颗粒直径对阻尼器减振性能影响的试验研究

合集下载

新型金属阻尼器减震结构的试验及理论研究共3篇

新型金属阻尼器减震结构的试验及理论研究共3篇新型金属阻尼器减震结构的试验及理论研究1新型金属阻尼器减震结构的试验及理论研究随着城市化进程的不断推进，建筑物的高度和体积不断增加，地震对建筑物的破坏也成为人们极为关注的问题。

在地震中，当地基和建筑物发生相对运动时，会产生巨大的能量和毁灭性的震动波，给建筑物和人民带来极大的伤害和损失。

因此，针对地震的减震技术和装置成为人们研究的热点。

其中，金属阻尼器因其自身具备的良好减震效果被广泛应用，在建筑物结构的地震减振方面起着重要的作用。

不同于传统的铅芯阻尼器，新型金属阻尼器的主要优点在于其具有更高的阻尼比和更广泛的可控性，可以为建筑物结构的地震减振提供更好的解决方案。

本文就对新型金属阻尼器的试验及理论研究进行分析和探讨，以期为建筑物的减震设计提供参考。

一、试验研究试验是新型金属阻尼器研究的核心内容之一，通过对金属阻尼器的试验研究可以获得其具体减振效果和性能指标。

下面我们分别从试验方案、试验装置和试验结果三个方面进行分析。

（一）试验方案实验方案的设计需要考虑到金属阻尼器的结构特点、试验目的和试验要求等因素。

针对新型金属阻尼器，试验方案的设计需要从以下几个方面进行考虑：1.试验材料的选择：试验所选用的金属材料需要具备良好的弹性、延展性和强度等性能，同时还需要考虑到成本和可操作性等因素。

2.试验样本的尺寸和形状：试验样本的尺寸和形状需要与实际使用情况相符合，可以通过模型缩放和现场测量等手段进行确定。

3.力学参数的测定：试验过程中需要测定的力学参数包括阻尼比、刚度、周期等，需要通过适当的装置和测试手段进行测定。

（二）试验装置试验装置需要满足试验方案的要求，并保证试验过程的稳定性、可重复性和数据准确性等因素。

针对新型金属阻尼器，试验装置的设计需要从以下几个方面进行考虑：1.试验台架的设计：试验台架需要保证试验样本的稳定性和可靠性，并且需要与样本的尺寸和形状相适应。

2.载荷装置的设计：载荷装置需要使用高精度的负荷传感器和测量仪器，确保加载过程的平稳和数据的准确性。

颗粒阻尼吸振器试验研究

颗粒阻尼吸振器试验研究作者：姚冰陈前项红荧等来源：《振动工程学报》2014年第02期摘要：结合动力吸振器的工作原理，将颗粒阻尼器弹性支承于主结构上组成颗粒阻尼吸振器。

颗粒阻尼吸振器旨在解决两个问题：（1）为传统动力吸振器提供较大阻尼抑制共振峰而不影响其吸振性能；（2）微小振动加速度（小于1g）或振动惯性力无法克服颗粒间的静摩擦力时传统颗粒阻尼器的失效问题。

对安装了颗粒阻尼吸振器的悬臂梁结构进行了动力学特性试验，与同等条件下刚性支承颗粒阻尼器以及传统动力吸振器进行了比较，试验结果表明颗粒阻尼吸振器达到了预期的设计效果，很好地弥补了颗粒阻尼在微振动环境下的不足。

此外，颗粒阻尼吸振器的阻尼仅取决于吸振器质量的加速度，与主从质量之间的相对速度无关，故大阻尼对其吸振性能不产生任何影响，可以按照传统的无阻尼动力吸振器进行参数设计。

关键词：振动控制；颗粒阻尼；动力吸振器；颗粒阻尼吸振器；损耗因子中图分类号： TB535+.1文献标识码： A文章编号：10044523（2014）020201071概述非阻塞性颗粒阻尼（NOPD）技术是相对较新的振动控制技术。

在结构体上制作一些孔洞或者附加一些中空容器，再将具有特定形状、组分和尺寸的阻尼颗粒材料填充其中，使之在孔中或容器中处于非阻塞状态，便构成了颗粒阻尼器。

在结构发生振动时，由于振动的颗粒容器与内部颗粒之间的运动耦合与能量转移，导致颗粒之间以及颗粒与振动容器之间产生碰撞与摩擦，从而耗散振动主结构的能量，达到减振目的。

颗粒阻尼器具有减振频带宽、冲击力小、噪声小等优点。

同时，这种阻尼器具有结构简单、可靠性高、耐高温、抗老化、抗辐射等优点，特别适用于工作环境恶劣的场合。

上世纪80年代末Panossion对非阻塞性颗粒阻尼（粉体颗粒）进行了大量的试验研究[1，2]，结果表明，影响颗粒阻尼特性的参数很多，例如：容器的填充比和形状、颗粒的形状和尺寸以及颗粒材料的属性（粘性、弹性、摩擦系数和密度）。

颗粒阻尼镗刀杆减振分析与试验研究

颗粒阻尼镗刀杆减振分析与试验研究朱垂岱;庞学慧;张余生;郑智贞【摘要】研究了中空镗刀杆填充颗粒形成阻尼后对镗刀杆减振效果的影响.对实心镗杆和中空镗杆的静刚度进行了理论计算;利用有限元软件对两种镗杆进行了模态分析,得出了各自的固有频率,中空镗杆固有频率相对实心镗杆固有频率大幅提高.对各种填充条件下的颗粒阻尼镗刀进行了阻尼比测试,并进行了镗削实验,比较了颗粒密度、粒径、填充率对减振效果的影响,发现了较优的填充颗粒参数,并指出了超细粉体复合颗粒阻尼减振的潜力.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2014(000)010【总页数】5页(P118-122)【关键词】镗刀杆;静刚度;颗粒阻尼;阻尼比【作者】朱垂岱;庞学慧;张余生;郑智贞【作者单位】中北大学机械与动力工程学院,山西太原,030051;中北大学机械与动力工程学院,山西太原,030051;上海航天设备制造总厂,上海,200245;中北大学机械与动力工程学院,山西太原,030051【正文语种】中文【中图分类】TG713在金属切削加工中，镗削内孔是一种应用广泛且非常重要的加工工艺。

镗削时，刀杆的振动直接影响内孔的表面加工质量和刀具寿命。

镗杆悬伸长径比超过4时，镗杆振动更加明显甚至产生颤振。

为了减小刀头的振动幅度，目前主要采用以下几种措施：①对刀头进行优化设计，在保证镗刀较高刚度的前提下，减轻刀头的重量；② 采用复合材料制作刀杆，提高刀杆的静刚度和动刚度，增大刀杆的阻尼比；③利用镗杆的中空结构，巧妙设计阻尼器，以消耗振动能量，提高镗杆的动态性能[1]。

将镗刀杆靠近刀头部位加工出一定直径及深度的内孔，形成中空镗杆，再将适当数量的金属、合金颗粒填入空腔，构成了镗刀杆的颗粒阻尼器。

这样的镗刀也称颗粒阻尼减振镗刀。

当镗孔产生振动时，颗粒之间及颗粒与孔壁之间发生摩擦、碰撞，消耗和转化了系统的振动能量。

Panossion[2]对铝梁上施加NOPD(非阻塞性颗粒阻尼，non-obstructive particle damping)后的减振效果进行了研究。

颗粒直径差等因素对阻尼器减振效果的试验研究_张功学_任艳芝

Ｓｔｕｄｏｎｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｏｆｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｎｙｐｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｄａｍｅｒｄａｍｉｎｐｐｇ
２０１４０２１１＊收稿日期：－－）基金项目：陕西省自然科学基础研究计划项目（２０１４ＪＭ７２６４，作者简介：张功学（男，陕西蒲城人，教授，博士，研究方向：机械系统动力学、机械可靠性１９６４－）
·１２０·
１２］能量转换［．Ｓａｅｋｉ等研究简谐激励下颗粒阻尼器１３］，发现冲击体质量越大为结构提供的附加响应［
金属盒腔体
颗粒材料
而质量较小冲击体在主体结构振动初始阻尼越多，地产生作用更迅速，并定出最佳净距值．在振冲器加固地基的工作中，由于其振动剧烈，轴承等重要部件易损坏．因此本文以简支梁为研究对象，结合大量的试验研究了颗粒阻尼的减振通过改变颗粒直径、直径差和颗粒及砂的混特性．分析了颗粒阻尼的减振特性．为以后研究合质量，振冲的减振机理奠定了基础．１颗粒阻尼减振特性试验方法及内容１．１颗粒阻尼减振试验装置及搭建本试验是在简支梁上进行的．简支梁水平放置，一端固定，另一端可活动．图１为颗粒阻尼减振试验原理图．试验时将颗粒阻尼放入金属盒的空腔由ＤＨ中，１３０１信号发生器发出的正弦信号通过输入到ＤＤＨ５８７３５００Ｗ功率放大器放大后，ＪＺＱ－－由激振器产生的激励使简支梁产生２０型激振器，／，振动．简支梁振动时用灵敏度９谐振频９．０ｍｖｇ率２７ｋＨｚ的ＬＣ０１０４Ｔ加速度传感器测量其响应，加速度传感器的电荷信号通过电荷放大器输入到之后用电脑上的ＤＤＨ５９２２动态信号测试．ＨＤＡＳ基本控制分析软件记录数据．表１为主要部件参数．

