减振技术论文十篇

减振技术论文篇1

关键词：机械 驾驶室 减振设计

1、概述

工程机械在水利工程、道路施工、矿山等场合得到大量的使用，其性能的可靠性直接影响到工程建设的正常开展。这类机械的设计时通常采用静态设计，设计理念上更多的是考虑机械的强度、耐久性等和机械的工作性质直接相关因素。但从实际使用情况来看，国产的大型工程机械普遍存在着施工过程中振动过大的问题，这将间接影响设备的抗疲劳特性和操作人员的舒适性和操作的稳定性。由于工程机械的工作环境恶劣，车体结构的振动问题更加明显，直接影响到驾驶员的舒适性和驾驶的安全性。因此对于大型工程机械而言，控制车体振动尤其是驾驶室的振动，寻求有效的减震设计方法，对于提高驾驶员的舒适度和车体驾驶室构件的疲劳寿命都是有重要意义的。大型工程机械的振动控制问题是个非常复杂的问题，本文将这一问题缩小到驾驶室的减振设计上，主要通过发动机悬置位置的优化设计，以及基于模态分析和被动隔振理论来降低驾驶室的振动效应。

早期的汽车发动机减振方法是利用硫化橡胶，但硫化橡胶在耐油和耐高温方面表现不够理想。20世纪40年代设计出了液压悬置装置来降低发动机的振幅，并取得了较好的使用效果。但液压悬置减振装置在高频激励下会出现动态硬化的问题，已经逐渐不适应汽车发动机减振的要求。上述几类减振方式都属于被动减振技术，在此基础上，随着发动机减振技术的进步，半主动减振技术开始应用到发动机减振中，这类减振技术的代表作是半主动控制式液压悬置装置，这类减振技术的应用最为广泛。尽管后来又出现了由被动减振器、激振器等所构成的主动减振技术，这一技术能够较好的实现降噪性能，但结构非常复杂，在恶劣工作环境下的工程车辆较少使用。

在工程车辆驾驶室的舒适度设计方面，主要所依据的是动态舒适性理论，用以评价驾驶人员在驾驶室振动的条件下对主观舒适程度。从驾驶员所承受的振动来源来看，主要是受发动机的周期性振动和来自于路面的随机激励。其传递机理较为复杂，跟发动机、驾驶室、座椅等的减振都有关系。因此为便于分析，本文中只针对驾驶室的减振问题展开研究。

2、大型工程机械驾驶室的减振设计

如前文所述，驾驶室的振源激励主要来自于路面和发动机及其传动机构。来自于路面的振源激励具有很大的随机性，要进行理论分析非常困难。加之在需要使用大型工程机械的场合机械的运动速度一般都较慢，随之产生的路面激振频率较低。因此相比之下，大型机械的发动机在运行时一直都处在高速运转状态，由此产生的激振频率很高，也更容易导致构件的疲劳损坏，实践证明发动机及其附件的疲劳损坏主要是由发动机周期激振力产生的交变应力引起的。从物理背景来看，工程机械的驾驶室所受到的振动激励主要来从车架传递到台架，驾驶室的振动行为属于被动响应。为了便于分析，将驾驶室的隔振系统进行简化，以单自由度弹簧阻尼系统来对驾驶室受到振动激励过程进行分析。

2.1发动机的悬置设计

发动机在工作过程中的振动原因主要是不平衡力和力矩，这类振动不仅会引起车架的的振动，也会形成较强烈的噪声，不仅会影响到构件的使用寿命也会影响驾驶员的舒适度。要缓解发动机振动所造成的负面影响，采用悬置的设计方式是比较有效的途径，其实现方式是在动力总成和车架之间加入弹性支承元件。悬置设计方式的理论基础是发动机解耦理论，通过解除发动机六个自由度解耦，改变发动机的支撑位置，从而实现发动机自由度间振动耦合的解除。此外，需要配合使用解除耦合后的各自由度方向的刚度与相应的阻尼系数，但应注意在解耦之后振动最强的自由度方向的共振控制，可应用主动隔振理论来确定减震器的刚度和阻尼系数。采用合适的刚度和阻尼系数的目的在于控制发动机悬置系统的减振区域。

具体到悬置设计的细节方面，主要是确定发动机支撑的数目和相应的布置位置。在考虑发动机动力总成悬置系统的支撑数目时，考虑的因素包括承重量和激振力两大类。在设计时通常都会依据车辆类型的不同选择三点或者四点支撑方式。对于大型机械而言，在实践中一般都会采用四点支撑的方式，本文中作为算例的发动机属于某型重型挖掘机的发动机。因此采用经典的四点支撑。其支撑位置选择在飞轮端和风扇端，上述两个位置分别设置两个对称的支撑点，采用支撑对称的目的在于后期解耦方便。从布置的方式上看，主要有平置、汇聚和斜置三种典型布置方式，具体采用哪种方式取决于发动机周围附属配件的布局方式以及车架所能提供的空间有关。本文中不重点讨论减振支撑的布置方式，因此仍然采用平置式的减振布置方式。

2.2悬置系统的动力学分析

为减少研究成本，在支撑的材料上选用橡胶减振器。由前节所述，由于采用的是四个平置式的橡胶减震器，因此可以在进行力学分析时将其简化为三个互相垂直的弹簧阻尼系统，从而可以构建一个发动机主动隔振的力学模型。

2.3驾驶室模态试验

在上述基本力学分析的基础上，进一步采用驾驶室模态试验的方法来检验整个驾驶室的减振效果，其目的在于掌握驾驶室的动态特性和找出驾驶室结构上的薄弱部位，同时以试验为基础还可以调整驾驶室减震器的系数匹配，减小驾驶室的整体振动响应。在试验时以快速傅里叶变换为以及，测量激振力和振动响应之间的关系，从而得到二者之间的传递函数，而模态分析的目的是通过实现来实现传递函数的曲线拟合和确定结构的模态参数。本试验中采用LMS模态测试分析软件，驾驶室所受的激振用力锤激振器来模拟。在试验时用力锤敲击驾驶室从而制造出1-200HZ脉冲信号。通过记录下在不同激振频率下驾驶室结构的反应来确定驾驶室各个构件的强度，以及应该避免的激振频率。在得到这些基础数据后可为后续的驾驶室减振设计的选择悬置系统的减振区域的临界值，使得驾驶室所有构件的固有频率都能够位于减振器的减振区域内，从而起到抑制驾驶室结构的振动响应。■

参考文献

减振技术论文篇2

关键词：斜拉索；振动控制；自供MR阻尼器；振动能量回收；负刚度

引言

斜拉索的有效减振技术，对斜拉桥的安全运营至关重要。理论分析与工程实践均表明，在斜拉索两端安装外置式阻尼器是一种较为有效的减振方式。被动阻尼器对斜拉索的振动控制，由于强烈受阻尼器安装高度的限制，且无法同时对拉索多阶模态实现最优控制，因此减振效果往往受限。近年来，基于MR阻尼器的拉索半主动控制逐渐兴起。

在MR阻尼器的斜拉索被动控制方面：何旭辉等、周海俊等分别开展了实桥斜拉索人工激振作用下的减振效果试验；王浩等开展了台风激励下斜拉索减振效果实测，证实了苏通大桥斜拉索减振系统的有效性。在MR阻尼器的拉索半主动控制理论研究方面：王修勇等、等与Huang等分别提出了神经网络、平衡逻辑与模态阻尼比实时最大化等控制算法；在MR阻尼器的斜拉索半主动控制试验研究方面：Duan等、李惠等、christenson等、禹见达等与weber等分别验证了状态微分反馈控制、限界最优控制、LQG-Clipped最优控制、位移延时反馈控制、负刚度控制等算法的减振效果。上述理论与试验研究均表明：MR阻尼器半主动控制对斜拉索振动具有更优越的减振效果。

现有MR阻尼器均为电磁调节式，需要配置可靠的供电系统，制约了其在桥梁工程中的广泛应用。回收结构的振动能量作为结构振动控制的能量源，是一种极富前景的解决途径。Kim等、sapiflski与蒋学争等分别基于直线电机原理集成了自供电MR阻尼器；关新春等则采用压电能量回收技术构建了自适应MR阻尼器控制系统。

本文在前期自供电MR阻尼器研制的基础上，开展了自供电MR阻尼器对模型斜拉索的减振效果试验，并阐述了自供电MR阻尼器对斜拉索的减振机理以及相对现有斜拉索减振技术的优越性。

减振技术论文篇3

关键词：土木工程；结构；振动；控制；技术

Abstract: according to the control system and the external energy, structure vibration response information and dynamic load information, the relationship between the structural vibration control can be divided into passive control, active control, the semi-active control and mixed control four categories. This paper discusses the civil engineering structure vibration control technology.

