基于磁流变液弹减振器的发动机减振控制研究

磁流变液弹减振器由磁流变阻尼隔振单元和磁流变弹性体隔振单元两部分组成,阻尼和刚度可调。将磁流变液弹减振器用于车辆发动机悬置,引入PID 控制、模糊控制、模糊PID 控制以及天棚控制策略,以降低发动机振动向车体的传递。建立发动机减振动力学模型与天棚控制动力学模型,以发动机激振力与路面不平度作为扰动输入,用MATALAB软件进行仿真。仿真表明,相对于被动悬置,添加控制策略的磁流变液弹减振器有着良好的减振效果。     

基于混合田口遗传算法的磁流变半主动悬架模糊控制

针对磁流变悬架的非线性以及动力学模型的不确定性,提出一种基于混合田口遗传算法的磁流变半主动悬架整车模糊控制策略。首先建立了基于磁流变减振器的整车动力学模型,并将车辆的振动控制分解垂向振动、俯仰、侧倾三个基本任务设计模糊控制器,进而设计了隶属函数和模糊控制规则;接着引入混合田口遗传算法实现对模糊控制器的隶属函数和模糊控制规则同时优化;最后进行实车道路试验来验证控制策略的有效性。试验结果表明,基于混合田口遗传算法的模糊控制能够降低确定路面激励下车身加速度峰峰值,降低随机路面激励下的加速度均方根值,显著提高车辆的平顺性,其控制效果要优于优化前的模糊控制策略。     

Duffing型隔振的力传递率及跳跃现象的理论分析

摘 要：针对隔振器中普遍存在的非线性特性,以立方非线性恢复力作用的单自由度隔振系统为例,用谐波平衡法求解非线性隔振系统固有频率附近的主共振响应,根据Routh-Hurwitz稳定性判定定理,从理论上说明主共振响应的幅频特性曲线族上垂直切线点的轨迹曲线所包围的区域为不稳定区域。推导出了隔振系统跳跃频率和力传递率的计算公式。计算表明隔振系统力传递率出现跳跃、滞后、以及稳定和不稳定现象,且隔振传递力中的高频谐波分量的影响很小。隔振系统的阻尼、非线性恢复力系数和激励幅值对共振区域的力传递率有影响,对频率低于共振频率区域的力传递率没有影响,其中仅阻尼对频率高于共振频率区域的力传递率有影响。还给出了力传递率小于1的起始频率计算公式。     

驾驶员座椅半主动空气悬架系统振动特性实验研究

构建了座椅半主动悬架振动特性测试实验系统,将带附加气室的空气弹簧、比例流量阀及磁流变减振器同时应用于座椅悬架,通过控制比例流量阀输入电压和磁流变减振器输入电流调节座椅悬架系统的刚度和阻尼,对不同参变量下座椅悬架系统的振动特性进行了实验研究。研究结果表明,在共振区,比例阀输入电压和磁流变输入电流的变化对系统位移传递率和加速度均方根值影响较大,而在低频振动区和隔振区影响较小;比例阀电压的增大可以降低系统的共振频率,磁流变电流的增大可以减小系统在共振区的位移传递率和加速度均方根值。     

基于主动艉支承的推进轴系横向振动抑制仿真与实验研究

提出一种基于主动艉支承的推进轴系横向振动传递控制方法,以抑制水下航行器的低频声辐射。该方法将传统的艉轴承支承方式由面支承改为点支承,通过六个主动作动器抑制螺旋桨横向激励力经由艉轴承向壳体的传递。建立包含主动艉支承的螺旋桨-推进轴系-壳体耦合系统动力学模型,分析系统振动传递特性及控制策略可行性;结合自适应控制算法,计算螺旋桨横向激励下的振动传递抑制效果。构建包含主动艉支承的螺旋桨-推进轴系-壳体实验系统,进一步验证控制方法的有效性。仿真与实验结果均表明主动艉支承对于螺旋桨横向激励力经由艉轴承向壳体的传递具有明显抑制效果,可有效降低壳体表面法向振动。     

