Control devices incorporated with shape memory alloy

Abstract： Shape Memory Alloy （SMA） is a type of material that offers some unique characteristics for use in devices for vibration control applications. Based on SMA＇s material properties, fottr types of control devices that incorporate NiTi SMA wires are introduced in this paper, which include three types of dampers （SMA damper, SMA-MR damper and SMA-friction damper） and one kind of isolation bearing （SMA-rubber bearing）. Mechanical models of these devices and their experimental verifications are presented. To investigate the control performance of these devices, the SMA-MR damper and SMA-rubber bearing are applied to structures. The results show that the control devices could be effective in reducing the seismic response of structures.

振动台控制室抗倾斜空气弹簧三维隔振平台研究

大型地震模拟振动台的运行给周围环境带来不可忽略的振动问题,影响精密仪器设备的正常使用及工作人员的舒适度。针对国家大型地震工程模拟研究设施振动台控制室面临的振动问题,提出一种基于带附加气室的空气弹簧和抗倾斜装置的大质量三维隔振平台。开展了隔振部件以及隔振平台的试验研究以及数值模拟分析,提出了抗倾斜装置的抗倾斜刚度理论计算公式。研究结果表明,带附加气室的锥型与直筒型膜式空气弹簧可实现约1 s竖向隔振周期,阻尼比达23%。试验中抗倾斜装置可有效控制人员偏心荷载造成的平台倾斜问题,平台倾斜角度减小达66%。所设计国家大型地震工程模拟研究设施隔振平台可大幅降低振动台运行产生振动影响,隔振效率达86%以上。

基于竞赛输电塔结构模型的减隔振装置

以浙江省第十八届大学生结构设计竞赛“输电塔结构设计与模型制作”赛题为背景,研究输电塔结构在断线动力载荷下的受力和结构选型。方案阶段对比分析了不同结构选型的优劣;融入减隔振理念进行设计:头部与主体脱开并巧妙设置圆形压槽轨道作为减隔振装置,通过头部沿轨道转动摩擦耗能减振,独具创新性。经试验验证,并结合解析计算与SAP2000软件电算分析,得到圆形轨道减隔振装置可有效减少结构的断线动力效应、提高主体结构的安全储备的结论;旨在为类似竞赛模型和相关实际工程提供实践和理论意义上的经验指导。

基于神经网络的气囊隔振装置对中状态评估方法

[目的]针对现有轴系对中状态监测模型难以准确描述非线性、时变条件下对中状态的难题,提出一种基于神经网络模型的对中状态评估方法。[方法]首先,建立基于BP神经网络的对中状态预测模型,制定典型工况下的训练与测试数据获取方式,对数据进行移动平均降噪处理,并总结模型超参数的调整规律;然后,分别在小型及大型气囊隔振装置上开展试验研究。[结果]结果显示,建立的神经网络模型仅通过气囊压力数据,即可准确预测隔振装置的对中状态,且在不同型号的装置间有较强的通用性,预测误差小于0.5,对中预测准确度可达96.29%。[结论]所建立的模型不依赖系统参数,在小型和大型装置的对中状态预测中均表现良好,可为动力设备启动后的动态对中状态预测及轴系对中控制提供理论支撑.

新型动力设备隔振减震器力学性能研究

隔振器可有效降低动力设备工作产生的高频振动,但低频地震下设备隔振器位移响应较大。将碟形弹簧和环形摩擦套筒分别作为竖向隔振和耗能单元,竖向耗能单元内设置振动间隙实现正常使用隔振和地震时减震的两阶段机制,形成一种新型动力设备隔振减震器。基于理论分析给出了隔振减震器的设计流程,并进行了算例设计,采用ABAQUS软件进行了隔振减震器的静力性能分析和动力设备整体系统的动力性能分析。结果表明:提出的隔振减震器及其系统的数值模拟与理论计算结果吻合较好;设计算例实现了设备正常工作时仅隔振、地震作用下耗能单元启动的两阶段隔振减震机制;竖向耗能单元使得设备竖向地震位移响应减小超过50%,水平向耗能单元使隔振减震器水平地震剪力减小超过80%,降低了隔振减震器地震倾覆和破坏的风险。

航空领域动力装置减振安装技术发展综述

以国内外动力装置的减振安装系统发展为背景依据,总结了减振安装系统的设计技术要求,进一步分析了研究该系统的关键技术。通过对比减振安装系统在螺旋桨发动机、涡扇发动机、活塞发动机及直升机旋翼等装置的实际应用情况,总结了我国航空领域动力装置的减振安装系统相关技术和产业的未来发展趋势,为我国新一代航空飞行器的动力装置减振研究和产业发展提供了方向。

