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Vibration Reduction by a Partitioned Dynamic Vibration Absorber with Acoustic Black Hole Features

Chinese Journal of Mechanical Engineering 2024年第4期37卷 120-134页

作者： Xiaoning Zhao Chaoyan Wang Hongli Ji jinhao qiu Li Cheng State Key Laboratory of Mechanics and Control of Mechanical Structures Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjing 210016China Nanjing Institute of Information Technology Nanjing 210016China Department of mechanical Engineering Hong Kong Polytechnic UniversityKowloon 999077Hong KongChina

Vibration quality is a vital indicator for assessing the progress of modern *** dynamic vibration absorber(DVA)based on the acoustic black hole(ABH)feature is a new passive control method that manipulates *** offers efficient energy focalization and broad-spectrum vibration suppression,making it highly promising for applications in large equipment such as aircraft,trains,and *** previous advancements in ABH-DVA development,certain challenges remain,particularly in ensuring effective coupling with host structures during *** address these issues,this study proposes a partitioned ABH-featured dynamic vibration absorber(PABH-DVA)with partitions in the radial direction of the *** employing a plate as the host structure,simulations and experiments were conducted,demonstrating that the PABH-DVA outperforms the original symmetric ABH-DVA in terms of damping *** study also calculated and compared the coupling coefficients of the two ABH-DVAs to uncover the mechanism behind the enhanced *** results revealed that the PABH-DVA exhibits more coupled modes,occasionally with lower coupling coefficients than the symmetric *** influence of frequency ratio and modal mass was further analyzed to explain the reasons behind the PABH-DVA's superior damping ***,the study discussed the impact of the number of slits and their *** research further explains the coupling mechanism between the ABH-DVA and the controlled structure,and provides new ideas for the further application of ABH in engineering.

关键词： Acoustic black hole Vibration control Dynamic vibration absorber Coupling analysis

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Bidirectional energy-controlled piezoelectric shunt damping technology and its vibration attenuation performance

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International Journal of Mechanical System Dynamics 2024年第1期4卷 63-76页

作者： Yipeng Wu Quan Yuan Kaibin Ren Xin Shen Hui Shen Adrien Badel Hongli Ji jinhao qiu State Key Laboratory of Mechanics and Control for Aerospace Structures Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjingChina College of Mechanical and Electrical Engineering Qingdao UniversityQingdaoChina SYMME Laboratory Universite Savoie Mont BlancAnnecy le VieuxFrance

Piezoelectric material-based semi-active vibration control systems may effectively suppress vibration amplitude without any external power supply,or even harvest electrical *** bidirectional electrical energy control phenomenon is theoretically introduced and validated in this paper.A flyback transformer-based switching piezoelectric shunt circuit that can extract energy from or inject energy into piezoelectric elements is *** analytical expressions of the controlled energy and the corresponding vibration attenuation are therefore derived for a classical electromechanical cantilever *** predictions validated by the experimental results show that the structure vibration attenuation can be tuned from−5 to−25 dB under the given electrical quality factor of the circuit and figure of merit of the electromechanical structure,and the consumed power is in the range of−13 to 25 mW,which is a good theoretical basis for the development of self-sensing,self-adapting,and self-powered piezoelectric vibration control systems.

关键词： vibration control piezoelectric shunt damping electromechanical energy

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基于“桥式”阻尼声学黑洞结构的振动抑制机理分析

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机械工程学报 2024年第7期60卷 134-143页

作者：汪恒黄薇季宏丽裘进浩南京航空航天大学航空航天结构力学及控制国家重点实验室南京210016 南京理工大学机械工程学院南京210094

在工程中通常采用大面积敷设均匀阻尼材料的方式实现结构振动抑制,但是大量阻尼耗材的使用导致结构重量增加,而且振动抑制效率不高。声学黑洞(Acoustic black hole,ABH)作为一种新型轻质阻尼,通过结构厚度剪裁实现以高效波能量聚焦与耗... 详细信息

