为解决纯立方刚度非线性能量阱(Nonlinear Energy Sink,NES)在竖直方向工作时,因重力影响造成的激活阈值过高问题,在中心质量块与NES下底座之间引入支撑弹簧单元,从而构造出一种非对称刚度非光滑NES,通过试验研究该NES的动力学响应。对...为解决纯立方刚度非线性能量阱(Nonlinear Energy Sink,NES)在竖直方向工作时,因重力影响造成的激活阈值过高问题,在中心质量块与NES下底座之间引入支撑弹簧单元,从而构造出一种非对称刚度非光滑NES,通过试验研究该NES的动力学响应。对比分析在简谐激励下非光滑NES与纯立方刚度NES的激活阈值差异。分析水平弹簧刚度和中心质量块质量两个参数对NES激活阈值的影响。结果表明,支撑弹簧单元能够有效降低纯立方刚度NES的激活阈值;通过合理控制水平弹簧刚度和质量块质量,可以使非光滑NES更好地应用于不同频带的减振。展开更多
对非线性能量阱(nonlinear energy sink, NES)在汽车传动系统扭振抑制中的应用进行了研究。根据传动系统的结构和振动特点,建立了简化的3自由度传动系统-NES耦合动力学模型;基于增量谐波平衡法联合增量弧长法,推导并求解了耦合系统的频...对非线性能量阱(nonlinear energy sink, NES)在汽车传动系统扭振抑制中的应用进行了研究。根据传动系统的结构和振动特点,建立了简化的3自由度传动系统-NES耦合动力学模型;基于增量谐波平衡法联合增量弧长法,推导并求解了耦合系统的频率响应,利用Floquet理论对周期解的稳定性进行判断;在频域和时域上对系统的非线性动力学响应及其影响因素进行了分析,并基于能量谱研究了NES的减振性能;最后,基于扩展的5自由度非线性模型对NES进行了参数优化和验证。结果表明,NES的减振性能受其自身刚度、阻尼及发动机激励幅值影响,合理设计NES参数可以高效抑制汽车传动系统的扭转共振,而不恰当的NES参数会促使系统发生高分支周期响应,导致异常振动峰值出现,经优化后的NES可以仅5%的惯量比使传动系统转速波动均方根值降低41.3%,减振效果显著。该研究可为NES在传动系统扭振抑制中的应用及其参数设计提供参考。展开更多
非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)在减振和能量采集领域具有重要价值。尽管立方刚度NES及含立方刚度的双稳态NES已受广泛研究,但精确实现指定立方刚度的方法鲜有讨论。为此针对基于欧拉曲梁实现的NES开展研究,通过减小曲梁回复...非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)在减振和能量采集领域具有重要价值。尽管立方刚度NES及含立方刚度的双稳态NES已受广泛研究,但精确实现指定立方刚度的方法鲜有讨论。为此针对基于欧拉曲梁实现的NES开展研究,通过减小曲梁回复力与一个特定的理想非线性回复力之间的相对偏差,来实现NES中精确的立方刚度。基于欧拉梁理论得到圆弧梁和折线梁的初始刚度公式,用于设计曲梁长度。基于有限元方法求解了不同曲梁形状的非线性回复力,确定了能够实现立方刚度的圆弧梁和折线梁形状,并得到了满足相对偏差要求的临界位移拟合公式。基于以上两个公式总结出一套快速设计曲梁的方法,通过合理调节形状和截面尺寸使曲梁的回复力在需要的变形区间内逼近于理想非线性回复力。与有限元仿真进行对比,推导的解析公式可以对大初始挠度曲梁的初始刚度进行精确计算,设计出的NES回复力与目标之间的相对偏差绝对值小于1%。该设计方法有助于更精准、高效地设计NES,为曲梁实现非线性弹簧提供了新的设计方法。展开更多
