基于负刚度惯容型非线性能量汇的整星振动抑制

本文将负刚度元件集成到惯容型非线性能量汇中构成负刚度惯容型非线性能量汇,并将此装置应用到整星结构,讨论其减振效果.基于最大幅值减振百分比展示了负刚度惯容型非线性能量汇的减振性能,并通过对比讨论了负刚度元件对惯容型非线性能量汇减振性能的影响.最后讨论了负刚度惯容型非线性能量汇的参数影响及其优化.研究结果表明,作用于整星系统中的新型负刚度惯容型非线性能量汇具有很好的减振性能.

有限深度介质上梁非线性能量汇减振的Winkler地基实现

土-结构相互作用对结构动力学特性的影响是一种具有非线性能量汇特征的效应。利用考虑土体质量的Winkler地基梁理论,将有限深度弹性介质等效为非线性能量汇系统的附加质量,建立简谐激励下弹性介质上简支梁系统的非线性动力学模型。采用Galerkin方法和增量谐波平衡法分析了弹性介质上简支梁的非线性动力响应。利用数值计算方法验证了理论结果的正确性,并分析了非线性能量汇的有效性。通过参数优化和分析,揭示了不同参数范围内Winkler地基的减振效果,讨论了其最佳参数范围。研究结果表明:在合理的参数范围内,弹性介质对其支承梁的动力响应有良好的抑制作用,能够快速有效地吸收共振条件下的振动能量,并具有良好的鲁棒性。优化后的非线性能量汇可使梁的共振幅值降低超95%,且具有较宽的减振频带。研究成果从非线性能量汇的角度展现了土-结构相互作用效应的减振机理,为基于弹性地基设计的结构振动抑制提供了理论依据。

非线性能量汇胞元减振效率分析

非线性能量汇(nonlinear energy sink,NES)具有减振频带宽、减振效果好等诸多优点.但是NES没有线性刚度的特征导致其难以驱动大重量的NES振子,从而难以应用于对大型工程结构的减振.因此,将NES以高效和便捷的方式应用于工程减振,仍然是有待研究的问题.将NES以胞元的形式装配于振动的主结构中,通过多个NES胞元的共同作用,是一种有前景的减振策略.文章在偏心转子激励下,探究了多个NES胞元对远大于单个NES自身重量的振动结构的减振效果,分析了多个NES胞元耦合主结构组成的系统的整体响应特征.建立了NES胞元减振系统的运动微分方程,采用复化平均法(complexification-averaging,CxA)导出系统的慢不变流形及稳态响应满足的近似解析表达式,通过慢变流形的扰动运动微分方程对稳态解进行稳定性分析,再利用伪弧长法获得系统响应的近似解,分析了NES胞元的减振规律及系统响应规律,最后利用龙格-库塔(Runge-Kutta,R-K)法进行数值验证.结果表明,通过多个NES胞元共同作用,能够有效控制较大重量的主系统振动,而且减振效率随NES胞元个数和重量的增加而显著提高,共振区的响应状态随着胞元个数的增加从稳定状态、强调制状态、稳定状态依次变化.因此,本研究有助于推动NES的工程应用.

含串联非线性能量汇的整星系统吸振效果研究

为了改善卫星在发射阶段的动力学环境,通过在卫星适配器结构中引入非线性能量汇装置,将其与卫星主结构耦合,实现整星系统的振动抑制。对于耦合后的整星等效集中质量模型,考虑了非线性能量汇装置所受重力对非线性弹簧恢复力的影响,并利用四阶龙格库塔法求出整星系统在谐波激励和冲击激励下的振动响应,结果表明考虑重力情况较未考虑重力更加精确,振动响应幅值偏小。为了在不改变原整星系统固有频率的基础上进一步提升非线性能量汇装置的消振效率,采用具有二级串联结构的等质量非线性能量汇装置,并基于靶向能量传递理论对其非线性刚度参数进行优化,分析结果表明引入串联非线性能量汇结构较单级结构在冲击激励下能获得更好的减振效果。

弹性梁中端惯容型非线性能量汇振动抑制研究

欧拉-伯努利梁作为许多航空航天结构的简化模型,对其振动抑制研究具有重要的工程意义。提出利用惯容型非线性能量汇抑制弹性梁的横向振动。应用广义哈密顿原理,建立弹性梁的动力学控制方程。通过伽辽金截断方法离散系统的偏微分控制方程。应用谐波平衡方法得到系统非线性振动的稳态响应,并对其进行数值验证。研究结果表明,惯容型非线性能量汇可以有效抑制弹性梁的横向振动。此外,讨论了惯容型非线性能量汇的阻尼、惯性质量和立方非线性刚度的变化对其减振效果的影响。最后,讨论了在不同激励和梁不同弯曲刚度下参数的最优取值范围。结果表明,优化后的惯容型非线性能量汇的减振效果可高达98%。

含非线性能量汇的简支输液管非线性振动控制研究

论文建立了一个含有非线性能量汇(NES)装置并输运脉动内流的简支输液管道理论模型,研究了NES装置对管道的非线性动力学特性与振动控制的影响.利用Galerkin和龙格库塔法,得到了在含NES和不含NES装置时管道动力学响应的数值结果.研究表明, NES装置能有效地抑制管道振动.通过对比可知, NES对管道系统的稳定性和非线性振动控制有着明显的影响.此外,论文还详细讨论了NES装置相关参数对系统的动力学影响.结果表明,增大NES的弹簧刚度k、阻尼σ和质量比ε有利于管道减振,且最佳安装位置在管道中点.此外,增大阻尼σ能缩小失稳激励频率区域,而其他参数的变化对失稳激励频率区域影响较小.