颗粒阻尼的动态特性研究

振　动　与　冲　击第28卷第1期JOURNAL OF V I B RATI O N AND SHOCKVol .28No .12009　颗粒阻尼的动态特性研究基金项目:国家自然科学基金资助项目(50075029)收稿日期:2008-01-14　修改稿收到日期:2008-05-27第一作者胡　溧男,博士生,1977年3月生胡　溧,黄其柏,柳占新,王剑亮(华中科技大学机械科学与工程学院,武汉　430074) 摘　要:颗粒阻尼技术已经成功的应用于多个领域抑制振动。

然而,由于颗粒阻尼复杂的碰撞和摩擦减振机理,很难预测其减振特性。

本文建立了颗粒阻尼的粉体力学模型,并用于研究颗粒阻尼容器的截面形状及尺寸关系对其减振特性的影响。

通过试验研究,揭示了颗粒阻尼的非线性阻尼特性,并应用等效阻尼的原理提出了合理的颗粒阻尼的等效数学模型。

关键词:颗粒阻尼;非线性阻尼;粉体力学模型;摩擦减振;等效阻尼中图分类号:TH113.1 文献标识码:A 颗粒阻尼是一种非线性阻尼。

它的减振机理就是通过颗粒之间的表面摩擦和非弹性碰撞耗能。

颗粒阻尼技术能在极端条件下进行减振,同时具有冲击力最小,对结构刚度影响小以及能适应外界大范围温度变化等诸多优点。

影响颗粒阻尼特性的参数很多,例如:容器的填充比和形状、颗粒的形状和尺寸以及颗粒材料的属性(粘性、弹性、摩擦系数和密度)。

由于颗粒阻尼复杂的耗能机理,关于颗粒阻尼内部颗粒相互作用机理的理论分析研究依然很少见[1]。

对于非线性阻尼的研究,多采用理论与实验结合的方法[2]。

在过去的十几年,随着离散单元法在很多领域得到了广泛的应用,离散单元法用于颗粒阻尼的研究[1,3,4]。

实际上,由于颗粒阻尼中颗粒的数目较多,粉体力学提供了一个解决这类问题的很好途径[5]。

本文通过试验的方法,研究了单自由度系统中外界激励力幅值和颗粒阻尼容器几何特性对其阻尼特性影响,通过建立对应的粉体力学模型,揭示了影响颗粒阻尼特性的内在耗能机理。

颗粒阻尼减振性能的试验研究

ＡｂｓｒｃＡｇａｒｔｅｒｓｉｎｏｔｇｎｌｃｍｂｎａｉｎｅｐｒｍｅｔｗａｓｇｄｆｒｔｅｓｕｙｏｔａｔ：ｕｄａｉｒｇｅｓｏｒｈｏｏａｏｉｔｏｘｅｃｉｎｓｄｅｉｎｅｏｈｔｄｆｐｒｉｌａｉｔｈｅｏｈｅｒｓｉｎｅｉｎｍｅｈｄ．Ｔｈｏ —ｉａｅｒｓｉｎｍｏｅｆｔｅａｔｃｅｄｍｐｎｇｗｉｈｔｅｕｓｆｔｅｒｇｅｓｏｄｓｇｔｏｅｎｎｌｎｅｒｒｇｅｓｏｄｌｏｈｐｅｏｍａｃｆｐｒｉｌａｉｇｗａｓａｌｓｄｂｅｒｓｉｎａｌｓｓｆｒｒｎｅｏａｔｃｅｄｍｐｎｓｅｔｂｉｈｅｙｒｇｅｓｏｎａｙｉ．Ｔｈｄｅｓｕｅｎｆｒｃｓｅｍｏｌｗａｓｄｉｏｅａ —
有效方法。卜Ｐｐｌａａｕ和Ｍｓ研究了随机激励下单自由度系ｏａｒｉ统中颗粒的特性。Ｐｎｓｉａｏｓｎ研究了３０— ００ｚａ０５０Ｈ
模型时，对确定具体材料属性参数值的要求很高，而由于一般情况下很难得到微观范畴内颗粒材料的恢
（ｃｏｌｆｅｈｎｃｌｃｎｅａｄＥｇｅｒｇＨａｈｎｎｖｒｔＳｈｏｏｃａｉａＳｉｃｎｎｉｅｎ。ｕｚｏｇＵｉｓｙＭｅｎｉｅｉ
ｏｃｅｃｎｅｈｏｏｙｆＳｉｎｅａｄＴｃｎｌｇ。Ｗｕａ３０４．Ｃｉａ）ｈｎ４０７ｈｎ

电磁颗粒阻尼器减振机理及试验研究

适用范围，对抑制不同强度的振动提供了基础，使颗粒阻尼能够适应不同振动环境的要求。结果说明颗粒阻尼器可以由被动振动控制方法发展为半主动振动控制手段，本文的研究为这一潜在发展提供了有益探索。关键词：电磁颗粒阻尼器｝冲击力｝摩擦力；半主动振动控制
基金项目航空科技基金资助项目（５２０）０Ａ５０３
维普资讯
第２期
周宏伟，：电磁颗粒阻尼器减振机理及试验研究等
Ｂ：ｐｉｄ：ＺｌｓｏＪｎｎＩ１
￣
作用力为
，为线圈中的电流，和ｐ分别为Ｐ点与两端点连。线同螺线管轴线方向所成的夹角。
铁磁颗粒体受磁场作用后，个颗粒体会感应每出固定大小的磁矩，于颗粒体尺寸较小（由１ｍｍ左右）可以将每个颗粒体视为单独的磁偶极子。作用，在磁颗粒体上的力包括磁场对磁颗粒体的作用力和
中田分类号：２｝５０３３ＴＢ３文献标识码；Ａ ‘ 章编号：１０ — ５３２０）２０６— ５文０４４２（０８０ — １２０
有机玻璃
１概述
铁磁颗粒
非阻塞性颗粒阻尼是一种振动被动控制新技
术［，１它是将固体颗粒按某一填充率放人特定的结］
文献Ｅ］２研究表明，在振动强度较低的情况下，
摩擦是阻尼颗粒产生能量损耗的主要原因。影响阻尼颗粒摩擦耗能的因素有两个Ｉ，个是颗粒间以３一］及颗粒与容器壁间的摩擦系数，于具体的阻尼器对而育，一旦阻尼颗粒的材料、状和尺寸固定，擦形摩系数随之固定不变；另一个因素为颗粒体之间的压

带有粘弹性材料涂层的颗粒阻尼器实验

ISSN 1008-9446CN13-1265/T E承德石油高等专科学校学报第20卷第3期，2018年6月Journal of Chengde Petroleum College V〇1.20，N〇.3，Jun. 2018带有粘弹性材料涂层的颗粒阻尼器实验付立新(承德石油高等专科学校安全工作处，河北承德067000)摘要：颗粒阻尼是一种被动减振技术，具有耗能效果好、结构简单、成本低廉、易于实施及适合在恶劣环境下使用等优点。

