沖擊減振方法的研究進(jìn)展

張來喜，錢 峰，吳明亮

(蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050)

振動(dòng)是日常生活中常見的一種物理現(xiàn)象。對(duì)于有利振動(dòng)，可以對(duì)其加以利用，對(duì)于有害振動(dòng)，則需要避免甚至是消除。為減小有害振動(dòng)，可以利用隔振、動(dòng)力吸振、沖擊減振等方法進(jìn)行振動(dòng)控制。其中，沖擊減振器因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抑振頻帶寬、減振效果穩(wěn)定，吸引了國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛研究。沖擊減振是通過在振動(dòng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔中安裝沖擊質(zhì)量塊，或者在振動(dòng)主結(jié)構(gòu)上附加沖擊減振裝置，當(dāng)主結(jié)構(gòu)在外界激勵(lì)下發(fā)生大幅度振動(dòng)時(shí)，利用沖擊質(zhì)量塊在腔體中與兩側(cè)壁面往返碰撞來轉(zhuǎn)移和耗散振動(dòng)能量，并且由碰撞引起的能量損耗越大，減振效果越好，因此被廣泛應(yīng)用于建筑、機(jī)械領(lǐng)域。沖擊減振效果會(huì)受到系統(tǒng)參數(shù)的影響，包括沖擊質(zhì)量塊的質(zhì)量、碰撞表面的彈性恢復(fù)系數(shù)、碰撞間隙等。因此，需要探究系統(tǒng)各參數(shù)對(duì)減振的影響規(guī)律，以此將參數(shù)調(diào)節(jié)到最佳值從而達(dá)到相對(duì)最佳的減振效果，并且不同的外界激勵(lì)條件下會(huì)存在不同的最佳碰撞間隙。沖擊減振由于碰撞過程復(fù)雜還具有非線性特性，一般用數(shù)值方法進(jìn)行求解，而用解析法求解會(huì)有一定難度。

本文主要對(duì)沖擊減振理論、沖擊減振方法類型及應(yīng)用方面展開分析研究，為沖擊減振技術(shù)的發(fā)展提供一定的參考。

1 理論分析

國(guó)內(nèi)外學(xué)者從沖擊減振的理論分析、穩(wěn)定性求解、系統(tǒng)參數(shù)、碰撞耗散能量等方面進(jìn)行了大量深入研究。

Masri等[1-2]較早對(duì)沖擊減振進(jìn)行了研究，用解析法導(dǎo)出了沖擊阻尼器的精確解，確定了其漸近穩(wěn)定區(qū)域，研究了帶有沖擊減振器的多自由度系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)的精確解，發(fā)現(xiàn)沖擊減振器可以有效降低多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)；Nigm等[3]對(duì)裝有沖擊阻尼器的多自由度系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)振動(dòng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了理論分析，探究了質(zhì)量比、頻率比、間隙比、阻尼系數(shù)和碰撞恢復(fù)系數(shù)對(duì)穩(wěn)態(tài)振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的影響，并驗(yàn)證了理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合；蔡雅江[4]通過激振實(shí)驗(yàn)和切削實(shí)驗(yàn)，分析了沖擊塊質(zhì)量和間隙對(duì)沖擊式鏜桿減振效果的影響；喬世民等[5]用模擬試驗(yàn)裝置對(duì)沖擊減振器進(jìn)行了試驗(yàn)研究，揭示了沖擊減振器的運(yùn)動(dòng)特性，探究了質(zhì)量比、無量綱間隙、摩擦系數(shù)、阻尼參數(shù)對(duì)沖擊減振器減振效果的影響；徐興等[6]用數(shù)值仿真方法對(duì)沖擊減振器進(jìn)行了研究，結(jié)果表明沖擊減振器在主系統(tǒng)的固有頻率附近有很強(qiáng)的減振能力，研究發(fā)現(xiàn)沖擊塊與主質(zhì)量之間的摩擦是減振的不利因素；胡衛(wèi)兵等[7]給出了一種碰撞減振系統(tǒng)在諧振力作用下的穩(wěn)態(tài)精確解，并根據(jù)分段線性系統(tǒng)的特點(diǎn)給出了解的漸近穩(wěn)定判別準(zhǔn)則，根據(jù)準(zhǔn)則給出了穩(wěn)定域，為設(shè)計(jì)、使用該系統(tǒng)提供了理論基礎(chǔ)；徐志偉等[8]對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)方向的沖擊減振系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析和數(shù)值仿真，并與水平運(yùn)動(dòng)方向的沖擊減振系統(tǒng)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)垂直比水平的減振效果略有提升；趙文禮等[9]研究發(fā)現(xiàn)利用碰撞阻尼器可有效抑制振動(dòng)，但這種非線性振動(dòng)在一定參數(shù)條件下會(huì)產(chǎn)生倍周期分岔、HOPF分岔及擬周期環(huán)面破裂等分岔而進(jìn)入混沌運(yùn)動(dòng)，為避免由于非線性特性而產(chǎn)生渾沌運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)和使用碰撞阻尼器時(shí)應(yīng)考慮其參數(shù)滿足周期運(yùn)動(dòng)的條件；盧緒祥等[10]建立了含對(duì)稱間隙結(jié)構(gòu)的碰撞振動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)不同頻率比、激振力幅值、間隙下的該模型的非線性振動(dòng)特性進(jìn)行了研究；王棟[11]詳細(xì)分析了沖擊減振器對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)能量的耗散過程，揭示了碰撞發(fā)生時(shí)刻，振動(dòng)能量在系統(tǒng)各階模態(tài)上轉(zhuǎn)移、擴(kuò)散規(guī)律，還探討了提高沖擊減振器快速耗能性能的途徑。