Keywords: civil engineering; Structure; Vibration; Control; technology

中图分类号：K826.16文献标识码：A 文章编号：

结构振动控制技术在机械、宇航、船舶等领域已经得到了广泛应用，而其在土工工程界引起广泛兴趣则始于1972 年美籍华裔学者YaoJ.T.P(姚治平)对结构控制这一概念的首次提出。此后，结构振动控制技术得到了迅速发展，目前已经成为结构工程学科中一个十分活跃的研究领域，被称为土木工程的高科技领域。

一、土木工程结构振动控制的分类

依据是否需要外界能源, 结构控制可分为被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制四类。

1、被动控制

被动控制不需要提供外部能量，而通过减震、隔震装置来消耗或转移振动能量，同时阻止振动在结构中的传播，它具有构造简单、造价低、易于维护且无需外界能源支持等优点而被广泛应用。被动控制主要包括基础隔震、耗能减震和调谐减震。基础隔震就是在建筑物或构筑物基底设置控制机构来隔离地震能量向上部结构传输，使结构振动减轻，避免地震破坏。隔震装置必须具备以下条件：具有较大的变形能力；具有足够的初始刚度和强度；能提供较大的阻尼, 具有较大的耗能能力。目前，常见的隔震装置有夹层橡胶垫隔震装置、滚轴加钢板消能装置、粉粒垫层隔震装置、铅芯滞变阻尼器隔震装置、钢滞变阻尼器隔震装置、

基底滑移隔震装置、悬挂基础隔震装置和摩擦隔震装置等。隔震是发展最快、最早的结构减震控制方法，它在技术上比较成熟，减震效果明显，构造简单，造价经济，理论研究和试验研究成果也比较丰富和完善，是目前大多数减震控制结构所采用的方法。桥梁隔震形式有多种，其中使用最广的是铅芯橡胶支座，隔震支座设置于桥墩与主梁之间。铅芯橡胶支座不仅可以提供很大的初始水平刚度以满足在正常使用荷载作用下只产生小位移，并能自动复位，又能以较小的屈服后刚度来实现期望的隔震效率。

耗能减震技术是把结构物中的某些构件（如支撑、剪力墙等）设计成耗能部件或在结构物的某些部位（节点或连接处）设置阻尼器，在小荷载作用下，耗能杆件和阻尼能处于弹性状态，在强烈地震作用下，耗能装置首先进入非弹性状态，大量消耗输入结构的能量，使主体结构避免进入明显的非弹性状态，从而保护主体结构不受破坏。按照耗能装置的不同，耗能减震体系可分为两类：耗能构件减震体系和阻尼器耗能减震体系。前者包括各种耗能支撑（如方框耗能支撑、圆形耗能支撑、K形偏心耗能支撑等） 和耗能剪力墙（如横缝剪力墙、竖缝剪力墙、周边缝剪力墙和阻尼器剪力墙等）。后者包括摩擦阻尼器、弹塑性耗能器（软钢耗能器、铅挤压阻尼器、记忆合金耗能器等）、粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器等。

调谐减震技术是在主体结构中附加子结构，使结构的振动发生转移，使结构的振动能量在原结构和子结构之间重新分配，从而减小原结构的振动。目前主要的调谐减震装置有调谐质量阻尼器、调谐液体阻尼器、调谐液柱式阻尼器、摆式质量阻尼器、质量泵、液压- 质量控制系统、悬挂结构体系等。

调谐质量阻尼器（TMD）是在结构中设置由质量、弹性元件和阻尼器组成的装置，其减震机理是结构振动时TMD 系统将一部分振动能量吸收从而达到减小结构反应的目的。调谐液体阻尼器（TLD）是一种固定在结构上的具有一定形状的盛水容器，其减震机理是在结构振动时带动容器中的液体晃动，液体波与容器箱壁碰撞而产生控制力，同时液体晃动将吸收一部分能量，这两方面的因素减小了结构的振动反应。

2、主动控制

结构主动控制是利用外部能源( 计算机控制系统或智能材料) , 在结构物受激励振动过程中, 瞬时施加控制力或瞬时改变结构的动力特性, 以迅速衰减和控制结构振动反应的一种减震技术。主要应用于对抗震抗风要求较高, 要求对多振型进行控制的重要建筑和高层建筑、桥梁、特种结构等。结构主动控制技术无疑是一种比较理想的方法, 它对于提高抵抗地面运动不确定性的能力, 直接减小输入的干扰力, 以及在地震发生时连续自动地调整结构动力特性的功能等方面均优于被动控制方法。虽然主动控制已取得一定的理论研究和试验研究成果, 减震效果非常明显有效, 并已在少数工程中试点应用, 但在技术上还有一些问题尚待解决。目前, 尚未步入技术成熟阶段。其主要存在以下问题:

（1）控制系统的硬件和软件的滞后性及有效控制性等问题尚需进一步解决;（2）突发地震时外部能源的正常供应问题;（3）设备的常年维护问题;（4）造价昂贵问题;（5）抗震抗风的同时有效控制问题。主动控制根据控制力是否依赖结构响应或外界激励可分为:闭环控制、开环控制和开闭环控制。目前研究和工程应用较多的是闭环控制。根据控制器的不同, 主动控制又有主动调谐质量阻尼器、主动锚索之分。主动调谐质量阻尼系统是利用传感器时刻监测结构反应( 位移、速度或加速度) , 并根据卡提闭环控制理论,计算机接受传感器信息并瞬时改变状态矢量和反馈矢量得出控制力, 接着电液伺服装置将最优控制力施加于结构, 以控制其运动和变形。主动锚索控制是利用传感器把结构的反应传给计算机, 计算机进行优化分析计算出所需要的控制力, 驱动液压伺服系统, 该系统通过锚索对结构施加控制力, 从而有效地减小结构反应。该装置已被应用到实际结构中, 用于控制风振反应。

3、半主动控制

半主动控制是通过改变结构的动力特性来减震的。1960 年日本Kobor i 最早提出了结构变刚度的概念, 1983 年Hrovat 研究了土木工程结构的半主动控制问题。半主动控制与主动控制相比, 它所需外部能量小得多, 维护要求不高, 更容易实施也更为经济, 而且控制效果又与前者接近, 因此半主动控制具有较大的研究和应用开发价值。常见的半主动控制系统有主动调谐参数质量阻尼系统、可变刚度系统、可变阻尼系统、变刚度变阻尼系统等。

4、混合控制

混合控制是将主动控制和被动控制同时施加在同一结构上的结构减震控制形式。根据所起作用的相对大小来看，可分为主从组合方式和并列组合方式，前者是以某一控制为主控制部件，其它部件通过主要部件对结构进行控制；后者是两种控制各自独立工作而对结构进行控制；近年研究较多的是以被动控制为主、主动控制为辅的主从组合方式。混合控制包括主动质量阻尼系统（AMD）与调谐质量阻尼系统（TMD）或调谐液体阻尼系统（TLD）的混合控制，主动控制与基础隔震的混合，主动控制与耗能减震的混合，液体质量控制系统和主动质量阻尼系统的混合。混合控制将主动控制与被动控制联合应用，可以充分发挥两种控制系统的优点，克服各自的缺点，只需很小的能量输入即可得到很好的控制效果。被动控制由于引入主动控制，其控制效果和调谐范围有了极大的增强；另一方面，主动控制由于被动控制的参与，所需的控制力大大减小，抗震系统的稳定性和可靠性都比单纯的主动控制有所增强。