由于粘弹性材料具有良好的耗能特性，提出了一种带有粘弹性材料涂层的颗粒阻尼器，并将其安装在悬臂梁的自由端进行了悬臂梁的减振特性实验。

实验结果表明，带有粘弹性涂层的钢球颗粒阻尼器具有良好的耗能特性，减振效果明显超过了普通钢球颗粒阻尼器。

尤其在机械的低频振动中（30G以下），其依然具有良好的减振能力，这是传统颗粒阻尼器所缺乏的特性，故带有粘弹性涂层的颗粒阻尼器具有广阔的应用前景。

关键词：颗粒阻尼；被动减振；粘弹性涂层；耗能；低频振动中图分类号：TB53 文献标志码：A 文章编号= 1008-9446(2018)03-0047-04Experimental Research on Particle Damper witli Viscoelastic CoatingFU Li-xin(Safety Work O ffice，Chengde Petroleum C ollege，Chengde 067000，H ebei，C hina) Abstract:Particle damping is a passive vibration r eduction technology. It the character of excellent v ibration reduction effect，simple structure，low p rice，easy operation andespecially suited to tough work conditions. A novel particle dam per which the filler ted witli viscoelastic m aterial is presented as the excellent characteristics of energy disijD ation，and itwas mounted on the free end of the cantilever beam for dam p sults show that t iie particle dam per witii viscoelastic coating has all right perform ance of vilDration reduction than conventional im pact dam per. It still works well in low frequency m echanical vibration，which is under 30Hz. As conventional particle dam per does not have this characteristic，particledam per with viscoelastic coating has bright and wide prospect of application.Key words：viscoelastic coating $passive vibration reduction;viscoelastic coating $energy disijDa-tion $low frequency vibration抑制机械结构振动产生、传递的方法之一是对其施加阻尼，非阻塞性颗粒阻尼技术（N o O b stm c tie Particle Dam ping-N OPD)是近十几年发展起来的一种新型减振技术，通过在结构的空腔或者附加空腔中放人一定量的颗粒，当机械结构振动时，使得颗粒之间与腔壁之间发生摩擦和冲击，同时不断进行动量交换、摩擦生热和噪声辐射，从而达到耗能减振的目的[1]，具有耐久性好、可靠度高、对温度变化不敏感，可用于恶劣环境等优点(2)。

颗粒运动学行为对阻尼器耗能特性影响的研究

Lei〕运用气固流原理和离散单元法，对粒子间碰撞和摩擦引起的阻尼和能量耗散机理进行了研究。
然而由于颗粒阻尼器的阻尼特性具有高度非线性 , 迄今仍然没有十分完备的相关理论形成,这对颗粒阻尼器耗能机理的研究带来了挑战，虽然现有的研究表明颗粒的运动状态与耗能有着一定的关联［7-9］，但多数研究侧重于分析颗粒运动与激励条件的对应关系［10_11］,而对颗粒的耗能情况研究较少。为了深入探究阻尼器的耗能特性，从颗粒运动状态分析入手，通过探究颗粒运动与耗
闫维明等［1-2］对颗粒阻尼器进行了大量理论分析及实验研究，并将颗粒阻尼器广泛应用于土木工程领域，为颗粒阻尼器在抵抗地震、飓风等自然灾害的实际应用中做了很多贡献。
胡溧等⑶建立了颗粒阻尼的粉体力学模型，并研究了颗粒阻尼容器的截面形状及尺寸关系对其减振特性的影响,并采用非线性优化的方法对颗粒阻尼的各
第39卷第4期
振动与冲击 JOURNAL OF VIERATIAN AND SHOCK
Vol. 39 No. 4 2020
颗粒运动学行为对阻尼器耗能特性影响的研究
段永强，尹忠俊，陈兵
(北京科技大学机械工程学院，北京100083)
要摘
：为了进一步探究颗粒阻尼器的耗能机理，基于离散单元法,建立了圆柱形颗粒阻尼器仿真模型，研究了阻
尼器内颗粒在不同激励条件下运动形态的变化规律。通过对颗粒在六种运动形态下的耗能分析，发现颗粒不同的运动形
态会以不同的冲击形式影响阻尼器的耗能频率和耗能幅值,进而影响阻尼器整体耗能。基于以上结论，提出一种能显著
改善颗粒运动形态的波纹管型颗粒阻尼器，与传统圆柱形颗粒阻尼器相比其耗能效果显著增加，验证了相关结论并为颗
收稿日期：2018 -08 -28修改稿收到日期：2018-11 -05 第一作者段永强男，硕士 ,1991年生通信作者尹忠俊男，博士，教授,1962年生

