带碰撞的惯质调谐质量阻尼器对斜拉索涡激振动控制研究

在以往惯质调谐质量阻尼器(tuned mass damper-inerter, TMDI)的研究基础上,引入非线性碰撞机制,提出一种带碰撞的新型惯质调谐质量阻尼器(pounding tuned mass damper-inerter, PTMDI)来对斜拉索的涡激振动进行控制。该阻尼器不仅能减小装置尺寸,又能利用振子在碰撞过程中产生的加速度突变来提高惯质器的质量放大效应,在一定程度上解决传统惯质型阻尼器一端尽量固接的安装方式,布置上更为灵活。建立了设有该装置的斜拉索涡激减振控制方程,分析了拉索涡激振动特性,并对其减振性能进行了研究。对阻尼器惯容参数和碰撞参数的影响及优化问题进行了探讨,给出了最优参数的取值方法。算例表明,所提PTMDI能显著降低斜拉索的涡激振动响应,且在所提优化方法得到的最优参数下具有更为优越的控制能力。对于常遇风时拉索出现的多模态涡激振动控制分析表明,碰撞机制能使PTMDI的鲁棒性得到提升,对多模态涡激振动也有相当程度的控制效果。

MRE耗能阻尼器力学性能及半主动控制分析

根据磁流变弹性体(magnetorheological elastomer,简称MRE)的可调力学特性提出了基于MRE的新型耗能阻尼器,并对制备完成的硅橡胶基磁流变弹性体及阻尼器分别进行力学性能试验。利用Matlab/Simulink对各层均装有MRE阻尼器的7层框架结构进行建模仿真分析,将被动控制与基于半主动控制策略的经典最优控制和序列最优控制进行比较。力学测试结果表明:MRE在0~500 mT磁感应强度下其剪切模量变化值达到132.43 kPa,磁流变效应约提高274%;增大加载幅值和加载速率,均能提高MRE阻尼器的力学性能;对阻尼器施加电流激励,在0~10 A增大过程中其等效刚度和阻尼可以实现连续可调。仿真结果表明:基于MRE阻尼器的半主动控制系统可以有效减小结构在地震作用下的响应,3种控制均能对结构动力响应起到良好的控制效果,其中序列最优控制算法的控制效果最为显著且精确度更高;系统在实际测试中需考虑多方面因素影响,尽可能减小误差。

结构半主动变阻尼控制性能评估

研究了地震激励下结构半主动变阻尼控制的有效性。作为半主动控制系统的经典范例之一,变阻尼控制系统已经在结构控制领域得到了广泛的应用,但是近来的研究显示变阻尼控制对于抑制柔性结构的地震反应是适宜的,而对于刚性结构则是不适宜的。通过谐波分析研究了地震激励下结构振动控制的问题。计算结果显示,变阻尼控制成立的条件与结构频率并无必然联系,而是取决于结构频率与外部激励频率的比值,即就是变阻尼控制的可行性与地面运动的频谱特性是相关联的。此外,也将变阻尼控制的效果与对应的被动上限阻尼控制效果进行了对比。结果显示,在大多数情况下变阻尼控制并不能进一步提高控制效果。

液压阻尼器动静态性能试验台的设计研究

针对液压阻尼器特性,研制了一种同时满足其动静态性能测试的试验台,解决了该试验台面临的一系列关键技术问题。从节能的角度,采用小泵站大蓄能器组的形式,解决了动静态试验对流量要求差别巨大的矛盾;在回油路上设置蓄能器组解决了大流量对回油管路和低压元件的冲击问题;采用液压夹紧方式,使得试验空间的调节方便可靠;采用上下位机的控制模式,同时满足了数据采集速度和控制界面友好的要求。该试验台的最大输出动态力为1 000 kN,频率范围为0.01～33 H z。试验表明,该试验台较好地满足了设计要求,完全满足阻尼器的试验需求。

大跨越输电塔线的断线振动及控制

借助有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立塔-线耦合模型,采用显式动力分析技术,探讨塔-线体系对断线响应的仿真方法。同时,在塔头安装铅芯橡胶阻尼器,研究该阻尼器对体系断线相应的振动控制效果。通过汉江大跨越算例,验证了断线仿真方法的实用性和铅芯橡胶阻尼器对输电塔在线路断线作用下振动控制的有效性。

主动控制起落架建模与仿真

建立了主动控制起落架系统的非线性模型和控制方程,对系统进行了稳定性分析,应用simulink对起落架主动控制系统进行了仿真,结果表明通过应用主动控制起落架系统,减小了飞机重心的垂直位移和起落架传递给机身的载荷,对提高飞机的滑行品质、提高乘客的舒适性、改善民用飞机在低等级机场上以及军用飞机在修复类或损坏类跑道上的使用等有着重要的意义。

