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负泊松比超材料减振结构设计与实验验证

动力学与控制学报 2023年第5期21卷 53-59页

作者：王奕霖秦卫阳刘琦西北工业大学力学与土木建筑学院西安710072

旋转机械的转子部件发生故障时,振幅会迅速增大甚至发散,此时需要一种轻质高效的吸能减振结构,快速控制转子部件的振动幅值.本文基于负泊松比材料概念,提出了一种针对转子系统的负泊松比弧形超材料减振结构,可以实现很好的故障转子减振... 详细信息

旋转机械的转子部件发生故障时,振幅会迅速增大甚至发散,此时需要一种轻质高效的吸能减振结构,快速控制转子部件的振动幅值.本文基于负泊松比材料概念,提出了一种针对转子系统的负泊松比弧形超材料减振结构,可以实现很好的故障转子减振效果.首先,通过释放自由度提出了负泊松比非对称星形胞单元,设计了针对转子的超材料减振结构,并给出了相应的能量吸收指标.然后,基于有限元模型进行了动力学仿真,讨论了不同冲击速度、不同冲击角度对能量吸收性能的影响.结果表明,低速冲击下,材料主要产生弹性变形吸能.随着冲击速度增加,材料变为弹塑性变形混合吸能模式,有效吸能率会明显增大.特别是在冲击速度较大时,减振结构的吸能率会迅速增加,这对于转子突发故障的减振十分有利.最后,设计了验证实验,对故障转子进行了负泊松比减振结构的验证实验.实验结果证明,对于转子的不平衡故障响应,设计的减振结构能够起到很好的抑制转子振动与吸收振动动能效果.

关键词：负泊松比转子系统能量吸收减振结构

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序言

机械工程学报 2022年第20期58卷 1-2页

作者：陶凯周生喜秦卫阳西北工业大学

随着微/纳机电系统(Micro/Nano electro-mechanical systems,MEMS/NEMS)和物联网(Internet of things,IoT)的迅速发展,各类微型传感器以及无线传感网络(Wireless sensor network,WSN)等也获得飞跃式发展,并在智慧城市、环境监测、人体健康监测等领域具有广泛的应用前景。然而目前大多数传感器依然采用电池作为主要能量源,由于存在能量密度低、占用体积大、存在泄漏风险以及安全问题等不足之处而渐渐无法满足人们的需求,并且废弃的电池对环境带来的严重污染同样不容忽视,研究微纳俘能器件和系统收集环境能量作为传感器的补充能源已成为研究热点。

关键词：无线传感网络微型传感器人体健康监测能量密度能量源智慧城市环境能量

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带碰撞双稳态压电俘能系统的俘能特性研究

物理学报 2015年第21期64卷 183-194页

作者：蓝春波秦卫阳西北工业大学工程力学系西安710072

双稳态俘能系统的运动常常会陷入单个势能阱中,导致俘能效率降低.为了解决这个问题,本文提出了一类带碰撞的磁斥力双稳态压电振动能量采集系统.建立了该碰撞双稳态系统的机电耦合方程,分析了碰撞对双稳态系统动力学特性的影响.研究了确... 详细信息

双稳态俘能系统的运动常常会陷入单个势能阱中,导致俘能效率降低.为了解决这个问题,本文提出了一类带碰撞的磁斥力双稳态压电振动能量采集系统.建立了该碰撞双稳态系统的机电耦合方程,分析了碰撞对双稳态系统动力学特性的影响.研究了确定性激励和低强度随机激励下碰撞对系统响应特性和俘能效率的影响.结果表明:简谐激励下,碰撞能够使得原双稳态系统的单阱小幅周期运动转变为双阱间的大幅运动,从而有效地提高输出功率.得到了低强度随机激励下,不同碰撞间隙对系统动力响应特性和输出功率的影响规律.对一个给定的随机激励,存在一个最优的碰撞间隙,此时碰撞能够将原双稳态系统单阱内的随机运动转化为频繁的双阱跳跃,出现大幅值运动,从而大幅提高了系统的俘能效率.

关键词：碰撞双稳态系统能量俘获随机振动

一类高维动力学系统的混沌预测同步实现方法研究

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振动与冲击 2016年第15期35卷 50-52,73页

作者：孙涛秦卫阳西北工业大学振动工程研究所西安710129

对于一类含有时间项的高维非线性动力学系统,提出了实现混沌预测同步的控制方法。在混沌同步的基础上,建立了派生系统及差别方程,从理论上证明了提出的方法能够实现对于原非线性系统的预测同步。对于耦合项进行了简化,为了实现长时间的... 详细信息

对于一类含有时间项的高维非线性动力学系统,提出了实现混沌预测同步的控制方法。在混沌同步的基础上,建立了派生系统及差别方程,从理论上证明了提出的方法能够实现对于原非线性系统的预测同步。对于耦合项进行了简化,为了实现长时间的预测,建立了多级同步系统来延长预测同步时间。对于Duffing系统,以及含反馈单摆系统在混沌状态下进行了仿真计算,证明了提出的方法是正确的与有效的。

关键词：混沌预测同步动力学系统

宽频随机激励下非线性压电能量采集器的相干共振

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物理学报 2014年第12期63卷 51-58页

作者：李海涛秦卫阳西北工业大学工程力学系西安710072

近年来随着微机电系统的发展,非线性能量采集系统受到了研究者的极大关注.本文采用随机线性化方法对一类环境噪声作用下能量采集系统进行了分析.首先根据受压梁的双稳态特性,建立了等效的随机激励作用下压电能量采集系统的数学模型.采... 详细信息

近年来随着微机电系统的发展,非线性能量采集系统受到了研究者的极大关注.本文采用随机线性化方法对一类环境噪声作用下能量采集系统进行了分析.首先根据受压梁的双稳态特性,建立了等效的随机激励作用下压电能量采集系统的数学模型.采用随机线性化方法获得了输出电压近似闭合形式的表示,并且通过数值分析说明了系统相干共振现象.相干共振的相关研究可应用于优化系统参数使能量采集效果最大化.

