变刚度动力吸振器性能研究
目 录
1绪论 1
1.1振动控制技术的研究背景及意义 1
1.2 动力吸振器技术的分类及特点 3
1.3 动力吸振器的发展现状 4
1.4研究内容 6
2 动力吸振器的基本原理 6
2.1 自由度 6
2.2 单自由度振动 7
2.3 二自由度系统振动 9
2.4 动力吸振器基本原理 13
3 变刚度动力吸振器的建模以及仿真分析? 16
3.1 变刚度动力吸振器的原理及分类 16
3.2 基于磁流变弹性体的变刚度动力吸振器 18
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
1 绪论
随着现代工业的发展以及人民生活水平的提高，随着技术进步，汽车、机械等向着高速重载方向发展，人们对减振和降噪的要求越来越高，促使振动控制技术进一步发展。
汽车技术的发展给人们带来丰富物质文明的同时,也给人类带来了一些负面影响。比如说汽车的振动和噪声,不仅影响乘客乘坐的舒适性以及影响人的生理健康,而且还破坏了大自然的生态环境，所以长时间以来，人们采用许多方法努力把汽车的振动和噪声危害降到最低。
1.1振动控制技术的研究背景及意义
众所周知，振动广泛存在于自然界和人们的日常生产生活中。地震、大风等会给建筑物带来振动，工业生产中的机床、电焊，生活中的电风扇、洗衣机，都存在着振动。从一般意义上说，如果表征一种运动的物理量作时而增大时而减小的反复变化，就可以称这种运动为振动。虽然，振动有有利的一面，如振动筛、振动沉桩、地震仪的发明和应用，但更多情况下，振动会引起负面影响，带来不必要的麻烦甚至危害。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
/> 振动的危害一般包括以下几个方面：（1）引起噪声，污染环境。研究表明，人体对于环境振动非常敏感，不明显的振动位移和振动加速度都会引发人的烦躁情绪，影响人的心理和生理健康。（2）降低车床或工具的加工精度，降低仪器的测量精度。（3）共振、冲击引起机械或结构材料的疲劳，加快设备磨损，大大缩短其寿命，甚至会造成非常危险的事故。振动还会引起建筑物的损坏，如路面激振引起大桥垮塌，风的激励导致高层建筑摇摆振幅过大等。
长期以来，许多学者为了有效减弱振动带来的负面影响，做了大量的实验研究，主要提出了切断振动传动的隔振技术、利用阻尼作用的减震技术以及利用动力吸振器的吸振技术，振动控制技术的研究逐步变成机械振动领域的一个研究热门。动力吸振，由于其优良的减振特性，目前已广泛用于航空航天、工业生产和海陆运输等行业中，同时在大型建筑和桥梁振动控制领域也有一些成功案例。动力吸振器（Dynamic Vibration Absorber，DVA），也称调谐吸振器（Tuned Vibration Absorber，TVA），就是一个附加在主振系统上的质量-弹簧机构，是单自由度系统。理论分析可知，当吸振系统的固有频率与作用在主振系统的激振力调谐（频率相等）时，不考虑阻尼，被动式吸振器可以完全“吸收”主振系统的振动，主振系统的振幅为零。但是，在实际工程应用中，传统的被动式吸振器往往存在以下两个严重缺陷：一、有效频率范围很小。当主振系统激振力频率偏离吸振器固有频率时，共振状态被破坏，吸振效果急剧下降；二，安装吸振器后，主振-吸振系统会出现新的共振点，这个共振点与原有共振点的固有频率很近。实际工程应用中，当激振力频率偏离吸振器固有频率时，一旦与共振频率接近，会引起主振系统共振，反而增大主振系统振幅。由此可见，只有当主振系统振动频率保持不变时，被动式吸振器才能更好地发挥吸振效果。但是，由于机械设备运行状态的复杂以及运行环境的多变，实际应用中很难满足这一条件。为了实现吸振器的宽频带吸振，许多学者采用调整参数的方法对传统吸振器进行改进。研究表明，添加阻尼元件、优化动力参数以及组合式 DVA 都能在一定程度上提高动力吸振器的吸振作用，并且能够小范围增大吸振有效频带。但是，上述的方法在增大吸振频带方面作用十分有限。