组合式颗粒阻尼器的减振实验研究

组合式颗粒阻尼器的减振实验研究杜妍辰张虹上海理工大学,上海,200093摘要:提出了一种新型结构的组合式颗粒阻尼器,该阻尼器采用两层减振结构,外层为弹簧减振,内层为塑性阻尼减振㊂改变颗粒填充率㊁腔体间隙㊁弹簧刚度和填充颗粒材质后,研究了不同结构参数对该阻尼器减振性能的影响㊂结果表明:组合式颗粒阻尼器比传统的颗粒碰撞阻尼器具有更优秀的减振性能;钢球和颗粒的体积比约为1∶2且弹簧刚度值为主系统刚度值的10%以下时具有最好的减振效果;改变填充颗粒材质对减振效果影响不显著㊂关键词:颗粒;阻尼器;弹簧刚度;填充率;间隙中图分类号:O 328;T B 53 D O I :10.3969/j.i s s n .1004132X.2015.14.019E x p e r i m e n t a lR e s e a r c ho nC o m b i n e dP a r t i c l e I m p a c tD a m pe r D uY a n c h e n Z h a n g H o n gU n i v e r s i t y o f S h a n g h a i f o rS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,S h a n gh a i ,200093A b s t r a c t :An e wk i n do f c o m b i n e d p a r t i c l e i m p a c td a m p e rw a s p r o po s e d ,i nw h i c ht w ok i n d so f d a m p i n g f o r m s ‐v i a s p r i n g s o u t s i d e a n dv i a p a r t i c l e p l a s t i c d e f o r m a t i o n i n s i d e .T h e r e s po n s e o f v a r i o u s d a m p e r c o m p o n e n t sw a so b t a i n e df r o me x p e r i m e n t s ,b y v a r y i n g t h e p a r t i c l e p a c k i n g r a t i o ,t h ec o n -t a i n e r c l e a r a n c e ,t h es t i f f n e s so f s p r i n g ,a n dt h e p a r t i c l e m a t e r i a l s .T h ee x pe r i m e n t a l r e s u l t ss h o w t h a t t h e c o m b i n e d p a r t i c l e i m p a c t d a m p e rh a s e x c e l l e n t d a m p i n gpe rf o r m a n c e ,a n d i sb e t t e r t h a n t h e t r a d i t i o n a l p a r t i c l e i m p a c t d a m p e r .T h ed a m p e rh a s t h eb e s t p e r f o r m a n c ew h e n t h ev o l u m e r a t i ob e -t w e e n t h e s t e e l b a l l a n d p a r t i c l e s i s a b o u t 1∶2a n d t h e s p r i ng s t i f f n e s s i s a b o u t 10%o f th em ai n s y s -t e ms t i f f n e s s .C h a n g i n gp a r t i c l em a t e r i a l sh a s l i t t l e i n f l u e n c e o n t h ed a m p i n gpe rf o r m a n c e .K e y wo r d s :p a r t i c l e ;d a m p e r ;s p r i n g s t i f f n e s s ;p a c k i n g r a t i o ;c l e a r a n c e 收稿日期:20140825基金项目:国家自然科学基金资助项目(51475308,51005157)0 引言碰撞阻尼器是一种带有自由质量的高非线性阻尼器[1]㊂自由质量在碰撞阻尼器腔体内运动,通过与阻尼器腔壁碰撞发生弹塑性变形或内部产生摩擦,使能量消耗或转移,从而减小主系统的振动幅值㊂经过多年的研究,目前已产生了多种类型的阻尼装置:单体碰撞阻尼器[2]㊁多体碰撞阻尼器[3]㊁豆包碰撞阻尼器[4‐5]㊁颗粒碰撞阻尼器[6‐8]㊁非阻塞性颗粒碰撞阻尼器[9‐11]和带颗粒减振剂的碰撞阻尼器[12‐13]㊂其中,颗粒碰撞阻尼器以其优良的减振效果以及结构简单㊁成本低廉㊁易于实施且适合在恶劣条件下使用等优点,在生产实践中得到了重视;带颗粒减振剂的碰撞阻尼器相比传统的线性辅助质量阻尼器表现出更优秀的减振性能和更好的系统稳定性,具有广阔的发展潜力和应用前景㊂传统的辅助质量阻尼器在结构上存在弹簧部件,弹簧具有储能功能,可将振动能量从峰值位置转移从而实现减振;带颗粒减振剂的碰撞阻尼器主要依赖塑性碰撞耗能,也取得了较好的减振效果㊂本文尝试在以上两种减振机理的基础上,设计出一种新型结构的颗粒阻尼器组合式颗粒阻尼器㊂这种阻尼器在带颗粒减振剂的碰撞阻尼器结构上增加了弹簧部件,以期通过发挥两种减振机理的优势,实现更高的减振效率㊂已有的研究表明[14]:冲击器大小㊁颗粒填充率和颗粒材料都有可能影响颗粒碰撞阻尼器的性能㊂本文将重点讨论上述因素以及新增加的弹簧刚度对减振性能的影响,为方便实验研究,阻尼器将设计成腔体大小和弹簧刚度可调节的,以方便在实验中研究各个参数变化带来的影响㊂1 组合式颗粒阻尼器的结构及减振原理1.1 组合式颗粒阻尼的结构组成如图1所示,组合式颗粒阻尼器由塑性碰撞阻尼器(带颗粒减振剂的碰撞阻尼器,包括阻尼器腔体㊁冲击器㊁颗粒和活动塞)㊁弹簧㊁导轨及外壳组成㊂可以看到,塑性碰撞阻尼器位于组合式颗㊃3591㊃组合式颗粒阻尼器的减振实验研究杜妍辰张虹Copyright ©博看网. All Rights Reserved.粒阻尼器的中央,下端为可滑动的导轨㊂导轨沿阻尼器轴线方向放置,使塑性碰撞阻尼器只可在x 方向平动㊂在塑性碰撞阻尼器的外侧两个端面上设计有弹簧连接构件,最多能够连接8对弹簧,如此便可自由选择不同数量和刚度的弹簧用于多组实验㊂设计了一个活动塞装置,通过活动塞位置的改变可以调整阻尼器的腔体间隙㊂组合式颗粒阻尼器的外壳通过螺母连接固定于悬臂梁顶端㊂图1 组合式颗粒阻尼器的结构示意图1.2 组合式颗粒阻尼器的减振原理组合式颗粒阻尼器在塑性碰撞阻尼器的基础上附加了弹簧结构,形成内外两级结构㊂内层的塑性碰撞阻尼器具有较小的恢复系数,可以在碰撞过程中最大限度地吸收通过弹簧转移来的系统振动能量,并通过提高颗粒间的碰撞概率,充分消耗系统的动能,使其不再返回主系统[15‐16]㊂将塑性碰撞阻尼器视为一个附加质量,与增加的弹簧构件一起,形成外层减振系统㊂弹簧具有恢复系数大,能缓和冲击㊁吸收振动,并能控制机构运动和存储能量等优点[17],使得阻尼器与主系统之间产生充分的动量交换,可以进一步提高减振效果㊂外层可以将能量转移到其他频率,内层可以将能量进一步分散到更宽的频率范围中,这些特点使得组合式颗粒阻尼器具有更宽的吸振频带㊂系统稳定运行时,组合式颗粒阻尼器结构中的弹簧会储存系统的能量㊂这些被不断积聚的能量最终会转移到中间腔体㊂弹簧的隔振导致系统的振动大幅度减小,实质上就是弹簧把系统的动能最大化,并将其存储,起到减振的目的㊂当动能由弹簧转移到腔体时,弹簧的储能性质使作用于腔体的动能进一步放大,充分激发腔体内冲击器与颗粒的碰撞摩擦㊁颗粒和颗粒的碰撞摩擦,以及颗粒与腔体内壁的碰撞摩擦,通过这些碰撞摩擦将被转移到腔体的动能耗散,系统动能被循环释放,从而取得更好的减振效果㊂2 组合式颗粒阻尼器的实验研究2.1 实验装置实验采用悬臂梁振动系统,所用悬臂梁尺寸为250mm×45mm×4mm ,材料为锰钢,密度为6.37×103k g/m 3,弹性模量为206G P a ㊂实验中采用的仪器设备为台湾金顿E M ‐20F 5K ‐10N 03型高频电磁激振器㊁北京东方所的智能数据采集系统及信号分析软件D A S P 2012㊂本实验通过激振器对悬臂梁的根部进行激振,激振力采用正弦信号㊂组合式颗粒阻尼器加固在悬臂梁的自由端㊂加速度传感器平行固定于阻尼器一侧,测量悬臂梁自由端的响应,用以检测该阻尼器对悬臂梁的减振效果㊂实验装置如图2所示㊂测试系统框架如图3所示,其中,x 方向为水平方向㊂图2 实验装置照片图3 测试系统框架图2.2 实验内容实验中采用的阻尼器腔体长度包括3种规格:40mm ㊁60mm 和80mm ;冲击器采用1个直径18mm 的钢球;颗粒主要采用粒度为100μm 锌粉或铜粉㊂不同颗粒填充材料的对比实验中,增加粒径为300μm 的石英砂,颗粒填充率分别为20%㊁40%㊁60%和80%㊂颗粒填充率R p 为R p =V p /(V t -V i )(1)式中,V p 为填充的颗粒体积;V t 为阻尼器腔体总体积;V i 为冲击器钢球体积㊂实验装置中,悬臂梁系统质量(包括自由端的底座)为2045.5g ,阻尼器腔体质量为111g,腔体内钢球质量为24.4g,铜粉㊁锌粉和石英砂全部填满阻尼器腔体时的质量分别为50g ㊁86.5g 和37.5g㊂弹簧的质量可以忽略不计㊂整个实验过程中,通过粘附小质量块进行调节来确保整个系㊃4591㊃中国机械工程第26卷第14期2015年7月下半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.