基于作者先前提出的具有分段线性刚度的非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)模型,利用遗传算法研究了该NES的参数优化问题.首先,介绍了分段线性刚度NES的结构,并分析了其非线性特性;其次,提出通过对立方曲线端点连线拟合的方法以...基于作者先前提出的具有分段线性刚度的非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)模型,利用遗传算法研究了该NES的参数优化问题.首先,介绍了分段线性刚度NES的结构,并分析了其非线性特性;其次,提出通过对立方曲线端点连线拟合的方法以缩减设计空间,并采用二进制与实数混合编码方式设计了NESs的参数优化方法;最后,以框剪结构-NESs系统为例,研究了NESs在多自由度系统中的优化问题,并通过试验进行了验证.结果表明,采用所提出的优化方法所设计的NESs,能在较宽的激励频率下有效减小振动系统的振幅,可以获得较好的多模态振动抑制效果.展开更多
地下粮仓具有充分利用地下空间和抵抗外部干扰能力强等优点。为研究地下粮仓结构与土场相互作用的动力学特征,以装配式地下粮仓结构中钢桩为研究对象,利用非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)理论,将地下粮仓周围简化为非线性Wink...地下粮仓具有充分利用地下空间和抵抗外部干扰能力强等优点。为研究地下粮仓结构与土场相互作用的动力学特征,以装配式地下粮仓结构中钢桩为研究对象,利用非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)理论,将地下粮仓周围简化为非线性Winkler地基,钢桩简化为简支的Euler-Bernoulli梁。利用Hamilton原理,建立梁-土系统的运动方程;引入地基反力系数,描述土体的非线性刚度;利用增量谐波平衡法,求得运动方程的半解析解,并与数值解对比验证。与不考虑NES效应的结果对比,分析阻尼、质量比和地基反力系数等参数对结构在简谐激励下动力响应的影响,分析不同参数条件下土场对结构振动响应的抑制效果。研究表明:选取合理的阻尼、质量比和地基反力系数等参数时,弹性土体能在宽频带范围内减小结构稳态振动能量,显著降低结构共振能量峰和响应幅值;在经分析所得到的最优参数条件下,振动能量衰减率达99.39%。研究成果进一步阐释了土-结构相互作用效应的减振吸能作用,并为基于NES理论的地下粮仓减振设计提供了理论依据。展开更多
为提高控制装置的减震性能及减小附加阻尼器的质量,基于非对称非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)提出一种附加惯容器的新型控制装置——非对称惯容NES。根据非对称惯容NES系统的工作原理推导出运动方程;在脉冲型荷载作用下进行...为提高控制装置的减震性能及减小附加阻尼器的质量,基于非对称非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)提出一种附加惯容器的新型控制装置——非对称惯容NES。根据非对称惯容NES系统的工作原理推导出运动方程;在脉冲型荷载作用下进行控制参数数值优化,分析非对称惯容NES的能量鲁棒性和频率鲁棒性。分析地震作用下结构与控制装置响应,研究主体结构刚度变化前后的控制性能。应用数值小波变换对体系的地震响应时程进行功率谱分析,从能量的角度研究控制装置的减振机理。研究结果表明,非对称惯容NES具有极强的能量鲁棒性和频率鲁棒性,在地震作用过程中能有效减小顶层加速度峰值且所需行程更小,能在更广频域内与主体结构发生共振,因而其减震效率更高。非对称惯容NES减震控制性能与已有的非对称NES相当甚至更优,并能够减小40%阻尼器质量,在实际应用中具有更广阔的前景。展开更多
研究具有递减参数的串联非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)在冲击和扫频激励下的减振效能;分析阻尼接地方式对减振效能的影响,并将其与单自由度NES进行对比;推导出系统的无量纲动力学方程并利用数值方法进行分析,研究两种串联NE...研究具有递减参数的串联非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)在冲击和扫频激励下的减振效能;分析阻尼接地方式对减振效能的影响,并将其与单自由度NES进行对比;推导出系统的无量纲动力学方程并利用数值方法进行分析,研究两种串联NES中的各级纯立方振子在能量耗散中的作用及其差异。研究结果显示,当激励幅值较低时,阻尼不接地型NES的减振效能要强于阻尼接地型NES,而随着激励幅值的持续增加,在较宽的激励幅值变化范围内衡量减振效能时,阻尼接地型串联NES具有非常明显的优势。此外,各级纯立方振子在能量耗散中发挥的作用随激励幅值的增加而变化,当激励幅值增大到一定程度后,质量最小的第三级振子消耗的能量最多。展开更多
