颗粒阻尼的仿真与试验研究

论文摘要

颗粒阻尼是一项振动被动控制新技术,主要由填充在结构空腔中的颗粒物质通过碰撞和摩擦作用提供阻尼效应,从而达到抑制结构振动的目的。该技术具有结构简单、成本低廉、效果显著等优点,且适用于高温、腐蚀等恶劣环境。本文通过仿真和试验手段,着重研究了颗粒阻尼的减振机理和减振效果,并对其在直升机桨叶上的应用进行了初步探索。对颗粒阻尼的仿真以离散单元法(DEM)为基础。本文利用DEM的基本原理和计算方法,编制了颗粒阻尼的Visual Basic仿真程序,并应用该程序对一特定颗粒阻尼器的阻尼耗能特性进行了计算。计算结果的正确性经试验验证后得到了肯定,说明本文所编制的DEM仿真程序是可靠的。为了探索颗粒阻尼在直升机桨叶上的应用效果,本文分别对处于非旋转状态和旋转状态下的桨叶模型进行了试验研究。针对非旋转桨叶,通过对其进行频响函数测试与处理,得到了桨叶各阶阻尼比,并以此作为颗粒阻尼效果的衡量标准。试验结果表明添加颗粒阻尼可使桨叶各阶阻尼水平均得到明显改善,且改善效果与外加激振强度、颗粒阻尼安装位置、颗粒填充率以及颗粒直径等因素有密切关系。尤其在外加激励强度较高时,颗粒体在桨叶内部发生剧烈碰撞,可使桨叶的高阶阻尼比提高一个数量级甚至更多。借助直升机旋翼试验台可实现对旋转桨叶模型的振动测量。为了说明颗粒阻尼对旋转桨叶的减振效果,本文通过试验手段将桨叶在不同转速和不同颗粒阻尼安装条件下的挥舞和摆振加速度响应进行了测试和对比。结果表明,处于旋转状态下的颗粒阻尼可以克服离心力作用,在一定程度上降低旋转桨叶的挥舞和摆振响应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 阻尼技术介绍
• 1.3 颗粒阻尼研究历史与现状
• 1.4 颗粒阻尼研究中存在的问题
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 颗粒阻尼的DEM 建模与仿真
• 2.1 引言
• 2.2 离散单元法（DEM）
• 2.2.1 DEM 简介
• 2.2.2 DEM 原理与算法
• 2.3 颗粒阻尼DEM 仿真实例
• 2.3.1 力学模型
• 2.3.2 损耗能量计算
• 2.3.3 仿真程序编制
• 2.3.4 试验装置简介
• 2.3.5 仿真与试验结果对比
• 2.4 小结
• 第三章 非旋转直升机桨叶模型的颗粒阻尼减振试验
• 3.1 引言
• 3.2 试验方案
• 3.2.1 直升机桨叶模型设计
• 3.2.2 桨叶固有模态估计
• 3.2.3 颗粒阻尼器设计
• 3.2.4 试验设备与测试方法
• 3.2.5 试验数据处理方法
• 3.3 试验结果
• 3.3.1 激励水平对颗粒阻尼效果的影响
• 3.3.2 分布位置对颗粒阻尼效果的影响
• 3.3.3 填充率对颗粒阻尼效果的影响
• 3.3.4 颗粒直径对颗粒阻尼效果的影响
• 3.4 小结
• 第四章 旋转直升机桨叶模型的颗粒阻尼减振试验
• 4.1 引言
• 4.2 直升机桨叶的振动介绍
• 4.2.1 桨叶振动特性
• 4.2.2 桨叶减振方法
• 4.3 旋转桨叶模型振动试验介绍
• 4.3.1 试验设备与试验方案
• 4.3.2 试验步骤与试验结果
• 4.3.3 试验结果分析与总结
• 4.4 小结
• 第五章 工作总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果