大跨桥梁多模态涡激振动控制受限于传统线性吸振器的窄频特性。非线性能量阱惯容器(nonlinear energy sink inerter,NESI)结合宽频吸振与质量放大效应,具备多模态控制潜力,但其性能易受自质量、装配误差等附加位移影响。针对桥梁风致多...大跨桥梁多模态涡激振动控制受限于传统线性吸振器的窄频特性。非线性能量阱惯容器(nonlinear energy sink inerter,NESI)结合宽频吸振与质量放大效应,具备多模态控制潜力,但其性能易受自质量、装配误差等附加位移影响。针对桥梁风致多模态涡激振动控制,提出基于NESI的控制方法。通过理论分析与数值模拟,研究了附加位移效应对NESI控制性能的影响。研究表明,附加位移导致NESI刚度与阻尼的有效参数范围偏移,引发1∶2次频率比共振,涡激振动抑制效率降低53.7%。此外,相较于阻尼比,NESI的控制性能对桥梁模态频率和初始激励幅值更为敏感。当存在附加位移时,NESI控制性能对频率比和激励幅值变化均表现出显著退化,尤其在频率比小于1区域内性能波动剧烈。进一步研究表明,适当提高质量比与惯质比虽可在一定程度上缓解附加位移带来的性能损失,但在频率比小于1的条件下仍难以实现稳定控制。展开更多
涡激振动能量转换装置涉及水流-圆柱型钝体-发电机之间复杂的流固电耦合问题。将非线性回复力、单向离合器和齿轮齿条机构引入到涡激振动俘能装置中,提出了一种三稳态涡激振动俘能装置,实现了将钝体的往复振动转化为驱动转子发电机单向...涡激振动能量转换装置涉及水流-圆柱型钝体-发电机之间复杂的流固电耦合问题。将非线性回复力、单向离合器和齿轮齿条机构引入到涡激振动俘能装置中,提出了一种三稳态涡激振动俘能装置,实现了将钝体的往复振动转化为驱动转子发电机单向转动的传动方案,采用Van der Pol方程描述流固耦合,建立了力学模型和考虑流固电耦合动力学方程。借助数值仿真,与双稳态涡激振动俘能装置的动力学响应和发电功率进行对比,证明了三稳态涡激振动俘能装置的优势。进一步获得了俘能装置中质量比、钝体直径和负载电阻对发电功率的影响规律,给出了某一流速下俘能装置出现最大发电功率的最佳结构参数,最后分析了飞轮惯量大小对发电功率的影响。展开更多
文摘大跨桥梁多模态涡激振动控制受限于传统线性吸振器的窄频特性。非线性能量阱惯容器(nonlinear energy sink inerter,NESI)结合宽频吸振与质量放大效应,具备多模态控制潜力,但其性能易受自质量、装配误差等附加位移影响。针对桥梁风致多模态涡激振动控制,提出基于NESI的控制方法。通过理论分析与数值模拟,研究了附加位移效应对NESI控制性能的影响。研究表明,附加位移导致NESI刚度与阻尼的有效参数范围偏移,引发1∶2次频率比共振,涡激振动抑制效率降低53.7%。此外,相较于阻尼比,NESI的控制性能对桥梁模态频率和初始激励幅值更为敏感。当存在附加位移时,NESI控制性能对频率比和激励幅值变化均表现出显著退化,尤其在频率比小于1区域内性能波动剧烈。进一步研究表明,适当提高质量比与惯质比虽可在一定程度上缓解附加位移带来的性能损失,但在频率比小于1的条件下仍难以实现稳定控制。
文摘利用线性弹簧斜向布置的几何非线性产生非线性恢复力,提出了引入非线性恢复力的水下涡激振动(VIV)发电系统.该系统通过单向轴承、齿轮齿条机构、增速箱和转子发电机,将钝体横向往复运动转变为发电机的单向旋转运动.建立了综合考虑流-固-电耦合的水下涡激振动发电系统动力学方程,利用非线性振动理论,获得了钝体非线性振动的静态平衡点分岔和不同稳态运动的区间,重点研究了PF-2SN和2PF-2SN两种静态分岔情况下钝体的非线性动力学行为,获得了不同流速下钝体振动的Poincaré映射、相图和幅频图,分析了钝体在单周期小幅运动、大幅混沌运动和准周期大幅运动等运动模式下的振动行为及运动规律,并计算了在钝体处于不同稳态运动时的发电机功率.结果表明:在PF-2SN分岔方式中,系统处于二稳态运动时的振动和发电具有明显优势,平均振幅比为2.18、发电功率最大值为24.45 W.而在2PF-2SN分岔方式中,系统处于三稳态运动时的振动和发电更具优势,平均振幅比为1.98、发电功率最大值为18.32 W.
文摘涡激振动能量转换装置涉及水流-圆柱型钝体-发电机之间复杂的流固电耦合问题。将非线性回复力、单向离合器和齿轮齿条机构引入到涡激振动俘能装置中,提出了一种三稳态涡激振动俘能装置,实现了将钝体的往复振动转化为驱动转子发电机单向转动的传动方案,采用Van der Pol方程描述流固耦合,建立了力学模型和考虑流固电耦合动力学方程。借助数值仿真,与双稳态涡激振动俘能装置的动力学响应和发电功率进行对比,证明了三稳态涡激振动俘能装置的优势。进一步获得了俘能装置中质量比、钝体直径和负载电阻对发电功率的影响规律,给出了某一流速下俘能装置出现最大发电功率的最佳结构参数,最后分析了飞轮惯量大小对发电功率的影响。