非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)作为一种经典的振动控制技术,近几年在一些研究中被创新性地与振动能量采集技术相结合,取得了一系列的进展。对于桥梁结构健康监测系统而言,传感器的供能问题一直有待改善,探究基于NES的振动能...非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)作为一种经典的振动控制技术,近几年在一些研究中被创新性地与振动能量采集技术相结合,取得了一系列的进展。对于桥梁结构健康监测系统而言,传感器的供能问题一直有待改善,探究基于NES的振动能量采集装置在桥梁结构上的适用性,对于桥梁结构振动能量采集的相关应用具有重要的理论意义和实用价值;以铁路简支梁桥为例,进行了针对基于NES的桥梁振动能量采集装置的适用性的讨论:(1)测试与表征了NES装置的力学特性和系统参数;(2)运用车辆-轨道-桥梁垂向耦合动力学理论和有限元法,评估不同初始激励条件下NES装置的动态响应及其能量采集效果。结果表明,安装于桥梁结构上的NES装置具有弱线性刚度和强非线性刚度特性,对初始能量大小较敏感,只有当初始位移达到一定阈值时,NES-桥梁系统中的靶向能量传递(targeted energy transfer,TET)才会被激发。初始能量低于阈值时,TET无法被激发,NES装置能量采集效率不佳。基于数值分析的结果可知,该NES装置能够在合适的桥梁振动激励下发挥出非线性特性的优势,从而获得良好的能量采集效率。展开更多
作为一类具有非线性刚度的典型非线性被动控制装置,非线性能量阱(nonlinear energy sinks,NESs)以其质量轻、频率鲁棒性强等优势引起了工程领域的广泛关注。目前,针对耦合NES的结构系统动力学研究主要是确定性载荷情形,仅少数涉及随机...作为一类具有非线性刚度的典型非线性被动控制装置,非线性能量阱(nonlinear energy sinks,NESs)以其质量轻、频率鲁棒性强等优势引起了工程领域的广泛关注。目前,针对耦合NES的结构系统动力学研究主要是确定性载荷情形,仅少数涉及随机激励情形的研究。该文章研究了随机激励下耦合NES的单自由度(single-degree-of-freedom,SDOF)结构随机振动的参数优化问题。首先应用加权残值法,将原系统等效为具有精确平稳解的随机动力学系统,理论解和蒙特卡洛解模拟(Monte Carlo solution,MCS)在误差允许范围内吻合,显示所提的数值方法有效;然后利用原系统的平稳响应概率密度函数(probability density function,PDF)的近似解析表达式来构造目标函数,提出了一种以主结构位移与速度响应量均方(mean-square,MS)最小为目标的NES参数优化设计策略,讨论了非线性能量阱的阻尼系数、非线性刚度系数、质量比等参数对减振性能的影响。结果表明,增加NES的质量比与阻尼系数,可以实现较强的减振性能,非线性刚度值对NES的减振性能的影响规律与质量比取值相关。相关工作可为NES的设计与应用提供参考。展开更多
文摘为解决纯立方刚度非线性能量阱(Nonlinear Energy Sink,NES)在竖直方向工作时,因重力影响造成的激活阈值过高问题,在中心质量块与NES下底座之间引入支撑弹簧单元,从而构造出一种非对称刚度非光滑NES,通过试验研究该NES的动力学响应。对比分析在简谐激励下非光滑NES与纯立方刚度NES的激活阈值差异。分析水平弹簧刚度和中心质量块质量两个参数对NES激活阈值的影响。结果表明,支撑弹簧单元能够有效降低纯立方刚度NES的激活阈值;通过合理控制水平弹簧刚度和质量块质量,可以使非光滑NES更好地应用于不同频带的减振。
