[发明专利]一种基于宽频非线性吸振器胞元的分布式振动控制方法

说明书

本发明公开了一种基于宽频非线性吸振器胞元的分布式振动控制方法，主要步骤包括：通过理论计算，有限元仿真软件或者模态测试实验装置等方式得到复杂结构系统的固有模态和固有频率。根据外界激励频率范围，布置非线性吸振器胞元的位置，将非线性吸振器胞元布置在模态振型的最高点，避免非线性吸振器胞元布置在复杂结构固有模态的节点处。根据复杂结构系统的质量，调节串联或者并联的非线性吸振器胞元数量。根据复杂结构系统的空间特点，选择合理的分布式布置方式。在实际应用中，针对各种复杂结构，将许多非线性吸振器胞元一起串联或者并联使用，再通过对其进行灵活地分布，达到宽频自适应减振的效果。

技术领域

本发明涉及被动振动控制技术领域，具体为一种基于宽频非线性吸振器胞元的分布式振动控制方法。

背景技术

振动普遍存在于工程各个领域中。一般而言，振动在工程中往往是有害的。振动会使结构遭到破坏，降低设备的使用寿命，使结构丧失稳定性而失效。桥梁的风致振动、高层建筑在风以及地震等自然灾害中产生的振动等可能会导致建筑垮塌；飞机机翼因气流导致的振动会影响飞行的平稳性。因此为了减小振动在工程中的危害，增加结构的稳定性和使用寿命，保障结构的正常运行，对结构振动进行控制是十分有必要的。

吸振是一种有效抑制振动的方法。常见的线性吸振器由于结构简单，设计方便被广泛应用，但是它只对单一频率起作用，然而在实际工程环境中，很少存在单一激励频率的情况。为了克服上述困难，非线性减振概念被提出来。

非线性吸振器(Nonlinearvibrationabsorber,NVA)在非线性恢复力与线性恢复力相当，甚至更大时，具有宽频减振的特性。当非线性吸振器的线性刚度较小时，与非线性恢复力相比，线性恢复力较小，添加非线性吸振器对振动主结构原本的固有频率改变很小，而且具有更好的宽频减振特性，能够自适应地控制宽频内的共振，这种非线性吸振器也称为非线性能量汇(Nonlinear energy sink,NES)。吸振器的重量往往需要与振动主结构的重量达到一定的比例，才能有很好的减振效率，对于大型工程结构的振动控制需要吸振器的附加重量很大。而且高效率消振时的非线性吸振器往往自身振动比主结构振动更大，因此，非线性吸振器的可靠性较低。除此之外，单个非线性吸振器工作时，一旦吸振器装置出现破坏，对结构的振动控制就失效了。非线性吸振器的大附加重量和低可靠性使其在解决实际工程问题的应用中受到阻碍。

此外，在实际工业环境当中，减振对象往往都是复杂的结构，而且具有多个激励源。复杂结构存在多个固有模态和固有频率，结构的振动通常包括多个频谱。因此，即使是对于具有宽频减振性质的非线性吸振器，单个非线性吸振器对多频谱、多模态振动仍然难以实现高效率的控制。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种基于宽频非线性吸振器胞元的分布式振动控制方法，通过将大量的、轻质的、具备宽频控制的非线性吸振器进行串联或者并联，提高非线性吸振器振动控制的可靠性；利用非线性吸振器的宽频自适应控制特性，对主结构振动控制时，将非线性吸振器分布在主结构的不同位置，实现分布式振动控制。在实际应用中，针对各种复杂结构，将许多非线性吸振器胞元一起串联或者并联使用，再通过对其进行灵活地分布，达到宽频自适应减振的效果。

一种基于宽频非线性吸振器胞元的分布式振动控制方法，包括以下步骤：

步骤1：获得主结构的固有模态和固有频率。

步骤2：根据主结构振动的频率范围和模态特征，选择布置非线性吸振器胞元的位置。

步骤3：根据主结构的重量，调节串联或者并联的非线性吸振器胞元的数量。

步骤4：根据主结构的空间特点，选择合理的分布式布置方式，包括确定各个位置上胞元的数量。