新型磁流变弹性体隔振器关键技术

磁流变弹性体是近年来广泛应用的一种新型智能隔振材料,它继承了磁流变液的可控、可逆、响应速度快等优良性能,同时具有稳定性好、不易磨损和不易沉降等特点,广泛应用于高新技术隔振领域。以橡胶作为基体研制出的新型磁流变弹性体,充分利用磁流变弹性体刚度和阻尼可控的特性,设计一款新型磁流变弹性体隔振器,对其在不同外加控制电流和激励频率下的振动响应特性进行了试验研究,试验结果表明在外加电流的改变下,该隔振器刚度相应改变,从而引起固有频率的改变,达到宽频隔振的效果。     

基于天棚和地棚混合阻尼的高速车辆横向减振器半主动控制

在研究抑制高速轨道车辆横向振动时,传统天棚阻尼控制方法使车体的横向振动降低的同时,却增加了转向架和轮对的横向振动,这样就导致机车高速运行时脱轨的可能性变大,运行安全性降低。针对上述问题,在Adams/Rial中建立了轨道车辆单节拖车的整车模型,利用Matlab/Simulink工具,结合天棚阻尼控制和地棚阻尼控制特点,研究了混合阻尼控制对高速列车横向振动的抑制作用。结果表明,混合天棚阻尼控制综合考虑了高速车辆运行时的舒适性和安全性,使高速车辆具有更好的综合性能。     

中低速磁浮轨道结构垂向振动传递特性研究EI北大核心CSCD

为研究中低速磁浮轨道结构的垂向振动传递特性,基于室内试验与振动理论,建立轨道结构频域分析模型,以结构垂向导纳,位移与力的垂向传递率为评价指标分析了结构的垂向振动传递特性。探究了扣件垂向刚度、扣件垂向阻尼、轨枕支承间距、F轨顶面厚度以及轨枕翼缘厚度对于结构垂向振动传递特性的影响。研究表明:中低速磁浮轨道结构的垂向振动可分为低频整体振动与高频局部振动两个阶段,且结构整体振动时力与位移的垂向传递率较高;F轨沿结构纵向上的垂向位移导纳变化并非随着与激励点距离的增大而减小,而是与结构在不同频率下的振型有关;扣件垂向阻尼增大对力与位移的垂向传递均有抑制作用,其中对于力的垂向传递抑制更加明显;扣件垂向刚度、轨枕支承间距、F轨顶面厚度以及轨枕翼缘厚度都会使结构局部刚度发生改变,从而影响力与位移垂向传递的峰值与频率。     

应用磁流变技术的星箭界面半主动隔振研究

发射阶段经受的恶劣振动环境,往往造成卫星发射失败。为了改善卫星在发射阶段的振动环境,提出了一种基于磁流变技术的星箭界面半主动隔振平台,用来替换传统的用于星箭连接的锥壳适配器。分析了布置参数、刚度系数、阻尼特性等主要特性参数对隔振平台传递特性的影响。搭建了星箭界面隔振实验平台,采用天棚阻尼控制策略,对隔振平台进行半主动控制。利用正弦扫频激励完成了模拟实验,实验结果表明:隔振平台原理可行、主要特性参数可调、隔振效果良好。     

基于多自由度控制的主被动隔振器研究EI北大核心CSCD

船用大型动力装置运行时所产生的线谱振动是水下辐射噪声产生的重要原因之一,通常在振源设备与船体安装基座之间采取隔振措施,抑制宽频带振动的传播。针对隔振系统振动传递路径复杂而难以有效控制的问题,在功率流传递特性分析的基础上提出一种新型主被动隔振器,在被动隔振的基础上通过主动控制进一步衰减线谱振动通过隔振器的传递。该隔振器具有多自由度振动传递控制的特点,可避免通常存在的振动传递路径切断不彻底的弊端。该研究对隔振器的静态特性、动态特性以及主被动隔振效果进行了分析和测试,仿真及试验结果均表明,通过结合加权误差反馈自适应控制算法和多自由度同步控制,主被动隔振可显著抑制弹性基础在300 Hz内的线谱振动。     

