一種約束阻尼開槽圓盤波導吸振器及其設計方法技術

本發明專利技術提出一種約束阻尼開槽圓盤波導吸振器結構及其設計方法，約束阻尼開槽圓盤波導吸振器由能量導出桿和約束阻尼開槽圓盤組成；能量導出桿一端與約束阻尼開槽圓盤中心圓孔固定配合；約束阻尼開槽圓盤分為三層，沿逐漸遠離振源的方向，第一層為隔離層，第二層為粘彈性材料阻尼層，第三層為約束層；在約束阻尼開槽圓盤周向，約束阻尼開槽圓盤由若干個變截面梁組成，相鄰變截面梁之間開有槽。針對振源的固有振動特性，分析得到吸振的主要頻率范圍，以耗能器的能量耗散率和導出桿的能量反射率為目標參量，依據本發明專利技術提出的結構，設計合理的吸振器參數，最終實現在吸振頻率范圍內最大限度地降低振源的振動水平。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及結構減振領域，具體為一種約束阻尼開槽圓盤波導吸振器及其設計方法。
技術介紹
動力吸振器是一種利用共振原理吸收物體振動能量的一種結構，最簡單的動力吸振器是質量—彈簧共振系統，即振子吸振器，它在共振時產生反作用力可使振源的振動水平降低。但是振子吸振器動力參數不可變、吸振頻帶窄，所以后來提出了梁式動力吸振器，主要有均勻梁、變截面梁和環形梁，不僅可以增大吸振頻率范圍，基本參數也可以調節。為了進一步提高吸振器的吸振效率，德國學者UngarEricE.和KurzwellLeonardG提出了基于粘彈性材料高阻尼耗能機理和動力吸振原理的波導吸振器，它具有同于動力吸振器的顯著特點：在較寬頻率范圍內具有很好的吸振效果，同時，安裝位置一般在振源的大位移響應點處，因此，施工簡單、靈活。波導吸振器一般由能量導出桿和耗能器兩部分組成，梁類耗能器是最初的研究對象，如果波導吸振器中的耗能器為開有窄槽的圓盤，那么，開槽圓盤即可看作是若干梁類耗能器的并聯，能夠提高耗能器的耗能率。但目前的波導吸振器仍存在吸振頻率范圍不足，吸振效率低的問題。
技術實現思路
為了高效率地降低振動物體的振動水平，增加吸振頻率范圍，本專利技術提出了一種約束阻尼開槽圓盤波導吸振器結構及其設計方法，針對振源的固有振動特性，分析得到吸振的主要頻率范圍，以耗能器的能量耗散率和導出桿的能量反射率為目標參量，依據本專利技術提出的結構，設計合理的吸振器參數，最終實現在吸振頻率范圍內最大限度地降低振源的振動水平。本專利技術的技術方案為：所述一種約束阻尼開槽圓盤波導吸振器，其特征在于：由能量導出桿和約束阻尼開槽圓盤組成；所述能量導出桿一端用于固定在振動物體外表面，另一端與約束阻尼開槽圓盤中心圓孔固定配合；所述約束阻尼開槽圓盤分為三層，沿逐漸遠離振源的方向，第一層為隔離層，第二層為粘彈性材料阻尼層，第三層為約束層；在約束阻尼開槽圓盤周向，約束阻尼開槽圓盤由若干個變截面梁組成，相鄰變截面梁之間開有槽。進一步的優選方案，所述一種約束阻尼開槽圓盤波導吸振器，其特征在于：隔離層與阻尼層之間、阻尼層與約束層之間通過膠粘方式連接。進一步的優選方案，所述一種約束阻尼開槽圓盤波導吸振器，其特征在于：隔離層和約束層采用密度小、彈性模量大的金屬材料。進一步的優選方案，所述一種約束阻尼開槽圓盤波導吸振器，其特征在于：隔離層和約束層采用鋁材料。