非线性能量汇(nonlinear energy sink,NES)在被动控制中有着广阔的应用前景,然而这一领域的研究主要集中在单向吸振器上,这限制了其在实际应用中对多向振动的适用性。设计了一种多向NES,利用相互正交的两组钢丝绳结构,实现了单振子空间任意方向自适应吸振。基于拉格朗日方程建立了系统多向振动控制方程,采用了谐波平衡法对稳态响应进行近似解析分析,并利用四阶龙格-库塔法进行数值验证,其后研究了多向NES的减振效果。结果表明,多向单振子NES能够有效地抑制多方向振动,对任意单向激励也同样有效。该研究为NES在多向振动控制中的应用及设计提供了参考。
金属材料挤出(Metal Material Extrusion,简称 MME)技术因其生产成本低、材料利率高、设计自由度高、环境友好等特点,在工业设计、医疗器械等领域有着巨大的发展潜力和优势。但是由于逐层累加的制造方式,导致MME产品的机械性能逊色于传统减材方式加工的金属产品。为了提高MME产品的机械性能,提出振动辅助加工的方法,即利用压电陶瓷的逆压电效应将振动引入生坯成型过程,并分别制备了振动辅助与否的拉伸和弯曲生坯试件,再经脱脂-烧结处理形成致密化的纯金属试件;随后分别对生坯和烧结试件进行了静力学试验,并对比分析了振动辅助成型与否的试件的抗拉强度、抗弯强度及应变等参数。研究结果表明,振动辅助加工可以显著提高MME生坯和烧结试件的抗拉和抗弯强度,并有效降低其拉伸和弯曲的正交各向异性特征。
基于快速傅里叶变换的快速迭代收缩阈值算法(fast iterative shrinkage threshold algorithm based on fast Fourier transform,FFT-FISTA)具有较高的计算效率,但其忽略点扩散函数的空间变化及卷绕误差,造成声源识别性能的损失,为此提出基于函数波束形成的改进FFT-FISTA算法。改进算法以函数波束形成输出作为FFT-FISTA算法的迭代输入,建立函数波束形成、声源分布及升幂空间转移不变点扩散函数的线性方程组,基于周期边界条件下的快速傅里叶变换进行迭代求解,使被运算的非周期函数变为一个周期函数,解决补零边界带来的波数泄漏问题,可提高运算准确性,进一步提升成像性能;通过指数运算锐化点扩散函数主瓣,拓展点扩散函数空间转移不变性假设的适用性。仿真和实验结果表明:相较于常规FFT-FISTA算法,改进算法能提升成像空间分辨率及动态范围,扩大FFT-FISTA算法的有效成像区域,压缩气体泄漏实验结果验证了改进算法的有效性。
为解决常规非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)在低能量输入时难以触发靶向能量传递的问题,在立方刚度NES的基础上引入低阶非线性刚度项,提出一种组合刚度NES,以提高NES减震性能的鲁棒性。提出考虑不同层级能量输入的NES参数优化策略,采用遗传算法对组合刚度NES、立方刚度NES和调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)进行参数数值寻优,对比分析了不同阻尼器的减震性能。结果表明,组合刚度NES的减震性能全面优于立方刚度NES,对不同层级能量输入的鲁棒性几乎与TMD相当,而对主结构频率变化的鲁棒性则优于TMD。利用数值小波变换对地震响应的功率谱进行分析,揭示了组合刚度NES能在较宽频带与主结构产生强烈的瞬时内共振俘获行为,由此表明其具有极强的频率鲁棒性。对能量在受控系统中不同部分间的传递分析表明,高阶非线性刚度仅在高能量输入时转移主结构能量,而低阶非线性刚度在低能量输入时仍可有效转移主结构能量,揭示了组合刚度NES具有良好的能量输入鲁棒性。
金属材料挤出成型(Metal Material Extrusion, MME)是采用金属粉末与聚合物粘结剂混合丝材为原料,通过成型、脱脂和烧结工艺(Shaping-Debinding-Sintering, S-D-S)制造纯金属零部件的一种增材制造技术。随着MME技术的发展,亟需对其制品的抗冲击性能进行研究,然而相关信息非常匮乏。本文制备了不同过程参数下的MME试件,并采用夏比摆锤冲击试验研究了其抗冲击性能,探讨了成型方向、填充角度、挤出温度、床温及成型速度等过程参数对试件冲击吸收功的影响。结果表明,填充角度为45°时,侧置方向成型试件的抗冲击性能最佳,水平方向次之,竖直方向最差;而在0°填充角度下,水平方向成型试件性能最好;进一步提高挤出温度、床温并降低成型速度,可以显著增强试件的抗冲击性能。研究结果为优化MME成型参数提供了理论依据,拓展了其在承受冲击载荷场景下的应用潜力。