顆粒阻尼系統(tǒng)減振特性研究.pdf

1、顆粒阻尼減振技術(shù)屬于振動(dòng)被動(dòng)控制技術(shù)的一種，它的機(jī)理是通過在振動(dòng)的結(jié)構(gòu)上附加封閉的容器，容器內(nèi)部填充細(xì)小顆粒，利用顆粒與顆粒以及顆粒與容器壁之間的碰撞摩擦來消耗能量。顆粒阻尼減振技術(shù)具有減振頻帶寬，結(jié)構(gòu)簡單，耐久性好，易于用高溫惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成功地應(yīng)用于機(jī)械工程減振等領(lǐng)域。然而，由于在容器內(nèi)部顆粒流的碰撞十分復(fù)雜，顆粒阻尼器的阻尼特性很難被預(yù)測。因此，顆粒阻尼系統(tǒng)減振特性的研究已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)者研究的重要內(nèi)容。
　　論文通過

2、試驗(yàn)和數(shù)值模擬兩個(gè)方面對(duì)顆粒阻尼器減振特性進(jìn)行了研究，在數(shù)值模擬中，采用了國內(nèi)外未曾使用過的基于離散單元法的結(jié)構(gòu)體和阻尼器全系統(tǒng)模擬。
　　在試驗(yàn)方面，先進(jìn)行了基于單自由度懸臂梁的顆粒阻尼試驗(yàn)，研究了填充率、顆粒粒徑大小、不同密度的顆粒材料、初始位移以及阻尼器的位置對(duì)系統(tǒng)阻尼比的影響;然后對(duì)基于單層鋼框架的顆粒阻尼試驗(yàn)研究，分析了填充率、阻尼器安裝位置以及金屬盒形狀對(duì)阻尼效果的影響。
　　在數(shù)值研究中，采用基于離散單元法的P

3、FC3D程序?qū)θ到y(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。在模擬過程中，把主結(jié)構(gòu)體（懸臂梁、鋼框架、金屬盒以及固定顆粒）離散成許多非常小的顆粒體單元的密實(shí)組合，通過平行連接模型實(shí)現(xiàn)固體材料的連續(xù)特性;自由顆粒間的相互作用用滑移接觸模型描述，接觸力計(jì)算采用Hertz-Mindlin接觸模型。分別進(jìn)行了單自由度懸臂梁的自由振動(dòng)，以及鋼框架在正弦激勵(lì)下受迫振動(dòng)的模擬，研究了顆粒阻尼器的減振特性。
　　綜合試驗(yàn)和數(shù)值研究，獲得以下結(jié)論:
　　填充率選擇7

4、5％左右較為合理，充分利用阻尼器內(nèi)部的空間，使得容器內(nèi)的顆粒與顆粒，顆粒與容器壁之間得到充分的碰撞、摩擦。
　　阻尼顆粒應(yīng)選用密度較大的材料，如碳鋼，甚至密度更大的金屬。隨著顆粒材料密度的增大，系統(tǒng)的阻尼比也隨之增加。
　　阻尼顆粒粒徑的選擇與外部激勵(lì)，也就是初始位移有關(guān)，在外部激勵(lì)較大時(shí)，即初始位移較大時(shí)，建議采用粒徑小的顆粒，在利用碰撞耗能的同時(shí)，有效增加摩擦耗能;而在外部激勵(lì)較小時(shí)，應(yīng)該選用粒徑大的顆粒，使得顆粒與容器

5、壁之間的碰撞充分發(fā)揮。
　　阻尼器的位置應(yīng)安裝在系統(tǒng)振動(dòng)方向上振幅較大的位置。
　　初始位移越大，振幅越大，顆粒間以及顆粒與容器壁之間的碰撞和摩擦越充分，減振效果越明顯。
　　通過比較不同橫截面（圓形和正方形）的阻尼器，在相同總質(zhì)量、相同粒徑、相同材料、相同顆粒數(shù)目的情況下進(jìn)行正弦激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)。采集鋼框架在其一階固有頻率處的功率譜密度幅值，顆粒填充數(shù)目為100個(gè)前，顆粒的運(yùn)動(dòng)路徑長度對(duì)減振效果影響較大，此時(shí)圓柱形金屬盒