多尺度串联非线性能量阱的减振效能及阻尼连接方式研究

研究具有递减参数的串联非线性能量阱(nonlinear energy sink, NES)在冲击和扫频激励下的减振效能;分析阻尼接地方式对减振效能的影响,并将其与单自由度NES进行对比;推导出系统的无量纲动力学方程并利用数值方法进行分析,研究两种串联NES中的各级纯立方振子在能量耗散中的作用及其差异。研究结果显示,当激励幅值较低时,阻尼不接地型NES的减振效能要强于阻尼接地型NES,而随着激励幅值的持续增加,在较宽的激励幅值变化范围内衡量减振效能时,阻尼接地型串联NES具有非常明显的优势。此外,各级纯立方振子在能量耗散中发挥的作用随激励幅值的增加而变化,当激励幅值增大到一定程度后,质量最小的第三级振子消耗的能量最多。     

基于非线性能量阱的桥梁振动能量采集装置的适用性研究

非线性能量阱(nonlinear energy sink, NES)作为一种经典的振动控制技术,近几年在一些研究中被创新性地与振动能量采集技术相结合,取得了一系列的进展。对于桥梁结构健康监测系统而言,传感器的供能问题一直有待改善,探究基于NES的振动能量采集装置在桥梁结构上的适用性,对于桥梁结构振动能量采集的相关应用具有重要的理论意义和实用价值;以铁路简支梁桥为例,进行了针对基于NES的桥梁振动能量采集装置的适用性的讨论：(1)测试与表征了NES装置的力学特性和系统参数;(2)运用车辆-轨道-桥梁垂向耦合动力学理论和有限元法,评估不同初始激励条件下NES装置的动态响应及其能量采集效果。结果表明,安装于桥梁结构上的NES装置具有弱线性刚度和强非线性刚度特性,对初始能量大小较敏感,只有当初始位移达到一定阈值时,NES-桥梁系统中的靶向能量传递(targeted energy transfer, TET)才会被激发。初始能量低于阈值时,TET无法被激发,NES装置能量采集效率不佳。基于数值分析的结果可知,该NES装置能够在合适的桥梁振动激励下发挥出非线性特性的优势,从而获得良好的能量采集效率...     

耦合组合刚度非线性能量阱的线性振子动力学分析

将非线性能量阱(NES)连接到线性或弱非线性结构能吸收振动能量以达到减少振动的目的,在被动减振中具有重要的意义。该研究对耦合组合刚度NES的线性振荡器进行了动力学建模和分析,并给出了NES系统参数对减振效果的影响。首先,利用复变量平均法对耦合组合刚度NES的系统进行建模,得到了系统的慢变方程。其次,分析了鞍结分岔和Hopf分岔平衡点个数、稳定性与组合刚度NES系统参数的关系,并给出了激励幅值、频率变化对线性振子幅值的影响,这为后面减振应用的优化提供合理的参数选值具有重要意义。再次,利用能量谱和Poincare映射分析了各部分质量比、激励幅值、NES刚度和阻尼对系统减振的影响,发现了各参数对振动抑制的影响规律。最后利用能量谱验证了组合刚度NES的减振的优越性。     

非对称非线性质量阻尼器试验研究及鲁棒性分析

提出一种新型控制装置——非对称非线性能量阱(非对称NES),以解决调谐质量阻尼器(TMD)对主体结构频率敏感和非线性能量阱(NES)对能量输入敏感的问题。非对称NES以一型NES为基础,将非线性弹簧拉离初始位置,加入线性弹簧与之平衡,所得恢复力具有线性和非线性的综合特点。在某缩尺3层钢框架结构上附加非对称NES进行试验,在脉冲型荷载作用下分析两类受控主体结构的结构响应。并使用经试验验证的数值模型,在某6层主体结构上分别附加非对称NES、TMD和一型NES进行数值研究,对比脉冲型荷载和地震作用下的结构响应。分析结果表明,非对称NES控制性能优越,兼备频率鲁棒性和能量鲁棒性,在输入能量和主体结构频率改变时均展现出良好的控制效果。     

冲击载荷下分段线性刚度能量阱的优化研究

分段线性刚度能量阱是非线性能量阱的一种,属于被动减振装置,它可以通过能量定向转移现象快速耗散主结构的振动能量.对冲击载荷下分段线性刚度能量阱能量耗散效率进行了优化研究,通过复变平均法推导了耦合分段线性刚度能量阱的二自由度系统在冲击载荷下的慢变方程,使用多项式近似的方法得到了慢不变流形不稳定点的近似表达式,以此建了以能量...     

