基于目标能量转迁的非线性减振技术研究

作     者：刘晨阳 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：成建联

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：悬臂梁 非线性吸振器 薄板弹簧 分段线性系统 能量转迁 

摘      要：悬臂梁作为一种力学构件,在实际设计和工程使用中具有广阔的应用场景,很多构件都可以简化为悬臂梁模型来进行分析。但是,悬臂梁在实际应用过程中会难以避免的产生振动。为了减少悬臂梁振动,人们采用各种减振方式来对其振动进行限制,非线性吸振器就是经常被用来对悬臂梁进行减振的一种设备。本文是在陕西省重点研发计划一般项目(2019GY-067)的支持下,以工程中经常使用的悬臂梁为研究对象,针对其在实际应用过程中产生的振动进行减振。首先,通过对悬臂梁进行模态测试,确定悬臂梁的减振模态以及得出悬臂梁最大振幅位置。以此为前提,设计出了薄板弹簧式动力吸振器,此后,又与非线性减振理论相结合将薄板弹簧式动力吸振器优化为带有分段线性刚度的薄板弹簧式非线性吸振器。并且,通过实验验证了所设计的吸振器减振效果。本文主要研究内容如下:(1)对所研究的悬臂梁分别进行了理论计算、有限元仿真以及锤击法实验,得出了悬臂梁前六阶固有频率的理论值、仿真值、实验值以及悬臂梁的振型。通过有限元仿真得出的振型总结出了悬臂梁最大振幅位置,为锤击法和后续的振动实验奠定了基础,此外,通过三种固有频率的比较,确定了悬臂梁的减振模态,为吸振器设计提供了依据。(2)根据悬臂梁参数和减振模态来设计动力吸振器,本文根据动力吸振器的设计准则来对吸振器的质量比和最优频率比进行确定。此外,确定本文所研究的吸振器为变截面薄板弹簧式吸振器,给出吸振器各个配件的尺寸和材料参数,并对动力吸振器进行了模态分析。(3)在动力吸振器基础上,结合非线性减振理论将其改进为带有分段线性刚度的薄板弹簧式非线性吸振器,并且通过振动实验对所设计的动力吸振器及非线性吸振器的减振效果分别从加速度和能量转迁方面进行了验证。此外,还对分段线性系统参数的改变对减振效果的影响进行了实验。最后,分析了附加非线性吸振器后,悬臂梁固有频率和振幅衰减的变化曲线。