基于NES减振与双向隔振器能量采集一体化分析

本文提出一种非线性能量汇(NES)与双向隔振器相耦合的新模型,并利用谐波平衡–弧长延拓法和四阶龙格库塔法对其进行了解析解与数值解的验证分析。通过对比主系统的幅频响应,证明耦合系统具有优良的减振性能。研究系统位移速度和磁通密度关系,并分析耦合系统参数对电压和能量的影响,结果表明耦合系统实现了能量采集。对比耦合系统和单一NES系统的能量耗散性能,结果表明耦合系统具有更高的能量耗散率。

谐波平衡法与复平均法计算强非线性系统稳态响应的区别

近些年,很多学者致力于利用非线性增强振动响应减少的效果或者能量采集器的效率.因而非线性系统的响应值需要从理论计算方面更准确地预测.另外,根据学者已取得的研究成就,非线性能量汇(NES)中存在的立方刚度非线性可以将结构中宽频域的振动能量传递至非线性振子部分.文章将一种由NES和压电能量采集器组成的NES-piezo装置与两自由度主结构耦合连接,系统受谐和激励作用.文章采用谐波平衡法和复平均法分别推导了系统稳态响应,参照数值结果,对比两种近似解析方法在求解强非线性系统稳态响应时的异同.计算结果表明,系统体现较弱非线性时,二者计算结果差异很小;当系统体现强非线性时,复平均法不能准确地呈现系统高阶响应,提高阶数的谐波平衡法能更准确地表示系统响应值.基于谐波平衡法和数值算法,讨论NES-piezo装置对于系统宽频域减振的影响.与仅加入非线性能量汇情况对比,结果表明NES-piezo装置不会恶化宽频域减振效果,并且在第一阶共振频率附近,可以稍微提高结构减振效率.另外,计算结果也表明,采用恰当的NES-piezo装置可实现宽频域范围的结构减振和压电能量采集一体化.此项研究工作为研究不同情形强非线性系统的响应提供了理论方法的指导.另外,研究结果也为宽频域范围的结构减振和压电能量采集一体化提供了理论依据.

输流管道振动的被动控制研究

输流管道在内部流动流体和外部激励作用下,展现出复杂的振动特性。随着工程中对振动控制水平的要求越来越高,输流管道振动的控制研究吸引的关注也逐渐增多。文章对输流管道振动被动控制研究进行了梳理。首先,介绍输流管道振动被动控制的重要性和存在的困难;其次,简介输流管道动力学研究的一般特点;然后,综述了输流管道被动控制研究的进展;最后,对未来需要深入研究的方向给出建议。期望文章有助于科研人员了解输流管道振动被动控制的研究现状,并能引起更多关注,从而促进管道系统高效、安全运行。

单自由度NES在高斯白噪声随机激励下的响应分析

对带有非线性能量汇的单自由度系统进行建模,采用有限差分法进行数值求解,再利用蒙特卡洛法进行数值模拟,比较了两种不同方法下得到的系统稳态统计响应;然后进行参数讨论和分析,讨论了不同参数对系统稳态统计响应的影响,为随机激励下的非线性能量汇动力学参数设计提供参考依据。

基于NES-双管隔振器耦合系统的动力学分析

阻尼器广泛应用于汽车工程、土木工程、航空航天等工程领域。研究了非线性能量汇(NES)与双管隔振器相耦合的动力学特性,利用谐波平衡法、牛顿迭代法和弧长延拓法对耦合系统的常微分方程近似解析,并用数值验证解析结果,解析数值一致重合。通过对比系统的幅频响应,证明耦合系统比NES系统具有更好的减振性能,研究系统参数对时域和功率的影响,结果表明在固有频率附近需要更多的能量输入,进一步分析系统能量的传递关系,结果表明耦合系统具有更高的能量吸收性能。

基于NES-MR的整星隔振系统动力学分析

为研究基础激励下卫星的动力学特性,提出了一种非线性能量汇(NES)与磁流变阻尼器(MR)相耦合的新模型用于卫星的隔振分析。利用谐波平衡法、牛顿迭代法和弧长延拓法对NES-MR耦合系统的常微分方程近似解析求解,并用龙格库塔法数值验证解析结果,解析数值一致重合。通过对比系统的幅频响应,证明NES-MR耦合系统比单一NES系统具有更好的振动抑制性能。并对比分析了系统参数对主系统位移幅频响应的影响,通过能量传递关系,证明了新系统具有更高的振动能量耗散速率。

NES对二维机翼气弹不稳定性的抑制作用

采用数值方法研究了加装非线性能量汇(NES)的二维机翼在不同速度来流下的振动响应机制,着重探索了NES对系统振动的抑制以及系统内的靶向能量传递(TET)特性。首先,建立了加装在机翼前缘及后缘的NES与二维机翼的耦合系统模型,该模型考虑了机翼的沉浮与扭转振动。然后,从非线性振动响应和能量传递等几个方面研究了前NES与后NES对机翼振动的抑制效果和机制。进一步,应用频谱分析发现了此非线性耦合系统振动中存在共振捕获(resonance captures)特性,同时研究了前、后NES与机翼振动模式(沉浮与俯仰)间的靶向能量传递现象与机翼不同的极限环运动之间的对应关系。结果表明,采用前、后都加装NES的方法能够拓宽NES与机翼振动模式间发生靶向能量传递与共振捕获的频率范围,从而提升NES对机翼振动进行有效抑制的临界来流速度。