负刚度非线性能量阱减震控制性能研究

提出设置含负刚度特性的非线性能量阱（NES）来实现结构地震响应控制,针对典型的单层和双层层模型,在附加质量占主质量5%的限定条件下,对采用负刚度NES、立方NES和经典质量调谐阻尼器（TMD）控制方式的装置参数进行数值寻优,对优化的减震控制性能进行对比分析。结果表明,负刚度NES减震控制性能全面优于已有的立方NES,对主结构动力特性变化的鲁棒性优于TMD,对地震动峰值变化的鲁棒性与TMD相当。应用数值小波变换对体系的地震响应时程进行功率谱分析,揭示了在地震作用过程中,负刚度NES总体上对主结构产生更为显著、更为持续的瞬时内共振俘获行为,因而其减震效率较高,且由于这种瞬时内共振俘获是在多频域上同时展开的,使其减震控制性能具有强鲁棒性。     

含串联非线性能量汇的整星系统吸振效果研究EI北大核心CSCD

为了改善卫星在发射阶段的动力学环境,通过在卫星适配器结构中引入非线性能量汇装置,将其与卫星主结构耦合,实现整星系统的振动抑制。对于耦合后的整星等效集中质量模型,考虑了非线性能量汇装置所受重力对非线性弹簧恢复力的影响,并利用四阶龙格库塔法求出整星系统在谐波激励和冲击激励下的振动响应,结果表明考虑重力情况较未考虑重力更加精确,振动响应幅值偏小。为了在不改变原整星系统固有频率的基础上进一步提升非线性能量汇装置的消振效率,采用具有二级串联结构的等质量非线性能量汇装置,并基于靶向能量传递理论对其非线性刚度参数进行优化,分析结果表明引入串联非线性能量汇结构较单级结构在冲击激励下能获得更好的减振效果。     

可调永磁双稳态非线性能量阱及应用研究

为了实现对主系统的宽频振动抑制,研发了一种可调的双稳态非线性能量阱(BNES)。介绍了BNES的结构和工作原理;其次分析了BNES的刚度构成以及其非线性动力学特性,并建立了悬臂梁-BNES系统动力学微分方程;采用数值方法探究了不同磁铁间距时的BNES对悬臂梁瞬态时域振动抑制效果和稳态频域的宽频抑振能力;对两组不同的悬臂梁系统进行了实验,验证了不同磁铁间距时的双稳态非线性能量阱的宽频振动抑制能力。研究结果表明,该BNES对悬臂梁的瞬态时域响应和稳态频域响应都有很好的振动抑制能力。     

非线性能量阱刚度优化计算与振动台试验

Nonlinear energy sink (NES) was proposed and its main feature to mitigate vibrations in a broad frequency band range was explored here.Firstly,the expressions for the relation between frequency and energy under 1∶1 resonance were derived using the analytical method.According to the expressions,the frequency-energy plot was drawn.This plot intuitively revealed that when a NES is attached to a linear oscillator,its vibration frequency relative to the linear oscillator has a direct relation to the energy level of the system.Then,the formulas for the relationships among the stiffness of NES and energy,frequencies and modal shapes of linear oscillators were derived with the analytical method in the model space of a multi-DOF vibration system.The optimal solution to NES stiffness was calculated with these formulas under a certain energy level of the vibration system.Based on the optimal stiffness calculation method,the NES vibration control test was designed and the corresponding shaking table tests were conducted.To test the wide frequency vibration control features of NES,a set of springs with different stiffness were employed and dynamic properties of the controlled frame were changed through adding the mass of the frame.The test results demonstrated that NES has a good broad frequency band vibration control effect,it can work well even though its stiffness deviates from the optimal value or there are some changes in dynamic features of the controlled target.     

高层结构附加轨道非线性能量阱减振性能研究

轨道非线性能量阱(Track Nonlinear Sink,轨道NES)是一类被动减振控制装置,通过附加质量块沿轨道运动提供非线性回复力,以达到降低主体结构响应的目的。对轨道NES的回复力和控制系统的运动方程进行了理论分析和公式推导。对附加于32自由度主体结构的轨道NES进行了参数优化,优化后的轨道NES减振性能良好,并对装置刚度的变化具有较高的鲁棒性,但对装置阻尼变化较敏感。基于此问题,提出了单边碰振轨道非线性能量阱(Single-sided Vibro-impact Track Nonlinear Energy Sink,SSVI轨道NES),并考察了SSVI轨道NES装置刚度和阻尼同时发生变化时的减振性能。结果表明SSVI轨道NES能够有效降低结构响应,并同时具有良好的NES刚度和阻尼鲁棒性。     