二、结构振动控制发展趋势及展望

近年来结构的抗震、减振设计概念经历了很大的飞跃，受到了许多领域的专家和学者的高度关注，由被动控制到主动控制，由主动控制到半主动控制和混合控制，进一步向智能化的方向发展，研究对象也从以前的理想状态向实际结构靠近、非线性模型、滞后效应、不确定性因素都逐渐被考虑在内。虽然在理论上和实际应用上已经取得了不少新的成就，但仍存在许多问题有待深入探讨研究：

1、结构控制设计研发寻求耗能少、造价低、构造简单、施工方便、可靠性大的被动控制和主动控制系统控制装置；

2、被动控制装置系统技术已经较为成熟同时在实际工程中已经取得了应用效果，应将其进行系统整理，使其逐步实用化、规范化，以推动其在工程实践中的广泛应用；

3、建立研究结构延性耗能构件的力学模型，通过确定延性耗能构件的强度、耗能指标、受力特性、截面特征、配筋方式及数量等参数的定量关系，进而对附有延性耗能构件的整体结构进行分析，研究出含有新型合理控制装置的结构体系；

4、加强关于混合控制和半主动控制装置的试验研究及工程试点建筑研究，理论分析的试验结果有时会与实际情况存在较大误差，通过试点建筑研究可以检验和保证控制装置的可靠性及实际控制效果，以期达到实用化要求；

5、关于半主动控制和主动控制装置的实验研究以及作动器、传感器的数量、位置和控制参数的优化研究，达到结构振动控制的最理想效果，以实现结构控制“智能化”的要求。

参考文献：

[1] 黄大宇. 结构振动控制的研究进展与展望[J]. 中原工学院学报, 2009,(04) .

[2] 李浩久,强文博,师小燕. 结构振动控制的发展和现状[J]. 四川建筑, 2009,(03) .

[3] 江哲,陈云. 浅谈土木工程结构振动控制技术[J]. 中国新技术新产品, 2010,(12) .

[4] 许海龙. 建筑结构振动控制概述[J]. 山西建筑, 2009,(09) .

[5] 陈海卫. 振动控制技术的发展及存在问题的探讨[J]. 福建建设科技, 2010,(01) .

减振技术论文篇4

【关键词】采煤机；故障检测技术

1 前言

连续采煤机作为工作面运输，通风巷道的快速掘进设备，成为当今高产高效综采工作面装备中必不可少的设备。由于采煤机工作环境复杂、恶劣，在工作过程中经常遇到不均匀、不连续、不规则和不同性质的煤岩引起采煤机可靠性差，故障率高。尽管不少单位采用计划维修方法，但这种以时间为基础的按计划的维修制度有时由于时机把握的不准确，而造成无效维修。因此应该提高连续采煤机使用和维护的科学性，有效的把握采煤机维修时机，另外连续采煤机的使用矿山要求对采煤机在不影响生产的情况下进行在线检测。因此，将综合了机械、电子、数学、物理、计算机、人工智能等学科精华的现代状态监测与故障诊断技术应用于连续采煤机的故障诊断中，并研究在生产情况下有效的检测故障的方法十分重要。

本文对连续采煤机故障诊断技术中的振动诊断、声学诊断、油液分析、人工神经网络和灰色诊断等方法进行研究，并分析他们的各自的特点和应用。

2 振动诊断法

工程机械状态的振动监测和故障诊断是应用最普遍，最基本的诊断技术。采煤机悬臂齿轮减速箱发生故障时，其振动信号的频率成分和能量的分布会发生不同的变化，通过对其振动信号测量、处理、分析，可以在线监测故障情况。由于振动理论和测量方法已经比较成熟，相应的仪器在国内外都可以买到，仪器价格便宜。

在实际的监测过程中首先要列出可能的振动原因（如减速箱中齿轮和轴承的规格，特征频率等），然后在减速箱上选择合适的若干测点，利用传感器检测信号，通过信号分析处理系统获得信号的特征，进行诊断和预报故障。在实施监测和诊断之前，必须对诊断对象做详细的了解，要掌握机器的运行条件和故障维修的历史资料以及振动异常的形态特征。振动分析法包括时域诊断和频域精密诊断。采煤机减速箱故障原因复杂，形式多样，必须采用时域诊断和频域精密诊断综合诊断。利用时域分析寻找故障位置，利用频域分析寻找故障性质和严重程度。对于获得的信号要进行滤波处理，保留有用的频带信号，去掉不相关的信号，一般使用带通滤波器，保证所需带宽内信号的分析精度，另外，要尽量去除噪声干扰。一般使用相加平均法。

对于连续采煤机应该采用在线监测系统进行连续的监测和计算机辅助诊断，确保设备运转的可靠性，但应该研究开发防爆型的振动监测仪器。

3 油液分析技术

采煤机是采煤工作面的关键机械，长期运行于低速、重载和强冲击的工况下。油液分析技术是一种有效的检测手段，被世界许多先进的采煤大国运用于采煤机的工况监控和故障诊断。

油液分析技术包括油液本身物理化学性能分析和油液中不溶性物质的分析。剂的性能与状态直接影响机器摩擦副的磨损状态，对磨屑与污染物的检测时监测摩擦器副本身工作状态的手段。通过油液分析监测和诊断采煤机故障，无需拆机和安装传感器，可以不停机，不解体的情况下对采煤机进行状态检测和故障诊断。油样分析技术分两大类：一类是油液本身的物理化学性能分析，采用油综合分析检查仪，对使用中的油各项理化指标进行分析；另一类是油液中的不溶性物质的分析技术，也称磨屑检测技术，磨屑检测方法有光谱分析法和铁谱分析法，目前常用的是铁谱分析法。铁谱技术是利用铁谱仪使悬浮于油液中的磨屑按一定的规律依次沉积在透明的谱片上、借助于光学显微镜或扫描镜检测分析磨屑的尺寸、形状、数量、颜色等特征，判断磨屑来源、磨损过程和程度，从而对设备进行监测、故障诊断和失效预报[2]。操作简单，基本不受现场环境和工作条件的限制，有较高的准确率。但对油中非铁系颗粒的检测能力较低，所需设备复杂，检测的规范化不够，需有经验的专业人员完成检测。

利用铁谱分析和油品性能分析技术等油样分析技术对检测采煤机的减速箱中的磨损故障比较有效。振动检测法尽管可以在一定程度上对这类故障进行检测，但有较大的局限性。油样分析技术是检测减速箱故障的有力工具。

4 声学检测法

由于制造、装配和使用等因素，变速器在产生异常振动的同时，向空气中辐射噪声。噪声由两部分组成：一部分是箱体内部零件产生的噪声通过箱体辐射到空气中形成的声音；另一部分是箱体受到激励而产生的振动向空气中辐射的固体声音。空气声和固体声音共同构成了采煤机减速箱的总噪声，当减速箱发生故障时，噪声的频率特性和能量分布会出现不同程度的变化。根据不同零件产生噪声的机理和特征，采用合适的手段对检测的噪声信号进行分析，识别噪声源，就可以对减速箱的故障进行诊断。

声学诊断技术一般包括超声波检测，声发射监视和噪声监测等。超声波检测和声发射监测对诊断减速箱中零件的裂纹比较有效，但这两种方法所需的专业设备价格比较高。一般都采用噪声监测来检测减速箱的故障。

噪声监测一般是通过测量噪声信号的声压和声强，采用频谱分析法和声强分析法来识别噪声源。

从理论上说，凡是可以使用振动诊断的场合都可以使用噪声监测。但在应用中测得的噪声信号包含了大量得干扰信息，这使得噪声监测法得应用受到一定的限制。在监测采煤机的噪声信号时，一定要注意区分干扰信息。可以把噪声监测法作为采煤机故障诊断的辅助方法加以利用。

