一种可调节的非线性动力吸振器及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种可调节的非线性动力吸振器及系统，其技术方案为：包括调谐质量块，其滑动连接于支撑板表面，调谐质量块与支撑板两端之间分别转动连接有第一剪叉式结构；第一剪叉式结构安装有第二剪叉式结构和阻尼器，第二剪叉式结构和阻尼器均能够通过伸缩带动第一剪叉式结构伸缩，第二剪叉式结构配合有带动其伸缩的弹性元件；弹性元件的伸缩方向与调谐质量块的滑动方向平行，且与阻尼器的阻尼方向相互垂直，以使第一剪叉式结构、第二剪叉式结构运动时通过几何非线性作用实现吸振。本发明专利技术的刚度和阻尼特性均可调，并且可以利用线性元件实现非线性刚度、阻尼、超低固有频率，解决传统非线性吸振器无法消除的杜芬(Duff i ng)系统不稳定问题。不稳定问题。不稳定问题。

【技术实现步骤摘要】
一种可调节的非线性动力吸振器及系统


[0001]本专利技术涉及振动抑制/吸振
，尤其涉及一种可调节的非线性动力吸振器及系统。

技术介绍

[0002]在许多工程实践中，振动控制是一项关键任务。相对于主动控制方法，被动振控制为结构的振动控制提供了更有利的解决方案，该方案节能，可靠，稳定且经济。在某些工程实践中，动力振动吸振器(DVA)或调谐质量阻尼器(TMD)是一种有效的无源设备，可以通过传递和耗散主结构的能量来抑制主结构/系统(受保护物体)的振动幅度。TMD是通过弹簧和阻尼器连接到主振动系统的附加质量块。传统线性调谐质量阻尼器(LTMD)的数学优化方法为线性TMD系统的不动点理论，并获得了闭式解。这种定点理论奠定了TMD系统理论分析的基础，并在以后得到广泛应用。
[0003]尽管LTMD系统因其简单性而广泛用于振动抑制，但仍不能忽略某些缺点。其中一个是在谐振频率范围内过窄的抑制带宽；通过使用软化的非线性贝勒维尔弹簧，振动抑制带宽可以加倍。优化目标可分为最小化主系统共振的最大响应幅度(即优化)或最小化全频范围内的总振动能量(即优化)。对于具有无阻尼主结构的LTMD系统，已经得到了精确的解析解。但是，当主系统具有阻尼时，很难获得理论上的精确解。当主系统包含阻尼元件时，仅得到了数值优化解。对于非线性调谐质量阻尼器(NTMD)系统，由于NTMD的动力学方程是非线性且耦合的，因此进行理论上的优化分析更加困难。在进行任何简化或线性化处理之前，无法以显式函数来表示优化的目标函数。
[0004]尽管困难，但近年来NTMD的优化分析引起了很多关注。原因是在工程实践中，大多数TMD或主系统具有固有的非线性元素(非线性刚度/非线性阻尼)。NTMD系统在许多情况下都显示出明显的优势。例如，如前所述，软化的非线性刚度可使频率响应曲线中主结构的振动抑制带宽增加一倍。由鞍形节点分叉引起的跳跃和滞后现象可能发生在非线性主振动结构的稳态响应中，而LTMD无法抑制主结构的这些不稳定分叉。与LTMD相比，最优设计的NTMD可以帮助抑制非线性主结构的大幅度响应和不稳定问题。例如，与杜芬(Duffing)系统耦合的NTMD的减振性能，鲁棒性和敏感性都优于线性系统。例如当激励幅度大时，可能会激发主系统强非线性问题，例如分叉，不稳定和分离的共振曲线。但是，目前非线性吸振器普遍存在无法消除的杜芬(Duffing)系统不稳定问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种可调节的非线性动力吸振器及系统，其刚度和阻尼特性均可调，并且可以利用线性元件实现非线性刚度、阻尼、超低固有频率，解决传统非线性吸振器无法消除的杜芬(Duffing)系统不稳定问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0007]第一方面，本专利技术的实施例提供了一种可调节的非线性动力吸振器，包括调谐质
量块，其滑动连接于支撑板表面，调谐质量块与支撑板两端之间分别转动连接有第一剪叉式结构；第一剪叉式结构安装有第二剪叉式结构和阻尼器，第二剪叉式结构和阻尼器均能够通过伸缩带动第一剪叉式结构伸缩，第二剪叉式结构配合有带动其伸缩的弹性元件；
[0008]弹性元件的伸缩方向与调谐质量块的滑动方向平行，且与阻尼器的阻尼方向相互垂直，以使第一剪叉式结构、第二剪叉式结构运动时通过几何非线性作用实现吸振。
[0009]作为进一步的实现方式，所述第一剪叉式结构包括至少一个第一X型单元，第一X型单元沿调谐质量块的滑动方向一侧安装第二剪叉式结构，另一侧安装阻尼器。
