可准确计算两振子间完全能量传递所需的初始能量,并适用于强非线性系统。