文摘对非线性能量阱(nonlinear energy sink, NES)在汽车传动系统扭振抑制中的应用进行了研究。根据传动系统的结构和振动特点,建立了简化的3自由度传动系统-NES耦合动力学模型;基于增量谐波平衡法联合增量弧长法,推导并求解了耦合系统的频率响应,利用Floquet理论对周期解的稳定性进行判断;在频域和时域上对系统的非线性动力学响应及其影响因素进行了分析,并基于能量谱研究了NES的减振性能;最后,基于扩展的5自由度非线性模型对NES进行了参数优化和验证。结果表明,NES的减振性能受其自身刚度、阻尼及发动机激励幅值影响,合理设计NES参数可以高效抑制汽车传动系统的扭转共振,而不恰当的NES参数会促使系统发生高分支周期响应,导致异常振动峰值出现,经优化后的NES可以仅5%的惯量比使传动系统转速波动均方根值降低41.3%,减振效果显著。该研究可为NES在传动系统扭振抑制中的应用及其参数设计提供参考。
文摘非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)在减振和能量采集领域具有重要价值。尽管立方刚度NES及含立方刚度的双稳态NES已受广泛研究,但精确实现指定立方刚度的方法鲜有讨论。为此针对基于欧拉曲梁实现的NES开展研究,通过减小曲梁回复力与一个特定的理想非线性回复力之间的相对偏差,来实现NES中精确的立方刚度。基于欧拉梁理论得到圆弧梁和折线梁的初始刚度公式,用于设计曲梁长度。基于有限元方法求解了不同曲梁形状的非线性回复力,确定了能够实现立方刚度的圆弧梁和折线梁形状,并得到了满足相对偏差要求的临界位移拟合公式。基于以上两个公式总结出一套快速设计曲梁的方法,通过合理调节形状和截面尺寸使曲梁的回复力在需要的变形区间内逼近于理想非线性回复力。与有限元仿真进行对比,推导的解析公式可以对大初始挠度曲梁的初始刚度进行精确计算,设计出的NES回复力与目标之间的相对偏差绝对值小于1%。该设计方法有助于更精准、高效地设计NES,为曲梁实现非线性弹簧提供了新的设计方法。
文摘基于作者先前提出的具有分段线性刚度的非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)模型,利用遗传算法研究了该NES的参数优化问题.首先,介绍了分段线性刚度NES的结构,并分析了其非线性特性;其次,提出通过对立方曲线端点连线拟合的方法以缩减设计空间,并采用二进制与实数混合编码方式设计了NESs的参数优化方法;最后,以框剪结构-NESs系统为例,研究了NESs在多自由度系统中的优化问题,并通过试验进行了验证.结果表明,采用所提出的优化方法所设计的NESs,能在较宽的激励频率下有效减小振动系统的振幅,可以获得较好的多模态振动抑制效果.
文摘地下粮仓具有充分利用地下空间和抵抗外部干扰能力强等优点。为研究地下粮仓结构与土场相互作用的动力学特征,以装配式地下粮仓结构中钢桩为研究对象,利用非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)理论,将地下粮仓周围简化为非线性Winkler地基,钢桩简化为简支的Euler-Bernoulli梁。利用Hamilton原理,建立梁-土系统的运动方程;引入地基反力系数,描述土体的非线性刚度;利用增量谐波平衡法,求得运动方程的半解析解,并与数值解对比验证。与不考虑NES效应的结果对比,分析阻尼、质量比和地基反力系数等参数对结构在简谐激励下动力响应的影响,分析不同参数条件下土场对结构振动响应的抑制效果。研究表明:选取合理的阻尼、质量比和地基反力系数等参数时,弹性土体能在宽频带范围内减小结构稳态振动能量,显著降低结构共振能量峰和响应幅值;在经分析所得到的最优参数条件下,振动能量衰减率达99.39%。研究成果进一步阐释了土-结构相互作用效应的减振吸能作用,并为基于NES理论的地下粮仓减振设计提供了理论依据。