近年来，解决传统吸振器有限吸振频率小的问题一直是领域内学者研究的主要方向。随着新的理论、新技术以及新材料的诞生，吸振领域出现了一些新的研究方向，主要有非线性吸振技术、主动式吸振技术以及自适应吸振技术。非线性吸振器在吸振构造上采用了非线性吸振元件。Arnold和 Hunt等学者的研究表明，非线性吸振器不仅能够获得较宽的频带，而且可以提高吸振效率。但是，相关研究表明，非线性因素的引入给主振系统和吸振器本身带来了稳定性问题。有可能在特定条件下出现周期分叉、拟周期、混沌振动等复杂的非线性动力学行为，这些现象将严重影响吸振器的正常工作。由于问题的复杂性，目前大多数非线性自适应吸振器主要提留在实验研究阶段，距离工程实际应用还有不小的一段距离。主动式吸振器采用主动干预的方式减小主振系统的振动，其内部主要包括传感器、控制器以及执行器等部件。控制器根据传感器测量得到的主振系统状态，采用拟定的控制算法得到控制量，控制执行机构做出动作，使执行器对主振系统的作用力与主振系统所受激振力矢量和达到最小，实现对主振系统的减振作用。当执行器对主振系统的作用力与其所受激振力等值且方向相反时，理论上可使主振系统的振幅为零。随着最优控制算法的发展，主动吸振器的研究有了较大的进展。
然而，主动式动力吸振器用于已有设备时由于受到原有设备的限制，研究会相当困难。另一方面，由于反馈环节和执行器环节存在滞后，执行机构产生的力与激振力完全抵消几乎不可能实现，这是一种理想状态。尤其对于特别复杂的振动系统，主振系统可能出现不稳定情况。因此，目前主动式动力吸振器还主要出于理论分析、数值仿真以及实验室研究阶段，实际的工程应用相对较少。
1.2动力吸振器技术的分类及特点
振动控制是振动工程领域内的一个重要分支，是振动研究的出发点与归宿。从广义上说，振动控制包括两方面的内容：一方面是振动的利用，如各类振动机械的研发利用；另一方面是振动的抑制，即尽量减小有害的振动[1]。一般的振动控制指的是对有害振动的抑制。振动控制的任务是通过一定的技术手段使受控对象的振动水平满足人们的预定要求。振动控制技术一般有两种分类方法，一是按控制手段分类，有抑制振源强度、隔振、吸振、阻振、修改结构五种方法；另一种是按振动控制过程中是否需要外部能量分类，分为有源控制和无源控制[1]，而有源控制又称为主动控制，无源控制也称为被动控制[2]。
1.2.1按控制手段分类
1．消振:即消除或减弱振源,这是治本的方法"因为受控对象的响应是由振源(激励)引起的,外因消除或减弱,响应自然也消除或减弱。
2．隔振：在振源和受控对象之间串加一个子系统称之为隔振器，用它减小受控对象对振源激励的响应。
3．吸振：在受控对象上附加一个子系统称之为动力吸振器，用它产生吸振力以减小受控对象对振源激励的响应。
4．阻振：又称阻尼减振。在受控对象上附加阻尼器或阻尼元件，通过消耗能量而使响应减小。
5．结构修改：通过修改受控对象的动力学特性参数使振动满足预定的要求。
1.2.2按振动控制是否需要外部能量分类
1、无源控制
无源控制又称被动控制，是指不需要外部提供能量，仅靠结构的相对运动产生力的。作用就能实现对振动和冲击进行控制的技术。由于其具有结构简单，容易安装，经济性。好，可靠性高，无需外部能源支持等特点，在工程实际中得到广泛应用。但被动控制往。往作用频率范围小，且作用对象振动频率必须已知，这限制了其在更广泛领域的应用。