空气压缩机隔振装置设计及隔振性能分析

针对空气压缩机隔振装置匹配难度大、周期长、精度低等问题,设计了一种六点悬挂式弹簧隔振装置,利用CATIA软件建立隔振装置的三维几何模型,借助ANSYS和MATLAB软件建立隔振装置的分析模型,并进行谐响应分析和隔振分析。结果表明:空气压缩机隔振后位移响应峰值和速度响应峰值显著降低,说明所设计的隔振装置具有较好的隔振效果,可以为空气压缩机隔振研究提供参考。

空气压缩机隔振装置的设计优化

在污水处理中,空气压缩机有着广泛用途,可为各处理系统提供可靠动力支持。结合污水设备维护记录看,压缩机运转存在较大的振动幅度,是产生故障的主要诱导因素,需要开展隔振减振的优化。为此,结合工况先提出基于柔性基础装置的隔振方案,并做好改造要点的分析,确保拆卸、地基处理、隔振装置制造和焊接安装等作业具有可靠性。最后,进行改造方案的试用,经过数据分析减振前后压缩机整体的振动位移值、速度值有着显著降低,证明隔振装置的减振效果良好。

高速列车车下设备模态匹配研究

建立了整备状态车体有限元模型及包含车体弹性的高速列车车辆刚柔耦合动力学模型，分析了车下设备吊挂方式对车体整备状态模态参数的影响，提出车下设备隔振橡胶件参数设计方法，并研究了整备状态下车体与车下设备悬挂模态参数的匹配关系。结果表明，车下设备采用弹性吊挂时，车体整备状态下的模态频率显著提升；合理设置车下设备隔振悬挂参数可有效降低车体弹性振动，算例中，当橡胶件的静挠度设置为8-9 mm时，设备浮沉频率可与车体垂向一阶弯曲频率避开，侧滚频率可与车体菱形变形模态频率避开，有源设备高频振动减振效果理想，车辆可以获得优良的运行平稳性，同时车下设备自身振动亦不剧烈。

多自由度并联机构组合弹性阻尼减振装置分析

首次采用多自由度并联机构作为基体辅以稀土永磁及浮动弹性阻尼系统 ,组合成多自由度弹性阻尼减振装置 ,较好地解决了多自由度的减振问题 以救护车用担架支架三维隔振装置为例分析其隔振要求 ,采用三自由度并联机构组合弹性阻尼减振装置 ,介绍其结构及有关参数的设计方法 该方法的结果与动态模拟及实验结果一致 ,说明其分析方法是正确的

仿橡胶多自由度弹性阻尼减振装置研究

橡胶具有多自由度弹性阻尼减振特性,但容易老化而失去弹性,首次提出采用多自由度并联机构作为基体辅以稀土永磁及浮动弹性阻尼系统,组合成多自由度弹性阻尼减振装置,模拟橡胶,较好地解决了多自由度的减振问题。以救护车用担架支架三维隔振装置为例分析其隔振要求,采用三自由度并联机构组合弹性阻尼减振装置,介绍其结构及有关参数的设计方法。它与动态模拟及试验结果一致,说明其分析方法是正确的。可推广到其他要求多维减振的设备上,因此对它研究具有理论意义及普遍意义。

具有隔、吸振双功能减振装置的设计与试验

人们长期以来习惯于把隔振与吸振分割开来,把隔振器和吸振器当成两种不同的振动控制装置分开使用。尽管隔振器能够隔离大部分的振动传递,但是某些机械设备的残余振动仍旧明显。基于现有隔振台座以及橡胶动力吸振器提出一种新的具有隔、吸振双功能的减振装置。在台座内部预制空腔,在空腔底部中央位置预埋支撑杆,在支撑杆上安装橡胶动力吸振器,橡胶动力吸振器不与动力设备发生空间冲突。实验结果表明:当激振频率在吸振器固有频率附近一定范围内漂移时,安装吸振器工况与未安装吸振器工况相比,减振装置的减振效果均有所提高,而且越接近固有频率时减振效果越明显,该减振装置值得尝试。

基于某博物馆的新型三维隔振装置作用性能研究

为了同时隔离水平地震作用及地铁运行导致的竖向振动,以橡胶支座和碟形弹簧相串联的形式设计了一种三维隔振装置.采用ABAQUS数值模拟与验证,确定了不同组合形式装置的水平刚度及竖向刚度取值.同时,基于某博物馆实际工程,建立了装置使用前后博物馆数值模型,并进行地震波和地铁波的时程分析.结果表明:三维隔振装置能同时隔离水平地震和竖向振动;装置刚度的计算结果与试验值相吻合;地震作用下,采用三维隔振装置的结构基底剪力降低了45%～80%,加速度峰值降低了66%～80%,减震效果明显;楼层加速度响应及Z振级值可以通过合理设置竖向刚度值来降低,综合考虑隔振效果及装置竖向变形,建议该博物馆三维隔振装置的竖向刚度取值为20 kN/mm.

