负刚度的实现及其在振动控制中的应用

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负刚度系统在工程实际中比较少见,但其以承载能力大、变形小、可控性能好、固有频率低等优点成为了广大学者的研究热点。在受控系统上应用动力吸振器(DVA)是减振方向的有效举措之一,所以更受欢迎。在工程实际中,Maxwell模型更能代表工程实践中的黏弹性材料。为了进一步提高DVA的减振效果,论文将负刚度系统和Maxwell模型应用在DVA中,主要进行了以下几个方面的研究:(1)研究设计了一种分段负刚度机构模型,即在实现负刚度功能的基础上,又增加了准零刚度的特性。通过对其静力学分析,得到了分段负刚度机构在不同系统参数下的无量纲刚度曲线。证明了通过特定的系统参数,本文提出的模型能够实现负刚度和准零刚度的功能。(2)将分段负刚度机构应用到经典Voigt型动力吸振系统中建立一种含分段负刚度机构的动力吸振器模型。采用平均法对此非线性系统进行定量分析求解,并验证了解的正确性。简谐激励下与三种经典的DVA模型对比突出了含分段负刚度机构的DVA模型能够大幅降低共振区的振幅,同时也拓宽了吸振频域。通过对模型施加随机激励,对比验证了含分段负刚度机构的DVA模型有较好的减振效果。(3)调整分段负刚度机构的系统参数,使机构不含准零刚度部分,只实现负刚度功能。将此负刚度机构引入到黏弹性材料中的Maxwell模型,并将含负刚度的Maxwell模型应用到DVA中构成一种含负刚度器件的Maxwell模型DVA,同时对频率比、阻尼比、负刚度比进行了优化。最后分别在简谐激励和随机激励条件下通过与其它经典动力吸振器模型的对比,证明了论文模型有较好的减振效果。(4)将负刚度弹簧与描述黏弹性材料特性的Maxwell模型并联引入到动力吸振系统中,建立一种多负刚度的Maxwell模型DVA,并对其参数优化过程进行了详细分析。该模型在动力吸振方向具有明显的效果,优于其他几种经典的DVA模型。
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