5 专家系统

采煤机故障诊断技术研究的目的是为了实现采煤机诊断的智能化研制出相应的专家系统。专家系统是一种智能化的计算机程序，它利用专家的经验，知识模拟人类专家在故障监测中的思维方式，对问题做出具有专家水平的结论。一般包括动态知识库、推理机、规则库等构成。

智能诊断专家系统是采煤机故障监测的一个新的领域，有关这方面的研究有待完善。但我们可以把神经网络技术和专家系统集成为一个混合的智能型的智能诊断系统，两者可以相互弥补各自的不足，发挥各自的特点。专家系统与神经网络技术有几种不同的混合集成模式，用户可以根据实际诊断对象和处理问题的不同，适当的选择。可以缩短网络的学习时间，整个系统的推理水平得到提高。构造混合型的智能诊断技术是故障诊断方法发展的必然趋势。

6 结论

采煤机故障诊断目前应用最多的方法是振动诊断法，随着人工神经网络理论方法研究深入，应用人工智能的智能专家诊断系统将得到进一步的发展。当前在采煤机故障检测中取得了一定成果，也有成功实例，但是采煤机工作环境恶劣，结构复杂，检测过程中有很多干扰因素，所以在检测过程中应该多种方法综合使用，来分析采煤机故障。

参考文献：

减振技术论文篇5

【关键词】石英晶体谐振器;集成电路;二次封装

随着时代的进步，改革开放的不断深入，科学技术的迅猛发展，新产品、新器件层出不穷。我们引进了钟振这种新型器件，它是将普通晶体振荡器的除石英谐振器外的诸多元件集成于一块标准的可封装的集成电路中，在相应频段焊上不同的石英谐振器就成为了不同频率的振荡器，它是一种新型的晶体器件。石英谐振器的频率在一定条件下直接决定了钟振的频率，要制作不同频率的钟振，实质上就是制作与之配套的不同频率的石英谐振器，因此石英谐振器是钟振的核心部分。

1.产品主要技术指标

频率―温度稳定度：≤±30×10-6;

工作温度：-55℃～+125℃;

基准温度初始精度：≤±3×10-6;

频率―电压允差：≤3×10-6;

输出波形：方波;

占空比：45%～55%;

短期频率稳定度：0.05ppm/s;

电源电压：+5V±0.5V;

外形尺寸：20.8mm×13mm×5.6mm。

2.技术难点

2.1 宽温频率―温度稳定度

在-55℃～125℃超宽温度范围内使其频率温度稳定度达30ppm，且体积又小，难度是很大。采用石英晶体谐振器计算机辅助设计软件，计算晶体角度，为保证温度频差，对晶体切角进行了大量试验验证，对EFG角度分选出各种角度做成的晶体用美国S&A公司制造的2200晶体综合参数测试系统，反复几次的温度测试、数据取样论证，得出结论角度选为AT切35°30'±0.5'，满足技术要求。

2.2 高可靠性的保证

电子系统向着小型化和高密度化发展，使得其内部热功率密度增加，可靠性降低。降低电路的功耗，是减少系统内部温升的主要途径。尽量采用低功耗器件，在满足工作速度的情况下，尽量选用CMOS电路，此电路就是选用CMOS电路。同时又改变了通用钟用晶振加工工艺，以往晶片封装，晶片易损坏，现把整个薄膜电路改为印制电路板形式，并且把军用元件，石英晶体牢固的焊在印制电路板上，使元器件与印制电路板成为一体，此设计方案起到双重保护作用，这样能经受较大的振动和冲击，满足用户的技术需求，在结构上采用二次焊封装技术，密封性好，这样就确保该振荡器能稳定可靠的工作。

2.3 基准温度初始精度

针对钟振来说想达到基准温度初始精度±3ppm这个精度是很难的，晶体的频率温度转折点约在27℃左右，既要保证宽温温度特性，又要保证±3ppm的基准温度初始精度，必须采用功耗小的集成电路来实现，集成电路功耗一般都在25mA左右，通过增大电路中反馈偏值电阻，来减小电流，使电流达到10mA左右，降低功率，再采取晶体外壳大面积接地来散热，降低电流通过晶体产生热量使其频率漂移，满足此项指标要求。

3.振荡电路的设计

3.1 设计方案

振荡器是一种把直流电能转变为一定形式的周期交变的信号发生器。振荡系统可以是LC组成的振荡回路，称作LC振荡器。而LC振荡器的频率稳定度只能达到10-2～10-3量级。许多应用领域中是不能满足技术要求的。由于石英谐振器具有很高的Q值，能使频率稳定度可以提高到10-4～10-10量级或者更高。所以，在频率稳定度要求很高的情况下，就要使用石英晶体组成的振荡器。这种晶体振荡器体积小、性能稳定，可以做到几十个PPM甚至更小，完全能达到技术指标要求，满足用户使用需求，适合批量生产。

根据用户要求的技术指标，要设计一种高可靠并适用温度超宽，输出波形为方波的振荡器。通过论证，采用集成电路与晶体谐振器相结合，产生振荡，组成晶体振荡器。如图1。这种电路设计新颖，加工方便，可靠性高，输出频率稳定，适合批量生产。

图1

3.2 满足电路振荡的理论条件

使用表面贴装技术把集成电路、印制电路板与石英晶体混合组成晶体振荡器，振荡线路由放大器和反馈网络按闭环回路组成，如图2所示。

图2

此电路产生振荡条件是：

a.放大器A的电压增益A乘以反馈网络F的衰减系数F的积必须大于1，即AF≥1。

b.信号通过放大器A和反馈网络F后，其总的相移为360o的正整数倍。

4.振荡器用晶体设计

4.1 水晶材料

水晶有天然的也有人造的，是一种重要的压电晶体材料。不论是天然水晶还是人造水晶，都程度不同的存在一些缺陷，这些缺陷，轻的会影响晶体元件的电性能，严重的根本就不能使用。随着晶体的小型化，高频化，和高稳定度要求，对水晶质量的要求越来越高。因此，为保证晶体质量，对水晶材料的质量要求是比较严格的。本产品的要求是Q值>240万的Z块（或Z板）人造水晶，包裹体密度的等级标准选Ⅰ级，腐蚀隧道密度不低于3级。

4.2 石英晶片的设计

标称频率为30MHz的晶体，根据该振荡器内部设计结构及可靠性，我们选AT切泛音振动模式，晶片外形通常采用Ф=4.5mm平片倒边。

4.3 工艺过程

4.3.1 切角的保证

对切割后为35o30'±2'的方片，进行角度校对，使其在35o30'±0.5'以内。为了保证最终角度，经过粗磨、改圆、精磨后的晶片再进行一次EFG角度分选，进一步保证切角的精度。

4.3.2 滚筒倒边

利用滚筒倒边可以有效地抑制寄生振动，减少边缘效应，从而改善石英片的电性能。利用进筒前后频率，可以有效地控制倒边宽度，倒边频率上升60kHz，可达预期效果。

4.3.3 抛光

对滚筒倒边合格的石英晶片用二氧化铈进行抛光，最后使晶片的厚度达0.168mm+ 0.003mm以内。

4.3.4 清洗、被银、上架点胶、微调等

工序同其它石英谐振器的加工基本相同。

4.3.5 封装与老化

封装采用真空电阻焊封装，然后放入105℃±2℃烘箱内老化168h。

5.实测结果

按照上述的设计方案对产品进行了生产试制，从测试结果看（如表1所示），振荡器的各项指标完全达到了技术指标，满足用户上机使用要求。

6.结束语

钟振由于它具有体积小，重量轻，功耗低，稳定性好，加工方便并广泛适用于数字电路等优点而具有巨大的发展潜力。我们采用了新工艺、新材料，采用了先进的晶体制造技术、使产品达到了国内领先水平，在研制生产中不断总结经验教训，逐步摸索出一套适合于我们现有条件的加工制作工艺，进一步提高产品质量，更好地为科研服务。

参考文献

[1]张沛霖，钟维烈，等.压电材料与器件物理[M].山东科学技术出版社，1997.