统的质量保持不变㊂实验采用两种不同规格的弹簧,弹簧内径均为4mm,自由长度为55mm,参数见表1㊂为区分表1中不同的两组4对弹簧,将其中刚度较小的4对弹簧标记为1组㊂悬臂梁的刚度为9.49N/mm㊂表1 弹簧参数数量规格总刚度(N/mm)本文标记8对6对4对2对弹簧刚度0.94N/mm钢丝直径0.7mm3.768组2.826组1.884组0.942组4对弹簧刚度0.684N/mm钢丝直径0.5mm0.6841组本文首先对弹簧是否存在减振效果进行实验对比,然后分别讨论冲击器与颗粒体积比㊁弹簧刚度和填充材料对阻尼器减振效果的影响㊂冲击器与颗粒体积比w为w=V i/V p(2) 3 实验结果及分析3.1 弹簧构件的作用效果首先,通过5组实验对增加弹簧前后的减振效果进行对比㊂5组实验中阻尼器的组成见表2,其中,系统外加总刚度为0.684N/mm的弹簧1组,冲击器为一个直径18mm的钢球,腔体间隙固定为80mm,填充颗粒为锌粉㊂实际上,实验1相当于采用一个单质量块阻尼器;实验2㊁3相当于采用塑性碰撞阻尼器;实验4㊁5相当于组合式颗粒阻尼器㊂表2 5组实验中阻尼器的构成编号12345弹簧无无无有有冲击器无有有有有R p(%)040804080 不同实验组的振幅如图4所示㊂可以看出:①塑性碰撞阻尼器使悬臂梁自由端的最大振幅下降幅度分别为26.0%㊁59.1%,组合式颗粒阻尼器使悬臂梁自由端的最大振幅下降幅度分别为86.6%㊁82.7%,最大振幅均远远低于主系统在单质量块阻尼条件下的最大有效振幅;②组合式颗粒阻尼器比塑性碰撞阻尼器的减振效果好,说明弹簧在振动发生时起到了储能及放大的作用,使振动幅值减小;③组合式颗粒阻尼器的振幅稳定,没有明显的共振点,具有显著的减振效果㊂图4 不同实验组的最大振幅塑性碰撞阻尼器和组合式颗粒阻尼器的振动响应如图5所示,从波形上看,组合式颗粒阻尼器的振动波形具有稳定的周期性,减振效果更好㊂(a)颗粒填充率为80%的振动响应(b)颗粒填充率为40%的振动响应图5 两种阻尼器的振动响应比较3.2 冲击器与颗粒体积比的影响在以往对颗粒碰撞阻尼器的研究中,关于颗粒填充率的研究较充分,认为颗粒填充率有一个最优值㊂但本文提出的组合式阻尼器中存在两种填充物冲击器(钢球)和颗粒,它们之间的比例关系对阻尼器减振性能的影响值得进一步探讨㊂冲击器与颗粒体积比的定义见式(2)㊂本次实验中,根据不同的腔体长度和颗粒填充率设计了6组实验,参数见表3㊂每组实验中冲击器都固定为一个直径18mm的钢球,填充颗粒都为锌粉,弹簧的刚度分别为3.76N/mm㊁2.82N/mm㊁1.88N/mm㊁0.94N/mm㊁0.684N/mm㊂㊃5591㊃组合式颗粒阻尼器的减振实验研究杜妍辰张虹Copyright©博看网. All Rights Reserved.表3 体积比实验中的参数编号腔体长度(mm )颗粒填充率(%)体积比wⅠ40201/0.6Ⅱ60201/1Ⅲ40601/2Ⅳ80401/3Ⅴ60801/4Ⅵ80801/6图6中的各条曲线是在不同的弹簧刚度下,悬臂梁系统在共振区域内的最大振幅㊂参考对比”组为阻尼器装置中未添加钢球和颗粒下的最大振幅㊂从图6中可以看出:①不同弹簧刚度下,所设计的组合式颗粒阻尼器在其共振区域内的最大振幅均小于参考对比组的最大振幅,说明组合式颗粒阻尼器具有良好的减振结果;②实验组Ⅲ的最大振幅相对于其他实验组别均为最小或接近为最小,组合式颗粒阻尼器的减振效果为最佳,此时的体积比w 对应为0.53(钢球和颗粒的体积比约为1∶2)㊂当冲击器(钢球)和颗粒的体积比为1∶2时,腔体内空余体积与钢球体积比为1.3∶1,也就是说当冲击器钢球在腔体内的活动范围稍大于钢球本身体积,且颗粒的体积是钢球的2倍时,钢球㊁颗粒之间更能充分地发生碰撞,消耗主系统能量,从而使组合式颗粒阻尼器发挥最好的减振效果㊂图6 不同w 值下各刚度组对应的最大振幅值冲击器与颗粒体积比存在最优值的原因:填充颗粒过少而自由间隙太大时,钢球在运动过程中无法形成与腔体两端壁的完整碰撞,钢球和腔体端壁碰撞时夹击的颗粒过少,系统动能的消耗随着颗粒产生的塑性变形的减少而减小,减振效果降低;填充颗粒过多而自由间隙太小时,冲击体的正常碰撞受到限制,也会影响到减振的效果㊂因此w 的选取须综合考虑这两种情况出现的可能,使冲击体(钢球)获得适宜的碰撞条件,增大钢球和颗粒的接触概率,提高系统能量的消耗,最终得到减振效果较好的配比条件㊂3.3 弹簧刚度的影响弹簧是本文组合式颗粒阻尼器区别于塑性碰撞阻尼器的重要特征㊂为研究组合式颗粒阻尼器在外加弹簧刚度变化时对悬臂梁系统的减振效果,设计了5组不同的弹簧刚度,见表1㊂组合式颗粒阻尼器悬臂梁系统的刚度为9.49N /mm ,弹簧刚度与主系统刚度之比为分别为40%㊁30%㊁20%㊁10%和7%㊂为便于说明,将不同弹簧刚度和腔体有效长度由3个数字组成,并且定义如下:第一个数字表示阻尼器上组装弹簧的数量(分别为8组㊁6组㊁4组㊁2组,以及另一种刚度较小的弹簧4组,用1组表示),所代表的刚度分别为3.76N /mm ㊁2.82N /mm ㊁1.88N /mm ㊁0.94N /mm 和0.684N /mm ;后两位数字表示腔体的长度,分别为40mm ㊁60mm 和80mm ㊂例如 840”就表示此组实验中阻尼器上安装有8组弹簧,其增加的刚度为3.76N /mm ,阻尼器腔体的有效长度为40mm ,以此类推㊂图7中所有点的值都取每组(a )腔体长度40mm(b )腔体长度60mm(c )腔体长度80mm 图7 不同腔体长度下减振效果比较㊃6591㊃中国机械工程第26卷第14期2015年7月下半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.实验共振点区域内的最大振幅㊂图7表示的是阻尼器填充颗粒为铜粉㊁阻尼器腔体长度为40mm㊁60mm和80mm时,不同弹簧刚度对减振效果的影响㊂由图7可以看出:①由于弹簧的存在,组合式颗粒阻尼器拥有良好的减振效果,其最大有效振幅均小于单体阻尼器最大有效振幅,并且随着刚度的减小,振幅趋近于平稳的状态㊂②刚度的变化会导致组合式颗粒阻尼器的减振效果随之变化㊂刚度为3.76N/mm 时,振幅平均下降率分别为47%(40mm长度)㊁43%(60mm长度)和36.7%(80mm长度)㊂随着刚度的变小,最大振幅逐渐减小(图7中表现为曲线下移),刚度为0.684N/mm时,悬臂梁自由端的最大有效振幅在6mm以下,振幅平均下降率分别为81.3%(40mm长度)㊁78.7%(60mm 长度)和81.6%(80mm长度)㊂③弹簧刚度的选取对阻尼器的减振效果影响显著,当弹簧的刚度为主系统刚度的10%以下时,减振效果显著;但过大的弹簧刚度会产生反作用,加大振幅,当增加到40%时,共振区域内的最大振幅为27.42mm,甚至超过主振系统在无外加阻尼时最大振幅24.69mm㊂3.4 填充材料的影响不同类型的颗粒材料耗能能力可能不同㊂为检测不同填充材料的颗粒粉末对该阻尼器的减振性能的影响,设颗粒填充率分别为0㊁20%㊁40%㊁60%和80%,比较它们在正弦激励下对悬臂梁自由端位移的减振效果,实验结果见图8㊂实验填充的锌粉的粒径为100μm,石英砂的粒径为300μm㊂图8数据来源于实验组为弹簧6组和1组(见表1),腔体内的长度为40mm㊁60 mm和80mm㊂组合式颗粒阻尼器在没有添加冲击器和颗粒材料,仅存在6组弹簧(弹簧刚度为2.82N/mm)的情况下,共振区域内主系统的最大振幅值为25.93mm;阻尼器在没有添加冲击器和颗粒材料,仅存在弹簧1组(弹簧刚度为0. 684N/mm)的情况下,共振区域内主系统的最大振幅值为6.24mm㊂从图8中可以看出:①无论填充何种材料的颗粒,在共振区域内,主系统最大的振幅均小于6.42mm,说明填充的颗粒起到了良好的减振作用,腔体内的颗粒发生塑性变形和断裂,消耗掉了主系统的动能,使振幅值下降;②在不同填充率和腔体间隙的情况下,填充金属材料颗粒或非金属材料颗粒对该阻尼器都有很好的减振效果,填充石英砂的平均衰减率为45%和29%,填充锌粉的平均衰减率为49%和32%(分别对应实验中2个不同的弹簧刚度),说明锌粉相对于石英砂具有更好的减振效果,但影响不是很大,不同材料的颗粒均可以作为减振剂材料㊂(a)腔体长度40mm(b)腔体长度60mm(c)腔体长度80mm图8 填充不同颗粒材料对减振效果的影响4 结论(1)组合式颗粒阻尼器具有优秀的减振效果,并且减振波形具有稳定的周期性㊂(2)实验中,钢球和颗粒的体积比w=0.53时的减振效果最佳,此时钢球和颗粒的体积比约为1∶2,和腔体间隙的体积比值约为1.3∶1㊂钢球体积㊁颗粒体积和腔体间隙三者之间存在一个最佳值,可使阻尼器获得最佳的减振效果㊂(3)当组合式颗粒阻尼器弹簧刚度不超过主系统刚度的10%时,阻尼器表现出很好的减振效果㊂(4)填充不同颗粒材料的减振效果没有显著的变化,因此,可以在较为广泛的范围内选取颗粒材料作为减振剂㊂㊃7591㊃组合式颗粒阻尼器的减振实验研究杜妍辰张虹Copyright©博看网. All Rights Reserved.参考文献:[1] F r i e n d R R,K i n r a V K.P a r t i c l eI m p a c tD a m p i n g[J].J o u r n a l o f S o u n da n dV i b r a t i o n,2000,233(1): 93‐118.[2] D u n c a n M R,W a s s g r e nC R,K r o u s g r i l lC M.T h eD a m p i n g P e r f o r m a n c eo faS i n g l eP a r t i c l eI m p a c tD a m p e r[J].J o u r n a l o fS o u n da n dV i b r a t i o n,2005,286(1/2):123‐144.