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力学学报 2022年第11期54卷 3147-3156页

作者：陆子何毅翔张岚斌代胡亮王琳华中科技大学航空航天学院武汉430074 工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室武汉430074

流致振动现象广泛存在于机械、航空、土木和石油等重要工程领域,为防止工程结构因流致振动行为而造成疲劳破坏,有必要对稳定性、动力学响应及其振动控制做深入研究.本文提出了一种由弹簧和质量块构成的非线性吸能器(nonlinear targeted ... 详细信息

流致振动现象广泛存在于机械、航空、土木和石油等重要工程领域,为防止工程结构因流致振动行为而造成疲劳破坏,有必要对稳定性、动力学响应及其振动控制做深入研究.本文提出了一种由弹簧和质量块构成的非线性吸能器(nonlinear targeted energy transfer, NTET),研究了该非线性吸能器对弹性支承圆柱体涡激振动的被动控制影响机制.基于能量法推导了圆柱体涡激振动非线性被动控制的耦合动力学方程,通过设计非线性弹簧-质量块构型的NTET,进一步开展了涡激振动控制的实验研究,并与理论预测结果进行了较好的对比,获得提升涡激振动控制效果的最佳参数值.研究发现, NTET的质量、弹簧刚度以及弹簧预应力等参数会对涡激振动控制效果产生显著的影响.本文研究结果表明,该耦合系统中圆柱体和NTET均表现出周期性的稳态振动响应, NTET质量的改变会显著影响系统的耦合频率.在无预应力状态下, NTET质量越大、刚度越小时,有更好的减振效果.当弹簧预应力逐渐增大时, NTET的非线性刚度逐渐变弱,会降低涡激振动控制性能.参数分析表明:随着涡激振动控制性能的提升,圆柱体的振幅逐渐较小, NTET的振幅逐渐增大,能量传递效率逐渐提高.研究结果可为工程中涡激振动控制策略的高效设计提供有用的理论支撑和实验数据.

关键词：涡激振动非线性吸能器非线性振动控制锁频区域

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基于非线性吸能机理的流致振动控制理论与实验研究

基于非线性吸能机理的流致振动控制理论与实验研究

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作者：陆子华中科技大学

学位级别：硕士

流致振动现象广泛存在于重大工程中,比如桥梁、海洋和核电等。当工程中的关键结构受到流体载荷时会发生流致振动破坏,造成难以挽回的损失。因此,如何高效的进行流致振动控制,提高结构稳定性并延长工作寿命,具有重要的研究意义。本文针... 详细信息

流致振动现象广泛存在于重大工程中,比如桥梁、海洋和核电等。当工程中的关键结构受到流体载荷时会发生流致振动破坏,造成难以挽回的损失。因此,如何高效的进行流致振动控制,提高结构稳定性并延长工作寿命,具有重要的研究意义。本文针对工程中柱体结构的涡振和驰振等流致振动行为,开展了流致振动被动控制研究。主要研究内容如下:首先,基于能量法建立了弹性支撑圆柱-非线性吸能器(NTET)结构的耦合动力学模型,从理论和实验两方面探究了非线性吸能器各物理参数对于圆柱体涡激振动控制性能的影响。研究表明,减振性能与系统的刚度和质量有关,在弹簧预拉力可忽略的情况下,NTET质量越大、弹簧刚度越小时减振效果越好,能量传递效率越高。实验中当质量比取0.07、弹簧刚度取30N/m时可获得最佳减振效果,圆柱最大振幅受到较强抑制。当预拉力不可忽略时,NTET弹簧预拉力减小使得耦合系统的线性刚度减小,非线性刚度增大提升减振性能。其次,发展了弹性支撑方柱-非线性吸能器的驰振振动控制模型,进一步研究了该非线性吸能器对驰振振动控制的影响规律。结果表明,驰振临界流速受控制方程中的线性项影响较大,NTET质量的变化对于临界流速的影响很小;且预拉力增大会导致临界流速减小,系统更容易发生失稳。实验发现,减振性能与系统的线性和非线性刚度均相关,并存在最佳线性刚度。当线性刚度系数取值为1时,非线性刚度越大,减振效果越好。此外,当预拉力越小或弹簧刚度越大时,减振性能越高。最后,针对某飞行器内部敏感元件(飞控惯组)在飞行过程中存在的振动问题,本文将提出的非线性吸能器应用到飞控惯组的振动控制当中。首先通过模态实验确定了飞行器在悬吊边界条件下的前三阶固有频率;在共振频域范围内开展激振器激励实验。研究表明,安装非线性吸能器后,飞控惯组的最大振动加速度减小了66%;飞行测试实验实验数据显示,飞行过程中飞控惯组的最大加速度荷载降低了50%。

关键词：流致振动非线性吸能器涡激振动驰振振动控制

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