1绪论 1
1.1振动控制技术的研究背景及意义 1
1.2 动力吸振器技术的分类及特点 3
1.3 动力吸振器的发展现状 4
1.4研究内容 6
2 动力吸振器的基本原理 6
2.1 自由度 6
2.2 单自由度振动 7
2.3 二自由度系统振动 9
2.4 动力吸振器基本原理 13
3 变刚度动力吸振器的建模以及仿真分析? 16
3.1 变刚度动力吸振器的原理及分类 16
3.2 基于磁流变弹性体的变刚度动力吸振器 18
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
1 绪论
随着现代工业的发展以及人民生活水平的提高，随着技术进步，汽车、机械等向着高速重载方向发展，人们对减振和降噪的要求越来越高，促使振动控制技术进一步发展。
汽车技术的发展给人们带来丰富物质文明的同时,也给人类带来了一些负面影响。比如说汽车的振动和噪声,不仅影响乘客乘坐的舒适性以及影响人的生理健康,而且还破坏了大自然的生态环境，所以长时间以来，人们采用许多方法努力把汽车的振动和噪声危害降到最低。
1.1振动控制技术的研究背景及意义
众所周知，振动广泛存在于自然界和人们的日常生产生活中。地震、大风等会给建筑物带来振动，工业生产中的机床、电焊，生活中的电风扇、洗衣机，都存在着振动。从一般意义上说，如果表征一种运动的物理量作时而增大时而减小的反复变化，就可以称这种运动为振动。虽然，振动有有利的一面，如振动筛、振动沉桩、地震仪的发明和应用，但更多情况下，振动会引起负面影响，带来不必要的麻烦甚至危害。
/> 振动的危害一般包括以下几个方面：（1）引起噪声，污染环境。研究表明，人体对于环境振动非常敏感，不明显的振动位移和振动加速度都会引发人的烦躁情绪，影响人的心理和生理健康。（2）降低车床或工具的加工精度，降低仪器的测量精度。（3）共振、冲击引起机械或结构材料的疲劳，加快设备磨损，大大缩短其寿命，甚至会造成非常危险的事故。振动还会引起建筑物的损坏，如路面激振引起大桥垮塌，风的激励导致高层建筑摇摆振幅过大等。
长期以来，许多学者为了有效减弱振动带来的负面影响，做了大量的实验研究，主要提出了切断振动传动的隔振技术、利用阻尼作用的减震技术以及利用动力吸振器的吸振技术，振动控制技术的研究逐步变成机械振动领域的一个研究热门。动力吸振，由于其优良的减振特性，目前已广泛用于航空航天、工业生产和海陆运输等行业中，同时在大型建筑和桥梁振动控制领域也有一些成功案例。动力吸振器（Dynamic Vibration Absorber，DVA），也称调谐吸振器（Tuned Vibration Absorber，TVA），就是一个附加在主振系统上的质量-弹簧机构，是单自由度系统。理论分析可知，当吸振系统的固有频率与作用在主振系统的激振力调谐（频率相等）时，不考虑阻尼，被动式吸振器可以完全“吸收”主振系统的振动，主振系统的振幅为零。但是，在实际工程应用中，传统的被动式吸振器往往存在以下两个严重缺陷：一、有效频率范围很小。当主振系统激振力频率偏离吸振器固有频率时，共振状态被破坏，吸振效果急剧下降；二，安装吸振器后，主振-吸振系统会出现新的共振点，这个共振点与原有共振点的固有频率很近。实际工程应用中，当激振力频率偏离吸振器固有频率时，一旦与共振频率接近，会引起主振系统共振，反而增大主振系统振幅。由此可见，只有当主振系统振动频率保持不变时，被动式吸振器才能更好地发挥吸振效果。但是，由于机械设备运行状态的复杂以及运行环境的多变，实际应用中很难满足这一条件。为了实现吸振器的宽频带吸振，许多学者采用调整参数的方法对传统吸振器进行改进。研究表明，添加阻尼元件、优化动力参数以及组合式 DVA 都能在一定程度上提高动力吸振器的吸振作用，并且能够小范围增大吸振有效频带。但是，上述的方法在增大吸振频带方面作用十分有限。
