智能式动力吸振器的仿真与研制(2)
3.2 本章小结 24
4 智能吸振器模型的实验研究 25
4.1实验装置 25
4.2 实验原理 25
4.3 实验步骤 26
4.3.1 安装激振器 26
4.3.2 连接仪器和传感器 26
4.3.3 仪器参数设置 26
4.3.4 采集并显示数据 26
4.4 实验结果分析 26
4.5 本章小结 30
结 论 31
致 谢 32
参考文献 33
1 绪论
1.1 工程研究背景和意义
在潜艇中，管道的长度高达几十公里。管道的振动发出巨大的噪声，为潜艇的隐身造成障碍。如何有效减小管道的振动成为潜艇设计和使用中的最为关心的问题。本课题设计一种智能式的动力吸振器，在管道发生振动时直接挂在管道上，吸收管道振动的能量，起到抑制振动的效果。
动力吸振器由辅助质量和弹簧以及阻尼所组成，属于抑制振动的被动式制振器。与其他种类的制振器相比，动力吸振器的长处是小型轻量而又具有杰出的制振性能，且在结构设计上易于优化，因而在实际工程问题中，动力吸振器的应用十分广泛。如在噪声控制与隔声上的应用、在机床切削颤振控制中的应、在土木建筑结构上的应用、在连续体结构振动控制中的应用等【1】。鉴于以上的工程问题，本课题选取动力吸振器为研究对象，并对其展开相关的计算及力学模型分析，从中掌握动力吸振器的基本理论及主要研究途经，也为动力吸振器的进一步的实验研究与实际工程应用提供理论参考。
1.2 动力吸振器国内外研究现状
1.2.1 动力吸振器理论体系建立
Frahm在1902年发明了动力吸振器，其基本思想是在减震对象上附加一个KCM系统，利用附加系统的振动来抑制减震对象的振动，由于其结构轻便，因此在工程实践中应用广泛【2】。对于特定的激励力频率，这种动力吸振器有很好的振动抑制效果，但是当激励力频率变动时则不适用。1928年，Ormondroyd与Den Hartog发表的论文指出，对于激励力频率变动的情况，阻尼动力吸振器有效，并且存在最优阻尼。从而引起了对于有阻尼动力吸振器，即通常所说的动力吸振器的最优设计热潮。1932年，Erich Hahnkamm发表了题为“变频激励力作用下的机械振动的阻尼”的论文。该论文首次揭示了动力吸振器的阻尼为零和无限大时响应曲线的两个交点是不随阻尼变化的特定点，并且利用这两个定点的特点推导出了最优同调的条件，这是定点理论的先驱性的论文【3】。1940年出版的由Den Hartog著的“Mechanical Vibration”中，非常完美的推导出了最优同调条件的简便设计关系式，但是，使P，Q点变为最大的最优阻尼的设计关系尚未找到。1946年，在最优同调关系的基础上，Brock推导出了最优阻尼的条件式，此后，他又推导出了主振动系统为回转体，激励力为不平衡力的情况下的动力吸振器的设计关系式【4】。至此，动力吸振器的基础设计关系式得以确立。
1.2.2 动力吸振器研究现状
随着高速傅里叶变换器（FFT）以及在此基础上试验模态分析技术的的出现，动力吸振器迎来了实用的时代。只要掌握了最优同调及最优阻尼的知识，利用FFT技术可以方便的对动力吸振器做出调整【5】。如果动力吸振器的阻尼来自于液压机构或者黏弹性材料，则其阻尼系数的调节比较困难。在20世纪70年代后期，利用磁性阻尼来作为动力吸振器的阻尼元素的尝试得以开展。当时，最强的永磁体是铝镍钴合金，最大的磁体磁能积仅为5MGOe，难以得到很大的阻尼力。近年，磁能积超过50MGOe的铁钕系高性能稀土类强磁体价格变得便宜，为磁性阻尼的应用提供了良好的条件。动力吸振器的弱点是，当最优同调频率与最优阻尼偏离最优值时，制振效果会降低。而多重动力吸振器的出现，减少了条件变化带来的性能恶化，提高了动力吸振器的鲁棒性。20世纪90年代初期，由于现代控制理论和控制解析软件Matlab的应用普及，主动型动力吸振器的研究很活跃。在振动控制技术中，主动型动力吸振器无疑是个新生儿【6】。通过传感器检测振动，由外部供给能量的一种制振方法。利用一个主动式动力吸振器可以实现多个振动模态的控制。但是如果在控制系统设计中存在失误或者控制回路的一部分有缺陷，则制振装置可能反过来变成发振装置，成为不稳定因素。这个问题可以通过在被动型动力吸振器上附加主动元素构成混合型动力吸振器得到弥补【7】。其结构简单、没有摩擦，而且传感器内藏，性能突出。2000年西原等人发表了动力吸振器最大振幅倍率最小化设计的严密解。2001年远藤等人从制振器设计基准与激振形态的差异着手，进行了制振效果系统评价研究。这些工作均是对根据定点理论导出的动力吸振器最优设计方法的微调整。由于实际的振动结构不可避免的存在阻尼，根据严密解来设计动力吸振器非常困难【8】。动力吸振器属于实用性制振器，如何在温度等环境变化的情况下保持定点理论的最优设计制作的动力吸振器的性能更显重要。