顆粒阻尼建模仿真及工程應用.pdf

1、顆粒阻尼技術是一種較新型的阻尼技術，它是將金屬或非金屬顆粒按一定的填充率放入振動結構的空腔或附加空腔內，在主結構的振動過程中，誘發(fā)顆粒與顆粒以及顆粒與空腔內壁之間的非彈性碰撞和摩擦，以此產生阻尼效應，同時顆粒與主結構之間進行的動量交換也能夠起到抑制振動的作用。顆粒阻尼具有結構簡單、減振頻帶寬、適應惡劣環(huán)境（高溫、腐蝕等）以及價格低廉等優(yōu)點，因此引起國內外學者越來越多的關注。
　　為了擴展顆粒阻尼技術的應用范圍，針對顆粒阻尼存在的缺

2、陷，本文從工程應用的實際需求出發(fā)，運用理論、仿真和試驗相結合的方式對顆粒阻尼進行研究，主要工作如下：
　　1、失重狀態(tài)下顆粒阻尼的仿真研究。利用離散單元法對處于零重力下的阻尼顆粒的運動特點和阻尼特性進行仿真研究，研究結果表明對于處在失重狀態(tài)下的顆粒阻尼器，當顆粒層與阻尼器空腔的間隙過大或阻尼器的振動水平較小時，顆粒將形成一個松散的“云團”，懸浮于容器的中央，阻尼器無法將能量注入給顆粒，顆粒之間的相互作用不明顯，阻尼效果無法得到發(fā)揮

3、。因此只有在大填充率或大振幅下顆粒阻尼才能充分發(fā)揮其阻尼效應，這與地面上顆粒阻尼的耗能特性有顯著的不同。在零重力環(huán)境下，為了提高阻尼器在小振幅或低填充率時的耗能能力，我們提出了一種顆粒阻尼器的改進方法，即在阻尼容器中安裝擾動器來打破懸浮的顆粒“云團”，結果證明這是一種可大幅度提高阻尼性能的簡單而有效的方法；
　　2、基于粉體力學模型的顆粒阻尼研究。利用粉體力學建立了顆粒阻尼的一個理論模型，并與DEM仿真相結合，研究了圓柱形顆粒阻尼

4、器的尺寸、振動強度及激勵方向對顆粒阻尼器阻尼特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，對于不同內徑的圓柱形阻尼器，當受到軸向激勵時，內徑大的阻尼器由固態(tài)進入液態(tài)、氣態(tài)所需要的振動強度更小，也就說明在受到同樣大小的軸向振動時，內徑大的阻尼器耗能效果更好，這一結論可以作為顆粒阻尼器設計的一個準則，即在主結構振動水平較低時，盡可能的增大阻尼器的內徑，更有助于顆粒阻尼發(fā)揮其耗能特性。
　　3、顆粒阻尼吸振器的試驗研究。為了解決傳統(tǒng)顆粒阻尼器在微振動環(huán)境中（振

5、動加速度A a?1g）不能發(fā)揮阻尼減振作用的缺陷，利用動力吸振器的振動控制原理，提出一種新型的顆粒阻尼器——顆粒阻尼吸振器。并通過試驗驗證了其阻尼減振效果。試驗結果表明，在傳統(tǒng)顆粒阻尼器無法工作的微振動環(huán)境中，顆粒阻尼吸振器一方面作為吸振器能夠吸收主系統(tǒng)的能量，另一方面由于彈性支撐的放大作用使得顆粒阻尼器的局部振動強于主系統(tǒng)，顆粒阻尼的耗能特性也能夠得到發(fā)揮；在達到傳統(tǒng)阻尼器的工作條件時，相同振動強度下顆粒阻尼吸振器的減振效果明顯優(yōu)于傳

6、統(tǒng)顆粒阻尼器；4、顆粒阻尼器的近似理論模型研究。對于具有高度非線性動力學特性的顆粒阻尼器，提出一種2-dof的近似模型，該簡化模型能夠很好的反映顆粒阻尼器的耗能特點。將該模型應用于顆粒阻尼吸振器系統(tǒng)的理論建模，發(fā)現(xiàn)理論計算的頻響函數(shù)與試驗測得的數(shù)據吻合程度很高。此外，研究還發(fā)現(xiàn)了顆粒阻尼器等效模型中的三個主要參數(shù)隨著振動加速度增加的變化規(guī)律，特別是顆粒阻尼器的等效粘性阻尼系數(shù)c eq，其隨振動加速度的變化符合Gamma分布;