电磁颗粒阻尼器减振机理及试验研究

对直流电磁场作用下电磁颗粒阻尼器的减振效果进行了理论分析和试验研究。理论和试验结果表明:在一定振动强度下,可以通过施加直流电磁场的方法,加大颗粒体与振动系统间的动量交换,提高对结构振动的抑制作用;同时增大磁颗粒之间的接触压力,由此加大摩擦力,进而提高阻尼器的摩擦耗能。该方法为扩大颗粒阻尼器的适用范围,对抑制不同强度的振动提供了基础,使颗粒阻尼能够适应不同振动环境的要求。结果说明颗粒阻尼器可以由被动振动控制方法发展为半主动振动控制手段,本文的研究为这一潜在发展提供了有益探索。

缓冲型冲击阻尼器减震机理的试验研究

文章通过振动台试验研究材料性能对缓冲型冲击阻尼器减震性能的影响,从材料层面揭示该类阻尼器的减震机理。试验选取7种缓冲材料,分别用于容器内壁以及颗粒外侧以形成缓冲容器和缓冲颗粒,提出"碰撞硬度"的概念,作为表征影响动量交换的指标。试验结果表明:碰撞硬度小的工况,动量交换较大,阻尼器的减震效果较好;恢复系数和减震效果之间没有明显的规律,原因在于其反映的是动量交换和能量耗散的耦合效应,而这两者存在此消彼涨的负相关关系。在实际工程中,建议使用较硬的颗粒和较软的容器内壁以形成更加高效的缓冲型冲击阻尼器。

随机激励下颗粒阻尼器振动控制的性能分析

通过"有效动量交换"的概念来定量分析其对低填充率颗粒阻尼器在随机激励作用下的振动控制性能的影响。运用离散单元法对一系列的系统参数(比如容器尺寸,颗粒数目和大小,质量比,外界激励强度,回弹系数和主体结构阻尼比)进行参数分析。研究表明,采用数量较多的高回弹系数的颗粒阻尼器能够在更宽的激励强度下产生减振作用;增加质量比能够改进阻尼器的性能,但是存在一个限值;主体结构的阻尼越少,附加阻尼器的减振效果越好;通过合理的设计,仅附加很少质量的颗粒阻尼器就能够在随机激励作用下达到很好的减振效果。

MR阻尼器对高耸结构风振反应的智能控制

介绍了MR阻尼器对高耸结构风振控制的理论与技术。在详细地说明了MR阻尼器的智能特性和力学模型的基础上,提出了MR阻尼器对高耸结构风振半主动控制的基本理论,建立了MR阻尼器对电视塔、输电线塔和桅杆等高耸结构风振半主动控制的设计方法。工程实例的设计和仿真分析表明:MR阻尼器对高耸结构风振反应的智能控制技术具有较好的减振效果,是一种具有广泛应用和推广价值的高耸结构的抗风技术。

散体团冲击减振的试验研究

研究单自由度系统受简谐力激振时散体团冲击减振的规律。对冲击体自由运动间隙取不同值时冲击消振的稳定冲击范围及运动间隙、激振力、冲击力与结构速度响应、消振效果的关系进行了试验研究,推导了在周期冲击力作用下单自由度系统响应的计算公式,并在此基础上讨论了冲击力对多自由度系统可能产生的影响和粘弹性阻尼在消振中的作用。

分布式多重调谐冲击阻尼器减震控制研究

为提高颗粒阻尼器对高层结构多模态控制性能,将颗粒阻尼技术与多重调谐质量阻尼器(MTMD)结合,提出了多重调谐冲击阻尼器(MTID),基于一个20层非线性Benchmark结构验证了多目标优化设计的MTID相对于单个调谐冲击阻尼器(STMD)的减震优越性,并研究了采用不同布置准则的分布式MTID的减震性能。结果表明:优化设计的MTID在减小主体结构的动力响应、非线性变形和塑性损伤等方面均具有更优异的控制性能;基于主体结构的模态特性确定MTID系统中TID的安装位置非常有效,将各个TID均安装于振型幅值最大的楼层可获得最优的振动控制性能。

基于MR的船用减振抗冲隔离器力学特性研究

针对普通隔离器不能兼顾低频减振与高频抗冲击这一问题,提出了一种新型的船用减振抗冲隔离器系统.此隔离器由钢丝绳弹簧和磁流变阻尼器并联组成,应用磁流变阻尼器的高阻尼和阻尼可控性,使该隔离器的力学性质可控,进而实现协调解决船舶设备的低频减振和高频抗冲击问题.在对隔离器抗冲减振性能的研究中,采用模型试验方法进行数值分析,得到相应的数值结果.研究结果表明,隔离器系统对振动及冲击响应有较好的控制作用,尤其体现在抑制系统共振和控制系统的低频振动上.