所述一種約束阻尼開槽圓盤波導吸振器的設計方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟1：分析振動物體的固有振動特性，確定需要減振的頻率范圍；步驟2：建立約束阻尼開槽圓盤仿真模型，以約束阻尼開槽圓盤的阻尼損耗因子為目標參量，以隔離層和阻尼層之間的厚度比以及阻尼層和約束層之間的厚度比為優化變量，通過仿真優化運算，獲得使約束阻尼開槽圓盤的阻尼損耗因子最大的隔離層、阻尼層和約束層之間的最佳厚度比；步驟3：依據步驟2得到的約束阻尼開槽圓盤結構參數，建立約束阻尼開槽圓盤波導吸振器仿真模型，以能量導出桿的能量反射率和約束阻尼開槽圓盤的能量耗散率為目標參量，以能量導出桿直徑和長度，約束阻尼開槽圓盤厚度、直徑、開槽個數以及開槽圓心角為優化變量，通過仿真優化運算，獲得使能量導出桿能量反射率最小，且約束阻尼開槽圓盤能量耗散率最大時的能量導出桿直徑和長度，約束阻尼開槽圓盤厚度、直徑、開槽個數以及開槽圓心角。有益效果本專利技術提出了一種新型的波導吸振器結構及其設計方法，通過該結構，振動物體的振動能量通過能量導出桿傳遞給約束阻尼開槽圓盤，利用約束阻尼開槽圓盤的非線性、高阻尼等特性，可以起到良好的減振效果。而針對具體的振動環境，通過分析振動物體的固有振動特性，確定減振的頻率范圍，作為吸振器的設計依據；然后確定吸振器幾何參數的最優值，使得吸振器系統處于共振狀態，同時在吸振頻率范圍內滿足能量導出桿的能量反射率足夠小、約束阻尼開槽圓盤的能量耗散率盡可能大的條件。本專利技術相對現有的波導吸振器而言，能增加吸振頻率范圍、大幅提高吸振效率，從而實現在較寬中低頻范圍內非常有效地降低振源的振動水平。本專利技術的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本專利技術的實踐了解到。附圖說明本專利技術的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：圖1為新型約束阻尼開槽圓盤波導吸振器結構示意圖；圖2為約束阻尼開槽圓盤的頂視圖；圖3為吸振器與平板結構連接情況示意圖；圖4為安裝約束阻尼開槽圓盤吸振器前、后平板的振動響應。其中：1-金屬約束層2-阻尼層3-隔離層4-能量導出桿5-小槽6-變截面梁7-平板結構。具體實施方式下面詳細描述本專利技術的實施例，所述實施例是示例性的，旨在用于解釋本專利技術，而不能理解為對本專利技術的限制。本專利技術的目的是為了進一步的高效率降低振動物體的振動水平，增加吸振頻率范圍，為此提出了一種約束阻尼開槽圓盤波導吸振器結構及其設計方法，針對振源的固有振動特性，分析得到吸振的主要頻率范圍，以耗能器的能量耗散率和能量導出桿的能量反射率為目標參量，依據本專利技術提出的結構，設計合理的吸振器參數，最終實現在吸振頻率范圍內最大限度地降低振源的振動水平。其中約束阻尼開槽圓盤波導吸振器由能量導出桿和約束阻尼開槽圓盤組成；所述能量導出桿一端用于固定在振動物體外表面，另一端與約束阻尼開槽圓盤中心圓孔固定配合；所述約束阻尼開槽圓盤分為三層，沿逐漸遠離振源的方向，第一層為隔離層，第二層為粘彈性材料阻尼層，第三層為約束層；在約束阻尼開槽圓盤周向，約束阻尼開槽圓盤由若干個變截面梁組成，相鄰變截面梁之間開有槽。隔離層與阻尼層之間、阻尼層與約束層之間通過膠粘方式連接。