悬臂梁颗粒阻尼系统减振特性的实验研究

摘要

颗粒阻尼技术于二十世纪九十年代被提出，是一种新兴的振动被动控制技术。该项技术是通过在系统结构振动的传播路径上，在系统结构上加工一定数量的空腔或者在系统结构上外置空腔结构，在其中填充一定数量的金属颗粒或者非金属颗粒。当系统结构受到激励产生振动时，所填充的阻尼颗粒之间通过不断的碰撞与摩擦运动，消耗系统结构所产生的振动能量，能够显著提高系统结构的阻尼特性，从而达到抑制系统振动的目的。颗粒阻尼技术具有多种优点:结构简单、成本低廉、阻尼性能良好，对系统的结构改动较小，且适用于高温、腐蚀等恶劣的工作环境。
　　本文在悬臂梁工件的基础上，通过实验对影响颗粒阻尼性能的影响因素进行了探索研究，主要工作内容包括以下几项:
　　(1)阐述了颗阻尼离散单元法的基本原理及其一般过程，介绍了颗粒间的接触力学模型，并基于接触力学模型介绍了颗粒阻尼技术冲击和摩擦的耗能机理。
　　(2)确定需要考察的影响颗粒阻尼特性的因素，设计加工实验台，包括实验材料的购买，悬臂梁结构的设计和加工，颗粒阻尼器的设计，准备好实验台所需的设备仪器。确定实验方案和目的，介绍了半功率带宽法计算阻尼比的方法原理。
　　(3)针对不同的影响因数，设计不同的实验方案，整理实验获得的数据，并根据数据规律来分析潜在的原因。实验主要分两个部分，包括单筒大容积阻尼器实验和多筒小容积阻尼器实验，实验目的明确有序。
　　(4)实验最后考查颗粒质量对颗粒阻尼性能的影响趋势，对获得的数据进行曲线拟合，并分析误差，尝试给出颗粒阻尼性能的定量化计算，也为以后的相关研究提供一定的数据基础。
　　(5)为了更全面的了解颗粒阻尼特性，本文还设计了其他实验安排，包括相同颗粒质量不同填充率实验，筒径粒径因素实验，颗粒质量相同的情况下单个大容积阻尼器与多个小容积阻尼器的对比实验等，并分析了每个实验规律的潜在原因。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 非阻塞性颗粒阻尼技术的介绍

1．3 NOPD技术的国内外研究现状

1．4 本文的主要研究内容

第2章 NOPD离散单元法及其耗能机理

2．1 引言

2．2 离散单元法

2．2．1 离散元法的基本原理

2．2．2 NOPD的接触力学模型

2．2．3 NOPD的离散单元法的一般过程和方程

2．3 NOPD的耗能机理

2．3．1 NOPD方法的冲击与摩擦机理分析

2．3．2 NOPD系统中能量守恒的研究分析

2．4 小结

第3章 悬臂梁颗粒阻尼系统的实验设计

3．1 引言

3．2 颗粒阻尼实验台的设计

3．2．1 实验阻尼颗粒的选用

3．2．2 阻尼器的设计

3．2．3 悬臂梁的结构设计

3．3 实验设备介绍

3．3．1 激振器

3．3．2 传感器设备

3．3．3 功率放大器

3．3．4 便携式数据采集系统

3．4 实验方案设计

3．4．1 实验设备的连接与测试点的布置

3．4．2 实验方案和目的

3．4．3 半功率带宽法介绍

3．5 小结

第4章 悬臂梁工件的非阻塞性颗粒阻尼实验

4．1 引言

4．2 实验规划流程

4．3 阻尼器对悬臂梁固有特性的影响

4．4 颗粒填充率对颗粒阻尼性能的影响趋势

4．4．1 实验方案设计

4．4．2 实验数据与影响趋势图

4．4．3 实验规律分析

4．5 颗粒粒径对颗粒阻尼性能的影响趋势

4．5．1 实验方案设计

4．5．2 实验数据与影响趋势图

4．5．3 实验规律分析

4．6 阻尼器长径比对颗粒阻尼性能的影响趋势

4．6．1 实验方案设计

4．6．2 实验数据与相关趋势图

4．6．3 实验规律分析

4．7 优化条件下的颗粒填充率对颗粒阻尼性能的影响趋势

4．7．1 实验方案设计

4．7．2 实验数据和相关趋势图

4．7．3 曲线拟合

4．8 颗粒质量对颗粒阻尼性能的影响趋势

4．8．1 实验方案设计

4．8．2 实验数据与影响趋势图

4．8．3 实验规律分析

4．8．4 单简颗粒质量对颗粒阻尼性能的影响的拟合曲线

4．8．5 对比验证实验

4．9 相同颗粒质量不同填充率对颗粒阻尼性能影响的对比实验

4．9．1 实验方案设计

4．9．2 实验数据和影响趋势图

4．9．3 实验规律分析

4．10 筒径粒径比对颗粒阻尼特性的影响趋势

4．10．1 实验方案设计

4．10．2 实验数据和影响趋势图

4．10．3 实验规律分析

4．11 小容积阻尼器长径比对颗粒阻尼性能的影响趋势

4．11．1 实验方案设计

4．11．2 实验数据和影响趋势图

4．11．3 实验规律分析

4．12 多筒排列方式对颗粒阻尼性能的影响趋势

4．12．1 实验方案设计

4．12．2 实验数据与影响趋势

4．12．3 实验规律分析

4．13 多筒情况下颗粒质量对颗粒阻尼性能的影响趋势

4．13．1 实验方案设计

4．13．2 实验数据和影响趋势图

4．13．3 实验规律分析

4．13．4 多筒颗粒质量对颗粒阻尼性能的影响的拟合曲线

4．13．5 对比验证试验

4．14 相同颗粒质量下单个大筒与多个小筒的对比实验

4．14．1 实验方案设计

4．14．2 实验数据和影响趋势图

4．14．3 实验规律分析

4．15 4mm颗粒带油与不带油的对比实验

4．15．1 实验方案设计

4．15．2 实验数据与对比图

4．15．3 实验规律分析

4．16 小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