磁流变弹性体自调谐式吸振器及其优化控制

本文研制了一种基于磁流变弹性体的自调谐式吸振器,它利用磁流变弹性体这种新型智能材料作为吸振器的弹性元件和阻尼元件,通过外加磁场控制磁流变弹性体的剪切模量来改变吸振器的固有频率,实现吸振器的移频.并将遗传算法改进移植到吸振器,对其进行优化控制.实验结果表明,这种遗传算法具有全局搜索和快速收敛的特点,它能使吸振器快速找到吸振器减振效果最佳点,并且经过优化控制的磁流变弹性体自调谐式吸振器在移频范围内具有很好的减振效果,减振效果最高可达25dB.     

多个磁流变弹性体自调谐式吸振器的联合控制研究

遗传算法是一种自适应、启发式、全局优化的搜索算法,在结构振动控制等复杂控制领域得到了广泛的应用,本文针对磁流变弹性体自调谐式吸振器难以建立准确的控制模型的特点,通过改进基本遗传算法,设计和实现了一种同时控制多个吸振器的联合控制算法,该方法在协调控制时,根据多个吸振器协调控制对控制量的要求采用指定位交叉产生新个体,与通过随机位交叉产生的新个体相比,这样能以较大的概率产生更健壮的新个体,从而使算法更快收敛.将该算法应用到两个吸振器联合控制的实验系统中,在吸振器移频范围内,被减振系统各观测点均有较好的减振效果,当吸振器与主系统质量比为1∶19.8时,减振效果最高约12dB,主被动减振效果之差最佳时达7dB.     

自适应主动共振吸振器的设计和减振性能研究

为了扩大吸振器的工作频带,减小吸振器的阻尼,最终提高吸振器的减振效果,本文设计了一种自适应主动共振吸振器。文中对几种不同种类吸振器的减振原理、动力学特性等进行了理论分析和比较,集成自调谐吸振器和主动吸振器的优点,完成了一种自适应主动共振吸振器的设计,并提出了一种变步长、双寻优的控制算法。在振动台上测试了吸振器的动力学特性并理论分析了吸振器的移频特性和阻尼特性。在两端固支梁上对吸振器的减振效果进行了实验评估。实验结果显示,相比自调谐吸振器,加入主动力控制后,自适应主动共振吸振器的阻尼比从0.04减小至0.02,减振效果得到了显著的提高。     

旋转叶片滚子式动力吸振器基本原理和特性

讨论了一种可用于旋转叶片的动力吸振器基本原理和动态特性。文中首先说明了这种以滚子滚动作为辅助系统的动力吸振器结构和力学模型,建立了吸振器数学模型并进行了相应的数学分析;然后说明了这种滚子式动力吸振器可随叶片旋转速度变化的自调谐特性,讨论了有关自调谐特性的性质。研究表明,这种新型的滚子式动力吸振器结构紧凑,具有随叶片旋转速度变化的自调谐功能,可以用于旋转叶片的减振问题。最后,文中研究和分析了这种吸振系统频率特性,表明这种系统也具有特殊的“频率转向”特性,反映了系统不同模态间的耦合性质。     

吸振器在浮筏上减振应用的有限元分析

浮筏隔振系统是一种广泛应用的减振降噪装置,但它在低频减振方面还存在较大不足。研究表明通过安装吸振器可以改善原系统的隔振性能。本文针对吸振器在浮筏系统中减振应用的问题,采用有限元方法,通过分析比较安装吸振器前后浮筏系统频响特性的变化情况,对吸振器在实际浮筏上的减振效果进行了模拟计算;同时采用自行研制的磁流变弹性体半主动吸振器进行了吸振器在浮筏上的减振实验。通过计算结果与实验测试值的对比,验证了用该方法对吸振器在实际浮筏上的减振效果进行预报的可行性。     

主动移频式动力吸振器及其动力特性的研究

动力吸振器是振动控制中比较有效的减振装置,只要吸振器(子系统)的振动固有频率与振动物体(主系统)的振动频率相同,即可有效地消除主系统的振动。但传统动力吸振器的控制频率带宽较窄,限制了其稳定性和减振效果的提高。本文通过独特的机械设计,研制了一种可以通过调节自身的几何参数,使得其固有频率随几何参数线性变化的主动移频的新型动力吸振器,并初步设定了相应的控制方法。文中还对其动力学特性进行了理论分析和实验测试,分析了它的机理,评估了它的实际减振效果。研究结果表明该吸振器可以大范围调节自身固有频率,有效拓宽吸振频带,具有良好的减振性能和稳定性。     

