基于统计方法的NOPD耗能机理定量分析

非阻塞性微颗粒阻尼（NOPD）是在传统颗粒阻尼和冲击阻尼技术基础上发展起来的新型阻尼技术。本文从湍流物理模型出发,基于统计方法定量分析了NOPD技术的耗能机理。经分析认为,高频振动中的NOPD颗粒群其运动状态和湍流运动相似,故引入Kolmogorov的局部各向同性假设,得到NOPD的结构函数表达式及能谱密度表达式。研究结果表明,同种材料,相同颗粒直径情况下,能量耗散率随颗粒群体积比的增加而增大;相同颗粒群体积比时,能量耗散率随颗粒直径的增加而增大。统计方法的引入,为NOPD的工程应用提供了一种有效的定量分析方法。     

NOPD的椭球状散体元建模

提出了能模拟不同颗粒形状的微颗粒组合体的椭球状散体元模型,从理论上解决了椭球单元的接触判断及运动学、动力学问题。采用该模型对NOPD复合阻尼结构进行了动力学计算,计算结果与实验结果具有很好的一致性,为进一步研究NOPD的阻尼机理提供了一种理论分析方法。     

颗粒流理论在建立NOPD能量耗散模型中的应用

为了研究颗粒进入对流状态时非阻塞性颗粒阻尼(NOPD)的能量耗散机理,引入颗粒流理论建立NOPD能量耗散的解析模型。借助离散单元法(DEM)初步研究了阻尼器内部颗粒的对流运动,引入普朗特混合长度理论对稠密颗粒流本构关系进行修正;借鉴振荡流理论最终得到NOPD的能量耗散解析模型。研究结果得到NOPD能量耗散率随颗粒参数变化的一般规律。在此基础上,搭建NOPD能量耗散功率测试实验台,对NOPD的能量耗散功率进行测试,验证了上述模型的正确性。研究结果进一步揭示了颗粒处于对流状态时NOPD能量耗散机理,为NOPD的应用提供了理论指导。     

NOPD板减振特性的理论及实验研究

NOPD（Non-Obstructive Particla Damping)又称粉体阻尼技术是90年代发展起来的一种新的被动减振技术。本文以四边自由的等截面板为研究对象,从微小颗粒的摩擦和冲击两个方面建立其减振理论模型,实现对振动响应的数值仿真并进行了实验验证,对NOPD的减振特性进行了较深入的研究。     

颗粒物质流变学行为和材料参数对颗粒阻尼器能量耗散的影响

颗粒阻尼技术(NOPD),作为一种简单有效的振动控制手段被广泛应用于各种场合。基于离散单元法仿真,结合NOPD中颗粒系统的运动状态对阻尼效果进行分析,探究不同振动条件对阻尼性能的影响,从细观尺度阐述颗粒系统的能量耗散机理。并通过正交试验,考察颗粒的密度、剪切模量、恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数等材料参数对损耗因子的影响。研究结果表明,颗粒系统表现出不同运动状态时的流变学行为及细观结构导致了阻尼效果的变化,颗粒系统在浮力对流状态时表现出最优的阻尼效果。不同的颗粒材料参数在不同颗粒系统运动状态条件下对系统阻尼的影响程度不同。     

NOPD技术在转子压缩机减振中的应用研究

压缩机泵体轴系振动会导致电机气隙不均,从而引起电机电磁振动加剧。传统阻尼技术无法应用于压缩机内部的高温、高压环境。为了降低泵体轴系振动,采用非阻塞性颗粒阻尼减振技术(NOPD技术)设计专门用于泵体减振的NOPD减振器。为得到效果较优的NOPD减振器设计参数,针对某款变频压缩机设计4种不同颗粒填充数、腔体材质的NOPD减振器,安装在电机转子的平衡块位置处。整机振动实验结果表明:与未安装NOPD减振器的批量机相比,安装NOPD减振器的试制机壳体振动均明显下降。颗粒填充数量越多,减振器减振效果越好。     

