基于DEM的颗粒阻尼耗能机理的研究

论文摘要

颗粒阻尼技术是二十世纪九十年代在振动控制领域新出现的一种振动被动控制新技术。该技术利用振动构件上现存的或附加的空腔,将颗粒体填入其中,结构振动时颗粒体之间以及颗粒体与构件之问产生碰撞和摩擦,将机械能转化为热能和声能,产生阻尼效应；同时颗粒体与结构间的动量交换也能起到抑制振动的作用。颗粒阻尼具有应用环境范围广、对原结构改动小、产生的附加质量小、减振效果明显等优点,具有明显的应用前景。目前对颗粒阻尼技术的研究处于起步阶段,理论研究尚不完善。本文根据该项技术的特点,从理论与仿真两方面对颗粒阻尼及其控制进行了全面、深入细致的研究。论文首先详细阐述了三维离散元法的原理、算法,并建立了NOPD的离散单元法(discrete element method,简称为DEM)模型,利用所建立的DEM模型,分析讨论了影响NOPD减振特性的相关因素及其变化规律。本文利用DEM的基本原理和计算方法,编制了颗粒阻尼的matlab仿真程序,并应用该程序对特定情形中的颗粒阻尼的阻尼耗能特性进行了计算。对系统在自由衰减情况及有外部激励的情况中,未填颗粒和填充颗粒后的运动情况做详细对比,分析了颗粒阻尼对系统的减振效果和能量耗散机理。研究了在不同的填充率、不同颗粒材料和不同粒径下的的阻尼减振效果。总之,本文充分考虑了NOPD减振机理的复杂性,通过理论分析、数值仿真和试验设计以及实验研究相结合的方法,深入探讨了NOPD的减振机理,为其工程应用提供了一定的理论依据和指导原则。本文的研究成果,对于推动NOPD在低频减振降噪的应用方面具有重要的理论意义和工程价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 阻尼技术介绍
• 1.2.1 冲击阻尼技术
• 1.2.2 BBD减振技术
• 1.2.3 NOPD阻尼技术
• 1.3 颗粒阻尼技术研究概况
• 1.3.1 颗粒阻尼技术国内外研究现状
• 1.3.2 颗粒阻尼技术中亟待解决的问题
• 1.4 离散单元法介绍
• 1.5 本文研究内容
• 第2章 颗粒阻尼的DEM基本原理
• 2.1 离散单元法基本原理
• 2.2 离散单元法基本算法
• 2.3 离散元接触模型
• 2.3.1 Cundall的离散元接触模型
• 2.3.2 Thornton的三维球体干接触模型
• 2.3.3 改进的DEM接触模型
• 2.4 DEM差分格式
• 2.5 力学模型分析
• 2.5.1 颗粒与颗粒的力学接触模型
• 2.5.2 颗粒与器壁的力学接触模型
• 2.5.3 总接触力和总扭矩的确定
• 2.6 能量损耗计算
• 2.7 本章小结
• 第3章 颗粒阻尼的DEM建模
• 3.1 颗粒阻尼器模型
• 3.2 接触的检测和跟踪
• 3.3 计算步长
• 3.4 算法介绍
• 3.5 未填充颗粒时箱体的运动分析
• 3.5.1 仿真参数的介绍
• 3.5.2 解析法
• 3.5.3 数值法
• 3.6 本章小节
• 第4章 颗粒阻尼的仿真分析
• 4.1 填充颗粒后箱体的运动分析
• 4.1.1 仿真参数
• 4.1.2 箱体运动分析
• 4.2 颗粒的运动分析
• 4.3 能量耗散情况分析
• 4.3.1 填充颗粒后箱体的能量损耗原理分析
• 4.3.2 系统的能量损耗分析
• 4.3.2.1 碰撞耗能分析
• 4.3.2.2 摩擦耗能分析
• 4.3.2.3 颗粒阻尼耗能分析
• 4.3.2.4 粘性阻尼耗能分析
• 4.3.3 系统能量耗散分布
• 4.4 本章小结
• 第5章 颗粒参数对减振性能的影响
• 5.1 颗粒数量对减振性能的影响
• 5.1.1 箱体的运动情况分析
• 5.1.2 颗粒数量对计算时间的影响
• 5.2 颗粒材质对减振性能的影响
• 5.2.1 以颗粒数量为基准
• 5.2.2 以颗粒质量为基准
• 5.3 颗粒粒径对减振性能的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 不同工况中颗粒阻尼的减振分析
• 6.1 理想环境中的颗粒阻尼减振分析
• 6.1.1 系统的运动分析
• 6.1.2 系统的能量分析
• 6.2 在正弦激励下颗粒阻尼减振分析
• 6.2.1 未填充颗粒时箱体的运动分析
• 6.2.2 填充颗粒后箱体的运动分析
• 6.3 本章小节
• 第7章 工作总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