学术前沿 | 具有声学黑洞特性的分区动态振动减振

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-08-01 09:00

正文

振动质量是评价现代设备进步的重要指标。基于声学黑洞（ABH）特性的动态减振器（DVA）是一种新的操纵波的被动控制方法。它具有有效的能量聚焦和广谱振动抑制功能，使其在飞机、列车、船舶等大型设备上的应用前景广阔。尽管之前在ABH-DVA开发方面取得了进展，但仍存在某些挑战，特别是在确保控制期间与宿主结构的有效耦合方面。为了解决这些问题，本研究提出了一种具有abh特征的动态减振器（PABH-DVA），在圆盘的径向上有分区。通过采用平板作为主体结构，进行了仿真和实验，证明了PABH-DVA在阻尼性能方面优于原始对称的ABH-DVA。该研究还计算并比较了两种ABH-DVAs的耦合系数，以揭示了增强阻尼背后的机理。仿真结果表明，PABH-DVA比对称的ABH-DVA表现出更多的耦合模式，偶尔的耦合系数更低。进一步分析了频率比和模态质量的注入，解释了PABH-DVA优越阻尼性能的原因。此外，本研究还讨论了狭缝数量及其方向的影响。本研究进一步阐述了ABH-DVA与受控结构之间的耦合机理，并为ABH在工程中的进一步应用提供了新的思路

本文提出了一种基于abh的分区动态减振器（简称PABH-DVA），作为控制结构中减振的辅助附加装置。Te提出的混合法保留了基本的ABH轮廓，从而保持了在圆盘的每个切割段的能量聚焦能力。其主要结论如下：

(1) Te新的PABH-DVA比原来的对称ABH-DVA产生更好的阻尼性能。这种现象的潜在机制源于两种结构的频率关系（频率比）和模态参与因子（质量比）之间的频率关系。

(2) Te提出的PABH-DVA通过改变频率比来改善与宿主结构的耦合特性。它通过切割狭缝来增加其模态密度，以提高与主体结构的振动模态耦合的机会，从而提高其抗振性能。附加组件DVA的Te狭缝位置不显示出太多的注入，因此不需要特别的优化，这是PABH-DVA的一个优点。

(3) Te提出的PABH-DVA通过丰富质量比来改善与宿主结构的耦合特性。虽然PABH-DVA的每个耦合模态的有效模态质量比例都小于SABH-DVA，但PABH-DVA与宿主结构相互作用的模态数都大于SABH-DVA。Te总累积有效模态质量比例不小，在某些频率范围内略大于SABH-DVA。在理论上，增加狭缝的数量有利于频率匹配，但它也牺牲了模态有效质量。因此，虽然槽的数量或位置不需要精确设计，但需要根据要控制的结构的特点来进行一定的交易