基于接触力学的颗粒阻尼器形状及材料参数对耗能减振影响的研究

摘要

颗粒阻尼技术是二十世纪九十年代在振动控制领域新出现的一种振动被动控制新技术。该技术利用振动构件上现存的或附加的空腔，将颗粒体填入其中，结构振动时颗粒体之间以及颗粒体与构件之间产生碰撞和摩擦，将机械能转化为热能和声能，产生阻尼效应;同时颗粒体与结构间的动量交换也能起到抑制振动的作用。颗粒阻尼具有应用环境范围广、对原结构改动小、产生的附加质量小、减振效果明显等优点，具有明显的应用前景。
　　目前对颗粒阻尼技术的研究处于起步阶段，理论研究尚不完善。本文根据该项技术的特点，从理论与仿真两方面对颗粒阻尼及其控制进行了全面、深入细致的研究。主要工作是:
　　(1)以离散单元法为基本理论，在总结前人研究的基础上建立了离散元接触模型。
　　(2)利用经典Hertz理论，建立了阻尼颗粒与阻尼器在单个碰撞周期的分段力学模型，利用该力学模型可以方便的求出颗粒与阻尼器在关键节点的运动状态，从而得到碰撞过程中的耗能特征。并用ANSYS建立模型导入DYNA中进行碰撞仿真，从而验证了该理论模型的正确性。利用该理论模型详细讨论了阻尼器各材料参数对颗粒阻尼耗能减振的影响规律。
　　(3)通过仿真详细研究了阻尼颗粒与阻尼器斜碰过程中各参数对颗粒阻尼耗能减振的影响规律。
　　(4)基于粉体力学理论，建立了颗粒阻尼的摩擦耗能模型，并在ANSYS中验证了该模型的正确性。并利用该模型详细论述了阻尼器形状及材料参数对颗粒阻尼耗能减振的影响规律。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 颗粒阻尼技术介绍

1．3 接触力学理论基础

1．4 颗粒阻尼技术研究概况

1．4．1 颗粒阻尼技术国内外研究现状

1．4．2 颗粒阻尼技术中亟待解决的问题

1．5 本文研究内容

第2章 颗粒阻尼的DEM建模

2．1 离散单元法(DEM)

2．1．1 离散单元法简介

2．1．2 离散单元法基本原理

2．2 离散单元法基本算法

2．3 离散元接触模型

2．3．1 Cundall的离散元接触模型

2．3．2 Thornton的三维球体干接触模型

2．3．3 改进的DEM接触模型

2．4 本章小结

第3章 阻尼颗粒与器壁正碰的耗能分析

3．1 接触问题基础理论

3．1．1 接触问题基础

3．1．2 接触问题分类

3．1．3 弹性接触问题基本方程

3．2 经典Hertz接触理论

3．2．1 Hertz理论的基本假设

3．2．2 两球体的接触应力

3．3 弹塑性正碰撞耗能模型

3．3．1 弹塑性碰撞理论模型

3．3．2 阻尼器截面为矩形

3．3．3 阻尼器截面为圆形

3．4 弹塑性正碰撞的有限元分析

3．5 有限元分析与理论模型计算结果的对比

3．6 基于理论模型的能耗分析

3．6．1 两种形状阻尼器耗能对比

3．6．2 碰撞速度对能耗因子的影响

3．6．3 材料屈服点及弹性模量对能耗因子的影响

3．7 本章小结

第4章 阻尼颗粒与器壁斜碰的耗能分析

4．1 斜碰过程耗能模型

4．2 摩擦耗能理论公式

4．3 斜碰过程能耗影响因素

4．3．1 摩擦系数对耗能的影响

4．3．2 初始入射角α0对耗能的影响

4．4 本章小结

第5章 阻尼颗粒层间摩擦的耗能分析

5．1 粉体的基本特征

5．1．1 颗粒的密度和多空率

5．1．2 颗粒的配位数

5．1．3 Molerus粉体分类

5．1．4 颗粒的朗肯应力状态

5．2 颗粒阻尼的动态特性及耗能机理分析

5．3 阻尼器形状对颗粒阻尼减振性能的影响

5．3．1 阻尼器截面几何形状为圆形

5．3．2 阻尼器截面几何形状为矩形

5．4 Jassen模型的有限元验证

5．5 颗粒阻尼的摩擦耗能

5．5．1 颗粒层之间的相对位移和颗粒层的面积

5．6 颗粒阻尼的最大摩擦耗能

5．6．1 截面为圆形的摩擦耗能

5．6．2 截面为矩形的摩擦耗能

5．7 两种形状阻尼器耗能对比

5．8 颗粒阻尼器各参数对耗能减振的影响规律

5．8．1 长径比对耗能的影响

5．8．2 填充高度对耗能的影响

5．8．3 阻尼器摩擦系数对耗能的影响

5．9 本章小结

第6章 工作总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