Research on the Damping Mechanism of Time-Delay Coupled Negative Stiffness Dynamic Absorber in Nonlinear Vibration Damping System

A study was conducted on the effect of time delay and structural parameters on the vibration reduction of a time delayed coupled negative stiffness dynamic absorber in nonlinear vibration reduction systems. Taking dynamic absorbers with different structural and control parameters as examples, the effects of third-order nonlinear coefficients, time-delay control parameters, and negative stiffness coefficients on reducing the replication of the main system were discussed. The nonlinear dynamic absorber has a very good vibration reduction effect at the resonance point of the main system and a nearby area, and when 1 increases to a certain level, the stable region of the system continues to increase. The amplitude curve of the main system of a nonlinear dynamic absorber will generate Hop bifurcation and saddle node bifurcation in the region far from the resonance point, resulting in almost periodic motion and jumping phenomena in the system. For nonlinear dynamic absorbers with determined structural parameters, time-delay feedback control can be adopted to control the amplitude of the main system. For different negative stiffness coefficients, there exists a minimum damping point for the amplitude of the main system under the determined system structural parameters and time-delay feedback control parameters.

Dynamical Stability of Cantilevered Pipe Conveying Fluid with Inerter-Based Dynamic Vibration Absorber

Cantilevered pipe conveying fluid may become unstable and flutter instability would occur when the velocity of the fluid flow in the pipe exceeds a critical value.In the present study,the theoretical model of a cantilevered fluid-conveying pipe attached by an inerter-based dynamic vibration absorber(IDVA)is proposed and the stability of this dynamical system is explored.Based on linear governing equations of the pipe and the IDVA,the effects of damping coefficient,weight,inerter,location and spring stiffness of the IDVAon the critical flow velocities of the pipe system is examined.It is shown that the stability of the pipe may be significantly affected by the IDVA.In many cases,the stability of the cantilevered pipe can be enhanced by designing the parameter values of the IDVA.By solving nonlinear governing equations of the dynamical system,the nonlinear oscillations of the pipe with IDVA for sufficiently high flow velocity beyond the critical value are determined,showing that the oscillation amplitudes of the pipe can also be suppressed to some extent with a suitable design of the IDVA.

The Effect of Mass Ratio and Air Damper Characteristics on the Resonant Response of an Air Damped Dynamic Vibration Absorber

In this paper, it is shown that, a road vehicle 2DOF air damped quartercar suspension system can conveniently be transformed into a 2DOF air damped vibrating system representing an air damped dynamic vibration absorber (DVA) with an appropriate change in the ratio μ of the main mass and the absorber mass i.e. when mass ratio μ >> 1. Also the effect of variation of the mass ratio, air damping ratio and air spring rate ratio, on the motion transmissibility at the resonant frequency of the main mass of the DVA has been dis- cussed. It is shown that, as the air damping ratio in the absorber system increases, there is a substantial decrease in the motion transmissibility of the main mass system where the air damper has been modeled as a Maxwell type. Optimal value of the air damping ratio for the minimum motion transmissibility of the main mass of the system has been determined. An experimental setup has been designed and developed with a control system to vary air pressure in the damper in the absorber system. The motion transmissibility characteristics of the main mass system have been obtained, and the optimal value of the air damping ratio has been determined for minimum motion transmissibility of the main mass of the

Design and experiment of an adaptive dynamic vibration absorber with smart leaf springs

An adaptive dynamic vibration absorber(ADVA)is designed for lowfrequency vibration suppression.The leaf springs are applied as the tuning stiffness elements.The principle of variable stiffness is analyzed to obtain the effective range of the first natural frequency variation.A classic simply supported manipulator is selected as the controlled system.The coupled dynamic model of the manipulator-ADVA system is built to obtain the maximum damping efficiency and the vibration absorption capacity of the designed ADVA.An experimental platform is set up to verify the theoretical results.It is revealed that the ADVA can adjust the first natural frequency on a large scale by changing the curvature of the leaf springs.The amplitude of the manipulator is reduced obviously with the installation of the designed ADVA.Finally,based on the short-time Fourier transformation(STFT),a stepwise optimization algorithm is proposed to achieve a quick tuning of the natural frequency of the ADVA so that it can always coincide with the frequency of the prime structure.Through the above steps,the intelligent frequency tuning of the ADVA is realized with high vibration absorption performance in a wide frequency range.

