圆柱形颗粒阻尼器减振特性的实验研究

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振动是人们日常生活与工程实践中普遍存在的一种现象,经常会对生产、生活造成消极的影响。随着结构振动控制方法与技术的研究与应用的发展,探求新型并且行之有效的振动控制方法越来越被人们所重视。单纯依赖改变系统结构自身的固有振动周期来对振动进行抑制的手段,其有效性与对振动的抑制效率常常会受到制约,而依靠改善系统结构本身的阻尼特性来提高系统对振动的抑制能力可以在更广、更高的激励响应频率范围内有效的抑制振动,降低振动对系统结构工作性能的影响。  非阻塞性颗粒阻尼(Non-Obstructive Particle Damping,简称NOPD)是二十世纪90年代在传统的冲击阻尼与颗粒阻尼技术的基础上发展起来的一种对振动进行被动控制,可以应用于恶劣工作环境的新型的复合阻尼减振技术,能够显著提高系统结构的阻尼特性,对系统的振动响应起到很好的抑制作用。颗粒阻尼技术是通过在系统结构振动的传递路径以及方向上,在结构中附加颗粒阻尼器或者利用系统结构自身已有或者加工所得到的孔洞,在其中填充适量的金属阻尼颗粒或者非金属阻尼颗粒。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随机不连续的撞击与摩擦,不断地进行动量交换,从而消耗系统结构的振动能量,达到抑制振动的目的。利用非阻塞性颗粒阻尼对振动进行抑制的方法具有许多优点:对系统结构的改动量很小;可以显著改善系统结构的阻尼特性;适用于恶劣的工作环境;阻尼性能不会随着时间而降低等。  本文将对非阻塞性颗粒阻尼这一对振动进行被动控制的技术作进一步的研究,主要包括以下几个方面:  1.对用于颗粒阻尼技术仿真的散体单元法基本原理进行阐述,并根据散体力学的基本理论,建立颗粒阻尼的力学模型。通过所建立的力学模型,对阻尼颗粒间以及阻尼颗粒与阻尼容器的器壁间的碰撞与摩擦耗能进行分析,并建立耗能的数学模型。  2.对简支梁模型进行实验,观察并分析颗粒阻尼方法对系统振动的抑制作用。  3.针对现今在颗粒阻尼方法的实际应用中仍没有确定的设计应用准则这一问题,对影响颗粒阻尼方法抑制系统振动效果的各个影响因素,利用简支梁模型进行振动实验。测试、观察并总结出各个因素对颗粒阻尼方法减振效果的影响趋势,从而得出与相应影响因素相关的在实际应用中的设计应用准则。并根据所得的实验数据,对影响趋势进行函数拟合,从而得到影响趋势的具体曲线以及数学表达式。  4.根据实验所得的各个因素对颗粒阻尼方法抑制振动效果的影响趋势及其函数表达式,计算在给定条件下系统对激励的响应。并针对所给定的条件进行实验,将实验所得的实际数据与计算所得的响应幅值进行比较,并对产生误差的可能原因进行分析,总结出可以对系统振动响应进行估算的计算方法,来对颗粒阻尼方法的耗能作用作更为直观的定量分析。  
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