經(jīng)典的沖擊減振器是由1個(gè)自由運(yùn)動(dòng)的沖擊質(zhì)量塊和2個(gè)擋板組成，沖擊質(zhì)量塊通過與2個(gè)擋板發(fā)生碰撞對(duì)能量進(jìn)行耗散來起到減振作用。為了解決不同工程領(lǐng)域的振動(dòng)問題，近年來人們基于沖擊減振理論，在經(jīng)典沖擊減振器的基礎(chǔ)上對(duì)沖擊減振器的結(jié)構(gòu)形式不斷推陳出新，提出多種類型的新型沖擊減振器并進(jìn)行了相關(guān)研究和應(yīng)用，分類討論如下。

2 質(zhì)量塊碰撞阻尼器

經(jīng)典的碰撞阻尼器利用自由運(yùn)動(dòng)的沖擊質(zhì)量塊在結(jié)構(gòu)腔體中與碰撞壁面發(fā)生沖擊碰撞，通過轉(zhuǎn)移和損耗振動(dòng)能量進(jìn)行減振。Wang等[12]將沖擊減振器應(yīng)用到車輛的底盤上，通過動(dòng)能轉(zhuǎn)移和目標(biāo)能量轉(zhuǎn)移可以減小慣性沖擊力對(duì)乘客座艙的振動(dòng)影響；李繼偉等[13]在非線性能量阱(nonlinear energy sink，NES)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上附加沖擊減振器，證明了沖擊減振器與非線性能量阱耦合系統(tǒng)具有更好的減振效果；Nucera等[14-15]研究了沖擊減振非線性能量阱(vibro-impact nonlinear energy sink，VI NES)對(duì)三層框架模型在地震激勵(lì)下的減振效果，證實(shí)了沖擊減振結(jié)構(gòu)具有減振作用；Karayannis等[16]研究了不同主結(jié)構(gòu)附加沖擊減振裝置后的減振效果，發(fā)現(xiàn)合適的沖擊振動(dòng)裝置可以在寬頻范圍內(nèi)顯著減小主系統(tǒng)的最大振動(dòng)響應(yīng)；Li等[17]對(duì)裝有緩沖碰撞阻尼器的三自由度試驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)緩沖碰撞阻尼器不僅可以降低峰值接觸力和碰撞產(chǎn)生的加速度與噪聲，還可以增強(qiáng)包括試驗(yàn)結(jié)構(gòu)固有頻率在內(nèi)的廣泛頻率范圍內(nèi)的阻尼效果；Nakamura等[18]利用平衡沖擊阻尼器(balanced impact damper，BID)來抑制行走和垂直地震作用下的樓板振動(dòng)，通過振動(dòng)臺(tái)測(cè)試評(píng)估了安裝在鋼板上的BID的效果，結(jié)果表明在正弦波、地震運(yùn)動(dòng)和行走激勵(lì)作用下，BID可以有效抑制鋼板的垂直振動(dòng)；Geng等[19]建立了帶有沖擊阻尼器的懸臂梁模型，如圖1所示，研究了沖擊減振器參數(shù)對(duì)減振效果的影響，結(jié)果表明該沖擊阻尼器可以有效抑制懸臂梁的多個(gè)共振峰。