一种新的隔震换能控制装置及其应用

提出了一种新的结构振动控制装置,该装置具有隔震换能和主动控制的双重功能。将该装置安装在建筑结构的隔震层处,在地震、大风等外荷载激励下结构的隔震层将产生较大的相对运动,由此可以驱动该控制装置发挥作用。此时由计算机控制,根据控制效果的需要可以使得该装置在隔震换能和主动控制的两种工作状态之间适时切换。本文建立了该装置的数学模型,提出了建筑结构隔震换能控制系统的分析方法和控制策略,并给出了一个结构控制仿真分析的算例。

横向减隔震装置设计与试验研究

利用防落梁装置的构造形式,以一斜拉桥为应用对象,设计了一套具备纵向可滑、横向减隔震装置。对所用钢材进行单轴拉伸试验,并获得了可供数值仿真使用的应力-应变曲线,通过有限元数值仿真分析实现了缩比装置的虚拟设计。为验证仿真结果的可靠性,利用压剪试验机对缩比装置进行了最大横向位移为100 mm的周期位移试验。结果表明:设计的缩比装置能够满足相关规范的要求;有限元仿真分析结果与试验结果吻合较好,可准确地对变形区域进行预测。

新型主减隔振装置隔振性能测试试验研究

为解决新研全尺寸主减隔振装置地面性能试验中由于试验件尺寸大、重量重和试验状态多等难点,同时缩短试验周期并降低试验成本,提出了一种通过实测动载荷传递率评估主减隔振装置隔振性能的地面性能试验方法,给出了试验方案、试验夹具安装、试验内容以及过程。通过理论分析和试验结果,验证了实测动载荷传递率试验方案的可行性,测试结果真实可靠,为后续类似的系统级全尺寸隔振性能试验提供了一种新的试验方法。试验结果表明:新型主减隔振装置对垂向、航向和侧向三向激励的隔振效率均超过了80%,达到了预期的减振效果。

基于Matlab的切纸机小波除噪隔振研究

建立了切纸机刀床的力学模型,分析了主动隔振的原理及特点,利用试验测试法和试验模态分析法确定刀床的固有频率和阻尼比。根据隔振原理以及系统的各个固有参数确定隔振器的类型、参数、材料和结构,通过振动测试的方法,对振动切纸机的隔振效果进行检测。结果表明,设计的隔振装置能有效地阻止刀床的振动沿拉杆向机架传递,隔振效果明显。

E2地震作用下减隔振桥梁的抗震设计

以某减隔振桥梁为例,建立该桥的三维有限元模型,考虑桩-土相互作用的影响,并根据混凝土和钢筋的材料特性,选取适宜的动力弹塑性本构模型,同时模拟了弹塑性减隔振球型钢支座,并采用人工拟合的3条地震动时程曲线对该桥进行了E2地震作用下的弹塑性时程分析,验算该桥在E2地震作用下的强度及变形。经过详细的验算与分析,验证了本桥设计的安全性和可靠性,并为实际工程中的非规则桥梁在E2地震作用下的抗震验算提供参考依据。

偏心敏感部件整体式隔振系统建模与分析

在航空航天领域,往往采用整体式隔振(WBVI)系统保护敏感设备。敏感设备质量偏心的存在会改变隔振系统的动力学特性,引起线振动与角振动的耦合,不仅增加了隔振系统设计的难度,而且会影响敏感设备的性能和工作精度。根据La-grange方程建立了偏心敏感部件整体式隔振系统的动力学模型,其刚度矩阵和阻尼矩阵的非零非对角线元素体现了不同方向振动的耦合;依据此模型对系统进行了模态分析、谐响分析和宽频随机响应分析,并研究了谐振频率、响应峰值及对应频率、随机响应均方根值与偏心之间的关系。结果表明偏心的存在改变了系统的动力学特性,引起了不同方向振动的相互耦合,对结构动力学特性和响应特性有着不可忽略的影响。

SMA—滚珠隔震支座框架试验研究

为研究安装SMA-滚珠隔震装置的钢筋混凝土框架的动力特性及抗震性能,进行了自由振动和正弦稳态激振试验,并与滚珠隔震的框架及非隔震结构对比。模型采用足尺单层单榀钢筋混凝土框架结构,隔震支座采用滚珠隔震装置及SMA-滚珠隔震装置。结果表明,安装SMA-滚珠隔震装置的钢筋混凝土框架的基本周期延长,阻尼比大幅增加,隔震支座可以极大地减少地震加速度向上传递。增加SMA丝数量可以提高隔震支座的最大恢复力,从而提高隔震装置的耗能效果。SMA-滚珠隔震支座可以更好地应用于隔震工程中。