一类含二自由度非线性能量阱系统的动力学性能分析

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JK0803_chenjiehua
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非线性能量阱(Nonlinear energy sink,NES)作为一种被动吸振器,具有靶向能量传递(Targeted energy transition,TET)的特性,并且其附加质量小、不需要额外提供能量,在实际生产中又广泛的应用前景。本文以一种含二自由度非线性能量阱系统作为研究对象,研究其结构参数对减振性能和动力学行为的影响。具体工作如下:建立一种耦合二自由度非线性能量阱的三自由度系统,给出非线性系统运动微分方程,用泰勒级数展开近似表达两振子中的非线性力。运用数值方法对该NES的减振性能进行分析。从其结构参数以及初始能量的角度出发,研究其发生靶向能量传递的条件。结果表明该NES可以有效降低主结构的能量,其振动抑制效果优于单自由度NES系统。通过谐波平衡法将简谐激励下的系统运动微分方程转化为代数方程,求得系统的稳态幅频响应,利用数值模拟的方法得到系统在发生混沌时的能量频率图,分析系统参数对振动幅值的影响;通过Poincaré映射分析系统以连接主结构和一级振子的弹簧刚度为分岔参数的全局分岔,结合相图、Poincaré截面图分析系统的运动状态,发现连接主结构和一级振子的弹簧刚度对吸振性能和动力学行为都有较大的影响,该刚度过大或过小都不利于NES系统的减振效率,并且在系统呈现周期运动和混沌运动时,其影响不同,随着该刚度的变化,系统表现出复杂的动力学行为。改变二自由度非线性能量阱中连接一级振子和二级振子弹簧的原长,使得振子拥有两个稳定平衡点和一个不稳定平衡点,表现出负刚度的特性(产生的力与运动方向相同),运用数值模拟的方法研究负刚度NES系统的减振性能,并且与不含负刚度的二自由度NES作对比。结果表明拥有合适刚度阻尼以及负刚度范围的NES拥有比原二自由度NES更好的靶向能量传递效果,且负刚度范围越大对于较大幅值的简谐激励的减振效果越好。限制二自由度非线性能量阱中连接一级振子和二级振子的间隙,使两个振子在振动时发生碰撞,结合动量守恒定理和冲击方程,得到两振子在发生碰撞后的速度变化关系。运用数值模拟的方法分析该碰撞NES的减振性能。结果表明,碰撞NES拥有更好的减振效果。随着两振子间隙减小,碰撞次数增加,系统减振性能提高,当间隙达到一定程度后,继续减小间隙,减振性能无法继续提高。
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