用于飞轮微振动抑制的黏弹性-干摩擦阻尼环设计
发布时间：2021-03-25 12:28
工程界采用阻尼环抑制飞轮的发射段振动放大和在轨微振动,其抑振机理之一为动力吸振器。受飞轮工作环境的宽域温差影响,阻尼环中采用的黏弹性材料的阻尼和刚度性能将发生变化,破坏有阻尼动力吸振器工作的最优参数条件。针对该问题,进一步研究阻尼环各界面可能存在的干摩擦阻尼的影响机理。建立了黏弹性-干摩擦阻尼环-飞轮系统的多自由度集中参数模型,首先不考虑干摩擦阻尼,根据飞轮系统的有效模态质量确定了黏弹性阻尼环的最优参数;然后以该最优参数为初值,利用遗传算法得到了干摩擦阻尼环和黏弹性-干摩擦阻尼环的最优参数。对比分析了黏弹性阻尼环、干摩擦阻尼环和黏弹性-干摩擦阻尼环在最优参数及非最优参数下飞轮传递到基础的扰动力响应。结果表明,干摩擦阻尼能进一步拓宽黏弹性阻尼环的抑振频率范围,并提高其鲁棒性。
【文章来源】：机械工程学报. 2020,56(23)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
摩擦力滞回曲线
哟サ愕奈灰疲??图5所示。表3优化变量的初值、变化范围及最优值参数初值变化范围最优值阻尼环刚度rk0.0280±50%0.0264切向刚度tk1[0.5,5]3.0860极限摩擦力κ0.3±50%0.2199由图4可见，在两个峰值之间干摩擦阻尼环和黏弹性阻尼环的抑振效果接近，但是在两个峰值处响应曲线出现跳跃现象，可知若只采用干摩擦阻尼抑制飞轮振动，干摩擦阻尼的抑振效果不稳定。图4不同阻尼环时的传递力及位移响应图5a、5b中，倾斜段(1-2、3-4)和水平段(2-3、4-1)分别对应摩擦接触点的黏滞状态和滑移状态；由图5b可见，摩擦接触点的位移Xd始终与飞轮和阻尼环的相对位移Z保持同步变化；由于切向刚度大于阻尼环刚度的3倍(3tk)，因此摩擦接触点处于滑移状态的时间大于其处于黏滞状态的时间，同时摩擦接触点的位移dX与飞轮和阻尼环的相对位移Z大小接近。图5b中摩擦接触点的位移变化情况和图5a中摩擦力滞回曲线的分段特性具有如下对应关系：对于黏滞状态1-2段，摩擦接触点的位移dX不变(极大值)，摩擦力nlF、飞轮和阻尼环的相对位移Z及位移差dXZ均由极大值减小至滑移状态出现；对于滑移状态2-3段，摩擦力nlF和位移差dXZ不变，
?(极小值)，摩擦力nlF、飞轮和阻尼环的相对位移Z及位移差dXZ均由极小值增大至滑移状态出现；对于滑移状态4-1段，摩擦力nlF和位移差dXZ不变，摩擦接触点的位移dX及飞轮和阻尼环的相对位移Z均继续增大至黏滞状态出现。一个完整的摩擦力滞回环的形成过程，是摩擦接触点的状态周期性变化的结果。图5摩擦力滞回曲线及摩擦接触点的位移为了找出图4中跳跃现象产生的原因，计算两个跳跃点处飞轮和阻尼环的相对位移、摩擦接触点的位移及摩擦力滞回曲线，如图6～8所示。首先由图5可知，在两个峰值对应的频率之间(如g1处)，阻尼环有动力吸振的作用，此时图5a中的摩擦力曲线是滞回环。图6和图7表明，当远离峰值对应的频率时(如低频g5.0处或高频g5.1处)，飞轮和阻尼环的相对位移及摩擦接触点的位移都接近0，可知阻尼环基本没有动力吸振的作用，此时图8中的滞回环(g5.0和g5.1)趋近于直线。考虑频率由小到大变化，由图6a和图7a可见，从第一处跳跃出现，飞轮和阻尼环的相对位移及摩擦接触点的位移在很窄的频率范围内迅速变大，可知第一处跳跃是阻尼环的动力吸振效果产生(g5870.0)并增强(g0878.0)的过程；此时图8a中滞回环的包络面积也迅速变大，表明摩擦阻尼在一个振动周期内消耗的能量增加。由图6b和图7b可见，从第二处跳跃出现，飞轮和阻尼环的相对位移及摩擦接触点的位移在很窄的频率范围内迅速变小，可知第二处跳跃是阻尼环的动力吸振效果开始减弱(g7080.1)并消失(g5099.1)的过程；此时图8b中滞回环的包络面积也迅速变小，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于含阻尼薄板结构减振的分布式动力吸振器的优化方法研究[J]. 朱学治,刘潇翔,焦映厚,陈照波. 振动与冲击. 2019(11)
[2]发射段阻尼环对飞轮轮体振动放大的黏弹性阻尼动力吸振抑振机理分析和实验研究[J]. 黄修长,丁泉惠,王勇,王森,华宏星. 振动与冲击. 2019(09)