圖1 帶有沖擊減振器的懸臂梁模型

經(jīng)典的碰撞阻尼器僅有一個(gè)沖擊質(zhì)量塊，由于其減振效果對(duì)碰撞間隔較為敏感，因此多單元碰撞阻尼器被提出以加強(qiáng)其減振性能。Masri[20]推導(dǎo)了多單元碰撞阻尼器用于控制簡(jiǎn)諧激勵(lì)下的單自由度結(jié)構(gòu)的精確解，并解釋了動(dòng)力穩(wěn)定與非穩(wěn)定區(qū)域等非線性行為；Lu等[21]研究多單元沖擊阻尼器在隨機(jī)和地震激勵(lì)下對(duì)基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制效果，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)參數(shù)的多單元沖擊阻尼器可以降低基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，但是結(jié)構(gòu)非線性會(huì)導(dǎo)致多單元沖擊阻尼器的振動(dòng)控制性能下降，有效動(dòng)量交換和能量耗散也會(huì)下降，圖2所示為多單元碰撞阻尼器；Gharib等[22]對(duì)線性粒子鏈沖擊阻尼器與單自由度系統(tǒng)耦合的時(shí)間響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出增加碰撞球的數(shù)量可以加快系統(tǒng)振動(dòng)的衰減速度。

圖2 多單元碰撞阻尼器

質(zhì)量塊碰撞阻尼器有如下特點(diǎn)：

1)質(zhì)量塊碰撞阻尼器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，對(duì)工程中發(fā)生的振動(dòng)現(xiàn)象可實(shí)現(xiàn)有效抑制。

2)質(zhì)量塊碰撞阻尼器會(huì)對(duì)被控結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大脈沖力，這種效應(yīng)會(huì)引起被控結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)出現(xiàn)脈沖波峰和高頻振動(dòng)。巨大的碰撞力還可能引起沖擊塊或碰撞擋板發(fā)生塑性變形，并且還會(huì)產(chǎn)生噪聲。

為了避免以上碰撞阻尼器所產(chǎn)生的不利影響，密閉容器中帶有許多顆粒的顆粒阻尼器被提出用于減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)。

3 顆粒碰撞阻尼器

顆粒碰撞阻尼器是將顆粒材料按某一填充率放入結(jié)構(gòu)內(nèi)部或特定的空腔容器中而形成的耗能裝置，主體結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)，顆粒與腔體之間、顆粒與顆粒之間不斷發(fā)生碰撞和摩擦，產(chǎn)生動(dòng)量交換并消耗系統(tǒng)的動(dòng)能，從而減輕結(jié)構(gòu)的振動(dòng)[23]。

為解決飛機(jī)管道振動(dòng)超標(biāo)的問題，於為剛等[24]設(shè)計(jì)了一種基于顆粒碰撞阻尼技術(shù)的管道減振器，利用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究了顆粒填充率對(duì)減振效果的影響，隨顆粒填充率增加，管道的振動(dòng)先減小后增大，將顆粒阻尼減振器安裝在液壓動(dòng)力源管道上進(jìn)行實(shí)際減振試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)安裝顆粒阻尼減振器后，液壓管道壓力脈動(dòng)頻率下的振動(dòng)水平得到了明顯抑制，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的飛機(jī)管道顆粒減振器的有效性和實(shí)用性；楊智春等[25]將顆粒碰撞阻尼器和動(dòng)力吸振器結(jié)合，提出一種顆粒碰撞阻尼動(dòng)力吸振器設(shè)計(jì)概念，以一個(gè)五層樓房框架模型為振動(dòng)抑制對(duì)象進(jìn)行了減振性能實(shí)驗(yàn)研究，并與相同質(zhì)量的經(jīng)典單質(zhì)塊動(dòng)力吸振器進(jìn)行比較，結(jié)果表明顆粒碰撞阻尼動(dòng)力吸振器擴(kuò)展了經(jīng)典單質(zhì)塊動(dòng)力吸振器的工作頻率范圍，對(duì)寬頻帶隨機(jī)激勵(lì)的振動(dòng)響應(yīng)具有良好的抑制效果，可應(yīng)用于高層建筑的地震和風(fēng)振響應(yīng)控制；馬崇武等[26]用“彈簧-質(zhì)量塊”系統(tǒng)模擬“懸臂梁-顆粒阻尼器”結(jié)構(gòu)的一階振動(dòng)模態(tài)，研究發(fā)現(xiàn)隨著顆粒阻尼器填充率的增大，阻尼比先增大后減小，存在最優(yōu)填充率使得阻尼比達(dá)到最大值；杜妍辰等[27]提出了具有雙重減振結(jié)構(gòu)的帶彈性支撐的顆粒碰撞阻尼，研究發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)秀的減振性能并存在最優(yōu)參數(shù)組合，如圖3所示。

