發(fā)布時間：2021-12-22 13:26

　　現(xiàn)代旋轉(zhuǎn)機械需要結(jié)構(gòu)簡單且具有寬頻抑振范圍的抑振裝置,因此研發(fā)了一種具有分段線性非線性剛度的非線性能量阱（Nonlinearenergysink,NES）。首先介紹了該非線性能量阱的結(jié)構(gòu)和工作原理;其次分析了非線性能量阱的剛度和阻尼特性,并建立了轉(zhuǎn)子-非線性能量阱系統(tǒng)的動力學(xué)方程;之后,采用數(shù)值方法分析了非線性能量阱在各向同性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和各向異性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的振動抑制效果,并對其寬頻抑振能力進行了驗證;最后,建立試驗系統(tǒng)驗證了非線性能量阱的效果。研究結(jié)果表明,該非線性能量阱對于各向同性和各向異性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)都有很好的振動抑制能力,數(shù)值仿真最佳抑振率達到68%,試驗最佳抑振率達到67%。 

【文章來源】：機械工程學(xué)報. 2020,56(15)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

NES結(jié)構(gòu)及原理

機械工程學(xué)報第56卷第15期期192NES大致可按結(jié)構(gòu)分為四類：剛度為多項式形式(以立方非線性為主)[5]、沖擊式[8]、自身旋轉(zhuǎn)式[7]、雙穩(wěn)定式[9]。目前NES已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航天結(jié)構(gòu)[10]、地面建筑[11]、機床等[12]很多方面的減振中。針對旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的NES也很多，例如文獻[13]研究了NES對轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)振動的抑制、文獻[14]研究了旋轉(zhuǎn)梁的NES振動控制方法、文獻[15]對比了中空轉(zhuǎn)子中線性吸振器和NES的效果、文獻[16]研究了NES對航空發(fā)動機多頻激勵振動抑制的效果。文獻[17]設(shè)計了一種正負剛度聯(lián)用的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)NES，并理論分析了該NES的振動抑制有效性。以上研究充分表明了NES在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動抑制中的有效性。但是，目前的文獻理論分析較多，實驗研究較少，且文獻中NES的具體結(jié)構(gòu)描述較少。因此，本文提出了一種應(yīng)用于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的NES的具體結(jié)構(gòu)，理論分析其有效性，并進行了試驗驗證。1NES結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)子-NES系統(tǒng)動力學(xué)微分方程1.1NES結(jié)構(gòu)所提出的NES結(jié)構(gòu)如圖1a所示，NES分為4部分：內(nèi)支撐、彈性桿、NES質(zhì)量、外支撐。內(nèi)支撐里具有滾動軸承，可以保證NES繞軸旋轉(zhuǎn)；彈性桿(圖1b)包括連接桿和分段剛度桿；NES質(zhì)量和支撐之間通過連接桿相連；外支撐包括支架和彈簧，彈簧與NES質(zhì)量相連，保證其不能隨軸旋轉(zhuǎn)。圖1NES結(jié)構(gòu)及原理本NES結(jié)構(gòu)的工作原理是：NES質(zhì)量上不同直徑的孔與分段剛度桿之間有間隙(圖2a)，隨著振幅的增大，與NES質(zhì)量有間隙的分段剛度桿逐一與NES質(zhì)量接觸，因此其剛度分段線性變化，其彈性回復(fù)力呈現(xiàn)分段非線性特性(圖2b)

月2020年8月姚紅良等：非線性能量阱在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動抑制中的應(yīng)用1931.3轉(zhuǎn)子-NES系統(tǒng)的動力學(xué)方程假設(shè)所考慮的是各向異性的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其質(zhì)量為m，其剛度和阻尼分別為kx，ky和cx，cy。將NES添加到轉(zhuǎn)子系統(tǒng)構(gòu)成轉(zhuǎn)子-NES系統(tǒng)后，其動力學(xué)模型如圖4所示。圖4轉(zhuǎn)子-NES系統(tǒng)的動力學(xué)模型根據(jù)該模型，可以得到轉(zhuǎn)子-NES系統(tǒng)的動力學(xué)方程為000101()()()cos(2π)()()()sin(2π)()()()0()()()xxnnnnnxnyynnnnnynnnnnnnnxnnnnnnnnnnynnmxcxkxcxxkxxfxxFftmycykycyykyyfyyFftmxcxxkxxfxxkxmycyykyyfyyky0n(5)式中，F(xiàn)為外激勵幅值；f為外激勵頻率。2數(shù)值仿真分析2.1各向同性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)假設(shè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為各向同性，其參數(shù)如表1所示。表1轉(zhuǎn)子系統(tǒng)參數(shù)參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值質(zhì)量m/kg1阻尼c/(N·s·m1)6剛度k/(N·m-1)76400質(zhì)量mn/kg0.08長度l/mm50直徑d0/mm0.7直徑d1/mm2直徑d2/mm2.38直徑d3/mm2.63直徑d4/mm2.83阻尼cn/(N·s·m1)3剛度kn0/(N·m1)1000彈性模量E/Pa2.1×1011分段線性桿與NES質(zhì)量之間的間隙決定了分段線性剛度的大小，因此采用兩種情況，第1種為小間隙：1e0.5mm、2e1.0mm、3e1.5mm、4e2.0mm；第2種為大間隙：1e0.75mm、2e1.5mm、3e2.25mm、4e3.0mm。首先分析無NES時轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的響應(yīng)。設(shè)外激勵為不平衡激勵，偏心大小為5r310m。則外激勵幅值為2Fmr(2πf)。采用龍格庫塔方法數(shù)值計算穩(wěn)態(tài)?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于非線性能量阱的雙頻激勵非線性系統(tǒng)減振[J]. 孫斌,吳志強.  應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué). 2017(11)
[2]軌道型非線性能量阱對高層結(jié)構(gòu)脈動風(fēng)振的控制仿真[J]. 劉中坡,烏建中,王菁菁,呂西林.  振動工程學(xué)報. 2016(06)
[3]轉(zhuǎn)子系統(tǒng)永磁變剛度抑振及吸振研究[J]. 姚紅良,王重陽,陳子冬,聞邦椿.  機械工程學(xué)報. 2017(09)
[4]鼠籠式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器用于轉(zhuǎn)子振動控制的研究[J]. 張震坤,何立東,黃秀金,黃文超.  北京化工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2015(03)



本文編號：3546463