基于动力吸振器的微耕机扶手架减振设计

微耕机的扶手架结构较为简单,在田间作业时会造成扶手架的强烈振动,长时间的强烈振动会给操作者身心带来不适甚至严重伤害,针对此问题,对微耕机扶手架进行了减振设计。对于结构相对简单的构件,振动问题大多是由于主振动系统自身结构阻尼的不足导致的。为此,结合微耕机实际情况,将动力吸振器的设计方法应用于微耕机扶手架上,对动力吸振器进行结构设计并试制样件。最后,对动力吸振器样件的减振效果进行试验测试,结果表明:在安装动力吸振器样件后,其手把处的振动强度在空挡和耕作状态下分别降低了13.9%和11.2%。

考虑SSI效应的升降作业平台惯容减振优化设计

升降作业平台在野外工地、河滩等环境中高空作业时,其支腿底盘的明置基础与软土地基会发生动力相互作用,从而改变作业平台系统的动力特性。提出了考虑土与结构相互作用效应下的含3种不同惯容减振系统(SIS,SPIS-1,SPIS-2)的升降作业平台动力学模型,推导了作业平台在简谐激励下的振幅放大因子以及在随机激励下的响应均方值的解析表达式。利用遗传算法分别求解了位于中硬土、中软土以及软弱土3种地基表面的作业平台在H_(∞)和H_(2)优化准则下,惯容减振系统的最优设计刚度比和阻尼比。对最优状态下的各减振系统进行减振效果分析,结果表明:SPIS-2减振系统效果最佳,不仅最大程度地抑制了升降作业平台的共振效应,而且更有效地拓宽频带范围;SSI效应可以降低简谐激励下作业平台的位移振幅放大因子和随机激励下作业平台绝对位移的均方值;SSI效应对简谐激励和随机激励下惯容减振系统的最优设计参数影响很小,因此针对3种惯容减振系统位于不同地基表面下的最优设计参数拟合出经验公式,为升降作业平台的研发和减振设计奠定了理论基础。

动力吸振器在直升机减振上的应用及效果验证

基于无阻尼动力吸振器设计原理和直升机实际指标需求设计了一种可变刚度和可调质量的动力吸振器,并利用有限元模型对吸振器进行了动特性分析和减振效率分析,最终通过飞行试验验证动力吸振器的实际装机效果。测试数据结果表明动力吸振器有较好的减振效果,为后续其它型号的动力吸振器研制积累了工程经验,提供了参考。

钻铣减震用变刚度磁力减振器设计及制振分析

采用半主动型减振器对钻铣加工过程进行制振控制具备可行性,充分克服了通过调节加工参数来减缓切削振动引起生产效率下降的情况。这里设计了一种动力减振器结构在分析原理的基础上,给出了系统的振动模型与运动方程。对钻铣加工中机床主轴进行了减振测试,最后利用数值仿真方法进行了减振性能评价。研究结果表明:相对于未加入动力减振器的情况下,加入动力减振器后,不同主轴转速对应的刀尖点稳态前振幅最大值也减小,进入稳定状态时的振幅最大减小,完成稳态转变时间也缩短。对比不同主轴转速下刀尖频域振结果,可以明显发现设置动力减振器后可以起到有效抑制振动的作用,当主轴达到800/min转速时,获得了最优抑制性能。该研究有助于提高钻铣设备的减震性能,提高机加工精度。

人体手臂静止性震颤的负刚度吸振效果研究

提出采用负刚度吸振器控制人体手臂静止性震颤的方法,以便有效减小传递到前臂的动态响应.首先,建立含负刚度吸振器的人体手臂耦合动力学模型;然后,推导得到各关节位置的幅频响应表达式,并采用序列二次规划算法给出负刚度吸振器的最优设计参数.利用最优设计参数分别计算得到正弦激励和随机激励对应耦合系统的动态响应曲线.为了便于对比,给出未安装负刚度吸振器和安装传统线性吸振器时人体手臂各关节的动态响应.计算结果表明,负刚度吸振器对人体手臂静止性震颤引起各关节的动态响应抑制效果显著优于传统线性吸振器.