圖3 帶彈性支撐的顆粒碰撞阻尼器結(jié)構(gòu)示意圖

閆維明等[28]提出了一種適合沉管隧道使用的隔艙式顆粒阻尼器，并制作了模型隧道，對(duì)設(shè)置顆粒阻尼器前后的模型隧道進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，結(jié)果表明該顆粒阻尼器對(duì)沉管隧道縱向的減震控制效果良好，能有效降低模型隧道接頭軸力和相對(duì)位移響應(yīng)；閆維明等[29]還提出了一種針對(duì)土木工程減震需求的并聯(lián)式單向單顆粒阻尼器，該顆粒阻尼器對(duì)不同場(chǎng)地下的地震均有良好的減震效果，并且場(chǎng)地效應(yīng)對(duì)其減震效果影響不明顯，更加適用于中低層結(jié)構(gòu)；Sims等[30]使用顆粒阻尼器對(duì)工件加工中產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行控制，其研究表明顆粒阻尼器可以提升彈性加工件在機(jī)械切割時(shí)的顫振穩(wěn)定性；Lu等[31]對(duì)帶有顆粒阻尼器的多自由度系統(tǒng)進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究，結(jié)果表明附加很小質(zhì)量比的顆粒阻尼器即可以減小主體結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，但是激勵(lì)特性會(huì)影響顆粒阻尼器的減振性能；Wong等[32]研究了顆粒阻尼器的能量消耗機(jī)理，并通過離散元法精確預(yù)測(cè)了顆粒阻尼器的力學(xué)行為；王寶順等[33]將顆粒阻尼器和調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(tuned mass damper，TMD)的減振效果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)TMD對(duì)共振時(shí)的減振效果更加顯著，顆粒阻尼器對(duì)非共振時(shí)的減振效果更加顯著，并且減小碰撞恢復(fù)系數(shù)或增大滾動(dòng)摩擦系數(shù)可以提高顆粒阻尼器在非共振條件下的減振效果，圖4為其所研究的顆粒阻尼器。

圖4 顆粒阻尼器

顆粒碰撞阻尼器有如下特點(diǎn)：

1)顆粒碰撞阻尼器具有眾多微顆粒，在沖擊碰撞過程中可以有效減小碰撞力，降低沖擊碰撞所產(chǎn)生的噪聲，并且仍然具有良好的減振效果。

2)顆粒碰撞阻尼器由于顆粒微小且數(shù)量多，具有較強(qiáng)非線性特性，對(duì)其控制相對(duì)困難。

3)顆粒碰撞阻尼器和質(zhì)量塊碰撞阻尼器發(fā)生沖擊碰撞對(duì)振動(dòng)能量進(jìn)行耗散，然而發(fā)生沖擊碰撞需要一定的起振條件。當(dāng)主體結(jié)構(gòu)輕微振動(dòng)時(shí)，碰撞機(jī)制不會(huì)發(fā)生導(dǎo)致顆粒碰撞阻尼器和質(zhì)量塊碰撞阻尼器不發(fā)揮減振作用。

由此出現(xiàn)了碰撞式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(pounding tuned mass damper, PTMD)，其可以根據(jù)激勵(lì)選擇能量耗散部件，相比顆粒碰撞阻尼器和質(zhì)量塊碰撞阻尼器不需要起振條件，減振適應(yīng)性更強(qiáng)。