文摘为提高控制装置的减震性能及减小附加阻尼器的质量,基于非对称非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)提出一种附加惯容器的新型控制装置——非对称惯容NES。根据非对称惯容NES系统的工作原理推导出运动方程;在脉冲型荷载作用下进行控制参数数值优化,分析非对称惯容NES的能量鲁棒性和频率鲁棒性。分析地震作用下结构与控制装置响应,研究主体结构刚度变化前后的控制性能。应用数值小波变换对体系的地震响应时程进行功率谱分析,从能量的角度研究控制装置的减振机理。研究结果表明,非对称惯容NES具有极强的能量鲁棒性和频率鲁棒性,在地震作用过程中能有效减小顶层加速度峰值且所需行程更小,能在更广频域内与主体结构发生共振,因而其减震效率更高。非对称惯容NES减震控制性能与已有的非对称NES相当甚至更优,并能够减小40%阻尼器质量,在实际应用中具有更广阔的前景。
文摘研究具有递减参数的串联非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)在冲击和扫频激励下的减振效能;分析阻尼接地方式对减振效能的影响,并将其与单自由度NES进行对比;推导出系统的无量纲动力学方程并利用数值方法进行分析,研究两种串联NES中的各级纯立方振子在能量耗散中的作用及其差异。研究结果显示,当激励幅值较低时,阻尼不接地型NES的减振效能要强于阻尼接地型NES,而随着激励幅值的持续增加,在较宽的激励幅值变化范围内衡量减振效能时,阻尼接地型串联NES具有非常明显的优势。此外,各级纯立方振子在能量耗散中发挥的作用随激励幅值的增加而变化,当激励幅值增大到一定程度后,质量最小的第三级振子消耗的能量最多。
文摘非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)作为一种经典的振动控制技术,近几年在一些研究中被创新性地与振动能量采集技术相结合,取得了一系列的进展。对于桥梁结构健康监测系统而言,传感器的供能问题一直有待改善,探究基于NES的振动能量采集装置在桥梁结构上的适用性,对于桥梁结构振动能量采集的相关应用具有重要的理论意义和实用价值;以铁路简支梁桥为例,进行了针对基于NES的桥梁振动能量采集装置的适用性的讨论:(1)测试与表征了NES装置的力学特性和系统参数;(2)运用车辆-轨道-桥梁垂向耦合动力学理论和有限元法,评估不同初始激励条件下NES装置的动态响应及其能量采集效果。结果表明,安装于桥梁结构上的NES装置具有弱线性刚度和强非线性刚度特性,对初始能量大小较敏感,只有当初始位移达到一定阈值时,NES-桥梁系统中的靶向能量传递(targeted energy transfer,TET)才会被激发。初始能量低于阈值时,TET无法被激发,NES装置能量采集效率不佳。基于数值分析的结果可知,该NES装置能够在合适的桥梁振动激励下发挥出非线性特性的优势,从而获得良好的能量采集效率。
文摘作为一类具有非线性刚度的典型非线性被动控制装置,非线性能量阱(nonlinear energy sinks,NESs)以其质量轻、频率鲁棒性强等优势引起了工程领域的广泛关注。目前,针对耦合NES的结构系统动力学研究主要是确定性载荷情形,仅少数涉及随机激励情形的研究。该文章研究了随机激励下耦合NES的单自由度(single-degree-of-freedom,SDOF)结构随机振动的参数优化问题。首先应用加权残值法,将原系统等效为具有精确平稳解的随机动力学系统,理论解和蒙特卡洛解模拟(Monte Carlo solution,MCS)在误差允许范围内吻合,显示所提的数值方法有效;然后利用原系统的平稳响应概率密度函数(probability density function,PDF)的近似解析表达式来构造目标函数,提出了一种以主结构位移与速度响应量均方(mean-square,MS)最小为目标的NES参数优化设计策略,讨论了非线性能量阱的阻尼系数、非线性刚度系数、质量比等参数对减振性能的影响。结果表明,增加NES的质量比与阻尼系数,可以实现较强的减振性能,非线性刚度值对NES的减振性能的影响规律与质量比取值相关。相关工作可为NES的设计与应用提供参考。