一种内部碰撞型三质量阻尼器试验验证及数值模拟分析

提出了一种新型控制装置——碰撞型三质量阻尼器(vibro-impact tri-mass damper,VITM),该装置基于三类质量阻尼器发展而成,包含一个调谐质量阻尼器、一个非线性能量阱,以及位于两者之间的自由质量,中间质量可与两侧质量发生碰撞。首先,介绍VITM工作原理,建立运动方程和碰撞模型;其次,实施动力试验,验证VITM理论模型的准确性;最后,通过数值模拟方法对VITM的耗能特点、参数影响、频率和能量鲁棒性,以及减震性能展开研究。分析结果表明:VITM主要依靠碰撞耗能,减振效果显著,无需再增设阻尼装置,且碰撞发生在装置内部,不会增加受控结构加速度;同时,VITM较已有装置具备更强的频率和能量鲁棒性,在脉冲型荷载和地震作用下均展现出优越的控制性能,为工程结构减震提供了新方法。

基于可变摩擦阻尼力的斜拉索半主动控制算法

通过比较线性粘滞阻尼器和摩擦型阻尼器的耗能,发现斜拉索采用摩擦型阻尼器获得的最大附加阻尼高于相应的线性粘滞阻尼器,进而提出了基于可变摩擦阻尼力的斜拉索半主动控制算法。该算法通过控制阻尼器位置处的拉索位移振幅来实时调节阻尼力,使其始终满足拉索-阻尼器系统的最优阻尼力幅值与最优阻尼器位移幅值的对应关系。按摩擦型阻尼器的方式耗能,系统获得的最大附加阻尼总是高于线性粘滞阻尼器的被动最优控制,且与振动频率无关,可以实现斜拉索的变频率多模态振动控制。最后,分别针对斜拉索的自由振动和简谐强迫振动进行了半主动控制算法的数值模拟,验证了其减振效果。

基于冲击阻尼器的结构振动半主动控制研究

对三自由度振动系统，应用冲击阻尼器，引入阻尼器冲程控制参量Ｐｄ／ｏｐｔ，给出实现系统振动半主动控制的方法。数值分析表明，半主动控制系统对各阶模态共振峰均有明显的抑制效果。系统控制反馈参量易于检测，作动器结构易于实现。基于冲击阻尼器的振动半主动控制策略是一种实用的振动控制方案。

结构变刚度/变阻尼控制若干问题的研究

尽管已有的研究证明,传统的半主动变刚度控制系统和变阻尼控制系统均可以有效地抑制结构在地震激励下的动力反应,然而最新的研究显示二者仍然存在明显的不足之处,需要进一步深入研究。本文首先就变刚度/变阻尼控制目前的研究现状分别进行了综合论述,然后重点探讨了二者各自存在的不足之处,并指出了值得关注的后续研究方向。

铜微颗粒碰撞阻尼特性

碰撞阻尼在机床、机器人、透平机械、飞机以及运载火箭等领域具有重要的应用价值.在碰撞阻尼器中加入微颗粒材料,可以利用颗粒的细化和塑性变形而有效地吸收振动能量,为碰撞阻尼的研究和发展开辟了一条新途径.本文讨论了带有中值粒度为50μm的铜颗粒碰撞阻尼器在96 h内对正弦激励悬臂梁的阻尼减振特性.研究表明,在所考察的时间段内,主系统的响应经历了先上升、再下降和再上升的过程.这三个阶段的响应对应着铜颗粒微观结构变化的三个阶段.在初始阶段,铜颗粒主要表现为弹性变形,能耗较低,而钢球的次谐波共振可能将部分能量返回给主系统,使主系统响应随时间呈现近似线性的上升;在第二阶段,当主系统响应增加到一定程度时,钢球对铜粉的冲击力超出铜颗粒的屈服应力,铜颗粒发生屈服,不可逆能耗使主系统的响应震荡下降;到了第三阶段,铜颗粒在钢球冲击下发生硬化,其应变和层错概率上升,应变能和层错能下降,主系统的响应再次持续震荡上升.本文的结果对振动的被动控制以及材料塑性变形机理研究具有参考意义.