含干摩擦梁結(jié)構(gòu)的非線性模態(tài)特性與減振機(jī)理研究.pdf

1、干摩擦阻尼廣泛應(yīng)用于摩擦葉片、空間結(jié)構(gòu)等機(jī)械結(jié)構(gòu)中，以達(dá)到減振或改變振動特性的目的。近些年來，干摩擦結(jié)構(gòu)的非線性動力學(xué)響應(yīng)得到了深入研究，但此類結(jié)構(gòu)的模態(tài)特性很少關(guān)注。干摩擦作用下結(jié)構(gòu)的非線性模態(tài)演化規(guī)律，以及采用模態(tài)的方法揭示減振機(jī)理等問題仍然沒有很好的解決。而這類研究對含干摩擦梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計具有重要的理論意義。
　　論文采用實(shí)驗方法、解析方法、數(shù)值方法研究摩擦梁結(jié)構(gòu)的模態(tài)特性，以揭示減振機(jī)理。實(shí)驗研究可初步了解干摩擦對梁結(jié)構(gòu)模態(tài)

2、的影響規(guī)律;解析和數(shù)值研究主要獲得干摩擦對梁結(jié)構(gòu)模態(tài)的作用規(guī)律，以及如何依據(jù)模態(tài)特性開展基于干摩擦阻尼的減振設(shè)計。主要的研究工作和成果如下:
　　(1)建立多點(diǎn)摩擦雙層梁實(shí)驗?zāi)Ｐ停捎肔MS Polymax方法，獲得包含彈性體和剛體模態(tài)的16階模態(tài)參數(shù)。實(shí)驗表明，隨著無量綱激勵力（激勵力幅值與摩擦力比值）的增大，剛體模態(tài)頻率減小，而彈性體模態(tài)頻率略有增大;干摩擦系數(shù)對模態(tài)階數(shù)的影響程度不同。另外，為識別出系統(tǒng)較全面的模態(tài)參數(shù)，確定

3、出了激勵力幅值的合理范圍。
　　(2)針對多點(diǎn)摩擦雙層梁模型，提出了一種適合于大型工程結(jié)構(gòu)的工作模態(tài)實(shí)驗方法。在20N法向壓力產(chǎn)生的干摩擦條件下，分別進(jìn)行縱向、垂向的單向隨機(jī)激勵工況實(shí)驗，獲得的模態(tài)參數(shù)疊加結(jié)果與傳統(tǒng)模態(tài)實(shí)驗（錘擊法）獲得的結(jié)果一致。另外，研究了參考方向、采樣時間等參數(shù)對實(shí)驗效果的影響規(guī)律。
　　(3)針對干摩擦懸臂梁，提出了求解非線性模態(tài)的能量等效方法。將干摩擦作用的懸臂梁模型，在模態(tài)方面等效為無干摩擦作用

4、的懸臂梁模型。對干摩擦懸臂梁采用拉格朗日第一類方程建立運(yùn)動方程，將干摩擦邊界條件考慮到運(yùn)動方程中。采用拉格朗日第二類方程，對等效模型（單一懸臂梁）建立運(yùn)動方程。獲得兩個模型的自然頻率和激勵能量的關(guān)系式，基于能量等效的原理，獲得干摩擦作用下的懸臂梁自然頻率解析式。隨后采用數(shù)值方法對1-5階自然頻率進(jìn)行了驗證，結(jié)果具有較好的一致性。
　　(4)研究了摩擦力大小、摩擦位置、激勵能量對含干摩擦懸臂梁自然頻率的影響規(guī)律，并揭示了這些參數(shù)對減

5、振特性的影響規(guī)律。如改變摩擦位置可改變阻尼效率;若摩擦位置位于某階模態(tài)節(jié)點(diǎn)處，可對這階模態(tài)進(jìn)行過濾，抑制其它階模態(tài)運(yùn)動。另外，干摩擦非線性阻尼結(jié)構(gòu)的頻率能量依賴關(guān)系具有上臨界的特性。
　　(5)研究了摩擦配置對非線性模態(tài)演變特性的影響規(guī)律。針對三次剛度非線性的兩自由度模型，考慮摩擦阻尼及接地和非接地摩擦配置模型，采用頻域方法(Hamilton FEP和瞬態(tài)FEP)和時域方法，研究1∶1同相和反相非線性模態(tài)演變特性。雖然接地和非接地

6、摩擦模型具有相同的Hamilton FEP，但模態(tài)演變特性不同。對于反相非線性模態(tài)演變，接地摩擦模型保持單一模態(tài)運(yùn)動，非接地摩擦模型出現(xiàn)兩種非線性模態(tài)運(yùn)動。同相非線性模態(tài)演變比較復(fù)雜，接地摩擦模型經(jīng)同相非線性模態(tài)、3∶1非線性模態(tài)，到反相非線性模態(tài)運(yùn)動;非接地摩擦模型的同相非線性模態(tài)演變成3∶1非線性模態(tài)運(yùn)動。
　　(6)通過非線性模態(tài)演變特性研究了非線性減振器的減振機(jī)理。不同類型的模態(tài)運(yùn)動，非線性減振器減振特性不同。干摩擦阻尼配