隔離層和約束層采用密度小、彈性模量大的金屬材料，如鋁材料。基于上述約束阻尼開槽圓盤波導吸振器結構，其設計方法包括以下步驟：步驟1：分析振動物體的固有振動特性，確定需要減振的頻率范圍；步驟2：建立約束阻尼開槽圓盤仿真模型，以約束阻尼開槽圓盤的阻尼損耗因子為目標參量，以隔離層和阻尼層之間的厚度比以及阻尼層和約束層之間的厚度比為優化變量，通過仿真優化運算，獲得使約束阻尼開槽圓盤的阻尼損耗因子最大的隔離層、阻尼層和約束層之間的最佳厚度比；步驟3：依據步驟2得到的約束阻尼開槽圓盤結構參數，建立約束阻尼開槽圓盤波導吸振器仿真模型，以能量導出桿的能量反射率和約束阻尼開槽圓盤的能量耗散率為目標參量，以能量導出桿直徑和長度，約束阻尼開槽圓盤厚度、直徑、開槽個數以及開槽圓心角為優化變量，通過仿真優化運算，獲得使能量導出桿能量反射率最小，且約束阻尼開槽圓盤能量耗散率最大時的能量導出桿直徑和長度，約束阻尼開槽圓盤厚度、直徑、開槽個數以及開槽圓心角。基于上述原理，下面描述具體實施例：本實施例以降低一塊平板的振動為例，實驗測量安裝約束阻尼開槽圓盤吸振器前、后的平板振動水平。其中平板采用鋁材料。激勵方式為點力激勵，法向向下施加在平板上。吸振器與平板之間的連接情況如圖3所示。圖4所示為仿真計算得到的安裝約束阻尼開槽圓盤前、后的平板振動加速度級，圖中“—”表示吸振前振動響應，“--”表示吸振后振動響應，“—·—”表示吸振前總振級，“—··—”表示吸振后總振級。可以看出，本專利技術所述的吸振器結構能夠在較寬的中低頻率范圍內(100Hz-2kHz)有效地降低振動物體的振本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種約束阻尼開槽圓盤波導吸振器，其特征在于：由能量導出桿和約束阻尼開槽圓盤組成；所述能量導出桿一端用于固定在振動物體外表面，另一端與約束阻尼開槽圓盤中心圓孔固定配合；所述約束阻尼開槽圓盤分為三層，沿逐漸遠離振源的方向，第一層為隔離層，第二層為粘彈性材料阻尼層，第三層為約束層；在約束阻尼開槽圓盤周向，約束阻尼開槽圓盤由若干個變截面梁組成，相鄰變截面梁之間開有槽。

【技術特征摘要】
1.一種約束阻尼開槽圓盤波導吸振器，其特征在于：由能量導出桿和約束阻尼開槽圓盤組成；所述能量導出桿一端用于固定在振動物體外表面，另一端與約束阻尼開槽圓盤中心圓孔固定配合；所述約束阻尼開槽圓盤分為三層，沿逐漸遠離振源的方向，第一層為隔離層，第二層為粘彈性材料阻尼層，第三層為約束層；在約束阻尼開槽圓盤周向，約束阻尼開槽圓盤由若干個變截面梁組成，相鄰變截面梁之間開有槽。2.根據權利要求1所述一種約束阻尼開槽圓盤波導吸振器，其特征在于：隔離層與阻尼層之間、阻尼層與約束層之間通過膠粘方式連接。3.根據權利要求2所述一種約束阻尼開槽圓盤波導吸振器，其特征在于：隔離層和約束層采用密度小、彈性模量大的金屬材料。4.根據權利要求2所述一種約束阻尼開槽圓盤波導吸振器，其特征在于：隔離層和約束層采用鋁材料。5.一種如權利要求1所述約束阻尼開槽圓盤波導吸振器的設...

【專利技術屬性】
技術研發人員：雷燁，王海濤，曾向陽，姚杰，李劍，占國強，
申請(專利權)人：西北工業大學，江西博能上饒客車有限公司，
類型：發明
國別省市：陜西;61