时变参数时滞减振控制研究

时滞动力吸振器对谐波激励有着良好的减振控制效果,但对随机激励的减振控制效果却并不明显,具体表现为时滞动力吸振器对随机激励的减振控制效果与被动吸振器几乎相同。针对上述问题,本文提出了一种新的时变参数时滞减振控制方法。在原有时滞减振控制方法的基础上,首先将时滞增益系数由定值形式变为时间函数形式,然后通过时变优化得到多组时滞控制参数并使其以一定时间周期循环作用于减振控制过程,通过这种方法进一步改善了时滞动力吸振器减振性能。本文最后以二自由度时滞动力吸振器减振模型为例,以主系统的振动响应为仿真对象,运用精细积分法求解了具有时变时滞参数的时滞动力学方程,以此得到了在谐波激励和随机激励作用下主系统振动的时域仿真结果。研究结果表明,在时变参数时滞动力吸振器的控制下,主系统无论是受谐波激励作用还是受随机激励作用,其振动位移、振动速度和振动加速度均比在定值参数时滞动力吸振器控制下时有大幅的减少,时滞动力吸振器的减振性能有了明显的改善。      

薄膜约束磁流变弹性体梁式吸振器调谐能力研究

工业中常使用动力吸振器来吸收主结构的振动.但其仅在很窄的频域才有效的不足制约了吸振器的应用.本文基于可控磁场作用能改变磁流变弹性体(MRE)的剪切模量这一独特之处,调查了带薄膜约束的MRE梁式调谐吸振器的频率可调能力.应用Rayleigh-Ritz法分析了梁的可调谐比s.研究表明,对薄的MRE,增加MRE厚度h2可显著提高可调谐比s,对不同模态和长度,可调谐比s稍有不同.如果MRE非常厚,则各阶模态频率的调谐比几乎相同.当MRE的剪切模量在磁场作用下提高60%时,可调谐比可达26.3%,但当MRE较薄时,也能获得满意的调谐比.此外,MRE梁式吸振器有可能实现对作用在主结构上的任意激励频率调谐.     

时变参数时滞减振控制研究

时滞动力吸振器对谐波激励有着良好的减振控制效果,但对随机激励的减振控制效果却并不明显,具体表现为时滞动力吸振器对随机激励的减振控制效果与被动吸振器几乎相同.针对上述问题,提出了一种新的时变参数时滞减振控制方法.在原有时滞减振控制方法的基础上,首先将时滞增益系数由定值形式变为时间函数形式,然后通过时变优化得到多组时滞控制参数并使其以一定时间周期循环作用于减振控制过程,通过这种方法进一步改善了时滞动力吸振器减振性能.最后以二自由度时滞动力吸振器减振模型为例,以主系统的振动响应为仿真对象,运用精细积分法求解了具有时变时滞参数的时滞动力学方程,以此得到了在谐波激励和随机激励作用下主系统振动的时域仿真结果.研究结果表明,在时变参数时滞动力吸振器的控制下,主系统无论是受谐波激励作用还是受随机激励作用,其振动位移、振动速度和振动加速度均比在定值参数时滞动力吸振器控制下时有大幅的减小,时滞动力吸振器的减振性能有了明显的改善.     

失谐整体叶盘多模态振动抑制的吸振器阵列方法

整体叶盘是新一代高性能航空发动机的关键部件,具有结构紧凑、重量轻和推重比高等优点,但也存在结构阻尼低、模态密度高和随机失谐问题,导致其通过共振区域时振幅大,显著影响整体叶盘结构的可靠性和疲劳寿命.为有效抑制失谐整体叶盘的多模态振动,提出一种由一系列吸振器环状布置而成的吸振器阵列减振方法,通过设置多组匹配不同模态的吸振器,实现对多模态共振峰值的抑制.为揭示吸振器阵列方法的多模态减振机理,采用具有代表性的集中参数模型构建整体叶盘-吸振器阵列系统的动力学分析模型,结合解析形式的功率流分析方法,分析吸振器质量、频率调谐精度、阻尼水平以及吸振器个数等关键参数对吸振器阵列减振性能的影响.搭建了吸振器阵列方法验证实验台,并通过实验验证了吸振器阵列方法的效果.分析结果表明:吸振器阵列方法能够有效控制叶片主导与叶片-轮盘耦合型模态,能够以较小的质量实现对谐调与失谐整体叶盘多模态共振的高效抑制,减振性能的鲁棒性较好.     

Use of magnetorheological elastomer in an adaptive sandwich beam with conductive skins. Part II: Dynamic properties

The second part of this research is to present the field-dependant dynamic property of a sandwich beam with conductive skins and a soft core composed of a magnetorheological elastomer (MRE) part and two non-MRE parts. The MRE part of the core is configured to operate in shear mode and hence the dynamic properties of the sandwich beam can be controlled by magnetic fields due to the field-dependant shear modulus of MRE material. According to the analytical solution for the magnetoelastic loads applied to conductive deformable bodies presented in the first part, the model of the proposed sandwich beam is developed via Hamilton principle. A simply supported MRE-based sandwich beam excited by a vertical force distributed uniformly in a narrow region around the center of the beam is simulated. The anti-resonant frequencies and the resonant frequencies are found to change with the applied magnetic field up to 30%. The procedure to seek the optimal length of MRE part is also presented. Although MRE is a soft material with shear modulus about 0.4 Mpa, this research indicates that the sandwich configuration can well utilize the controllable property of MRE to design applicable smart devices with controllable stiffness.     