在工程中通常采用大面积敷设均匀阻尼材料的方式实现结构振动抑制,但是大量阻尼耗材的使用导致结构重量增加,而且振动抑制效率不高。声学黑洞(Acoustic black hole,ABH)作为一种新型轻质阻尼,通过结构厚度剪裁实现以高效波能量聚焦与耗散,近年来受到广泛关注。该研究提出“桥式”声学黑洞阻尼结构(Bridge-ABH,B-ABH)设计,将声学黑洞结构内嵌于阻尼层材料中,提升结构的振动能量耗散效率的同时减轻结构重量。通过有限元仿真建立B-ABH结构数值模型,研究了具有高损耗特征的B-ABH阻尼材料结构波能量传播特性。同时通过对B-ABH阻尼结构振动机械能流分析,探究了B-ABH结构特性对高阻尼材料中的能量耗散效率影响,揭示了B-ABH阻尼结构振动抑制机理。此外,采用附加质量进一步提升结构低频振动效果。研究结果表明,附加质量B-ABH阻尼结构相比较均匀阻尼层质量减少30%的同时,结构振动抑制在10~1 000 Hz频率范围内平均降低了4.6 dB。

关键词：声学黑洞高阻尼能量聚集机械能流

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柔性转子弹性对行波旋转超声电机接触特性的影响

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摩擦学学报（中英文） 2024年第1期44卷 1-9页

作者：陈虎城季宏丽赵盖裘进浩南京航空航天大学航空学院机械结构力学及控制国家重点实验室江苏南京210016 桂林电子科技大学机电工程学院广西桂林541004

转/定子间动态接触过程决定行波旋转超声电机(TRUM)的输出性能,但是柔性转子弹性在以往界面接触特性研究中常被忽略.本文中基于建立的考虑柔性转子和摩擦层三维弹性的转-定子动力学耦合模型,从接触界面的接触状态、速度、接触应力、摩... 详细信息

转/定子间动态接触过程决定行波旋转超声电机(TRUM)的输出性能,但是柔性转子弹性在以往界面接触特性研究中常被忽略.本文中基于建立的考虑柔性转子和摩擦层三维弹性的转-定子动力学耦合模型,从接触界面的接触状态、速度、接触应力、摩擦应力驱动和阻碍子区等空间分布角度,研究了柔性转子弹性对TRUM摩擦界面的动态接触行为和摩擦损耗的影响.结果表明:柔性转子在轴向、径向和切向均呈现出一定的振动速度,且在接触界面沿圆周方向与定子各向速度形成一定的相位关系,显著影响界面动态接触特性、摩擦特性和摩擦损耗;柔性转子与定子轴向位移分布的相位一致性表明,定子与摩擦层的接触界面具有类齿轮啮合机制;与以往中间驱动两端阻碍的分布结果不同,考虑转/定子动力学耦合的接触区摩擦应力分布为一端驱动和一端阻碍的新机制.计算结果表明在建模过程中忽略柔性转子弹性得到的界面摩擦损耗要比考虑柔性转子弹性获得的摩擦损耗大得多,主要原因:(1)柔性转子径向刚度小,摩擦力作用下接触区的运动方向与定子相同,从而减小了径向速度差和径向摩擦损耗;(2)柔性转子界面的切向振动特性,改变了接触界面黏-滑子区分布,使得行波远离端的摩擦应力阻碍子区消失,且摩擦层界面切向剪切变形长度增大,从而减小了切向滑动和摩擦损耗.研究结果将有助于更好地理解TRUM中的动态接触特性,并指导摩擦界面的设计.

关键词：超声电机柔性转子转子弹性接触特性动态接触摩擦损耗

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可调负泊松比蜂窝结构在变面积机翼上的应用

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哈尔滨工业大学学报 2024年第8期56卷 24-33页

作者：胡启华聂瑞张超裘进浩张宇鹏季宏丽航空航天结构力学及控制全国重点实验室(南京航空航天大学) 南京210016 中国民用航空飞行学院航空工程学院四川广汉618307 中国航天科工飞航技术研究院北京100074

为提高变面积机翼的性能,实现光滑柔性的无缝变形,提出了一种新型的基于负泊松比蜂窝结构的变面积机翼设计。首先,通过将负泊松比蜂窝结构单元运用到变面积机翼的设计中,利用负泊松比单元的拉胀特性,可以使机翼结构在发生展向变形的同时... 详细信息