基于空气弹簧的振动离心机顺臂隔振技术研究

振动离心机是地震研究和飞行器离心振动复合环境试验研究的重要工具,顺臂振动是其重要的运行工况,而顺臂隔振是振动离心机在该工况下稳定运行的关键。在分析振动离心机顺臂振动工况的基础上,利用空气弹簧的动刚度小而轴向承载力大等特点,设计了一种安装于振动离心机转臂上可测不平衡力的顺臂隔振系统。基于隔振系统的力学模型,通过解析简化获得该系统的力传递率解析方程,并分析了影响该系统隔振能力的主要因素。针对某振动离心机,利用解析方程计算了其隔振系统的力传递率,并通过隔振系统力学模型对其传递力进行了仿真分析,理论计算及仿真所得的力传递率基本一致且均较小。结果表明：以空气弹簧为主体的顺臂隔振系统可有效隔离振动离心机的顺臂振动冲击,力传递率解析方程可用于隔振系统隔振能力评估计算。     

柔性基础双层隔振系统隔振效果评价的研究

在考虑基础柔性的情况下,用由机械阻抗给出的评价参数来评价双层隔振系统的隔振效果无法直观地反映基础的刚度对隔振效果的影响。本文建立柔性基础双层隔振系统力学模型,从力传递率、插入损失、振级落差、传递功率流率和插入功率流率五种隔振效果评价参数的定义推导并给出了它们的物理参数表达式,这些表达式可以直观地反映基础的刚度对隔振效果的影响。并以一个双层隔振系统的实例,分别就基础刚度取值对力传递率、插入损失、振级落差、传递功率流率和插入功率流率随激振频率变化的规律的影响,得出结论：对于柔性基础双层隔振系统,五种隔振效果评价参数对隔振效果的评价结果,受基础刚度的影响各有不相同,用力传递率评价的评价结果差异较小,用插入损失和插入功率流率评价的评价结果有一些差异,用振级落差和传递功率流率评价的评价结果差异较大。     

基于NSGA-II遗传算法的磁流变悬置多目标优化

磁流变悬置集总参数优化是设计高性能发动机悬置的关键。为克服以往悬置优化中优化目标单一、优化目标选取不合理、未考虑实际加工可行性等问题,建立单自由度磁流变悬置隔振系统数学模型,提出倍程区间灵敏度分析法,对各集总参数灵敏度进行分析,并以此为依据选取优化变量。以发动机常用转速激振频率段的力传递率积分为优化目标,采用改进型非支配排序遗传算法(NSGA-II)进行多目标优化。在一定范围内将结构尺寸进行离散化处理,计算各组离散尺寸对应的集总参数值,以离散集总参数与集总参数Pareto非劣解之间的综合距离为准则筛选最优解。     

卫星控制力矩陀螺微振动抑制装置的动力学建模与实验研究

为了隔离卫星主要振源控制力矩陀螺的微振动,给航天器有效载荷提供超静工作环境,基于松弛型阻尼器,设计了控制力矩陀螺六自由度微振动抑制装置,完成了隔振平台的动力学建模和实验研究。使用牛顿-欧拉法建立了微振动抑制装置的动力学模型,分析了微振动抑制装置在基础激励下的频域特性和隔振系统的耦合特性;搭建了微振动抑制装置实验平台,并且进行了垂向隔振实验,给出了激励幅值对隔振系统隔振性能影响的实验研究。结果表明,实验和理论结果吻合,采取的松弛型阻尼器,能够使隔振系统在共振频率附近放大不超过10 dB,并在控制力矩陀螺主频振动处减振效果超过30 dB,微振动抑制装置可以有效隔离控制力矩陀螺在轨运行期间产生的微振动。     

