新型分布式振动阻尼器的理论和实验研究

　　0 引 言

　　振动阻尼器和动力吸振器是广泛应用于被动振动控制和主动振动控制的装置。随着现代技术的发展,各种调谐式阻尼器和吸振器得到应用,特别是用于智能振动控制中。但传统的隔振系统都是弹簧、阻尼器成并联布置的,称为集中式弹簧-质量-阻尼系统,其主要缺点是有效工作频率范围较窄,高频时隔振效果差。有关文献[1,2]指出:在阻尼设计时,分布式结构单元(它的惯性、刚度和阻尼在空间上是相互不独立的)具有独特的优点,即能在宽频范围内放大阻尼,因而它和传统的集中式减振器相比,能在宽频带范围有效地对结构减振,其减振效果要高好几个数量级。本文提出一种振动控制的新概念,即由弹性棒和耗散边界条件构成的分布式阻尼器来进行振动控制,弹性棒的分散惯性和刚度使该种阻尼器具有在宽频范围内放大阻尼的作用。由弹簧(弹性棒)和阻尼成串联布置的阻尼器是分布式振动阻尼器最简单的一种型式。这方面的研究很少有文献报道,本文对该分布式振动阻尼器进行了理论分析、计算和多方案的实验研究。

　　1 分布式振动阻尼器的理论分析

　　图1表示分布式振动阻尼器在均质梁上的应用,方框中的结构即为一种简单的分布式振动阻尼器,弹性棒的主要作用是放大(增强)粘性阻尼,进而增加能量损耗。

y(t)、w(t)分别是弹性棒和阻尼器相连端及和梁相连端的响应,X是激振力频率。根据文献[1],则有:

其中分别是弹性棒的弹性模量、横截面积、长度和密度。

　　(1)式说明弹性棒与阻尼串联后,弹性棒两边的振动响应不同,从而具有放大阻尼的作用,其放大阻尼的效果与弹性棒的参数以及激振频率X和阻尼c都有关系。

　　根据阻尼耗散能量的关系,-弹性棒+阻尼.的当量阻尼可以推导为:

其中,g(ω)是激振圆频率的函数,可表示为[1]:

　　因为,所以也称其为有效阻尼比。

　　要想达到更好的减振效果,须使

　　或

　　代入可推导出:

　　由以上推导结果可以看出,弹性棒与阻尼串联后能否起放大阻尼、增强减振的效果,主要看弹性棒参数E、A、ρ与阻尼c的配合关系.

　　上面的关系式只说明总体效果,具体阻尼改变的程度还与弹性棒长度L和激振频率ω有关。

　　2 算例分析

　　为了验证分布式振动阻尼器的减振效果,编程计算了串联弹性棒和不串联弹性棒时梁系统响应的放大因子B随激励频率的变化曲线,如图2所示。