[2]赵声衡.晶体振荡器[M].科学出版社，2008.

减振技术论文篇6

关键词：减震器；减震性能

前言

振动是生产和生活中常见的现象，大多数工业机械、工程结构、仪器仪表在运行过程中都会有振动现象发生。振动容易引起材料和结构的疲劳损伤，影响其使用寿命； 振动可能降低仪器仪表的测量精度，致使它们无法正常工作；振动产生的噪声还会影响操作人员的健康而且会对人们的生活环境造成噪声污染等等。因此，通过一定手段减小有害振动的抑制技术影响着国民经济、人生安全和发展。在振动控制领域， 采用减震器对机械设备进行减震防护已成为工程界研究的重要课题。

1.减震器的分类及其主要特性

常用的减震器包括：橡胶减震器、塑料减震器、弹簧减震器、流体减震器和磁流变液减震器。根据以上分类 ，分别综述它们的研究现状与进展，并总结其优化设计理论及方法。

1.1橡胶减震器

橡胶减震器的工作性能主要表现为对振动系统的阻尼减震，阻尼减震就是将振动能量转变成热能消耗掉，从而达到减震的目的，其方法是依靠提高机械机构的阻尼来降低或消除机械振动以及提高机械的动态稳定性。橡胶减震器在国外的研制与开发受到广泛重视，发展十分迅速。早在第二次世界大战前夕，德国就把天然橡胶制成的减震器用于舰船的动力设备上，在实战中获得卓越成效。同时，在航空、机械制造、电子等工业部门也相继获得应用。

1.2塑料减震器

用软质塑料制作的减震器得到了越来越广泛的应用，一般在包装、运输中被经常使用。这类减震器可以有效的降低及消除宽频带的随机振动以及多共振峰的机械振动，同时也具有良好的缓冲效果和良好的消除噪音的作用。当前在隔振、降噪和缓冲都兼顾的情况下，使用塑料减震器具有相当的优越性。由于塑料减震器的静力学特性和动力学特性都有非常明显的非线性特性，对变形的速度相当敏感，因此，塑料减震器一般具有以下的优点：1）有很高的空间利用率；2）易于成型，在使用过程中也不需要维护保养；3）有较高的内阻尼。

1.3弹簧减震器

弹簧减震器工作可靠，耐高温、耐严寒、耐油脂、不老化。弹簧对于冲击载荷有很好的缓冲性能。但弹簧对于振动的阻尼作用较小，不如橡胶衰减振动迅速。且当弹簧疲劳断裂时，尖锐的断口易对周围部件造成损伤。牛犁提出了一种新型的钢丝绳螺旋弹簧减震器，能快速吸能使振动迅速衰减 ，解决了装在汽车上的自重较大的精密仪器仪表的减振问题。自行车上的弹簧减震装置主要有圆柱弹簧减震和板簧减震两种。圆柱弹簧减震采用弹簧储能原理进行减震；板簧减震采用弹簧储能原理和弹簧在震动时产生内耗将动能转化为弹簧材料的晶体之间的变形所产生的势能的原理进行减震。这些减震装置均可起到一定的垂直减震效果，但有的结构较复杂，且都不能有效实现前后方位的减震。为克服以上减震装置的缺点， 西南石油大学张平等以成型片弹簧为基础，结合自行车实际结构和尺寸设计了蛇形弹簧。

1.4流体减震器

流体减震器是利用流体的粘性来起阻尼作用，可分为液体减震器和气体减震器两种。液体减震器通常用油类作介质，适用于载荷较大时的减震；气体减震器一般用空气作介质，适用于载荷较小时的减震。流体减震器要求介质有宽广的工作温度、适当稳定的粘度、较高的沸点、较低的凝固点且对金属、密封材料无害。张家方运用流体流经限流孔产生阻尼原理和气体弹性原理，研制出一种新型的低压油气减震器，它既能有效地减震又能可靠地收放，使用维护方便，是一种能保证无人机安全回收的新型减震器。

1.5磁流变液减震器

用磁流变液阻尼器控制结构振动是近年来兴起的减震技术研究热点之一，它是一种阻尼可控器件，其内部液压缸的阻尼介质采用磁流变液，工作原理是调节励磁线圈中的电流获得不同强度的磁场，使阻尼通道中磁流变液的流动特性发生变化，而且这种变化是连续、可逆的，从而控制减震器的阻尼力。

在国外磁流变液减震器的技术已相当成熟，有了一定的成果和产品。Lord 公司在 1995 年的第五届国际电流变液、磁流变液及其相关技术研讨会上，展示了一种应用磁流变液的卡车座位减震器；德国的研究人员设计了长行程的磁流变减震器，并在减震器实验台上进行了测试；美国宾夕法尼亚州立大学的 Farban Gandhi 将磁流变减震器用于直升机水平旋翼叶片的振动控制，提高了其稳定性。

国内在磁流变阻尼减震器方面虽有一定的进展，但与国外发达国家尚有一定差距，所研制的磁流变阻尼减震器还处于实验阶段，远未达到商业化应用的程度。重庆大学的廖昌荣等按照长安微型汽车的技术要求设计了磁流变液减震器，并根据长安微型汽车前悬架减震器的

技术条件进行了实验测试；哈尔滨工业大学的欧进萍等对磁流变液减震器在基础隔振方面做了很多研究，提出了可调滞回模型的磁流变减震器及其实验方法；青岛海洋大学的管友海等基于现代最优控制理论，建立海洋平台磁流变液半主动控制系统的数学模型，对磁流变液减震器进行了参数设计，分析了它对海洋平台振动控制的有效性。

2.结论与展望

减震器因其能耗低和具有很好的宽频减振性能而被广泛研究和使用。本文从汗牛充栋的文献中理清脉络，总结归纳前人的研究成果，对常见的减震器做了简要的概括。在今后很长一段时间，各类减震器的完善设计和优化制造将是我国未来振动控制结构的发展趋势。

参考文献：

减振技术论文篇7

关键词: 结构振动控制, 海洋平台

中图分类号：TU318 文献标识码： A

引言：

众所周知, 深海石油、 天然气资源的开发前景十分广阔, 随着社会经济的高速发展, 世界各国都把关注的目光投向了广阔的海洋, 建造了大量的海洋平台。海洋平台结构复杂、 体积庞大、 造价昂贵, 而且长期在十分险恶的环境下工作, 对相应的勘探、 开采技术装备的设计和使用提出了更高的要求。

海洋平台作为海洋资源开发的基础性设施、 海上生产生活的基础, 会受到风、 浪、 流、 冰和地震等环境载荷的作用。这些大型柔性海洋平台一般表现为以下特征: ( 1) 固有频率低, 且低频模态密集; ( 2) 本质上的分布参数系统, 具有强耦合性和非线性; ( 3) 结构复杂, 参数易变, 自身结构以及所受外载荷具有不确定性。对于这些大型柔性结构而言, 即使强度足够, 但是在风浪流等动载荷的作用下, 仍有可能产生过大的

振动响应, 影响工作人员的身体健康, 导致结构的疲劳和破坏, 降低平台的实用性和生存性能, 从而给生产生活带来极大的危害。历史上曾经发生过多次海洋平台事故, 造成了重大的经济损失和人员伤亡。如果利用传统的减振方法, 仅仅靠加强平台结构来耗散振动能量, 被动地抵御风浪流等动载荷的作用, 不仅会大大地增加平台造价, 而且由于结构复杂性和外载荷的不确定性, 也将难以达到预期的效果。结构控制技术及智能控制技术的出现为解决海洋平台振动控制这一难题提供了新的手段, 并大大拓展了它们本身的应用范围, 同时也带来了一些富有挑战性的问题。