[3] B a p a tC N,S a n k a rS.M u l t i u n i t I m p a c tD a m p e rR e‐e x a m i n e d[J].J o u r n a l o fS o u n da n d V i b r a t i o n, 1985,103(4):457‐469.[4] P o p p l e w e l lN,S e m e r c i g i lSE.P e r f o r m a n c eo f t h eB e a nB a g I m p a c tD a m p e r f o raS i n u s o i d a lE x t e r n a lF o r c e[J].J o u r n a lo fS o u n da n d V i b r a t i o n,1989,133(2):193‐223.[5] 李伟,胡选利,黄协清,等.柔性约束颗粒阻尼耗能特性研究[J].西安交通大学学报,1997,31(7):23‐28.L iW e i,H uX u a n l i,H u a n g X i e q i n g,e t a l.S t u d y o nE n e r g y D i s s i p a t i o n C h a r a c t e r i s t i c s o f G r a n u l a rD a m p i n g w i t h F l e x i b l e B o u n d a r y[J].J o u r n a lo fX i’a n J i a o t o n g U n i v e r s i t y,1997,31(7):23‐28. [6] 杨智春,李泽江.颗粒碰撞阻尼动力吸振器的设计及实验研究[J].振动与冲击,2010,29(6):69‐71, 143.Y a n g Z h i c h u n,L iZ e j i a n g.D e s i g na n d T e s tf o raT y p e o fP a r t i c l e I m p a c tD a m p e dD y n a m i cA b s o r b e r[J].J o u r n a l o fV i b r a t i o na n dS h o c k,2010,29(6): 69‐71,143.[7] 胡溧,黄其柏,马慰慈.颗粒阻尼减振性能的试验研究[J].噪声与振动控制,2008(5):52‐55.H uL i,H u a n g Q i b a i,M a W e i c i.E x p e r i m e n t a lR e-s e a r c h o n t h e D a m p i n g P e r f o r m a n c e o f P a r t i c l eD a m p e r s[J].N o i s ea n d V i b r a t i o n C o n t r o l,2008(5):52‐55.[8] 周宏伟,陈前.阻尼颗粒动态特性研究[J].南京航空航天大学学报,2008,40(6):742‐746.Z h o uH o n g w e i,C h e nQ i a n.E x p e r i m e n t a l I n v e s t i g a-t i o no n D a m p i n g P a r t i c l eD y n a m i cC h a r a c t e r s[J].J o u r n a l o fN a n j i n g U n i v e r s i t y o fA e r o n a u t i c s&A s-t r o n a u t i c s,2008,40(6):742‐746.[9] C h e n T i a n n i n g,M a o K u a n m i n,H u a n g X i e q i n g,e t a l.D i s s i p a t i o n M e c h a n i s m so f N o n‐o b s t r u c t i v e P a r t i c l eD a m p i n g U s i n g D i s c r e t eE l e m e n tM e t h o d[C]//I n t e r-n a t i o n a l S y m p o s i u m o nS m a r tS t r u c t u r e sa n d M a t e r i-a l s.N e w p o r t B e a c h,C A,U S A,2001:294‐301.[10] P a n o s s i a n H.N o n‐ob s t r uc t i v eP a r t i c l eD a m p i n g E x-p e r i e n c e a n dC a p a b i l i t i e s[C]//P r o c e e d i n g so fS P I E.T h eI n t e r n a t i o n a l S o c i e t y f o r O p t i c a l E n g i n e e r i n g,2002,4753(2):936‐941.[11] P a n o s s i a n H,K o v a cB,R a c k lR.C o m p o s i t e H o n e y-c o m bT r e a t m e n tv i aN o n‐o b s t r u c t i v e P a r t i c l eD a m p i n g(N O P D)[C]//45t h A I A A/A S M E/A S C E/A H S/A S CS t r u c t u r e,S t r u c t u r eD y n a m i c s&M a t e r i a l sC o n-f e r e n c e.P a l mS p r i ng s,C A,U S A,2004:1689‐1694.[12] 杜妍辰,王树林,朱岩,等.带颗粒减振剂碰撞阻尼的减振特性[J].机械工程学报,2008,44(7):186‐189.D uY a n c h e n,W a n g S h u l i n,Z h uY a n,e t a l.V i b r a t i o nC h a r a c t e r i s t i c s o f aN e wF i n e P a r t i c l e I m p a c tD a m p i n g[J].C h i n e s e J o u r n a l o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,2008,44(7):186‐189.[13] 杜妍辰,张铭命.带颗粒减振剂的碰撞阻尼的理论与实验[J].航空动力学报,2012,27(4):789‐794.D uY a n c h e n,Z h a n g M i n g m i n g.T h e o r e t i c a la n dE x-p e r i m e n t a lR e s e a r c h o nI m p a c t D a m p i n g w i t h F i n eP a r t i c l e s a sD a m p i n g A g e n t[J].J o u r n a l o fA e r o s p a c eP o w e r,2012,27(4):789‐794.[14] M a r h a d iK S,K i n r aV K.P a r t i c l eI m p a c tD a m p i n gE f f e c t o fM a s sR a t i o M a t e r i a l a n dS h a p e[J].J o u r n a lo f S o u n d a n dV i b r a t i o n,2005,283:433‐448. [15] 杜妍辰,王树林.两颗粒弹塑性正碰撞的耗散模型[J].机械工程学报,2009,45(2):149‐156.D uY a n c h e n,W a n g S h u l i n.E l a s t o p l a s t i cN o r m a l I m-p a c tD i s s i p a t i o n M o d e l o fT w o P a r t i c l e s[J].C h i n e s eJ o u r n a l o fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,2009,45(2):149‐156.[16] 杜妍辰,王树林.等代参数法预测颗粒夹击过程中的能量损耗[J].振动与冲击,2011,30(12):160‐163.D u Y a n c h e n,W a n g S h u l i n.E q u i v a l e n t P a r a m e t e rM e t h o d f o rP r e d i c t i n g E n e r g y D i s s i p a t i o ni nP a r t i c l eC l a m p i n g[J].J o u r n a l o fV i b r a t i o na n dS h o c k,2011,30(12):160‐163.[17] 张英会,刘辉航,王德成.弹簧手册[M].北京:机械工业出版社,2008.(编辑张洋)作者简介:杜妍辰,女,1976年生㊂上海理工大学医疗器械与食品学院副教授㊂主要研究方向为振动控制技术与应用㊂发表论文20余篇㊂张虹,女,1988年生㊂上海理工大学医疗器械与食品学院硕士研究生㊂㊃8591㊃中国机械工程第26卷第14期2015年7月下半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.。

