[发明专利]一种可调节的非线性动力吸振器及系统

说明书

本发明公开了一种可调节的非线性动力吸振器及系统，其技术方案为：包括调谐质量块，其滑动连接于支撑板表面，调谐质量块与支撑板两端之间分别转动连接有第一剪叉式结构；第一剪叉式结构安装有第二剪叉式结构和阻尼器，第二剪叉式结构和阻尼器均能够通过伸缩带动第一剪叉式结构伸缩，第二剪叉式结构配合有带动其伸缩的弹性元件；弹性元件的伸缩方向与调谐质量块的滑动方向平行，且与阻尼器的阻尼方向相互垂直，以使第一剪叉式结构、第二剪叉式结构运动时通过几何非线性作用实现吸振。本发明的刚度和阻尼特性均可调，并且可以利用线性元件实现非线性刚度、阻尼、超低固有频率，解决传统非线性吸振器无法消除的杜芬(Duff i ng)系统不稳定问题。

技术领域

本发明涉及振动抑制/吸振技术领域，尤其涉及一种可调节的非线性动力吸振器及系统。

背景技术

在许多工程实践中，振动控制是一项关键任务。相对于主动控制方法，被动振控制为结构的振动控制提供了更有利的解决方案，该方案节能，可靠，稳定且经济。在某些工程实践中，动力振动吸振器(DVA)或调谐质量阻尼器(TMD)是一种有效的无源设备，可以通过传递和耗散主结构的能量来抑制主结构/系统(受保护物体)的振动幅度。TMD是通过弹簧和阻尼器连接到主振动系统的附加质量块。传统线性调谐质量阻尼器(LTMD)的数学优化方法为线性TMD系统的不动点理论，并获得了闭式解。这种定点理论奠定了TMD系统理论分析的基础，并在以后得到广泛应用。

尽管LTMD系统因其简单性而广泛用于振动抑制，但仍不能忽略某些缺点。其中一个是在谐振频率范围内过窄的抑制带宽；通过使用软化的非线性贝勒维尔弹簧，振动抑制带宽可以加倍。优化目标可分为最小化主系统共振的最大响应幅度(即优化)或最小化全频范围内的总振动能量(即优化)。对于具有无阻尼主结构的LTMD系统，已经得到了精确的解析解。但是，当主系统具有阻尼时，很难获得理论上的精确解。当主系统包含阻尼元件时，仅得到了数值优化解。对于非线性调谐质量阻尼器(NTMD)系统，由于NTMD的动力学方程是非线性且耦合的，因此进行理论上的优化分析更加困难。在进行任何简化或线性化处理之前，无法以显式函数来表示优化的目标函数。

尽管困难，但近年来NTMD的优化分析引起了很多关注。原因是在工程实践中，大多数TMD或主系统具有固有的非线性元素(非线性刚度/非线性阻尼)。NTMD系统在许多情况下都显示出明显的优势。例如，如前所述，软化的非线性刚度可使频率响应曲线中主结构的振动抑制带宽增加一倍。由鞍形节点分叉引起的跳跃和滞后现象可能发生在非线性主振动结构的稳态响应中，而LTMD无法抑制主结构的这些不稳定分叉。与LTMD相比，最优设计的NTMD可以帮助抑制非线性主结构的大幅度响应和不稳定问题。例如，与杜芬(Duffing)系统耦合的NTMD的减振性能，鲁棒性和敏感性都优于线性系统。例如当激励幅度大时，可能会激发主系统强非线性问题，例如分叉，不稳定和分离的共振曲线。但是，目前非线性吸振器普遍存在无法消除的杜芬(Duffing)系统不稳定问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种可调节的非线性动力吸振器及系统，其刚度和阻尼特性均可调，并且可以利用线性元件实现非线性刚度、阻尼、超低固有频率，解决传统非线性吸振器无法消除的杜芬(Duffing)系统不稳定问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种可调节的非线性动力吸振器，包括调谐质量块，其滑动连接于支撑板表面，调谐质量块与支撑板两端之间分别转动连接有第一剪叉式结构；第一剪叉式结构安装有第二剪叉式结构和阻尼器，第二剪叉式结构和阻尼器均能够通过伸缩带动第一剪叉式结构伸缩，第二剪叉式结构配合有带动其伸缩的弹性元件；

弹性元件的伸缩方向与调谐质量块的滑动方向平行，且与阻尼器的阻尼方向相互垂直，以使第一剪叉式结构、第二剪叉式结构运动时通过几何非线性作用实现吸振。