[0010]作为进一步的实现方式，所述第二剪叉式结构包括多个转动连接的第二X型单元，第二X型单元沿垂直于调谐质量块滑动方向的两侧对称安装弹性单元。
[0011]作为进一步的实现方式，所述第二剪叉式结构连接于第一剪叉式结构靠近支撑板端部的一端，阻尼器连接于第一剪叉式结构靠近调谐质量块的一端。
[0012]作为进一步的实现方式，所述第一剪叉式结构通过转轴及安装于转轴外侧的轴承与调谐质量块和/或支撑板连接；
[0013]或者，第一剪叉式结构通过铰链与调谐质量块和/或支撑板连接。
[0014]作为进一步的实现方式，所述第二剪叉式结构通过转轴及安装于转轴外侧的轴承与第一剪叉式结构连接；
[0015]或者，第二剪叉式结构通过铰链与第一剪叉式结构连接。
[0016]作为进一步的实现方式，所述支撑板表面安装导轨，调谐质量块与导轨滑动连接。
[0017]作为进一步的实现方式，所述支撑板为U型结构。
[0018]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种可调节的非线性动力吸振系统，包括所述的吸振器。
[0019]作为进一步的实现方式，还包括主结构，所述吸振器与主结构可拆卸连接。
[0020]本专利技术的有益效果如下：
[0021](1)本专利技术的一个或多个实施方式通过设置具有X型单元的第一剪叉式结构、第二剪叉式结构，可以获得有利的非线性阻尼和可调的准零刚度，可以显着提高系统参数的鲁棒性；通过第一剪叉式结构、第二剪叉式结构之间相互作用不仅能实现非线性的刚度和阻尼效果，同时这种互相耦合作用进一步放大非线性的刚度和阻尼效果，实现更强的吸振效果。
[0022](2)本专利技术的一个或多个实施方式的X吸振器通过增加非线性LLS刚度，可以显著加宽振动抑制带宽，并具有较低的共振峰；该特性有利于在特定频率范围内，例如在共振时的振动抑制；X吸振器可以成功地消除传统非线性调吸振器无法消除杜芬主结构的不稳定性问题，例如分叉和分离的共振曲线。
[0023](3)本专利技术的一个或多个实施方式的剪叉式结构与阻尼器和弹性元件配合使用，可以实现有利的非线性刚度和阻尼，可调节的、可优化设计的刚度比和阻尼比来实现最优的吸振效果。
附图说明
[0024]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0025]图1是本专利技术根据一个或多个实施方式的立体图；
[0026]图2是本专利技术根据一个或多个实施方式的俯视图；
[0027]图3是本专利技术根据一个或多个实施方式的主视图；
[0028]图4是本专利技术根据一个或多个实施方式的第一剪叉式结构示意图；
[0029]图5是本专利技术根据一个或多个实施方式的第二剪叉式结构示意图；
[0030]图6(a)是本专利技术根据一个或多个实施方式的
‑
50％阻尼系数敏感性分析图；
[0031]图6(b)是本专利技术根据一个或多个实施方式的
‑
87.5％阻尼系数敏感性分析图；
[0032]图6(c)是本专利技术根据一个或多个实施方式的+25％阻尼系数敏感性分析图；
[0033]图7是X吸振器(NTMD)与线性吸振器(LTMD)的振动抑制带宽比较图；
[0034]图8是传统非线性吸振器与X吸振器的振动抑制带宽比较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调节的非线性动力吸振器，其特征在于，包括调谐质量块，其滑动连接于支撑板表面，调谐质量块与支撑板两端之间分别转动连接有第一剪叉式结构；第一剪叉式结构安装有第二剪叉式结构和阻尼器，第二剪叉式结构和阻尼器均能够通过伸缩带动第一剪叉式结构伸缩，第二剪叉式结构配合有带动其伸缩的弹性元件；弹性元件的伸缩方向与调谐质量块的滑动方向平行，且与阻尼器的阻尼方向相互垂直，以使第一剪叉式结构、第二剪叉式结构运动时通过几何非线性作用实现吸振。2.根据权利要求1所述的一种可调节的非线性动力吸振器，其特征在于，所述第一剪叉式结构包括至少一个第一X型单元，第一X型单元沿调谐质量块的滑动方向一侧安装第二剪叉式结构，另一侧安装阻尼器。3.根据权利要求1或2所述的一种可调节的非线性动力吸振器，其特征在于，所述第二剪叉式结构包括多个转动连接的第二X型单元，第二X型单元沿垂直于调谐质量块滑动方向的两侧对称安装弹性单元。4.根据权利要求2所述的一种可调节的非线性动力吸振器，其特征在于，所述第二剪叉式结构连接于第一剪叉式结构靠...

【专利技术属性】
技术研发人员：景兴建，
申请(专利权)人：景兴建，
类型：发明
国别省市：