机械振动控制中的颗粒阻尼方法及应用研究

机械振动控制中的颗粒阻尼方法及应用研究
本文研究了机械振动控制中的颗粒阻尼方法及应用。

机械振动控制是一种重要的控制技术，用于减小机械系统中的振动。

振动会导致能量损失、噪音、机械磨损等问题，因此控制振动是提高机械系统性能和寿命的重要途径之一。

颗粒阻尼是机械振动控制中的一种有效方法，可以通过改变机械系统中的颗粒形态和密度等因素来控制振动。

本文将详细介绍颗粒阻尼方法的原理和应用。

颗粒阻尼方法是通过向机械系统中添加颗粒来减小振动的。

颗粒可以是固体、液体或气体，其大小和形状对阻尼效果有影响。

颗粒的存在会改变机械系统的动力学特性，从而减小振动。

颗粒阻尼的原理是颗粒在振动中发生相对位移，产生摩擦力，使振动能量转化为热能而减小振动。

颗粒阻尼方法的应用非常广泛，涉及到机械、建筑、交通等领域。

例如，在高速公路上，通过在路面上铺设颗粒材料，可以减小汽车行驶时的振动和噪音。

在航空航天领域，颗粒阻尼技术可以减小航天器在进入大气层时的振动，提高安全性能。

在机械领域，颗粒阻尼方法可以应用于发动机、齿轮箱等部件中，减小振动和噪音，提高寿命和可靠性。

除了颗粒阻尼方法外，还有其他的机械振动控制方法，如主动控制、被动控制和半主动控制等。

每种控制方法都有其特点和适用范围。

在实际应用中，需要根据具体的工程要求和条件选择合适的控制方法。

总之，颗粒阻尼方法是一种有效的机械振动控制方法，具有广泛的应用前景。

本文对颗粒阻尼方法的原理和应用进行了详细介绍，希望能够为相关研究和工程应用提供参考和借鉴。

带颗粒减振剂的碰撞阻尼减振机理的理论与实验研究

带颗粒减振剂的碰撞阻尼减振机理的理论与实验研究传统的碰撞阻尼建立在动量交换和摩擦的基础之上, 其中相当多的能量没有耗散掉, 而是在系统中传播。

本文提出了一种以微细颗粒塑性变形耗散振动能量的新型碰撞阻尼机理, 称为带颗粒减振剂的碰撞阻尼理论。

这种带颗粒减振剂的碰撞阻尼的主要耗能机理是: 在振动过程中, 钢球的撞击使夹在钢球之间的微小颗粒产生塑性变形甚至断裂细化, 从而永久性地耗散掉振动能量。

深入探讨这种碰撞阻尼的减振特性, 具有重要的原创性理论创新价值, 而且在结构振动控制领域具有广阔的应用前景。

为此,本文着重对带颗粒减振剂的碰撞阻尼进行了理论建模和实验研究。

本文首先提出了两球弹塑性碰撞的理论模型, 得出了两球经过一个碰撞周期后各自的速度、碰撞过程的恢复系数和能量损耗因子的解析表达式,并采用有限元方法对两球的弹塑性碰撞过程进行了模拟, 分析结果与理论模型的计算结果相吻合。

以两球弹塑性碰撞的理论模型为基础, 本文进一步建立了带颗粒夹击的两球碰撞预测模型, 得出了表面粘附微细颗粒的两球经过一个碰撞周期后各自的速度、碰撞过程的恢复系数和能量损耗因子的解析表达式, 与此同时, 利用有限元方法对这一过程进行了数值模拟, 得到了与理论模型相一致的结果, 分析了带颗粒夹击的两球碰撞预测模型的适用范围以及颗粒与球直径比、材料种类、碰撞区域颗粒数对碰撞耗能的影响。

以上述理论为基础, 本文建立了带颗粒减振剂的碰撞阻尼的悬臂梁强迫振动系统的整体分析模型, 计算了悬臂梁在简谐激励下的响应, 并对悬臂梁在各种不同阻尼状态下的共振以及衰减振动特性进行了实验研究。

实验结果与理论计算结果吻合较好, 证明本文建立的带颗粒减振剂的碰撞阻尼的理论模型是正确的, 能够指导工程设计。

另一方面, 本文还对颗粒体积填充率、颗粒材料和粒径对阻尼器的减振性能进行了实验研究, 结果表明, 在低频（小于50Hz）范围内, 带颗粒减振剂的碰撞阻尼的减振性能远远优于各种传统的碰撞阻尼器。

变质量颗粒阻尼吸振器及其宽频减振性能

０２时,吸振器最
佳减振频率为１１．
５８r
ad/s,当液体质量 mf 为最大
值０．
１０时,最佳减振频率为９．
３４r
ad/s.由于液体
续变化,因此通过调节吸振器液体质量,能够使吸
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
变质量颗粒阻尼吸振器及其宽频减振性能———赵艳青夏晶晶高强等
mf、
k２、
x２分别为颗粒容器质量、颗粒
质量、可变液体质量、吸振器的刚度和位移;
x０为
度系统的阻尼比定义,得到等效阻尼比:
ξ＝
c
２ k２ (
mc ＋ mf)
(
２)
产生阻尼作用颗粒的质量mp 在一定程度上代
外界激励.可变液体质量 mf 能够在最小值 mfmin
表着吸振器的耗能情况. 当产生阻尼作用颗粒的
杨智春等
[
８]
振效果会变差.为了进一步拓宽颗粒阻尼吸振器
质量动力吸振器 [１０]的基础上,提出了一种变质量
颗粒阻尼吸振器,通过对吸振器质量的调节,获得
宽频减振性能.
由于颗粒阻尼碰撞和摩擦减振的机理非常复
提出了一种颗粒阻尼吸振器设计概
杂,以及影响其性能的因素(颗粒的形状、密度、填
念,所设计的颗粒阻尼吸振器(颗粒碰撞阻尼吸振
阻尼吸振器相对于传统的单质量块动力吸振器能
够拓宽有效减振频带,但频带增加的幅度有限.
.现今,一些学者在颗粒阻尼技术的基础上
当外界激励频率超出吸振器有效减振频带时,减
TPD)的概念并对其进行了深入研究.姚冰等

带弹性涂层的颗粒阻尼器阻尼特性实验研究的开题报告

带弹性涂层的颗粒阻尼器阻尼特性实验研究的开题报告一、选题的背景和意义颗粒阻尼器是一种基于颗粒界面上的摩擦和碰撞作用来进行能量耗散和振动减缓的非线性阻尼器，其在工程实践中广泛应用于各种振动系统的控制和减震领域。

而带弹性涂层的颗粒阻尼器则是在颗粒表面涂覆聚合物薄膜或橡胶材料来增加颗粒阻尼器的牢固性和抗磨损性。

这种新型颗粒阻尼器不仅具有传统颗粒阻尼器的非线性特性，还具有摩擦界面的弹性能够带来的额外改善效应，因此在地震减震、高速列车振动控制、建筑结构控制等领域有着广泛的应用前景。

针对带弹性涂层的颗粒阻尼器，目前研究主要以数值模拟为主，实验研究较少。

本研究旨在通过实验方法对带弹性涂层的颗粒阻尼器的阻尼特性进行研究，进一步探究其阻尼机理和优化设计方法，为其在实际工程中的应用提供理论依据和技术支持。

二、研究内容和方法1. 研究内容本研究将以实验方法为主要手段，开展如下方面的研究内容：（1）带弹性涂层的颗粒阻尼器的制备和测试平台的搭建；（2）测定不同涂层材料和厚度的粒子在不同压力下的摩擦系数和弹性模量；（3）测定颗粒阻尼器在不同荷载下的复合阻尼比和阻尼力；（4）分析实验结果，探究带弹性涂层的颗粒阻尼器的阻尼机理和对比其与传统颗粒阻尼器的性能差异；（5）提出改进措施和优化设计方法。

2. 研究方法本研究提出的实验方法主要分为以下几个步骤：（1）准备实验材料，包括颗粒阻尼器的粒子和涂层材料，以及实验所需器材和设备；（2）制备带弹性涂层的颗粒阻尼器，选择不同类型和厚度的涂层材料，采用浸涂、喷涂等方法将颗粒表面涂覆涂层；（3）搭建颗粒阻尼器测试平台，测量涂层颗粒的摩擦系数和弹性模量，并对实验结果进行统计和分析；（4）进行颗粒阻尼器的阻尼特性实验，测定不同荷载和位移下的复合阻尼比和阻尼力，并对实验结果进行分析和对比；（5）对实验结果进行统计分析和综合评价，提出改进措施和优化设计方法。

三、研究的预期成果本研究将通过实验方法对带弹性涂层的颗粒阻尼器的阻尼特性进行了研究，探究了其阻尼机理和性能差异，并提出了优化设计方法和改进措施。

颗粒阻尼铣刀减振分析与试验研究

颗粒阻尼铣刀减振分析与试验研究张恒明;庞学慧【摘要】研究了多种阻尼颗粒在不同填充参数下对颗粒阻尼铣刀减振效果的影响.对颗粒阻尼铣刀进行锤击实验以测得刀杆阻尼比,进行铣削实验以测得工件表面粗糙度.比较了颗粒粒径、密度、填充率对减振效果的影响,发现了较优的填充颗粒参数.实验结果表明:填充颗粒直径越小,密度越大、减振效果越好,当填充率为70％时,减振效果最佳;选取合理填充颗粒参数时,刀杆阻尼比最高达到4.35％,铣削后的工件表面粗糙度值最低为1.392μm,相比于实心铣刀降低了50.09％;球粉混合填充模型有待进一步研究.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】5页(P89-93)【关键词】颗粒阻尼;铣刀;阻尼比;表面粗糙度【作者】张恒明;庞学慧【作者单位】中北大学机械与动力工程学院,山西太原030051;中北大学机械与动力工程学院,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TG714在机械制造领域，铣削加工因加工效率高而得到广泛应用，同时由于铣削加工断续切削、有冲击，振动现象比较复杂[1]。

