基于压电主动调谐的非线性吸振器设计

摘要

汽车在行驶过程中受到胎噪、风噪以及发动机等混合噪声，频率从几十到上千赫兹不等，会严重影响汽车零部件的疲劳寿命和驾驶员的身心健康。传统线性调谐阻尼吸振器存在带宽窄、大范围减振效率低和尺寸大等不足，难以满足车辆低频和随机振动的减振需求。近年来，非线性减振器在低频、大带宽减振方面具有显著的优势，在发动机减振、抑制机翼气动失稳和建筑减振等领域具有重要的应用需求。难点在于，非线性吸振器的高效减振效率严重依赖于外界载荷幅值，从而限制了其在宽频域减振方面的应用。 本文针对双稳态非线性减振器存在的载荷幅值依赖问题，提出了基于主动补偿的高效减振器设计方案，建立了其动力学分析模型，并完成了实验验证。具体工作包括： （1）提出了基于线性和双稳态组合梁结构的非线性吸振器动力学设计模型，基于龙格库塔法求解了不同载荷环境下非线性吸振器的减振效率，研究了影响非线性吸振器减振效率的关键参数，得到了非线性减振器高效减振的外界载荷条件（即载荷阈值）。结果表明，吸振器有效工作前后的减振效率偏差达30%； （2）设计制作了钢质悬臂梁和铜质双稳态梁的实验模型，建立了基于线性和双稳态组合梁结构的非线性吸振器，搭建了电驱动激励和激光位移测距的实验平台，并对非线性吸振器进行了振动试验，测试了吸振器减振效率，并与仿真对比，验证了理论建模的正确性； （3）引入压电驱动模块，提出了采用压电补偿外界载荷以达到减振器工作阈值要求的设计方案，建立了基于压电补偿的非线性吸振器动力学设计模型，提出了有效的压电补偿策略，使减振器的减振效率提高了20%。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 双稳态结构特性

1.3 主要研究内容

2 基于双稳态余弦梁结构的非线性吸振器设计

2.1 非线性吸振器结构

2.2 线性悬臂梁动力学模型

2.3 非线性余弦梁动力学模型

2.4 非线性耦合梁系统的动力学模型

2.5 本章小结

3 双稳态非线性吸振系统实验

3.1 非线性吸振器动态特性分析

3.2 非线性系统响应实验

3.2.1 分岔跳跃系统动力学实验

3.2.2 实验与仿真结果对比

3.3 本章小结

4 基于压电主动补偿的非线性吸振器的设计与控制

4.1 压电主动控制非线性吸振器系统动力学模型

4.1.1 压电悬臂梁振型函数

4.1.2 带压电驱动耦合系统的动力学模型

4.2 基于压电主动补偿的非线性吸振器的控制策略

4.2.1 带压电驱动减振系统的频响特性

4.2.2 频率对压电驱动补偿性能影响

4.2.3 压电驱动幅值对补偿效果的影响

4.4 本章小结

结论

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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