非线性吸振器的电磁强化方法研究

作     者：唐明君 

作者单位：天津理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈建恩;吴薪柳

授予年度：2022年

学科分类：12[管理学] 083002[工学-环境工程] 1204[管理学-公共管理] 120402[管理学-社会医学与卫生事业管理(可授管理学、医学学位)] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 

主      题：非线性能量阱 电磁力 结构改进 吸振效能 高分支响应 

摘      要：相比于传统的线性吸振器,非线性吸振器不再局限于主振子的固有频率附近生效,能够在较宽的激励频段内吸收主振子的振动能量。非线性能量阱(Nonlinear Energy Sink,NES)具有靶向能量传递特性,能量由主振子单向输送给吸振器并通过阻尼以热量的形式耗散。本文致力于将具有非线性力学特性的电磁力应用到NES的设计和改进研究中。研究了几种新型电磁式非线性吸振器在简谐激励幅值变化较大的环境下的吸振性能,并重点研究了几种NES在主系统产生高分支响应后的抑制效果。主要内容如下:利用电磁-永磁结构提出了一种新型的磁力非线性吸振器,该吸振器基于的电磁-永磁结构的力学特性曲线具有中间平缓、两端陡峭的强非线性特征。推导出了连接该吸振器的线性振子的动力学方程并运用龙格库塔法对其连接不同刚度的主振子的减振性能进行了分析。研究结果表明,当外部激励达到吸振器的激活阈值以后,吸振器能够实现宽频吸振并对不同刚度的线性主振子均具有较高的减振性能。此外,适当的减小电磁铁和永磁铁的间距,能够在一定程度上提升吸振器的减振性能。提出了一种新型可变刚度强非线性吸振器,该吸振器由对称放置的弹簧机构与电磁吸力装置构成,通过控制电磁装置的电流以实现吸振器非线性刚度的改变。推导出了连接该吸振器的线性主振子的动力学方程,并运用龙格库塔法对其在简谐载荷与冲击载荷下的减振性能进行了分析。研究结果表明,电磁吸力的多级控制可以有效消除激励幅值较大时的高分支响应,从而避免突发性失效的发生,进而拓宽了吸振器的在简谐激励下的有效激励范围。并且,在冲击载荷下,通过控制电磁吸力可以使吸振器始终具有较高的吸振效能。提出了一种基于对置弹簧与具有触发条件的电磁吸力装置的非光滑非线性吸振器。利用接近开关使吸振器质量块在位移较小时不受电磁吸力,在质量块位移较大受到电磁吸力,以此实现非光滑非线性的力学特性。推导出了连接该吸振器的线性主振子的动力学方程,并运用龙格库塔法对其在简谐载荷与冲击载荷下的减振性能进行了分析。研究结果表明,通过设置合理的吸振器参数,吸振器可以在不影响受小幅简谐激励吸振性能的前提下,有效消除简谐激励幅值较大时系统的高分支响应。此外,在冲击激励下,该吸振器始终具有较高的吸振效能。