为提高变面积机翼的性能,实现光滑柔性的无缝变形,提出了一种新型的基于负泊松比蜂窝结构的变面积机翼设计。首先,通过将负泊松比蜂窝结构单元运用到变面积机翼的设计中,利用负泊松比单元的拉胀特性,可以使机翼结构在发生展向变形的同时,发生弦向上的变形,由此实现更大的面积变化。然后,为实现对变面积机翼结构的变形轮廓控制,设计了一种新型的局部负泊松比可调的蜂窝结构单元,通过有限元仿真对其相对弹性模量和泊松比的调控规律进行了分析。最后,通过对机翼结构中的蜂窝结构单元参数优化设计,验证了其对变面积机翼结构的变形轮廓控制能力。研究结果表明,当机翼结构沿展长方向变形量为10.0%时,变面积机翼实现了23.9%的面积变化,且机翼结构变形后轮廓与目标轮廓吻合较好,形状误差仅为1.09%。同时机翼结构具有良好的承载性能,对于使用7075铝合金材料的变面积机翼结构,在承受15 kPa的气动载荷时,最大面外位移为0.645 mm。初步验证了基于负泊松比蜂窝结构的变面积机翼设计的可行性,为变面积机翼结构的设计提供了一种新思路。

关键词：反手性蜂窝结构变体飞行器拉胀结构变形控制可调负泊松比

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基于二维声学黑洞的周期板结构弯曲波操控特性研究

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航空科学技术 2024年第7期35卷 94-103页

作者：韩冰季宏丽裘进浩南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室江苏南京210016

声学黑洞(ABH)结构通过按照一定幂函数剪裁结构厚度,致使结构中弯曲波相速度的减小而实现能量聚集,为航空结构中振动能量操控提供新的思路。ABH阵列可以弥补单个ABH中低频弯曲波操控特性的不足,为了研究基于二维ABH的周期板结构的弯曲... 详细信息

声学黑洞(ABH)结构通过按照一定幂函数剪裁结构厚度,致使结构中弯曲波相速度的减小而实现能量聚集,为航空结构中振动能量操控提供新的思路。ABH阵列可以弥补单个ABH中低频弯曲波操控特性的不足,为了研究基于二维ABH的周期板结构的弯曲波操控特性,利用有限元方法研究无限周期ABH结构的能带结构和包含有限周期ABH的板结构声强矢量场特征,分析了含中心平台ABH与无中心平台ABH构成的周期结构中弯曲波传播特征的区别,结合有限元结果明确了平面波展开方法收敛性和适用条件。数值分析结果显示,含中心平台ABH易在低于全波长特征频率时获得表征局部共振的平直带,从ABH全波长特征频率附近开始,含中心平台ABH周期结构对弯曲波能量的定向操控特征区别于无中心平台ABH周期结构。最后研究ABH截面特征参数对弯曲波能带结构的影响规律,结果表明,内嵌式ABH截面的变化对半波长特征频率附近及低于该频率的弯曲波传播影响比较小,减小中心截断厚度、增大中心平台半径以及幂次大于2有助于形成连续且宽频的方向带隙。

关键词：声学黑洞弯曲波平面波展开法有限元分析局部共振

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Microstructure and piezoelectric properties of K_(5.70)Li_(4.07)Nb_(10.23)O_(3)0-added K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3) ceramics

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Journal of Advanced Ceramics 2014年第2期3卷 147-154页

作者： Xuming PANG jinhao qiu Kongjun ZHU State Key Laboratory of Mechanics and Control of Mechanical Structures Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjing 210016China Department of Mechanical Engineering Nanjing Tech UniversityNanjing 210009China

Lead-free piezoelectric ceramics K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3)-xmol%K_(5.70)Li_(4.07)Nb_(10.23)O_(3)0(x=0-2.5,KNN-xmol%KLN)were prepared by conventional sintering *** phase structure and electrical properties of KNN ceramics were investigated as a function of KLN *** results showed that small amount of KLN introduced into the lattice formed a single phase perovskite *** KLN modification lowered the phase transition temperature of orthorhombic-tetragonal(T_(O-T))and increased the Curie temperature(T_(C)).Some abnormal coarse grains were formed in a matrix when the content of KLN was relatively low(1 mol%).However,normally grown grains were only observed when the sintering aid content was increased to 2 mol%.Proper content of KLN decreased the amount of defects,thus the remanent polarization increased and the coercive field decreased markedly,and the sinterability of the KNN ceramics was simultaneously improved with significant increase of piezoelectric properties.