1结构振动控制发展现状

结构振动控制( 简称结构控制) 是指通过采取一定的控制措施来减轻或抑制工程结构由于动力载荷所引起的反应, 以满足结构安全性、 实用性和舒适性的要求。自从 1972 年美籍华裔学者 Yao J T P[1]首次提出结构振动控制的概念以来, 目前已经成为结构工程学科中的一个十分活跃的领域, 并且取得了丰硕的成果。结构控制在土木、 机械、 宇航等领域已经得到广泛的应用, 在海洋工程领域的研究和应用仍然处于起步阶段, 涉及到海洋平台的振动控制的研究成果为数不多, 但是海洋平台振动控制却是未来研究和应用的主要方向。

Housner G W[2]等10 位科学家在1997年对结构控制的过去、 现在和将来进行了全面的总结和展望。结构控制涉及到控制理论、 随机振动、 结构工程、 材料科学、 生物科学、 机械工程、 计算机技术、 振动测量和数据处理等, 是一门交叉学科。结构控制根据所采取的

控制措施是否需要外部能源可以分为: 被动控制、 主动控制、 混合控制和半主动控制。

1. 1 被动控制

被动控制是指控制装置不需要外部能源输入的控制方式, 一般是指在结构的某个部位附加一个子系统, 或者对结构自身的某些构件作构造上的处理以改变结构体系的动力特性。被动控制因其结构简单、 造价低廉、 易于维护且无须外部能源输入等优点而受到广泛的关注, 许多被动控制技术已经日趋成熟, 并已在工程实际中得到应用。被动控制的设计思想就是

采用隔离( 基础隔振) 、 转移( 吸振减震) 、 消耗( 耗能减振) 能量等方法来达到减小结构振动的目的。被动控制装置主要包括调谐质量阻尼器( TMD) 、 调谐液体阻尼器( TLD) 、 液压质量控制系统、 质量泵以及粘弹性耗能阻尼器、 摩擦阻尼器、 金属耗能阻尼器等。

被动控制系统无需外部外部能源, 一般只对某种设定的振动特征进行控制, 缺乏跟踪和调节的能力, 其效果明显依赖于输入激励的频谱特性和结构的动态特性。目前来说, 对于被动控制的研究主要存在如下几个问题。一是被动控制减振效果的定量设计控制; 二是被动控制系统的可靠性研究, 包括结构本身可靠性与控制器的可靠性研究; 最后就是新型经济有效的被动控制装置的研究。

1. 2 主动控制

主动控制是指应用现代控制技术, 采用传感器对输入的外部激励和结构响应进行实时朕机跟踪和预测, 将监测到的信息送至控制器, 控制器根据给定的控制律向作动器发出动作指令, 并通过作动器对结构施加控制力来改变结构的系统特性, 使得结构和系统性能满足一定的优化准则, 以达到减小或抑制结构振动响应的目的。由于实时控制力可以随激励输入改

变, 其控制效果基本上不依赖于输入的特性, 因此控制效果明显优于被动控制。主动控制的研究工作主要分为主动控制算法和主动控制装置两部分。一般而言, 主动控制算法包括经典线性最优控制、 极点配置法、 瞬时最优控制算法、独立模态空间控制法、 滑动模态控制、状态反馈控制、 随机最优控制法、 自适应控制法等, 各种方法之间并非完全排斥, 在实际应用中更是结合实际控制对象, 采用混合控制技术。 目前在海洋平台的振动控制领域, 主动控制主要侧于理论分析和数值模拟。主动控制装置是主动控制从理论走向实际应用的关键环节, 目前开发应用的主动控制装置主要有主动质量阻尼器( AMD) 、 主动拉索系统等。

1. 3 混合控制

混合控制是将被动控制系统和主动控制系统同时施加在同一个结构上, 使其协调工作的结构控制方式。这种控制方式充分利用了被动控制和主动控制各自的优点, 它既可以通过被动控制系统来大量消耗控制能量, 又可以利用主动控制系统来保证控制效果, 比单纯的主动控制能够节省大量的能量, 因此有着良好的应用前景。

1. 4 半主动控制

半主动控制是指利用控制机构来主动调节结构内部的参数, 使结构参数处于最优状态, 所需的外部能量比主动控制要小得多, 而且半主动控制更容易实施, 控制效果也不错。目前典型的半主动控制装置有可变刚度系统、 可变阻尼系统、 可变调谐参数质量阻尼系统以及可变( 电流变或磁流变) 液体阻尼器等。

2 结构振动智能控制研究进展

控制理论的发展经历了经典控制理论、 现代控制理论以及 20世纪 70年展起来的非线性智能控制理论三个阶段。智能控制[ 3- 8]( Intelligent Control) 是将人工智能的理论与技术和运筹学的优化方法, 并将其同控制理论方法和技术相结合, 在未知环境下, 仿效人的智能, 实现对系统的控制。智能控制是一门交叉学科, 它的建立和发展是以其它学科特别是许多新兴学科为基础的。智能控制系统具有学习功能、 适应功能与组织功能。智能控制

的种类很多, 主要有: ( 1) 基于人工神经网络的神经网络控制; ( 2) 基于模糊推理的模糊控制; ( 3) 基于专家系统的专家控制等。

3 海洋平台振动控制研究进展

海洋平台长期在恶劣的海洋环境下工作, 时时刻刻受到风浪流等环境载荷的作用, 所引起的振动问题已经得到了国内外专家学者的广泛关注, 对此进行了深入的研究并且已经取得了一定的成果, 但是由于海洋平台的振动控制问题涉及到多个学科, 需要在多个方面有所突破, 因此目前的多数相关研究仍然停留在理论阶段, 距离实际应用仍有一定的距离, 但这却是

海洋平台振动问题解决的主要方向。目前对海洋平台振动控制的研究一般采用的是传统的结构控制方法, 被动控制、 主动控制、 半主动控制和混合控制等。

Lee( 1997)[9]在导管架的斜撑上设置了粘弹性阻尼器, 用来增加结构阻尼, 从而减小结构的振动响应。陆建辉等[10]利用粘弹性阻尼器对平台振动进行控制,对阻 尼器的设计 与位置优 化进行了研 究。欧进萍[11, 12]等从 1997 年开始为解决渤海海洋平台结构的冰激振动问题, 研究了斜撑式粘弹性耗能减振和粘滞耗能减振方案, 并且进行了相应的模型实验; 但是实验结果表明由于平台水上狭小的空间限制了耗能器的数量及其相对变形, 因此减振效果不太明显。其后进一步研究了隔振装置在导管架平台上的应用, 在导管架端帽和甲板之间设置柔性阻尼层, 对多种冰载荷工况和地震工况进行了数值模拟, 取得了良好的减振效果。调谐质量阻尼器和调谐液体阻尼器在海洋平台振动控制中的研究和应用也得到了广大学者的关注。

陆建辉等[13, 14]研究了随机波浪载荷作用下调谐质量阻尼器对海洋平台的振动控制, 采用多种方法对TMD参数进行了优化。孙树民[ 15,16]在采用调谐质量阻尼

器对独桩平台波浪反应控制进行研究时, 考虑了流体- 桩- 土相互作用的影响。计算结果表明适当选择TMD 的参数可以有效地控制独桩平台的波浪响应。早在 1979 年 J. Kim Vandiver[17]就对安装TLD 的海洋平台振动特性及其减振效果进行了研究, 通过选择合适的水箱参数可以有效地减小平台的动力响应。Dong S, Wang Shuqing, 李华军等[18 ? 21]从理论和实验两个角度对安装TLD 的海洋平台减振效果进行了研究,通过实验对水箱不同大小、 形状、 频率比等参数对减振效果的影响进行考察, 并且通过实验结果验证了理论模型的正确性。李宏男[ 22]对海洋平台采用TLD 进行地震响应振动控制进行了研究, 探讨了TLD 参数对于平台减振效果的影响。韦林[ 23]对近海平台中的振动问题进行了最优控制的研究, 通过对该结构设置各种有效的振动控制阻尼器, 包括调谐液体阻尼器和调谐质量阻尼器, 详细