[3]干摩擦阻尼器对宽频多阶次激励减振效果分析[J]. 李琳,刘久周,李超. 航空动力学报. 2016(09)
[4]干摩擦动力吸振器简谐激励响应计算的最优化方法研究[J]. 白鸿柏,张培林,黄协清. 振动与冲击. 2000(03)
博士论文
[1]舱筏隔振系统声学设计及优化、控制[D]. 黄修长.上海交通大学 2011
本文编号：3099683
【文章来源】：机械工程学报. 2020,56(23)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
摩擦力滞回曲线
哟サ愕奈灰疲??图5所示。表3优化变量的初值、变化范围及最优值参数初值变化范围最优值阻尼环刚度rk0.0280±50%0.0264切向刚度tk1[0.5,5]3.0860极限摩擦力κ0.3±50%0.2199由图4可见，在两个峰值之间干摩擦阻尼环和黏弹性阻尼环的抑振效果接近，但是在两个峰值处响应曲线出现跳跃现象，可知若只采用干摩擦阻尼抑制飞轮振动，干摩擦阻尼的抑振效果不稳定。图4不同阻尼环时的传递力及位移响应图5a、5b中，倾斜段(1-2、3-4)和水平段(2-3、4-1)分别对应摩擦接触点的黏滞状态和滑移状态；由图5b可见，摩擦接触点的位移Xd始终与飞轮和阻尼环的相对位移Z保持同步变化；由于切向刚度大于阻尼环刚度的3倍(3tk)，因此摩擦接触点处于滑移状态的时间大于其处于黏滞状态的时间，同时摩擦接触点的位移dX与飞轮和阻尼环的相对位移Z大小接近。图5b中摩擦接触点的位移变化情况和图5a中摩擦力滞回曲线的分段特性具有如下对应关系：对于黏滞状态1-2段，摩擦接触点的位移dX不变(极大值)，摩擦力nlF、飞轮和阻尼环的相对位移Z及位移差dXZ均由极大值减小至滑移状态出现；对于滑移状态2-3段，摩擦力nlF和位移差dXZ不变，
?(极小值)，摩擦力nlF、飞轮和阻尼环的相对位移Z及位移差dXZ均由极小值增大至滑移状态出现；对于滑移状态4-1段，摩擦力nlF和位移差dXZ不变，摩擦接触点的位移dX及飞轮和阻尼环的相对位移Z均继续增大至黏滞状态出现。一个完整的摩擦力滞回环的形成过程，是摩擦接触点的状态周期性变化的结果。图5摩擦力滞回曲线及摩擦接触点的位移为了找出图4中跳跃现象产生的原因，计算两个跳跃点处飞轮和阻尼环的相对位移、摩擦接触点的位移及摩擦力滞回曲线，如图6～8所示。首先由图5可知，在两个峰值对应的频率之间(如g1处)，阻尼环有动力吸振的作用，此时图5a中的摩擦力曲线是滞回环。图6和图7表明，当远离峰值对应的频率时(如低频g5.0处或高频g5.1处)，飞轮和阻尼环的相对位移及摩擦接触点的位移都接近0，可知阻尼环基本没有动力吸振的作用，此时图8中的滞回环(g5.0和g5.1)趋近于直线。考虑频率由小到大变化，由图6a和图7a可见，从第一处跳跃出现，飞轮和阻尼环的相对位移及摩擦接触点的位移在很窄的频率范围内迅速变大，可知第一处跳跃是阻尼环的动力吸振效果产生(g5870.0)并增强(g0878.0)的过程；此时图8a中滞回环的包络面积也迅速变大，表明摩擦阻尼在一个振动周期内消耗的能量增加。由图6b和图7b可见，从第二处跳跃出现，飞轮和阻尼环的相对位移及摩擦接触点的位移在很窄的频率范围内迅速变小，可知第二处跳跃是阻尼环的动力吸振效果开始减弱(g7080.1)并消失(g5099.1)的过程；此时图8b中滞回环的包络面积也迅速变小，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于含阻尼薄板结构减振的分布式动力吸振器的优化方法研究[J]. 朱学治,刘潇翔,焦映厚,陈照波. 振动与冲击. 2019(11)
[2]发射段阻尼环对飞轮轮体振动放大的黏弹性阻尼动力吸振抑振机理分析和实验研究[J]. 黄修长,丁泉惠,王勇,王森,华宏星. 振动与冲击. 2019(09)
[3]干摩擦阻尼器对宽频多阶次激励减振效果分析[J]. 李琳,刘久周,李超. 航空动力学报. 2016(09)
[4]干摩擦动力吸振器简谐激励响应计算的最优化方法研究[J]. 白鸿柏,张培林,黄协清. 振动与冲击. 2000(03)
博士论文
[1]舱筏隔振系统声学设计及优化、控制[D]. 黄修长.上海交通大学 2011
本文编号：3099683
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