一种新型磁致负刚度机构的研究

为提高精密仪器设备低频及超低频隔振性能,研究一种新型三磁体负刚度机构,分析该机构产生负刚度的原理以及初始间隙对刚度的影响;开展隔振系统的位移传递率分析,分析表明该负刚度机构能降低隔振系统的固有频率。对三磁体负刚度机构进行静力学实验和采用随机激励法的固有频率测试验证理论分析的正确性。结果表明三磁体负刚度机构能在不影响载荷性能的情况下降低隔振系统的固有频率,提高隔振能力。

任意边界条件下弹性背腔膜式消声器声学特性分析

弹性背腔膜式消声器由弹性背腔以及弹性内膜组成,通过声场与弹性内膜及弹性外膜的耦合作用,降低消声器下游的透射声能,在低频具有较好的宽带消声效果。为求解任意边界条件下的弹性背腔膜式消声器的传递损失,基于能量原理,建立了弹性背腔膜式消声器的声振耦合模型。采用边界弹簧约束来实现弹性膜的任意边界条件,进而分析边界约束对传递损失特性的影响。结果表明,理论计算结果与有限元结果吻合良好;结构边界约束对系统声学特性影响显著,增强外膜边界约束,能获得低频宽带消声效果;减弱内膜边界约束,能使最低消声频率向低频移动。

水下弹性微穿孔吸声结构吸声系数研究

利用模态叠加法建立了水介质微穿孔板的数学模型,基于声电类比法得到其等效电路模型。研究了弹性微穿孔板和弹性背腔对垂直入射吸声系数的影响。与空气介质中的微穿孔板不同,水下微穿孔板因结构阻抗不足,难以取得满意的吸声效果,为此提出了增强型微穿孔吸声结构,并在水介质阻抗管内对理论结果予以验证。结果表明,随着增强型弹性微穿孔板弯曲刚度的增大,其在[20,2000] Hz范围内的平均吸声系数得到提高,逐步趋近于刚性微穿孔板的结果,弹性背板使微穿孔吸声结构的吸声峰向低频移动,低频吸声效果得到提高。

介电弹性体力学松弛的试验与理论研究

针对介电弹性体的粘弹性应力松弛现象,通过单轴拉伸的应力松弛试验研究了材料应力在不同预拉伸率下的时变特征,建立了材料基于Prony级数的准线性粘弹性模型。研究结果表明:通过理论计算和实验结果的对比验证了模型的准确性,预拉伸率是影响介电弹性体薄膜应力松弛曲线的重要因素,基于二阶Prony级数的准线性粘弹性模型能够有效模拟介电弹性体薄膜预拉伸率在[2,6]区间内的非线性力学松弛特性,而且与实验值拟合度较高;在预拉伸率为4,400s条件下,介电弹性体薄膜的应力达到0.126MPa。

结构-声强耦合腔振声响应预报研究

针对结构-声强耦合腔在边界激励下的响应预报问题,提出了一种基于能量原理的耦合系统响应计算方法。该方法从能量原理出发得到结构-声耦合腔拉格朗日函数形式的动力学方程,根据Rayleigh-Ritz法选择Legendre多项式级数分别将结构位移函数和声场声压函数展开,代入动力学方程并求解得到耦合腔的结构振动和声场声压响应。由于Legendre多项式满足L^(2)内积正交性,简化了方程中高重积分项,计算效率大大提升。以充水矩形腔为例,通过与已有研究、有限元结果对比验证了该方法的正确性。并分析了结构边界条件,背腔深度对系统响应的影响,结果表明:结构边界由强约束过渡到弱约束和背腔深度的减小都会导致响应峰值频率向低频偏移,同时背腔深度的减小还会导致由结构传递至声场的能量增加。

分数阶Fourier变换域极值搜索的混沌优化算法研究

正如傅里叶变换采用正弦基,单频信号能够在频域形成峰值,分数阶Fourier变换采用线性调频基,线性调频(LFM)信号能够在分数阶Fourier域上实现聚焦,利用此聚焦性通过搜索峰值可实现LFM信号检测和参数估计.通常采用步进式搜索方法,效率低下.为了克服该缺点,通过对分数阶Fourier域优化问题本质的研究,将混沌优化算法引入到分数阶Fourier域极值搜索中.仿真结果表明:本文的方法优于传统的步进式搜索法.

