结构振动的独立模态和耦合模态的组合控制

基于模态空间控制的基本原理，提出了一种将独立模态控制与耦合模态控制相结合应用于结构振动主动控制中，得以利用两者的优点而使控制更加有效和稳定的方法。利用该组合控制法，可实现在一个控制过程中实时跟踪主被控模态的变化从而对其实施独立模态控制以达到有效地抑制结构的主要振动。而对其它非主控模态则实行耦合模态控制。这样，可使控制系统的稳定性提高、减少作动器／传感器的数量、降低控制能耗，并能在不同的激励下达到最佳的控制效果。     

智能空间桁架结构独立模态控制方法

采用现代模态滤波器（ＭＦ）技术和最优控制理论研究智能空间桁架结构的独立模态空间控制方法（ＩＭＳＣ）。仿真结果表明，按提出的控制策略，解决了传统ＩＭＳＣ控制中的状态解耦问题，使ＩＭＳＣ方法不再局限于简单、低自由度数的结构动力控制，对于智能空间结构，实施ＩＭＳＣ方法也是可行并且有效的。     

受任意激励结构的独立模态空间控制方法

本文采用经典控制理论和独立模态空间控制(IMSC)方法提出了对受任意激励作用结构进行主动减振的方法,并给出了判别测点选择的合理性和寻找最佳测点的方法.     

混凝土泵车臂架振动响应的主动控制实验研究

考虑混凝土泵车臂架结构特点,采用独立模态空间控制方法对泵送混凝土激励下的臂架末臂节振动响应进行了主动控制试验研究。针对泵车臂架系统的动力学模型,采用模态滤波技术和最优控制理论设计主动控制策略,通过优选臂节油缸的作动控制以实现对臂架一阶模态振动响应的实时控制。实验结果表明,采用该主动减振控制后水平工况下臂架末端的减振精度可达80%,取得了显著的减振实验效果     

基于快速独立分量分析的模态振型识别方法研究

摘要：快速、准确地识别出结构的模态参数,特别是结构的振型是结构损伤精确识别与健康监测的重要前提。大多的模态参数识别时域方法都是从曲线拟合的角度或解算特征值的过程来实现。振型向量通过求解各阶模态的留数获得,这些方法依赖于模态频率与模态阻尼的识别。本文提出一种模态振型的直接提取方法,该方法基于快速独立分量分析技术,以模态响应之间的独立性构造目标函数,通过优化目标函数寻求振型向量的最优解,直接从结构自由响应或脉冲响应的数据矩阵中提取结构的振型向量。三自由度数值算例表明该方法有效,具有很高的识别精度且对测量噪声具有很好的鲁棒性。     

密集模态挠性结构振动的自适应逆控制

一般空间大型挠性结构具有模态密集和参数随特殊空间环境变化的特点,给振动控制系统的设计带来严峻的挑战。常规的固定参数控制器,能很好地解决密集模态挠性结构在相当长的一段时间内不发生变化且其模型可以较为准确获取的一类问题,但结构参数变化时控制效果变差甚至系统失稳。为此研究了密集模态挠性结构振动的自适应逆控制,在二维密集模态挠性板振动控制实验系统上,实现了扰动的有效抑制,其控制效果比固定参数控制器要好;当系统结构参数发生变化时,自适应逆控制系统能够自动重新进行在线辨识和控制器参数自适应调整,达到新状态下扰动的有效抑制。     

传感器优化布置的有效独立-改进模态应变能方法

针对经典的传感器优化布置方法 -有效独立法(EI)容易丢失能量较大测点的不足,引入新的模态应变能修正EI法,提出有效独立-改进模态应变能法(EI-IMSE)。考虑模态数目的影响,通过空间桁架塔结构数值研究与矩形截面空心铰支梁的实验验证,并经四种评价准则与既有的EI及其三种EI改进方法的对比研究,表明EI-IMSE法不仅保留EI法的优点,且具有良好的抗噪性和低阶模态识别的准确性。     