基于声学黑洞波动控制技术的槽型轨动力吸振器减振降噪特性研究

轨道交通引起的环境振动噪声问题持续增加,即使目前具有多种控制效果良好的减振降噪措施,但仍有望做进一步的提升。在该研究中提出了一种新型的槽型轨道动力吸振器,将声学黑洞波动控制技术与动力吸振原理相结合。该吸振器设计的目标是保证主结构强度与刚度的前提下,采用附加的声学黑洞阻尼振子作为吸能单元,对主结构的振动能量进行传递、吸收与耗散。为了研究声学黑洞型动力吸振器对槽型轨道振动特性和声辐射特性的影响,利用仿真分析对不同类型的动力吸振器下槽型轨道的位移导纳和振动衰减率进行了评估;采用滚动噪声预测模型计算分析了声学黑洞型动力吸振器的降噪效果并探究了其参数对轮轨振动噪声的影响规律。结果表明:槽型轨在800~1000 Hz频段内的一阶pinned-pinned在未采取措施的情况下振动响应显著,振动衰减率仅为0.68 dB/m,在安装了声学黑洞型动力吸振器之后轨道结构的振动衰减率上升到1.80 dB/m,提高率可达265%。

基于振幅放大机制的浮置板轨道低频轻质减振

为探讨在浮置板轨道低频振动控制中实现轻质减振和有效减振兼容的可行性,基于振幅放大机制,设计一种杠杆式动力吸振器(LT-DVA)。采用能量泛函变分法建立了配置有LT-DVA的钢弹簧浮置板轨道动力分析模型,以轨道结构的力传递率、位移导纳为评价指标,通过与普通动力吸振器(DVA)进行对比验证LT-DVA的有效性。在此基础上,利用多频控制的思路,在浮置板上引入多个杠杆式动力吸振器(LT-MDVA),以实现宽频控制、高衰减的效果。进一步考虑列车荷载的作用,分析验证动态轮轨力作用下LT-MDVA的低频隔振性能以及对轨道结构动力响应的影响。结果表明:由于振幅放大机制(振幅放大系数为α)的有益效果,LT-DVA的有效惯性质量、刚度、阻尼是同参数DVA的α^(2)倍,即工作能力是DVA的α^(2)倍;在LT-DVA的基础上,LT-MDVA能够有效拓宽振动衰减频段且提升振动衰减能力;相较于普通钢弹簧浮置板轨道,在动态轮轨力作用下,质量比仅为0.02的LT-MDVA不仅能够有效减小传递至下部基础的力(最大衰减约7.5dB),还能有效减小轨道结构的响应(钢轨和浮置板振动最大衰减约7.2dB和7.1dB),抑制浮置板轨道的振动放大现象,而同参数的MDVA几乎没有效果,证明了LT-MDVA能够在浮置板轨道低频振动控制中实现轻质减振和有效减振兼容。

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。

基于磁流变弹性体动力吸振器的掘进装备振动控制

针对掘进装备在自适应截割控制下的截割部宽减振问题,基于磁流变弹性体的动力吸振技术,提出了一种掘进装备截割部的振动控制方法。首先,以连续采煤机为研究对象,根据动量矩定理,建立了截割部-磁流变弹性体动力吸振器(MREDVA)耦合动力学模型,从理论上分析了MREDVA的减振机理;然后,为保证MREDVA的磁路以及移频特性满足需求,详细阐述了MREDVA的设计流程,提出了一种新的MREDVA结构,对其磁场和移频特性进行了仿真验证;最后,计算了不同截割状态下MREDVA对截割部的振动抑制能力,并建立了半主动控制方法,比较了被动和半主动振动控制方法下MREDVA的振动抑制能力。研究结果表明:对于所选煤层1和煤层2,截割部的振幅衰减分别达到41.53%和49.80%;对于所选煤层3,半主动控制下截割部振幅衰减可以达到45.10%。该方法可以有效降低掘进装备在宽频激励下的振动幅度。

基于高斯展开法的碟形声学黑洞宽频调谐减振机理研究

近年来,嵌入式声学黑洞(acoustic black holes,ABH)以其优异的性能,在结构减振降噪、声波调控、能量回收等领域展示了广阔的应用前景,但其局部结构强度弱化会影响其工程实用性。提出一种碟形声学黑洞(dish-shaped acoustic black hole,DABH)结构,将其附加在主体结构上,以实现对主体结构的宽频减振。在Rayleigh-Ritz法框架下,选择高斯函数作为基函数,根据声学黑洞板的形状确定基函数的分布,避免质量和刚度矩阵的奇异化,建立了其耦合系统半解析模型。通过与有限元模态分析结果的对比,验证了半解析建模方法的正确性。研究了碟形声学黑洞结构参数以及连接位置对主体结构振动响应特性的影响规律,分析了碟形声学黑洞的ABH效应以及与主体结构的耦合效应,揭示了其宽频调谐减振的机理,为拓展声学黑洞在宽频结构振动控制上的应用提供了新的思路。