磁悬浮主被动隔振系统自适应控制及非线性补偿

针对船舶机械设备低频线谱隔振,提出采用磁悬浮作动器的主被动隔振系统,研究自适应振动控制方法。对磁悬浮作动器用于主被动隔振时的非线性效应进行分析,并采用理论建模及测试修正相结合方式,建立作动器的非线性逆模型,提出具有非线性逆模型补偿环节、分频段控制的改进Fx LMS算法,运算量小、实时性好。多通道磁悬浮主被动隔振装置实验结果表明,该自适应算法能显著减小低频线谱振动能量,可有效抑制作动器非线性引起的振动。

复杂结构声辐射模态的计算

结构辐射阻矩阵的特征向量就是其声辐射模态,复杂结构的辐射阻矩阵获取困难阻碍了声辐射模态理论的进一步应用。为此提出一种基于等效源方法的复杂结构辐射阻矩阵计算方法,由此形成了一套完整的计算复杂结构声辐射模态方法。最后通过仿真算例对影响结构辐射阻矩阵计算精度的因素进行了分析,给出了复杂结构辐射阻矩阵构造的一般原则。理论推导和数值仿真算例表明所提出的复杂结构声辐射模态计算方法是有效的。该方法简化了复杂结构声辐射模态的计算,计算效率较高。

一种快速自动增益控制方案的设计与实现

模拟信号的采集及处理技术是一项应用广泛的技术,但在一些特殊领域对信号的采集精度要求较高,要求尽量将其幅值控制在合理范围内,即小信号尽量放大而大信号尽量不削波,才能保证所采集的信号信噪比高且不失真,这是固定增益无法做到的。为此,论文提出了一种快速自动增益控制方案,利用模糊控制适用于非线性、不确定性系统的特点,同时设计了超限检测功能,能够对信号突变导致的超限及时反应,从而保证了论方案能够实时地根据信号强度快速改变增益,有效地解决了这一问题。实验结果表明,论文提出的快速自动增益控制方案效果良好。

基于一种新型磁致负刚度结构的低频隔振系统分析与设计

为提高隔振系统对低频微振动的隔离能力,研究了一种新型三磁体负刚度结构,分析了该结构产生负刚度的原理。将三磁体负刚度结构与隔振系统并联使用,在不影响原隔振系统载荷性能的情况下可降低系统的固有频率。分析了隔振器刚度及磁体间初始间隙对并联系统刚度特性的影响,提出从稳定性和隔振性能两方面来进行低频隔振系统设计。

IEPE型智能加速度传感器的设计

加速度传感器广泛应用于故障诊断、振动测试等领域,但目前普遍采用的是普通型的加速度传感器,这种加速度传感器不具备现场校验功能和数据表窗口功能,导致加速度测试的自动化程度不高。针对这种情况,论文提出了一种IEPE型智能加速度传感器方案,有效解决了传感器内部模块供电、模拟信号与数字信号的混合传输、抗干扰等关键技术难题,采用低功耗、小型化的理念设计了自校验功能模块和数据表窗口功能模块,并将二者集成于传感器内部,从而满足了实际工程应用的需求。实验结果表明,论文设计的IEPE型智能加速度传感器具有体积小、抗干扰能力强、智能化程度高的特点,可有效提高加速度测试的自动化水平。

一种加速度信号隔离分路装置的设计

加速度传感器广泛应用于故障诊断、振动测试等领域,但有时需要多个数据采集设备同时采集同一个恒流供电的加速度传感器的信号,此时会产生两方面的问题:一方面多个数据采集设备可能同时对外供电造成冲突,另一方面多个数据采集设备并联采集同一个加速度传感器信号存在信号串扰问题。为此,论文设计了一种加速度信号隔离分路装置,将信号分为主、副两路并物理隔离,接入主路的数据采集装置提供加速度传感器的电源,接入副路的数据采集装置的电源及信号被物理隔离,同时实现加速度信号的无损隔离传输,有效避免两路信号相互串扰,从而较好地解决了多个数据采集设备同时采集一路加速度传感器信号的难题。

智能电压跟随制动装置的设计

电阻耗能制动在电机拖动系统有着广泛的应用。但在以电池供电的电机拖动系统中,供电系统的母线电压会随着电池电量的下降而下降,而电机拖动系统又具有宽电压范围工作的特性,从而导致定电压耗能制动控制系统不能很好地随着母线电压的下降及时起到控制母线电压骤升的作用。针对这种情况,论文提出了一种智能电压跟随制动方案,能够实时检测判断直流母线电压,动态跟踪母线电压的变化,及时调整耗能制动保护电压阈值,从而达到动态保护电机拖动系统的目的。结果表明,论文提出的智能电压跟随制动方案,能够有效解决定电压耗能制动控制系统存在的不足,在宽母线电压范围内能够很好地起到保护电机驱动系统的作用。