新型非线性低频被动隔振系统设计及实验研究

研制一种新型非线性低频被动隔振系统,由三个特定形状的片弹簧对称分布构成,具有较高静承载力和较低的动态刚度,可以显著的降低了系统的起止隔振频率;通过隔振系统弹性元件的一维无量纲模型,分析了其非线性行为,且对隔振器的力学特性进行了实验研究;建立了一个两自由度的隔振实验平台,在实验平台上对隔振系统进行了隔振性能研究,结果显示该隔振系统的隔振效果明显。     

非线性耦合振子间的靶能量传递研究:保守系统中的完全能量传递

研究了两自由度非线性耦合振子间的靶能量传递现象。第一部分基于非线性耦合振子内在保守系统的慢变动力学方程,推导出了该结构的保守系统中两振子间完全能量传递所需要的条件。经数值仿真验证,本部分所推导的方程可准确计算两振子间完全能量传递所需的初始能量,并适用于强非线性系统。     

基于胎面-路面摩擦自激的轮胎非线性振动建模仿真

轮胎的多边形磨损是汽车研发设计过程中迫切需要解决的问题之一。考虑轮胎接地磨擦的非线性特性,建立了悬架-轮胎-胎面系统的考虑时间延迟的两自由度动力学振动模型,研究基于自激振动理论的轮胎多边形磨损现象。通过matlab/simulink进行仿真试验,验证了汽车中高速行驶时硬自激振动现象的存在,并给出了能够引起自激振动的敏感参数及车速范围。所建立的动力学振动模型可以帮助分析悬架动力学特性对轮胎多边形磨损的影响,为减小或消除轮胎的自激振动提供了理论依据。     

二元机翼非线性颤振系统的若干分析方法

颤振是气动弹性力学研究最重要的问题之一。本文综述了亚音速条件下二元机翼非线性颤振研究的若干分析方法。目前,基于二元机翼的非线性颤振分析采用的定性方法主要是常微分方程定性理论,定量方法则有等效线性化法、描述函数法、谐波平衡法以及摄动法等。对所提及的方法做了简要的评述和比较,指出了进一步研究的问题。     

玻璃纤维增强塑料夹层板振动能量流可视化研究

为探索复合材料结构在外部激励作用下的振动能量传递及分布特性,基于结构声强法对玻璃纤维增强塑料夹层板的振动能量可视化技术进行了研究。基于结构声强概念,结合复合材料结构层合理论推导了玻璃纤维增强塑料夹层板的结构声强解析表达式;给出了基于有限元数值方法的结构声强可视化计算实现流程,利用Python和Matlab语言编写了相应计算程序;接着从固有频率、振型及结构声强矢量三个方面验证了所提出可视化程序的有效性;以玻璃纤维增强塑料夹层板为例,利用结构声强技术提供的图形信息实现了激励源定位及振动能量传递特性的可视化分析;最后提取了剪切分量、扭转分量和弯曲分量对结构声强矢量的贡献情况,直观展示了剪切分量在振动能量传递过程中的决定性作用。     

复杂转子-轴承-汽封耦合系统的非线性振动分析

基于非线性动力学和转子动力学理论,综合考虑Muszynska非线性汽封力、非线性油膜力和转子不平衡量的耦合作用,建立了双叶轮-轴承交错布置的复杂转子-轴承-汽封系统动力学模型。采用有限元法（FEM）推导系统运动微分方程,编程计算了系统转速、圆盘偏心量、汽封长度和汽封间隙等参数对系统动力特性的影响,并利用分岔图、频谱图、相轨迹和Poincare映射图表征了系统的运动性态。研究表明：耦合系统具有高度非线性,随着参数的变化系统呈现出周期运动、倍周期运动、准周期运动和混沌运动等复杂动力学行为。通过减小圆盘偏心,增加系统汽封长度,选取合适的汽封间隙有利于提高转子-轴承-汽封系统的稳定性,改善系统的运动特性。     

一种新的非线性系统脊骨线提取方法

脊骨线对于非线性系统的判断、描述和参数识别,具有重要的意义;而现有的脊骨线提取方法大多理论上较为复杂,且有局部线性化误差较大、数据波动剧烈等问题,限制了工程应用。提出一种新的非线性系统脊骨线提取方法,该方法利用非线性系统自由振动响应的一次谐波分量,计算谐波信号峰值点的瞬时频率,可以方便地提取脊骨线;这种新的非线性系统脊骨线提取方法理论明确、简单,计算方便,易于工程应用。通过三个数值算例说明了该方法的有效性,同时将此方法应用于非线性描述,并综合讨论了非线性描述的几何方法;并基于此方法进行了非线性系统参数识别,取得了良好的效果。