板结构多模态动力吸振设计方法

针对海洋平台动力吸振研究中存在的多模态耦合振动吸振效果差的问题,研究抑制平台板结构振动的动力吸振器的设计方法。以薄板为具体研究对象,建立薄板与动力吸振器的数学模型,分析动力吸振器质量比的选择问题,讨论在离散模态和密集模态两种情况下动力吸振器的最佳安装位置,给出动力吸振器阻尼比和频率比的优化设计公式。在上述研究基础上,总结平台板结构动力吸振方法。以一个舱室仿真模型为应用对象,对参与舱壁振动的5阶模态进行振动控制,减振效果最高为92.2%。对动力吸振器进行补正设计后,针对第一、第五阶模态的减振效果分别提升0.9个百分点和6.1个百分点。上述结果验证了平台板结构动力吸振方法的有效性,该方法对海洋平台的振动防护具有一定的指导意义。

精准调频型动力吸振器线路应用效果分析

针对某地铁线路在运营过程中的钢轨振动峰值曲线特性,采用动力吸振原理,开发了一种对该峰值进行精准调频的动力吸振器,并对该型动力吸振器进行线路应用效果分析。采用试验法对更换该型动力吸振器前后的测试断面分别进行钢轨振动及线路噪声应用效果测试,分别计算出钢轨减振量及线路降噪量。相对于更换之前,该型动力吸振器在设计频段钢轨振动降低4.4 dB~8.1 dB,线路噪声在300 Hz~600 Hz频段降低3.8 dB(A)。测试结果表明,该精准调频型动力吸振器在线路应用中具有较好的减振降噪效果,由于线路噪声来源复杂,该频段噪声还有其他噪声源成分。

某车辆加速车内轰鸣问题分析与解决方法

某车辆在加速过程中当发动机转速在3500rpm左右时存在明显轰鸣声,该转速段附近为常用转速段,严重影响乘客主观感受及车辆品质,通过试验与仿真分析相结合的方法,从噪声源及传递路径对轰鸣声产生的原因进行分析和验证,确认该轰鸣声受动力总成标定、长半轴、前副车架、右前纵梁局部模态共同影响,综合考虑可实施性与成本,逐一解决,达到消除轰鸣声的效果。

Application of dynamic vibration absorber for vertical vibration control of corrugated rolling mill

A variable mass tuned particle absorber is designed for the nonlinear vertical vibration control of the corrugated rolling mill in the composite plate rolling process.Considering the nonlinear damping and nonlinear stiffness between the corrugated interface,a three-degree-of-freedom nonlinear vertical vibration mathematical model of corrugated rolling mill based on dynamic vibration absorber control is established.The multi-scale method is used to solve the amplitude–frequency characteristic curve equation of the installed dynamic vibration absorber(DVA)system.The effects of stiffness coefficient and damping coefficient on the amplitude–frequency characteristic curve are analyzed.The expressions of the dynamic developed factor of the corrugated roll are derived,and the influence laws of mass ratio,frequency ratio and damping ratio on the dynamic amplification factor are analyzed.The optimal parameters of the DVA are obtained by adaptive genetic algorithm.The control effect of the DVA on the nonlinear vertical vibration is studied by numerical simulation.The feasibility of the designed dynamic absorber is verified through experiments.The results show that the designed dynamic absorber can effectively suppress the vertical vibration of the corrugated roller.

轨道车辆二系横向减振器半主动控制仿真研究

文章提出了一种同时控制车体的横移振动、侧滚振动在横向方向上的分量及摇头振动在横向方向上的分量的半主动悬挂控制策略,并以某轨道车辆为研究对象,采用动力学软件和控制软件,建立车辆动力学-半主动控制模型,研究二系横向减振器半主动悬挂下车辆振动的变化规律。结果表明:半主动悬挂相比被动悬挂只改变车体振动主频为1 Hz附近时的振动加速度幅值,基本不改变振动的主频;采用半主动悬挂方式后,车体横向平稳性指标最大优化11.77%,车体振动加速度均方根最大优化21.77%,车体振动加速度最大值绝对值最大优化14.73%;为了保证半主动悬挂控制的效果,需将二系横向减振器的半主动响应时滞时间控制在60 ms以内。