局部约束结构振动的模态研究

制动盘/摩擦块系统的制动过程属于局部接触振动问题。摩擦块局部接触(约束)会对系统模态及固有频率造成影响,进而影响制动噪声的产生。将刹车盘简化为一维循环梁结构,并建立了在摩擦块作用下的运动方程。首先计算无接触时梁自由振动的模态(参考模态)。然后用线性弹簧代替局部接触,列写出连续条件并计算模态,得到所谓局部非连续基函数。将局部非连续基函数与参考模态进行正交化处理后,作为参考模态的补充,用于计算系统响应。与差分法结果比较表明,与传统模态方法相比,局部非连续基函数法更为准确。研究发现局部接触会抑制循环结构振动的对称性,导致正弦或余弦模态消失,以及刚度非线性和摩擦作用,会使振动是波动型的。该工作为基于局部非连续基函数法研究摩擦结构不稳定振动机理打下了基础。     

异步电机定子的振动与模态分析

准确计算异步电机定子的振动模态和固有频率是降低电机噪声和振动的基础。该文基于异步电机简化的物理模型,利用三维有限元软件,全面研究了异步电机定子的固有频率和振动模态。根据等效替换原理,利用多个离散的耦合单元体等效替换铁芯的有限元模型,有效的提高了定子的计算结果的准确度。在综合考虑散热筋、加强筋、底脚和铁芯叠片结构对定子固有频率计算结果准确度的影响后,使得该有限元模型的计算结果达到了很高的准确度。计算结果与实验结果进行了比较验证。     

运行模态分析中固有模态和谐波模态区分方法研究

摘要：在机械领域存在大量旋转机械,这使得输入激励并不满足运行模态分析（OMA）要求的均值白噪声激励条件。通过对随机信号和谐波信号统计特性的分析,提出一种简单有效的识别响应信号中周期强迫响应的方法,使OMA适用于含有谐波激励的情况,对一块由偏心电机激励的钢板进行了运行模态试验和锤击法传统模态试验,应用该方法成功识别出响应信号中的周期响应成份,通过两种试验结果验证了方法有效性,为OMA中虚假模态的辨别提供了一种新思路。     

主动隔振平台模态区间参数模型的独立模态控制方法

针对六自由度隔振平台模态区间参数模型的控制器设计问题,提出了一种模态参数存在摄动时的独立模态控制设计方法,其中将振型矩阵存在不确定性时的模态位移变换转换为模态坐标下增广的等效模态位移测量噪声,在模态控制器设计时通过对噪声的适当加权进行处理;将振型矩阵存在不确定性时的实际控制力变换等效为模态控制器设计时的控制输入矩阵的摄动.通过所提出的方法,将振型矩阵存在不确定性的模态控制器设计问题转换为输入矩阵存在摄动的新辅助系统的控制器设计,为模态参数区同模型的性能鲁棒控制器设计奠定了理论基础.对六自由度隔振平台进行了直接干扰和地基干扰下的主被动隔振实验,实验结果证实了所提方法的有效性.     

轴向运动黏弹性夹层板的多模态耦合横向振动

基于薄板小挠度理论和Kelvin-Voigt黏弹性本构方程, 建立了轴向运动黏弹性夹层板横向振动控制方程, 研究了其横向振动特性。采用一阶和二阶Galerkin截断得到夹层板横向振动的特征方程, 讨论了两种夹心层所占总厚度比率下轴向运动速度对其横向振动特性的影响。研究表明: 在未超过临界速度前, 无论一阶还是二阶截断, 在定性描述系统特征上二者相同, 但一阶截断不适合描述轴向运动速度超过临界速度的情形; 对四边简支黏弹性夹层板, 临界速度和发生耦合模态颤振的速度随着夹心层比率的减少逐渐增大。     

汽车磁流变半主动悬架系统的联合模态控制

提出了带有4个磁流变可控阻尼器的汽车半主动悬架的7＋k自由度动力学模型及其闭环控制方程,基于此模型,用2个可控阻尼器对系统的两个最大的模态实施独立模态控制,而另外两个可控阻尼器则对其余的模态实施耦合模态控制,并实时地根据传感器所获得的相关信息提取系统的模态坐标,实时跟踪最大模态,切换主控模态,并对其实施独立模态控制.这种独立/耦合模态联合控制方法,可以较好地发挥独立与耦合模态控制的优点而避免其缺点.仿真实例证实了独立/耦合模态联合控制具有比单独采用独立模态控制及耦合模态控制时更好的控制效果.     