滚球型准零刚度隔振器的特性分析

针对工程实践中的低频隔振难题,提出一种紧凑的、带滚球装置的准零刚度隔振器。首先,对隔振器进行了静力学分析,得到了实现准零刚度的参数条件;其次,建立了隔振系统动力学模型,利用谐波平衡法分析了系统频响特性及隔振性能,讨论了激励幅值和阻尼对响应的影响;最后,利用ADAMS对系统动力学特性进行仿真及隔振效果评估。结果表明,与相应的线性隔振系统相比,准零刚度隔振器的起始隔振频率显著降低,且在低频范围内力传递率比线性系统低得多。因此,滚球装置提供的负刚度明显降低了系统竖向总刚度,使系统具有优异的低频隔振性能,更重要的是紧凑的设计使其更易工程化。     

缓冲材料振动传递特性测试系统数据处理

目的 研究缓冲材料振动传递率曲线的实现方法。方法 讨论了时域和频域分析方法的原理、 算法和具体实现过程; 在频域分析过程中, 采用加窗函数减少能量泄漏, 采用韦尔奇方法改进功率谱估计的方差特性; 采用振动台、 振动控制仪、 A/D转换板、 加速度传感器等硬件, 以正弦扫频方式对由质量块和缓冲材料组成的包装系统进行激励, 通过对采集到的激励信号和响应信号的分析处理, 得出缓冲材料时域和频域分析方法的振动传递率。结果 基于数据分析处理和振动传递特性测试实验的原理, 利用软件LabVIEW编制程序, 实现了缓冲材料振动传递特性测试系统的开发和振动传递率曲线的2种绘制方法, 2种方法得到的曲线比较接近。结论 该测试系统操作简单, 人机界面友好, 为缓冲包装材料的优化防振设计提供了强有力的工具。     

动力系统悬置传递特性分析与应用

车辆行驶时,各结构运动件的振动相互影响,合理判断结构彼此影响的关系,是分析悬置隔振特性的前提。分析和总结以加速度为激励计算的传递特性规律,推导车辆实际运行时悬置传递特性,结合试验设计悬置件隔振特性计算流程,以独立动力系统激励试验、独立路面激励试验、实际稳态车速试验获得振源间的干涉成分、共频成分和相应比例;最后,通过实车试验测试与数据处理,获得动力系统悬置时域隔振特性。提出的方法能够有效地提高悬置隔振率和传递特性的评价精度,具有一定工程应用价值。     

广义分数阶van der Pol-Duffing振子的动力学响应与隔振效果研究

用平均法研究了含分数阶导数项的van der Pol-Duffing振子的动力学行为和力传递率。得到了主共振时振子的一阶解析解、定常解幅频曲线和相频曲线的解析表达式,进一步通过与数值解作对比,验证了解析解的正确性,分析了不同参数对幅频曲线和力传递率的影响。结果表明:解析解与数值解吻合良好;在无量纲情况下,共振区分数阶项系数、非线性参数、分数阶阶次、阻尼比对幅频曲线和力传递率的共振峰值均有抑制作用;不同频率区段参数对隔振效果的影响不同,在低频隔振区非线性参数和幅值越小隔振效果越好,此外阻尼比对力传递率影响很小;在高频隔振区增大非线性参数、幅值和阻尼比有助于提高隔振效果。     

定点锤击及现场列车作用下浮筑隔振效果对比试验及预测方法研究

通过现场及线下试验，测试了整体浮筑隔振措施在实际列车激励与定点锤击激励下的振动响应，分析了2种荷载激励下隔振效果的差异，并对定点锤击激励的有效性和准确性进行评价。结果表明:列车及定点锤击荷载激励下，浮筑隔振可显著减小振动加速度响应；两种荷载激励下，浮筑隔振体系的特征峰值和各频段能量分布走势相近。锤击激励下的计权Z振级隔振量略低于列车激励，其隔振效果偏于保守，可见，针对浮筑隔振系统的效果评价，实际列车激励方式要优于定点锤击激励方式。结合理论及试验分析，提出针对受振体柔性支撑浮筑隔振体系的隔振效果预测方法，可为类似隔振措施的评估和比选提供参考。