基于复阻尼理论的流固耦合地震时程响应研究

在粘滞阻尼系统的地震动力学方程基础上,建立了基于应力相关复阻尼理论的流固耦合地震动力学方程。根据复阻尼系统求解理论,利用Newmark-β积分法,编制了Rayleigh阻尼和复阻尼模型的流固耦合三维有限元程序。以深水薄壁钢管墩柱为例,计算了两种阻尼模型的流固耦合地震时程响应和复阻尼模型的损耗因子;对比分析了无水和有水两种工况下的动力响应,并研究了此两种阻尼模型地震响应的差异。研究表明,在加速度峰值为2m/s2的El-Centro波作用下,应力相关复阻尼方法计算的结构震动响应数值远大于传统的Rayleigh阻尼模型,考虑流固耦合效应时,结构的震动响应是不考虑此效应时的1.5～2倍多;损耗因子随着位移的增大而增大,并且考虑流固耦合效应时的损耗因子明显大于不考虑此效应的损耗因子值。     

考虑阻尼材料频变特性的结构响应计算方法

为了对附加阻尼结构的振动响应进行准确计算,提出了一种考虑阻尼材料频变特性的结构响应计算方法,可以准确提取附加阻尼结构的模态参数并计算振动响应。阻尼材料的材料属性会受到激励频率的影响而变化,导致附加阻尼结构的建模和振动响应计算不够精确;因此在传统模态应变能法的基础上,建立了考虑材料频变特性的改进模态应变能法,提取了复合结构的模态参数,并通过模态试验验证了所提取模态参数的准确性;并在振动响应计算中准确计入了模态参数,对比了测试点在仿真和试验中的加速度频响曲线,验证了响应计算方法的准确性。结果表明该方法可以准确提取附加阻尼结构的模态参数,并能在一定频段范围内准确计算其振动响应。     

结构等效复阻尼模型对钢梁及钢框架结构动力响应影响分析

介绍了采用结构等效复阻尼模型求解结构动力响应的方法,并在时域内考虑阻尼是一个变化值.分别采用结构等效复阻尼模型及粘滞阻尼模型计算了一根钢梁和一座钢框架结构的动力响应,并分析了两种不同阻尼模型对结构动力响应计算结果的影响.结果表明,结构的损耗因子不是一个定值,而是随着结构应力的增长而增大;采用不同类型的阻尼模型对结构响应的分析结果有较大影响.     

原子力显微镜动力学简化模型的振动参数探讨

欧拉-伯努利梁模型和一维弹簧振子模型是原子力显微镜(atomic force microscopy, AFM)的动力学理论基础。该文章提出了计算等效阻尼的新方法，并分别用挠曲线函数和一阶振型函数两种简化方式计算了由欧拉-伯努利梁模型简化为一维弹簧振子模型的等效质量、等效刚度和等效阻尼，并对两种简化方式进行了比较。在各项参数等效的基础上，进一步对固定端位移激励下悬臂梁的响应振幅进行了探讨。最后设计了无针尖探针远离样品处的扫频实验，实验表明用一阶振型函数简化所得的理论结果和实验吻合较好。该结果为原子力显微镜的动力学特性研究提供了理论参考。     

NOPD技术在板结构声辐射控制中的实验研究

本文应用NOPD技术设计了一种复合多层板，按照四边固定薄板结构的模态振型，对不同的NOPD填充形式，进行声学实验，来评价不同填充形式在降低板类结构声辐射方面的效果，分析了该类板结构声振耦合的关系并验证了NOPD技术对声辐射控制的作用。     

提高杆结构动态稳定性的封砂结构

砂粒是一种价格低廉，工程应用方便的材料，它具有耐油污和高温，不易老化以冲击等许多优点，在机械结构中充填颗粒状材料可以显著提高结果阻尼，这一阻尼技术方法称为无性颗粒阻尼处理，目前愈来愈受到人们的重视，本文在分析了充砂结构的阻尼耗因子的影响参数后，对杆结构的封砂阻尼处理进行了动静态试验研究，试验结果与理论相符合，表明封砂阻尼结构是提高杆结构动态稳定性能一种经济，行之有效的方法。     