4 碰撞式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器

PTMD是在 TMD的基礎(chǔ)上，在質(zhì)量塊兩側(cè)一定間距處加裝碰撞擋板，形成了一種新型的轉(zhuǎn)移和消耗能量的裝置。在主體結(jié)構(gòu)劇烈振動(dòng)時(shí)通過質(zhì)量塊沖擊碰撞擋板來耗散振動(dòng)能量，在主體結(jié)構(gòu)輕微振動(dòng)時(shí)以傳統(tǒng)TMD模式耗散振動(dòng)能量。

常見的碰撞式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器一般是指雙面碰撞式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(double-side pounding tuned mass damper，DS-PTMD)，如圖5(a)所示。

圖5 碰撞式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器

為解決水流中主結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受渦激振動(dòng)影響的問題，Yang等[34]提出了一種具有雙L型懸臂梁和流線型質(zhì)量塊的新型PTMD，結(jié)果表明當(dāng)主體結(jié)構(gòu)因水流的渦旋脫落而振動(dòng)時(shí)，PTMD可以有效地對(duì)振動(dòng)進(jìn)行抑制并具有強(qiáng)魯棒性；Xue等[35]研究了帶有黏彈性沖擊層的碰撞式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的振動(dòng)控制性能，通過輸入地震激勵(lì)來驗(yàn)證PTMD裝置在多自由度系統(tǒng)中的性能，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的PTMD比傳統(tǒng)TMD具有更好的抑振性能，其中黏彈性層的性質(zhì)和碰撞間隔是影響PTMD振動(dòng)控制性能的關(guān)鍵因素；孔凡等[36]利用碰撞式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器PTMD控制近海單樁風(fēng)力渦輪機(jī)塔身在風(fēng)浪聯(lián)合作用下的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，以美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的5 MW基準(zhǔn)海上單樁風(fēng)力渦輪機(jī)為研究對(duì)象，研究結(jié)果表明PTMD對(duì)塔頂響應(yīng)的控制效果較好，PTMD比TMD魯棒性高，在參數(shù)失調(diào)時(shí)仍能保持較好的振動(dòng)控制效果；Song等[37]提出利用PTMD對(duì)海底管道的渦激振動(dòng)進(jìn)行控制，通過數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)對(duì)其振動(dòng)控制性能進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)安裝PTMD可以有效提高管道結(jié)構(gòu)的阻尼比，并有效降低管道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)；李書進(jìn)等[38-39]將滾動(dòng)型調(diào)制質(zhì)量阻尼器(TRMD)和PTMD結(jié)合，提出了一種可以置入空腔樓板內(nèi)部空間的滾動(dòng)碰撞式調(diào)制質(zhì)量阻尼器(pounding tuned rotary mass damper，PTRMD)，如圖6所示，并對(duì)其減振性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明結(jié)構(gòu)在自由振動(dòng)、簡(jiǎn)諧激勵(lì)及地震作用下都具有良好的減振性能。

圖6 滾動(dòng)碰撞式調(diào)制質(zhì)量阻尼器

隨著對(duì)PTMD研究的不斷深入，出現(xiàn)了單面碰撞式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(single-side pounding tuned mass damper，SS-PTMD)，該型阻尼器取消了沖擊塊與擋板之間的間距這一參數(shù)，相比于DS-PTMD設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，不受最優(yōu)碰撞間隙參數(shù)的限制。Wang等[40-41]在雙面碰撞式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的基礎(chǔ)上取消了一個(gè)限位擋板，使質(zhì)量塊在靜平衡時(shí)剛好與碰撞擋板接觸，碰撞間隙為零，由此提出了單面碰撞式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(SS-PTMD)，如圖5(b)所示。Wang等[42]還對(duì)單面碰撞式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的性能進(jìn)行了大量研究，例如通過風(fēng)洞試驗(yàn)，驗(yàn)證了SS-PTMD可以有效控制風(fēng)激勵(lì)下的橋面模型渦激振動(dòng)，其中SS-PTMD的質(zhì)量比大于1%時(shí)，質(zhì)量比的增加對(duì)SS-PTMD的性能不會(huì)有很大提高。王文熙[43]進(jìn)行了洞庭湖大橋拉索減振試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)合理選擇SS-PTMD的安裝位置能有效提高SS-PTMD對(duì)大橋拉索的減振性能。