对边简支负泊松比蜂窝夹层板的弯曲自由振动

负泊松比蜂窝夹层板作为一种特殊的复合材料结构,目前对其动态行为尚缺乏认识。应用Reddy剪切板理论分析了对边简支负泊松比蜂窝夹层板的弯曲振动。将内凹六边形胞元的蜂窝芯层等效为一正交异性层,芯层的等效弹性参数由修正后的Gibson公式得出。由具体算例可知经典叠层板理论和一阶剪切板理论不适合用于蜂窝夹层板的振动分析。应用Reddy剪切板理论研究了蜂窝夹层板板厚比、芯层板厚及胞元角度对弯曲振动频率的影响,并绘出相应的曲线图。结果表明:对于对边简支负泊松比蜂窝夹层板,当板厚比小于某一值时,固有频率参数随板厚比的增加而增加;但当板厚比大于该值时,固有频率参数随板厚比的增加呈现复杂的变化形式。本文得到的结果为蜂窝夹层板的设计和实际应用提供了理论依据和数值参考。      

Estimation of anisotropic properties of nano-structured arrays by modal vibration control at microscale

Nano-structured arrays are engineered to meet the requirements of a variety of applications such as microfilters, sensors, and structural interface due to their unique mechanical characteristics, which cannot be achieved by conventional solid materials. However, it is hard to evaluate the elastic properties of nano-structured arrays owing to the discrete structure, sample size, and availability of suitable techniques. To facilitate this, we develop an advanced three-dimensional microscale vibration testing process. In the test, a specially designed three-dimensional microspecimen with tuned mass is excited by a piezoelectric actuator, and the resonance frequencies are detected by a laser device successfully. The anisotropic elastic moduli of nano-structured array composed of helical nano-springs are identified from a single spectrum. This array shows so strong characteristic anisotropy that the solid one hardly can attain. The microscale testing technique can be extended to other materials and microstructures.     

水下多孔吸声材料夹层板隔声分析

利用结构弯曲波法,并结合Biot理论和Bolton多层板理论,推导了水下多孔吸声材料夹层板的隔声量理论计算公式,分析了（Binding-Binding,BB）型、（Binding-Unbinding,BU）型和（Unbinding-Unbinding,UU）型三种结构的隔声性能。将入射域、辐射域和中间空腔域中的声波以相应的速度势函数形式表达,多孔吸声材料的传声过程采用Biot理论和Bolton理论描述,再结合相应模型的边界条件,即可求解出结构的理论隔声量。在BB型、BU型和UU型三种模型中,UU型的隔声性能最好,BB型的隔声性能最差。夹层板中多孔吸声材料能有效避免空腔驻波共振的发生,并能显著提高结构高频的隔声性能。多孔吸声材料厚度和空腔空气层厚度的增加,能有效地促进结构的隔声性能。     

多级三角形格栅夹芯板力学分析

为了提高点阵复合材料结构的轻质高强力学特征,尤其提高其抗屈曲性能,设计了一种新型的多级三角形格栅夹芯板结构。根据等效连续介质力学方法提出了多级三角形格栅夹芯板的等效计算理论,预测了拉伸主导型多级三角形格栅夹芯板结构的等效弹性模量以及等效抗弯刚度。分析了侧压条件下多级三角形格栅夹芯板的弹性屈曲载荷和强度破坏模式。在理论模型的基础上绘制了侧压条件下多级三角形格栅夹芯板结构的失效模式图,指出了结构破坏模式与多级三角形格栅夹芯板尺寸之间的对应关系。研究表明:具有工字型截面的多级三角形格栅夹芯板结构相比于传统矩形截面格栅结构具有更高的抗弯刚度和弹性屈曲载荷,是一种性能更加优越的轻质高强点阵结构。