水介质管路弹性背腔微穿孔消声器的传递损失特性

为抑制水介质管路系统低频噪声,兼顾结构的紧凑性,提出弹性背腔微穿孔管路消声结构,弹性管壁为橡胶帘线复合材料,并推导了传递损失的数值解法。首先,基于Biot-Allard多孔弹性理论,将弹性微穿孔板等效为弹性多孔材料;然后,利用双尺度法建立帘布的周期性代表单元,求得其刚度矩阵;接着,基于分层理论,建立弹性管壁的多层复合材料模型,并与内部声场耦合计算,得到弹性背腔微穿孔管路消声器的传递损失。在水介质驻波管中,利用双声源法测量弹性背腔微穿孔管路消声器样机的传递损失曲线,并与扩张式管路消声器和刚性背腔微穿孔管路消声器进行对比,理论结果与试验结果吻合良好。研究表明,弹性背腔微穿孔管路消声器属于反射耗散复合式消声器,具有低频域、宽频带的消声特性。样机B2在40~300 Hz和40~1200 Hz频段内的传递损失分别为36 dB和30 dB,而相同尺寸扩张式消声器在对应频段的传递损失分别为7 dB和11 dB。

弹性背腔板式消声器的低频宽频带消声特性

板式消声器由覆在刚性背腔的弹性板构成,利用声波和弹性板的耦合作用,降低下游透射的声能,在低频具有宽频带的消声特性。为提高板式消声器的性能,提出了具有弹性背腔结构的板式消声器模型,推导了弹性背腔板式消声器的传递损失特性,进一步地研究了弹性背板结构参数的影响和消声机理,并与现有的刚性背腔模型进行比较。结果表明:理论计算结果与有限元方法吻合一致;较现有的刚性背腔板式消声器,相同尺寸条件下,弹性背腔板式消声器的有效消声带宽得到显著提高。

介电弹性体驱动单元的动态特性分析

针对不同电压载荷情况下介电弹性体驱动单元的动态特性,考虑材料非线性、介电常数变化和惯性效应等因素的影响,从热力学能量转化的角度得到了基于Ogden应变能函数的介电弹性体驱动单元的二阶常微分运动方程,并分析了系统的动态响应及模型几何尺寸的影响。结果表明:介电弹性体驱动单元动态响应的振幅由电场强度决定。在恒定场强下,随着电场强度幅值的增大,驱动单元的振幅将随之增大、振动频率将随之减小;在简谐场强下,随着电场强度频率的增大,驱动单元将发生共振,且共振频率将随电场强度的增大而减小。

强弱耦合板-腔系统的声辐射模态计算与分析

针对板-腔耦合系统的声辐射模态(ARM)计算问题,提出了一种基于能量原理的声辐射模态计算方法,该方法从能量原理的动力学方程构建起声压模态幅值和结构模态幅值的关系,通过将声势能表示为结构模态幅值向量的二次型形式,得到板-腔耦合系统的声辐射模态,弥补了前人理论在解决声腔为阻抗壁面和结构-声为强耦合条件时的不足。通过数值算例验证了本文计算方法的正确性和有效性,在此基础上分析了壁面和结构-声耦合条件变化对声辐射模态特性的影响。结果表明:声辐射模态辐射效率曲线会在声腔模态频率处产生峰值,阻抗壁面的引入会降低声辐射模态辐射效率在峰值处的幅值,并且阻抗值越小,幅值衰减效应越明显,具体表现为声势能曲线在辐射效率峰值频率处幅值会下降;强耦合条件下低频段声势能响应主要由弹性板结构模态激发,响应峰值密度更高,幅值更低。低频同频宽的声辐射模态辐射效率峰值数更少,峰值频率更高。

利用源强密度声辐射模态重建声场

为了利用声场中少量测点声压数据精确重建复杂结构的辐射声场,提出了源强密度声辐射模态分析理论和声场重建公式.在结构表面定义的空间上,利用以源强密度分布函数为参量的结构辐射声功率泛函表达式定义了一个线性自伴正辐射算子,该算子的特征函数为结构的源强密度声辐射模态.然后通过对矩形平板和带有半球帽的圆柱体的源强密度声辐射模态的分析,证明了源强密度声辐射模态具有空间滤波特性,并利用该性质建立了声场重建公式.球体仿真和平板实验验证了所提出的声场重建方法的可行性和稳健性.基于源强密度声辐射模态的声场重建方法简单,利用较少测点数据就可以获得较高的声场重建精度,特别适合于复杂结构的低频声场重建.