葉德惠[44]研究了溫度變化對(duì)SS-PTMD振動(dòng)控制效果的影響，并在不同溫度下進(jìn)行了振動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)，由實(shí)驗(yàn)得出在-20～45 ℃范圍內(nèi)，碰撞調(diào)諧質(zhì)量阻尼器在自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)兩種加載方式下都具有較好的魯棒性；何禹忠等[45]采用Wang等[41]提出的SS-PTMD基本力學(xué)模型，設(shè)計(jì)了懸臂式SS-PTMD，對(duì)其減振性能進(jìn)行仿真分析與試驗(yàn)研究，研究發(fā)現(xiàn)碰撞調(diào)諧質(zhì)量阻尼器在優(yōu)化頻率比條件下具有良好的減振效果，當(dāng)頻率比偏離時(shí)，減振效果降低，但仍具有較好的減振效果，證明了其具有較好的控制魯棒性；李欣等[46]在SS-PTMD的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新提出了雙重單面碰撞式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(DSS-PTMD)，并對(duì)比了SS-PTMD和DSS-PTMD在自由振動(dòng)與簡(jiǎn)諧激勵(lì)下的減振性能，研究發(fā)現(xiàn)最優(yōu)參數(shù)下DSS-PTMD的減振效果要好于SS-PTMD，當(dāng)頻率完全調(diào)諧和失調(diào)較小時(shí)，DSS-PTMD的減振效果更優(yōu)，當(dāng)頻率失調(diào)較大時(shí)，反而SS-PTMD的減振效果更優(yōu)。

碰撞式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器有如下特點(diǎn)：

1)PTMD結(jié)合了調(diào)諧質(zhì)量阻尼器與碰撞阻尼器兩者的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)發(fā)生輕微振動(dòng)時(shí)，未發(fā)生碰撞，此時(shí)通過調(diào)諧作用來轉(zhuǎn)移、消耗能量。當(dāng)發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)時(shí)，發(fā)生碰撞，此時(shí)通過碰撞產(chǎn)生動(dòng)能轉(zhuǎn)移與碰撞耗能。

2)SS-PTMD取消了碰撞間隙這一參數(shù)，不論振動(dòng)幅值的大小，碰撞總能發(fā)生并消耗振動(dòng)能量。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)生產(chǎn)生活中的振動(dòng)進(jìn)行控制，一直是人們所關(guān)心并要解決的問題，而沖擊減振因?yàn)榫哂谐錾囊终裥Ч?，得到了人們持續(xù)不斷的深入研究。最常見的3種沖擊減振機(jī)構(gòu)為質(zhì)量塊碰撞阻尼器、顆粒碰撞阻尼器、碰撞式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器。

1)質(zhì)量塊碰撞阻尼器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，但是產(chǎn)生的巨大碰撞力可能引起沖擊塊或碰撞擋板發(fā)生塑性變形，并會(huì)產(chǎn)生噪聲。

2)顆粒碰撞阻尼器內(nèi)部填充眾多微小顆粒，有效降低了碰撞力和噪聲，但是由于顆粒微小且數(shù)量多，具有非線性特性，導(dǎo)致對(duì)其控制相對(duì)較難。

3)碰撞式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器將碰撞阻尼器和調(diào)諧質(zhì)量阻尼器相結(jié)合，既可以通過調(diào)諧作用轉(zhuǎn)移和消耗能量，又可以通過碰撞轉(zhuǎn)移和耗散能量，但是當(dāng)振動(dòng)輕微時(shí)，碰撞機(jī)制不會(huì)發(fā)生作用。

由此可見，3種沖擊減振機(jī)構(gòu)各有優(yōu)勢(shì)與不足，需結(jié)合實(shí)際工況擇優(yōu)利用。

以上3種沖擊減振機(jī)構(gòu)都利用了沖擊減振理論進(jìn)行振動(dòng)控制，但是由于碰撞間隙的存在，碰撞過程需要一定的時(shí)間，當(dāng)激勵(lì)頻率過高、振動(dòng)頻次過快時(shí)，沖擊塊來不及與碰撞壁面發(fā)生規(guī)律碰撞，導(dǎo)致對(duì)高頻抑振性能欠佳。可以將沖擊減振方法與動(dòng)力吸振等減振方法相結(jié)合來提高減振性能。