关键词：随机激励能量采集系统相干共振

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考虑摆振的裂纹转子运动及阵发性混沌

应用力学学报 2002年第2期19卷 5-9页

作者：秦卫阳孟光任兴民西北工业大学西安710072 上海交通大学上海200030

在考虑含裂纹转子盘的摆振运动的情况 ,建立了盘的运动方程并进行数值求解。在裂纹很小时 ,横向振动是与转速相同的同频振动 ,而盘的摆振包含多种倍频成分。当裂纹较大时 ,横向振动会出现阵发性混沌。当摆振的幅值随时间不断增大到一定... 详细信息

在考虑含裂纹转子盘的摆振运动的情况 ,建立了盘的运动方程并进行数值求解。在裂纹很小时 ,横向振动是与转速相同的同频振动 ,而盘的摆振包含多种倍频成分。当裂纹较大时 ,横向振动会出现阵发性混沌。当摆振的幅值随时间不断增大到一定极限时 ,横向振动的稳定的周期或拟周期运动被打破 ,出现阵发性混沌。同时还出现通过拟周期进入混沌的现象。当裂纹很深时 ,会出现多个新的共振区 ,在此区域振幅迅速发散。盘的偏心距U的增大 ,会抑制混沌。

关键词：摆振裂纹转子阵发性混沌拟周期

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双盘裂纹转子的非线性动态响应与混沌

西北工业大学学报 2002年第3期20卷 378-382页

作者：秦卫阳孟光任兴民西北工业大学振动工程研究所陕西西安710072 上海交通大学振动冲击噪声国家重点实验室上海200030

研究了含有居中盘和悬臂盘的转子轴上出现裂纹时盘的非线性动态响应。在推导出系统的动力学方程的基础上进行了数值求解。由结果可以看出 ,盘的摆振在无裂纹时一般为与转速相同的同频振动 ,一旦裂纹出现 ,摆振一般为转速的倍频运动。裂... 详细信息

研究了含有居中盘和悬臂盘的转子轴上出现裂纹时盘的非线性动态响应。在推导出系统的动力学方程的基础上进行了数值求解。由结果可以看出 ,盘的摆振在无裂纹时一般为与转速相同的同频振动 ,一旦裂纹出现 ,摆振一般为转速的倍频运动。裂纹的深度、转子转速、外阻尼和转子不平衡量对盘的非线性响应有很大影响。增大阻尼和不平衡量会抑制混沌运动。系统运动进入混沌的道路主要有 3条 :拟周期进入混沌 ,拟周期经拟周期分叉进入混沌 ,阵发性进入混沌。

关键词：裂纹转子非线性动态响应混沌居中盘悬臂盘动力学方程

基于动质量块和声激励共同作用下的各向同性矩形薄板动态响应分析

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振动与冲击 2016年第1期35卷 132-140页

作者：周志勇秦卫阳西北工业大学力学与土木建筑学院西安710072

针对以往研究过程中忽略质量块惯性和声源激励对板动态响应的影响,在考虑质量块惯性对板的影响基础上,采用哈密顿原理和Kronecke δ函数建立板在动质量块和声源激励共同作用下的运动微分方程,再采用模态变换将运动微分方程进行解耦,然... 详细信息

针对以往研究过程中忽略质量块惯性和声源激励对板动态响应的影响,在考虑质量块惯性对板的影响基础上,采用哈密顿原理和Kronecke δ函数建立板在动质量块和声源激励共同作用下的运动微分方程,再采用模态变换将运动微分方程进行解耦,然后采用微分求积法(DQM)求解系统动态响应。数值算例结果表明:相比Runge-Kutta算法,取样网点较少时,DQM得到的动态响应值精度更高。动质量块的质量、移动速度和阻尼系数及声激励的声频和声强对矩形薄板的动态响应曲线具有明显的影响。

关键词：动态响应边界条件动质量块 DQM

随机激励下双稳态压电俘能系统的相干共振及实验验证

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物理学报 2015年第8期64卷 72-79页

作者：蓝春波秦卫阳李海涛西北工业大学工程力学系西安710072

随着压电晶体材料的迅速发展,基于压电效应的能量采集系统是俘获环境中的宽带随机振动能量的一种有效途径.研究了有限宽带随机激励作用下,磁斥力双稳态压电俘能系统的相干共振俘能机理,并进行了实验验证.运用Euler-Maruyama方法求解了... 详细信息

随着压电晶体材料的迅速发展,基于压电效应的能量采集系统是俘获环境中的宽带随机振动能量的一种有效途径.研究了有限宽带随机激励作用下,磁斥力双稳态压电俘能系统的相干共振俘能机理,并进行了实验验证.运用Euler-Maruyama方法求解了随机非线性压电振动耦合方程,比较分析了相干共振发生前后系统的动力学特性和俘能效率,然后基于Kramers逃逸速率解释了相干共振.最后的随机振动实验结果验证了双稳态压电俘能系统的相干共振俘能机理.并且观察到:当相干共振发生时,系统会在两个势能阱之间剧烈运动,此时宽带随机振动能量会被转化为大幅值窄带低频振动响应,从而极大地提高了宽带随机振动能量的俘获效率.

关键词：双稳态系统能量俘获相干共振随机振动