分析了平台主动振动与被动控制的减振效果, 从而寻求最优控制的实施方案。结果表明适合海洋平台上构造的TLCD 阻尼器和 TMD 阻尼器可以在主动与被动控制下有效地减弱振动效应。李华军、 嵇春艳、 吴永宁、 苏荣华等[24- 27]依据设计目标中对安全性和经济性的权衡, 通过使得二次型控制目标函数最优化, 推导出随机最优控制力的计算方法, 从而实现最优控制的目的。结果表明海洋平台的前馈- 反馈控制比 TMD 控制、 反馈控制有更好的减振效果, 可以在宽广的范围内实现大幅度的减振。Vincenzo[28]在平台结构中设置主动质量阻尼器(AMD) 系统以减轻漩涡引起的振动。Ahmad S K, Ah?mad S[29]、 周亚军[ 30]采用传统的最优控制算法对平台进行 了最 优主 动 控制 研 究。李 华 军[31]、 SuhardjoJ[ 32,33]等利用H 2 控制算法对 AMD 主动控制装置在导管海洋平台的振动控制进行了研究, 并且对TMD被动控制和 AMD、 ATMD 主动控制的控制效果进行了比

较, 结构表明主动控制的效果优于被动控制。Abdel_Rohman M[34]分别从主动和被动的角度研究了海洋平台的振动控制问题。Kawano,Kenji, Ishizawa, Hidefumi 等[35]研究了半主

动控制装置在导管架海洋平台振动控制中的应用, 主动控制力所产生的控制效果可以通过时域瞬时优化控制方法来确定。陆建辉等[36]采用变刚度系统对位于墨西哥湾的海洋平台进行了半主动控制研究, 取得了很好的控制效果。管友海等[37]针对磁流变( MR) 阻尼器在海洋平台上半主动控制进行了研究, 建立了海洋平台MR 半主动控制的数学模型, 并介绍了磁流变阻尼器的性能及恢复力模型, 设计了磁流变阻尼器的参数。孙树民[38]也采用磁流变阻尼器对独桩平台的地震响应控制进行了研究, 数值算例均表明MR 阻尼器对海洋平台振动控制的有效性。但是到目前为目, 海洋平台振动控制都是采用传统的控制方法, 由于传统方法所存在的一些固有缺陷, 使得控制的效果以及范围有限。周亚军[ 39,40]基于人工神经网络方法以及模糊逻辑理论, 建立了海洋平台振动智能主动控制的框架, 并且实现了海洋平台的振动主动控制。

4结论与展望

海洋平台振动控制研究与应用具有巨大的经济效益和社会效益, 并且已经取得了可喜的成果。但是客观地说平台振动控制技术仍然处于理论与实验研究阶段, 离海洋工程实际应用还有相当大的差距, 在( 1) 土- 结构相互作用土- 结构相互作用( Soil_Structure Interaction) 对于波浪等外载荷作用下平台的振动响应主要有以下几个方面的影响: 减小共振频率、 通过波辐射损失能量、改进结构基础的运动。桩腿本身是细长的柔性结构且一般穿越多层土介质, 因此在平台振动响应分析时, SSI 的考虑方法很重要, 但是目前大部分的结构控制研究都忽略了 SSI 效应。

( 2) 时滞问题在结构控制中, 由于传感器测量、 计算机分析计算、 作动器动作等都需要一定的时间, 导致了时滞(Time Delay) 问题的出现。时滞问题不仅会减弱海洋平台控制系统的性能, 甚至会导致系统的不稳定。采用智能控制方法可以提前对平台施加控制力, 在一定

程度上解决了时滞问题的影响。

( 3) 控制算法和装置

需要发展更为先进有效的控制算法和装置( Con?Trol Algorithm and Device) , 真实的平台结构系统的自由度很多, 但是能够获得的结构反馈信息是十分有限的, 因此传感器、 作动器的数量与位置的最佳配置显得很重要。在具体实现平台的结构控制时, 需要进一步研发与应用耗能少、 造价低、 可靠性高、 稳定性强并且施工操作简便的控制装置以及与结构控制有关的新材料。海洋平台结构控制是一个崭新的研究领域, 需要各个学科的共同发展。海洋平台智能控制, 包括神经网络控制、 模糊控制等具有广泛的应用前景, 是海洋平台结构振动控制研究的发展方向。加强振动控制技术的理论与实验研究, 验证其实际控制效果与可靠

性, 并且加快在海洋平台上的应用研究。

参 考 文 献

1. Yao J T P. Concept of Structural Control. Journal of Structural Divi

sion, ASCE, 1972, 98(7): 1567---1574

2． Hounser G, et al. Structural control: past, present, and future. Jour-

减振技术论文篇8

关键词：建筑结构；隔震；减振；振动控制

中图分类号：TU3文献标识码： A

近年来，建筑行业取得了可喜的成绩，并对建筑行业的发展提出了更高的要求。建筑结构的隔震、减振和震动控制直接关乎着建筑物的投入使用效果。因此，若想满足人们的建筑需求，增加建筑物的安全、可靠性，提升其耐久性，应以建筑物的减振结构为切入点，合理选用优质、经济建筑材料，以此来增强建筑减振结构性能，进而保障建筑结构的安全性、稳定性和耐用性。笔者将结合自身工作经验，粗略探讨建筑结构的隔震、减振和震动控制。

一、建筑结构的隔震、减振概述

在传统建筑结构中主要借助变形来吸收和消耗因地震所带来的能量，进而实现防震，这种建筑结构只是在小型地震中具有一定的防护效果，一旦地震等级较高，十分容易出现坍塌现象。地震蕴含巨大的能量，建筑结构一般无法完全或者有效吸收，这给居民日常生活和生命财产带来了严重的威胁。因此，建筑行业正在探寻一种新型抗震和防震方法，在此背景下，隔震、减振和振动控制应运而生。

（一）建筑结构的隔震工作原理

隔震层是建筑结构防震体系中的重要组成部分，这决定建筑结构设计主要包含上部结构、隔震层和下部结构。一旦建筑物遭遇地震，首先地震能量经由下部结构传输至隔震层，待其吸收和消耗后的地震能量微乎其微，基本上很少有能量传输至上部结构。另外，隔震层还会影响上部结构周期，进而减小了地震能量对上部结构的影响，即便上部结构遭遇地震，会产生一定的弹性，这可显著吸收和消耗能量，切实保障居民的生命和财产安全。

（二）建筑结构的减振工作原理

对于消耗能量的减振结构而言，具体是指建筑结构的抗侧力装置，在该装置内部安装有效能量消耗零部件，进而实现减振目的。如果建筑结构遭遇地震并受到能量侵蚀，能量消耗零部件及其装置会产生弹塑性，滞回变形，以此来吸收和消耗因地震所带来的能量，并减小对建筑结构主体结构的影响程度，进而实现减振和震动控制的目的。由此可知，减振工作原理与传统正好相反，这也是技术领域中的突破性成就。

二、建筑结构震动控制措施

伴随着科学技术的不断发展和社会的进步，涌现出了大量的防震技术，显著提升了建筑结构的抗震性能，建筑物正在朝着优质、安全、舒适、耐用的方向发展。现阶段，主要存在以下四种振动控制措施。

（一）主动控制

主动控制主要凭借外界力量实现减振目的，具体是在建筑中实施一种控制力，这种控制力与地震振动相反，均衡这两种作用力，最终实现减振目的，具体的工作原理为：

1.凭借传感器监督和检测外部作用以及动力响应；

2.将传感器搜集到的资料信息传输至计算机系统，在计算机中通过相关软件和方法处理分析这些资料信息，准确计算建筑结构的施加力；

3.依据实际的施加力大小明确建筑建构防震方案，驱使外界力量，进而与地震能量有效抗衡。

（二）被动控制

被动控制是指凭借子系统添加或者改造自身结构，进而实现减振目的，这种控制技术无需外界力量。目前，被动控制理论研究发展趋于成熟，这种技术被大范围地应用在具体操作中，被动控制主要包含耗能减震和基础减震这两种类型。

