动吸振器 — CAE用语解说
动吸振器
老师,我听说过"动吸振器",它是抑制共振的装置吗?
确实如此。动吸振器(DVA: Dynamic Vibration Absorber)是附加到主系统(需要抑制振动的对象)上的质量-弹簧子系统,通过与主系统共振频率同调,能够显著降低主系统的振动。有趣的是,在主系统共振频率处,DVA会剧烈共振,从而"从主系统吸收能量并自身振动"。经典的Den Hartog(丹·哈尔托格)理论为最优DVA的固有频率和阻尼比设计提供了解析解。
定义
在实际产品中有什么应用呢?
在建筑领域,超高层建筑的最上层附近安装了质量达数百吨的大型TMD(调频质量阻尼器)——台北101和西尔斯大厦是著名的例子。在机械领域,几乎所有汽车都配备了抑制发动机曲轴扭振的橡胶阻尼器(谐波阻尼器)。工作机械的刀具颤振防止、高速铁路车体摇晃抑制用DVA也已实用化。最近在电动汽车驱动系统的高频振动防治中也备受关注。
FEM模拟中的设计
在FEM分析中设计DVA时是如何操作的呢?
首先进行仅主系统的FEM模态分析,确认需要制振的模态的固有频率f_n和振动模式形状。其次确定DVA的最优安装位置(模态振幅较大的位置)。确定DVA的质量比μ(=DVA质量/主系统有效质量)后,使用Den Hartog最优同调公式 f_DVA = f_n/(1+μ) 和最优阻尼比设置DVA参数。最后对主系统+DVA的耦合FEM模型进行频率响应分析,确认制振效果。在实务中,质量比1~5%通常可以实现10~30dB的振动降低。
相关术语
用共振来抵消共振,真是逆向思维啊!
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