关键词： ceramics sintering aid phase transformation electrical properties

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Comparative study of tribological properties of insulated and conductive polyimide composites

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Friction 2020年第3期8卷 507-516页

作者： Jingfu SONG Yuanhao YU Gai ZHAO jinhao qiu Qingjun DING College of Material Science and Technology Narijing Universiy of Aeronautics andAstronauticsNanjing 210016China Slate Key Laboratory of Mechanics and Control of Mechanical Sructures Nanjing University of Aeronauties and AstronauticsNanjing 210016China

Insulated polyimide(PI)composites filled with short glass fibers(SGF),polytetrafluoroethylene(PTFE),SiO2,and polyphenylene(PPL)are specially designed,prepared,and the tribological properties are systematically investigated with references to the special requirements for frictional materials used in ultrasonic *** hardness and thermal decomposition temperature of the insulated PI composites are comparable to that of conductive PI ***,these insulated materials present excellent friction and wear performance,especially under high loads and *** electron microscopy(SEM)analysis of the worn surface indicates that adhesive and fatigue wear dominate the wear mechanisms.

关键词： polyimide composites insulation friction wear

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Optimal Control of Reinforced Plate Based on the Minimum Energy

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Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2016年第2期33卷 166-172页

作者： Liu Lu qiu jinhao Ji Hongli Liu Canchang State Key Laboratory of Mechanics and Control of Mechanical Structures College of Aerospace Engineering Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Nanjing 210016 P. R. China School of Transportation and Vehicle Engineering Shandong University of Technology Ziho 255049 P.R. China

An optimal control method based on the minimum energy of the vibration system is proposed for piezoelectric damping control of the reinforced aircraft ***,the dynamic equations of the piezoelectric damping reinforced plate system and the state space equations are *** method to determine the weight matrix of the system is presented based on the minimum energy of the vibration *** order to obtain the optimal controller,the control parameters of the feedback controller are obtained by using the optimal method.A piezoelectric vibration optimal control experiment platform is designed to control the vibration of reinforced aircraft *** experimental results show that the method has good control performances.

关键词： vibration damping optimal control piezoelectric linear vibration control

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Phase evolution of(K,Na)NbO_3 powder prepared by high temperature mixing under hydrothermal conditions

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Particuology 2010年第5期8卷 477-481页

作者： Lin Bai Kongjun Zhu jinhao qiu Hongli Ji Likui Su The Aeronautical Key Laboratory for Smart Materials and Structures Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Nanjing 210016 China

（Na, K）NbO3 （KNN） powders were successfully prepared by high temperature mixing method （HTMM） under hydrothermal conditions to study the effect of reaction time on the formation of KNN for three K＋/（K＋＋Na＋） ratios of 0.6, 0.7 and 0.8. The products were characterized by X-ray diffraction （XRD）, scanning electron microscope （SEM）, transmission electron microscopy （TEM） and selected area electron diffraction （SAED）, to show the change of phase and morphology of the as-prepared particles with the K＋/（K＋＋ Na＋） molar ratio in the solution. Pure Na-rich KNN monoclinic phase and pure K-rich KNN orthorhombic phase could be obtained quickly after mixing the solutions at high temperature when the K＋/（K＋＋Na＋） molar ratio was either 0.6 or 0.8. When the K＋/（K＋＋Na＋） molar ratio was 0.7, however, the K-rich KNN orthorhombic phase grain formed first, followed by the Na-rich KNN monoclinic phase grain, with the two phases coexisting in the final product.

关键词： (Na K)NbO3Hydrothermal conditionsHigh temperature mixing methodPhase evolution

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