近年来，解决传统吸振器有限吸振频率小的问题一直是领域内学者研究的主要方向。随着新的理论、新技术以及新材料的诞生，吸振领域出现了一些新的研究方向，主要有非线性吸振技术、主动式吸振技术以及自适应吸振技术。非线性吸振器在吸振构造上采用了非线性吸振元件。Arnold和 Hunt等学者的研究表明，非线性吸振器不仅能够获得较宽的频带，而且可以提高吸振效率。但是，相关研究表明，非线性因素的引入给主振系统和吸振器本身带来了稳定性问题。有可能在特定条件下出现周期分叉、拟周期、混沌振动等复杂的非线性动力学行为，这些现象将严重影响吸振器的正常工作。由于问题的复杂性，目前大多数非线性自适应吸振器主要提留在实验研究阶段，距离工程实际应用还有不小的一段距离。主动式吸振器采用主动干预的方式减小主振系统的振动，其内部主要包括传感器、控制器以及执行器等部件。控制器根据传感器测量得到的主振系统状态，采用拟定的控制算法得到控制量，控制执行机构做出动作，使执行器对主振系统的作用力与主振系统所受激振力矢量和达到最小，实现对主振系统的减振作用。当执行器对主振系统的作用力与其所受激振力等值且方向相反时，理论上可使主振系统的振幅为零。随着最优控制算法的发展，主动吸振器的研究有了较大的进展。
然而，主动式动力吸振器用于已有设备时由于受到原有设备的限制，研究会相当困难。另一方面，由于反馈环节和执行器环节存在滞后，执行机构产生的力与激振力完全抵消几乎不可能实现，这是一种理想状态。尤其对于特别复杂的振动系统，主振系统可能出现不稳定情况。因此，目前主动式动力吸振器还主要出于理论分析、数值仿真以及实验室研究阶段，实际的工程应用相对较少。
1.2动力吸振器技术的分类及特点
振动控制是振动工程领域内的一个重要分支，是振动研究的出发点与归宿。从广义上说，振动控制包括两方面的内容：一方面是振动的利用，如各类振动机械的研发利用；另一方面是振动的抑制，即尽量减小有害的振动[1]。一般的振动控制指的是对有害振动的抑制。振动控制的任务是通过一定的技术手段使受控对象的振动水平满足人们的预定要求。振动控制技术一般有两种分类方法，一是按控制手段分类，有抑制振源强度、隔振、吸振、阻振、修改结构五种方法；另一种是按振动控制过程中是否需要外部能量分类，分为有源控制和无源控制[1]，而有源控制又称为主动控制，无源控制也称为被动控制[2]。
1.2.1按控制手段分类
1．消振:即消除或减弱振源,这是治本的方法"因为受控对象的响应是由振源(激励)引起的,外因消除或减弱,响应自然也消除或减弱。
2．隔振：在振源和受控对象之间串加一个子系统称之为隔振器，用它减小受控对象对振源激励的响应。
3．吸振：在受控对象上附加一个子系统称之为动力吸振器，用它产生吸振力以减小受控对象对振源激励的响应。
4．阻振：又称阻尼减振。在受控对象上附加阻尼器或阻尼元件，通过消耗能量而使响应减小。
5．结构修改：通过修改受控对象的动力学特性参数使振动满足预定的要求。
1.2.2按振动控制是否需要外部能量分类
1、无源控制
无源控制又称被动控制，是指不需要外部提供能量，仅靠结构的相对运动产生力的。作用就能实现对振动和冲击进行控制的技术。由于其具有结构简单，容易安装，经济性。好，可靠性高，无需外部能源支持等特点，在工程实际中得到广泛应用。但被动控制往。往作用频率范围小，且作用对象振动频率必须已知，这限制了其在更广泛领域的应用。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/qcgc/1802.html