热弹耦合圆板非线性振动的研究

对温度场中圆板的非线笥热弹耦合自由振动问题,由非线性振动方程、协调方程及热传导方程出发,动用伽辽金法求解,得出一个关于时间的非线笥常策分方程组。将热弹耦合与非热弹耦合情况进行对比,发现给定初始位移较小时,热弹耦合效应使板的固有频率相对与无热弹耦合情形提高;给定初始位移较大时,热弹耦合２使固有频率降低,该文不还比较了不同热弹参数和边界条件对热弹耦合效应的影响。     

Nonlinear vibration of a rotating cantilever beam in a surrounding magnetic field

The nonlinear vibrations of a rotating cantilever beam made of magnetoelastic materials surrounded by a uniform magnetic field are investigated. The kinetic energy, potential energy and work done by the electromagnetic force are obtained. A nonlinear dynamic model, based on the Hamilton principle, which includes the stretching vibration and bending vibration is presented. The Galerkin method is adopted to discretize the dynamic equations. The proposed method is validated by comparison with the literature. The nonlinear behaviors of the responses are studied. Then simulations for different kinds of magnetic field are conducted. The effects of magnetic field parameters, including the amplitude, plane angle, spatial angle and time-varying frequency, on the dynamic behaviors of the stretching motion and bending motion are investigated in detail. The results illustrate that the interaction effects between the rotating cantilever beam and the magnetic field will increase the vibration amplitude and fluctuation of the beam. In particular, we found that: collinear magnetic fields with equal amplitude lead to the same dynamic responses; the amplitude of magnetic field intensity increases the dynamic responses remarkably; the response amplitude changes nonlinearly with the plane angle and spatial angle of the magnetic field; and the increase of time-varying frequency enhances dynamic responses of the rotating cantilever beam.     

自参数动力系统临界状态减振的非光滑方法

系统在达到稳态运动前通常要经历瞬态振动过程。瞬态振动对系统的影响是不可忽略的。在这个过程中作用于系统的激振力频率实际上是由零开始增加到某一工作频率。当激振力频率接近或超过系统的临界频率。系统发生共振，同时振幅达到峰值，并且此共振振幅通常要比系统的稳态振幅大的多。考虑到上述问题。文中分析了两种通过调制激振频率来实现降低临界振幅的方法，即让激振频率按单调线性增加或者分段线性增加到系统工作频率，通过系统相位的调制来实现减振。数值仿真结果表明上述方法能有效地降低临界振幅。同时上述方法工程实际应用中易于实现。     

Multi-frequency excitation of magnetorheological elastomer-based sandwich beam with conductive skins

The present work deals with the dynamic stability of a symmetric sandwich beam with magnetorheological elastomer (MRE) embedded viscoelastic core and conductive skins subjected to time varying axial force and magnetic field. The conductive skins induce magnetic loads and moments under the application of magnetic field during vibration. The MRE part works in shear mode and hence the dynamic properties of the sandwich beam can be controlled by magnetic fields due to the field dependent shear modulus of MRE material. Considering the core to be incompressible in transverse direction, classical sandwich beam theory has been used along with extended Hamilton's principle and Galarkin's method to derive the governing equation of motion. The resulting equation reduces to that of a multi-frequency parametrically excited system. Second order method of multiple scales has been used to study the stability of the system for simply supported and clamped free sandwich beams. Here the experimentally obtained properties of magnetorheological elastomers based on natural rubber have been considered in the numerical simulation. The results suggest that the stability of the MRE embedded sandwich beam can be improved by using magnetic field.     

系留无人机系统振动特性分析

为了对系留无人机系统的振动特性进行分析,本文将无人机的运动作为系留缆绳的边界条件,得到了系留无人机系统的面内运动方程。通过平衡分析得到了系留缆绳在风场中的平衡张力和平衡曲率的近似表达式,然后对系留无人机系统的运动方程进行线性化处理,最终求得了系留缆绳法向的频率方程和振型。在此基础上,数值分析了无人机驱动力和无人机倾角对系留缆绳振动固有特性的影响。研究表明:随着无人机驱动力的变化,系留缆绳法向运动的不同阶固有频率之间会出现频率转向现象;随着无人机倾角的增加,系留缆绳的频率转向现象易于发生,且频率转向会影响系留缆绳的振型。研究结果可为系留无人机系统的设计提供理论参考。     

可控约束阻尼层板的杂交控制

用局部压电层控制约束阻尼约束层产生一种新的主、被动杂交控制形式,称为可控制 约束层。本文根据弹性材料、粘弹性材料、压电材料的本构关系和变形连续条件,建立了可控约束阻尼层板的控制微方程;从理论上证明了用离散小压电片组合来代替整体压电层而不影响作动效果,改善了结构的工艺性;利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法和ＧＨＭ方法建立了系统的近似低阶方程对一试验模型进行了控制数值模拟和试验实现,结果表明这种杂交控制对控制