切削加工中受切削力影响刀具振动是不可避免的，在具备一定条件下就会产生颤振，降低零件加工精度，增加刀具疲劳和磨损，严重时产生崩刀，导致加工无法进行[2]。

颗粒阻尼铣刀是基于NOPD(非阻塞性颗粒阻尼，non-obstructive particle damping)技术，在铣刀的实心刀杆中加工出一定形状、大小的空腔，然后在空腔中填充阻尼颗粒进行封装。

其减振原理主要是当铣刀旋转铣削时，填充在空腔中的颗粒与颗粒之间、颗粒与腔壁不断发生碰撞与摩擦，通过碰撞与摩擦两种主要的耗能方式来消耗铣刀的振动能量，从而使铣刀铣削时刀具的振幅减小，提高工件的表面加工质量。

Panossian H V.[3-5]提出了一种非阻塞型颗粒阻尼器概念，并通过试验验证了该型颗粒阻尼器良好的减振控制效果。

颗粒阻尼器对长周期桥梁结构的减震控制效果研究

颗粒阻尼器对长周期桥梁结构的减震控制效果研究罗振源;闫维明;许维炳;周大兴【摘要】In order to study the efficiency and mechanism of the vibration control of particle dampers in long-period bridge structures,a 1/20-scale bridge model was designed according to a typical asymmetric self-anchored suspension bridge with a single-tower,and a multilayer compartmentalparticle damper applied to the scaled test model was proposed.Corresponding shaking table tests of the scaled model with and without particle dampers were conducted.The experimental results show that the multilayer particle damper proposed does not show the phenomenon of particle accumulation in the experiments,and it has a good damping effect on the longitudinal seismic responses of the main beam of the scaled model bridge.It can dramatically reduce the displacement responses and acceleration root mean square responses of the main beam.This type of damper can significantly increase the equivalent damping ratio to reduce the longitudinal vibration of the main beam (in the low frequency vibration direction),and its has a significant tuning effect on the fundamental longitudinal vibration frequency of the main beam;The multilayer compartmental particle damper can effectively control the low-frequency dynamic responses of long-period bridges and can be applied to the seismic control of long-period engineering structures.%为了研究颗粒阻尼器在长周期桥梁结构中的减震控制效果及其减震机理,以某典型的非对称独塔自锚式悬索桥为原型,设计制作了该桥的1∶20缩尺模型,并设计制作了可用于试验模型的多层隔舱式颗粒阻尼器,对设置颗粒阻尼器前后的模型桥进行地震模拟振动台阵试验.试验结果表明:所提出的多层隔舱式颗粒阻尼器在试验中未出现颗粒堆积现象,其对缩尺模型桥主梁的纵向地震响应具有良好的减震效果,能较大幅度降低主梁位移峰值响应和加速度均方根响应;该型阻尼器能显著增加主梁纵向振动(低频振动方向)的等效阻尼比,且对其纵向振动基频具有较显著的调谐作用;多层隔舱颗粒阻尼器能有效控制长周期桥梁的低频动力响应,可应用于长周期工程结构的减震控制中.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2018(037)010【总页数】7页(P1-7)【关键词】多层隔舱式颗粒阻尼器;自锚式悬索桥;振动台试验;减震控制;长周期结构【作者】罗振源;闫维明;许维炳;周大兴【作者单位】北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室,北京100124;北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室,北京100124;北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室,北京100124;中铁建设集团有限公司,北京100131【正文语种】中文【中图分类】U441+.3近年来，随着耗能减震技术的发展，在机械、航空领域受广泛使用的颗粒阻尼减震技术被引用到土木工程结构减震控制中来。

颗粒阻尼器的DEM仿真与实验研究

颗粒阻尼器的DEM 仿真与实验研究林莎，陈前，段勇南京航空航天大学振动工程研究所，南京（210016）E-mail ：slin.detec@摘要：本文给出了一种圆柱状颗粒阻尼器。

一方面，利用DEM 建模方法及其计算原理对该颗粒阻尼器进行Visual Basic 仿真；另一方面，采用实验手段对仿真结果的正确性进行检验。

通过对比发现：（1）仿真计算结果与实验测试结果吻合良好，证明了仿真程序的正确性；（2）颗粒阻尼器耗能特性具有随加速度幅值增大而增大、随激振频率增高而减小的规律。

关键词：颗粒阻尼器，DEM，损耗能量，Visual Basic中图分类号：TB53；03231. 引言颗粒阻尼（particle damping ）是一项振动被动控制新技术，最早由洛克威尔公司的H.V.Panossian 博士提出。

其原理非常简单，就是将微小颗粒按照一定填充率填充到振动结构内部或附属的空腔内，结构振动引起颗粒之间以及颗粒与空腔壁之间的非弹性碰撞和摩擦，以此消耗能量，产生阻尼效应，从而达到抑制结构振动的目的[1]。

该技术具有以下优点：概念简单、成本低廉，适用于高温、辐射、腐蚀等恶劣环境，还可以利用结构上现成的或附带的空腔，其阻尼作用也不受方向限制。

这些优点为颗粒阻尼在工程实践中的广泛应用提供了可能。

目前国内外有关学者对颗粒阻尼的研究主要归为两个途径：实验和仿真。

丰富的实验数据充分表明颗粒阻尼是一种简单且行之有效的减振手段，然而对颗粒阻尼的仿真却是一件非常棘手的事情。

由于颗粒数量大、运动影响因素多，计算机模拟仿真技术便成为一种必要的研究手段。

本文采用离散单元方法（discrete element method , 简称DEM ）对竖直振动颗粒阻尼器结构进行了仿真研究，并通过实验验证了仿真结果的正确性。

2. DEM 模型建立2.1 DEM 介绍DEM 是研究不连续体力学行为的一种数值方法，其基本原理是将不连续体分离成刚性单元的集合，利用牛顿第二定律建立起每个刚性单元的运动方程，再用动态松弛法迭代求解这些运动方程，从而求得不连续体的整体运动形态。

颗粒阻尼技术研究综述

图 1 各种阻尼器 Fig． 1 Dampers
尽管颗粒阻尼减振的物理本质尚无定论，但并不影响其在航空航天及机械等领域的成功应用。如雷达天线、印刷线路板减振保护；降低灯柱、烟囱及细高挠性建筑物因风激起的振动；抑制继电器，飞行器及金属切削机床结构的自激振动等。Lieber 等［2］用冲击阻尼器控制飞行器振动，考虑每个周期碰撞两次情形，发现当冲击质量和主体结构相位角相差 180° 时，减振效果最好。Grubin［24］在假定每个周期对称碰撞两次基础上，得到主体结构振动响应，发现其在共振及材料恢复系数较大时能得到更多阻尼。Oledzki［25］用其控制轻质航天器上长管道振动，采用流变计算模型与试验结果吻合良好。Skipor［26］将其用于印刷装置； Moore 等［27］用于低温状态下工作的火箭引擎涡轮系统高速转子； Sato 等［28］用于绘图仪支撑系统； Sims 等［29］利用颗粒阻尼器改进机械工件的振动稳定性； Gibson 等［30 － 31］将颗粒阻尼器用于空间，发现系统响应衰减率与最小有效振幅是阻尼器设计的重要参数，采用上千个小颗粒阻尼器使系统成为高度非线性，可在较广频率带上提供大阻尼。Friend 等［32 － 33］均将颗粒阻尼器置于结构位移最大处以得到较大系统阻尼，颗粒可通过非弹性碰撞将动能转化为热能耗散掉。通过对铝质悬臂梁在自由端附加颗粒阻尼器实验得到的阻尼数值表明，冲击阻尼具有高度非线性。
颗粒阻尼技术的耗能机理为颗粒间耗能及颗粒与主体结构间冲击耗能［16］。利用颗粒间耗能控制振动体振动已成熟应用，如将装满颗粒的袋子压在振动体上；