A density-dependent endochronic plasticity for powder compaction processes

This paper is concerned with the numerical modeling of powder cold compaction process using a density-dependent endochronic plasticity model. Endochronic plasticity theory is developed based on a large strain plasticity to describe the nonlinear behavior of powder material. The elastic response is stated in terms of hypoelastic model and endochronic plasticity constitutive equations are stated in unrotated frame of reference. A trivially incrementally objective integration scheme for rate constitutive equations is established. Algorithmic modulus consistent with numerical integration algorithm of constitutive equations is extracted. It is shown how the endochronic plasticity describes the behavior of powder material from the initial stage of compaction to final stage, in which material behaves as solid metals. It is also shown that some commonly used plasticity models for powder material can be derived as special cases of the proposed endochronic theory. Finally, the numerical schemes are examined for efficiency in the modeling of a plain bush, a rotational-flanged and a shaped tablet powder compaction component.     

基于多尺度方法的带颗粒阻尼悬臂梁自由振动半解析分析

被动式颗粒阻尼器原理简单、性能优越,广泛应用于结构减震领域。极端环境容易激起结构的高频振动,颗粒阻尼的非线性特性使得多模态振动的减振特性相互耦合。采用模态综合法分析自由端带集中质量块的悬臂梁、离散单元法模拟颗粒阻尼器中颗粒集的运动,基于多尺度分析的球-墙耦合模型建立了揭示结构多模态振动条件下颗粒阻尼减振机理的半解析分析模型。分析表明,颗粒阻尼器具有良好的减震效果,减振性能受结构振动模态影响很大。与单一模态振动减振性能相比,多阶模态振动同时存在时,低阶模态幅值的衰减出现了滞后,而高阶模态幅值的衰减则明显加快。因此,采用单一模态获得的等效阻尼比不足以表征复杂振动条件下颗粒阻尼器的减振性能。     

Elasto‐plastic analysis of thin‐walled tube under cyclic bending

Abstract

The elasto‐plastic endochronic theory is extended to describe the material behavior of tubes under cyclic bending. Experimental data of cyclic bending of 6061‐T6 aluminum and 1018 steel was used for comparison. It is shown that by using the complete differential equations of the theory and by assuming a linear relation between the strain and the curvature, the theory is capable of predicting the moment‐curvature response.     

Further development and application of an endochronic theory accounted for deformation induced anisotropy

Summary In a work by Wu et al. [11], an anisotropic quadratic form of plastic strain increment was used to define the intrinsic time in the endochronic theory of plasticity. Based on this new definition, an anisotropic yield function was derived. This new version of endochronic theory was shown to describe the expansion, translation, rotation, and distortion of the yield surface under loading conditions. In this paper, the previous theory has been extended to include unloading and reloading. A procedure has been established to determine the metric of the anisotropic intrinsic time using information related to the yield surface of a material. An agreement with experimental results has been demonstrated in terms of motion and distortion of yield surfaces and the stress-strain response of tubular specimens subjected to a proportional and a non-proportional path in the axial-torsional plastic strain space. The procedure of calculation is given in detail.     

复阻尼模型结构地震时程响应研究

阻尼是结构动力分析的重要参数,对动力响应计算的结果有明显影响。目前,结构动力响应分析中的阻尼模型大都采用的是传统的Rayleigh阻尼模型,这种模型是为计算解耦而构造出的,其物理意义不是很明确。该文根据复阻尼系统理论,利用Newmark-β积分法,编制了Rayleigh阻尼和复阻尼模型的三维有限元程序。以三维钢框架结构为研究对象,计算了两种阻尼模型的结构地震时程响应和复阻尼模型的损耗因子,并讨论了不同加速度峰值和时间积分步长对复阻尼结构响应和损耗因子的影响。研究表明:在加速度峰值为2m/s2的El-Centro波作用下,两种阻尼模型的响应相差50%―100%,后者的结构动力响应远大于前者,损耗因子随应力或位移的增大而增大;复阻尼模型结构动力响应和损耗因子的稳定性和精度,与时间积分步长密切相关,不合适的时间积分步长将导致结果发散。