1.耗能减震

耗能减震具体是在建筑结构的空间，层间等部位装设消能装置，如果地震等级较低，建筑结构自身会协同各个部位的消能装置，维持建筑结构的弹性状态规避地震的影响，减小地震的危害程度。如果地震的等级较高，增加建筑结构自身的形变程度，并协同消防装置内部的大阻尼，有效吸收和消耗地震能量，并将其转换成热能的形式传输至外界，这能够显著降低地震对建筑结构的影响，维持建筑结构的弹性形态，此种技术主要具有以下特点：

（1）安全性和可靠性较高，借助耗能装置有效吸收和消耗地震能量，进而保护建筑物的主体结构；

（2）经济且环保。这主要是因为此装置中采用了柔性性能，可缩减剪力墙数量和配筋断面；

（3）应用范围广泛，此种装置可应用在工厂、办公大楼中；

（4）维护经费较低。如果装设耗能减振装置，需要定期维护，进而保障其正常运行。该装置和其余减振装置相比，维护经费相对较低。

2.基础减震

基础减震具体是在建筑物基地位置装设控制结构，阻挡地震能量的向上传输，降低地震能量对建筑结构的影响程度，规避地震损害。目前，我国主要存在橡胶垫、摩擦滑动等多种隔震技术。我国基础隔震技术主要具有以下特点：

（1）隔震技术具有广阔的应用范围，被大面积应用在新建筑设计施工和旧建筑加固中，得到了越来越多人的支持和认可；

（2）隔震形式正在朝着多样化的方向发展，已经从传统的砌体结构过渡到钢筋混凝土结构，又到钢结构和木结构，截止到目前为止，组合结构最为常见；

（3）隔震技术增添了隔震装置选择中的多样性，同时，伴随着科学技术的快速发展，混合隔震技术地位日益凸显。

（三）半主动控制

半主动控制是一种有效融合建筑结构自身力量和外界力量的控制技术，自主调节建筑结构地震参数，最终实现减振目的。其中外界力量需求较低，无需强电，只要最大限度地利用弱电便可。另外，在此种技术中主要借助开关完成相关控制，通过对开关的处理操作可有效调控系统工作情况，进而在某种程度上改变建筑结构动力特征。现阶段，可变阻尼系统、可调控的摩擦式系统是最为主要的半主动控制装置。

（四）混合控制

混合控制，可以将其简单地理解为主动控制和被动控制的融合，这种控制技术具有设计繁琐的特点，这种振动控制技术被广泛地应用在日本建筑结构设计中。在具体的设计过程中，应多次深入调查建筑物所处地区的地震情况并全面勘查地质条件，掌握各种信息，优化调整控制系统，进而实现防震抗震的目的。这种控制技术有效融合了主动控制和被动控制中的优点，然而其工程造价较高，在我国很少应用。

结语

伴随着防震技术的不断发展，有效提升了建筑物的防震性能，涌现出了大量的防震装置与新型技术，这为建筑结构的减振和预防开辟了广阔的发展前景。我国属于地震灾害频繁发生的国家，为进一步控制地震灾害，降低对人们和社会的损失，我们应加大在振动控制方面的研究力度，积极引入国外最新技术手段、现代原材料和装置，紧密结合我国建筑行业的基本情况，研制生产更多的优质、实用的减振产品，提升建筑物的抗震性能，切实保障居民的生命以及财产安全。

参考文献：

[1]张艳民.浅谈建筑结构的隔震、减振和振动控制[J].房地产导刊,2014,(3):381-381.

[2]陈波.建筑结构的隔震、减振和振动控制[J].房地产导刊,2013,(6):291-291.

[3]刘翔.建筑结构的隔震、减振和振动控制[J].城市建设理论研究（电子版）,2014,(6).

减振技术论文篇9

关键词：车内噪声；控制技术；发展趋势

中图分类号：X593 文献标识码：A

一、车内噪声的主要来源

1.发动机噪声

发动机噪声包括：发动机工作时产生的进气噪声、排气噪声、冷却风扇噪声、结构噪声等通过空气由车身的缝隙或孔、洞传播至车内而形成的车内噪声；由于发动机燃烧和惯性力矩引起的振动，通过发动机悬架和副车架传动车身，而引起车身弯曲振动、扭转振动等，同时也会引起板件及结构产生局部振动，进一步向车内辐射的中低频噪声。

2.底盘噪声

底盘噪声主要包括：由于轮胎快速滚动对其周围空气形成扰动而产生的轮胎噪声；齿轮系啮合和振动而产生的变速器、驱动桥噪声；旋转和振动传递而产生的传动轴噪声；汽车高速行驶时，空气紊流对车身的激励造成高频振动，并在车内产生的高频噪声；汽车制动时产生的鸣叫声。

3.车身噪声及车内附属设备噪声

车身噪声及车内附属设备噪声包括：由于车身的振动和空气与车身的冲击与摩擦而产生的噪声；空调机或暖风装置工作而产生的噪声。这些噪声源所辐射的噪声，在车身周围空间形成一个不均匀的声场，并向车内传播。

二、传统车内噪声控制技术

1.减弱或消除噪声源的噪声辐射

降低汽车任何声源能量都有利于控制车内噪声，具体途径有：对发声部件采用消声器，对振动部件采用减振 器；改善结构设计，降低产生噪声的激振力；采用改进密封元件，通过增加密封压力的方法来消除泄漏气流的间隙；改善车身形状设计，避免空气紊流造成车身高频振动，并在车内产生高频噪声。

2.隔绝声源、振源与车身间的传播途径

（1）车身的隔振、隔声。为控制车内噪声，一方面可以对发动机进行屏蔽，以改进发动机支承结构和性能， 减少发动机振动和噪声的传播；另一 方面，车身的隔声处理可以有效阻止 轮胎噪声、传动系噪声等底盘噪声的 传入。

（2）提高车身密封性，减少噪声的空气传播。提高车身的密封性的重点就是堵塞各种缝隙，减少孔道数量，从而降低进入车内的噪声。

3.对车身进行吸声处理以降低混响声

在车身室壁使用能减少反射声的吸声材料，可有效降低车室混响作用，从而达到控制车内噪声的目的。在设计汽车底板、内饰、衬垫等时，应尽量使用本身就具备吸声性能的材料，以降低成本。

三、车内噪声控制技术研究的发展趋势

第一，随着材料工业的发展，如何研制和选用体积小、重量轻、吸声隔声效果好的复合声学材料来降低车内噪声将引起各方的高度重视。

第二，有源噪声控制方法是近年发展起来的一种全新的噪声控制方法，其应用于车内低频噪声控制将成为研究热点。它是在指定区域内人为地、有目的地产生一个次级声信号去控制初级声信号，以达到降噪目的的技术，依据的原理是两列声波干涉相消原理。

第三，有源振动控制 （active vibration control，简称AVC），又叫主动振动控制。AVC作为一种新的有效减振方法，与传统的振动控制手段相比，具有低频效果好，可以任意改变振动系统的等效阻尼、质量与弹性系数，并且可以在一定的频带宽度内同时控制多个频率点的固有振动方式的响应等许多优点， 因而得到各方的广泛重视。

第四，自适应技术、神经网络技术、模糊控制方法等在有源噪声控制技术中的应用将成为一个重要的研究方向。

近年来，由于计算机处理技术的提高，一种新的汽车噪声控制技术――近场声全息得到实际应用。利用该技术还可以实现远距离的汽车噪声识别定位，这样可以实现在对声源影响最小的情况下完成测量，从而更好地进行汽车降噪技术研究。

参考文献：

减振技术论文篇10

关键词：爆破振动;影响因素;通径系数;敏感性分析

引言

众所周知，爆破振动对边坡稳定性具有重要的影响[1]。由于受制于现场试验的条件以及爆破施工工程的客观因素等，在进行矿山爆破减振控制时，不可能把全部影响因素考虑进来[2]。而通径系数法的敏感性分析能够找出影响爆破振动各表征参量的主要因素并进行优化，能达到减小爆破振动，保护矿山周围的建（构）筑物及边坡安全稳定[3]。

本文结合某露天矿山爆破施工工程，通过现场爆破振动试验，获取不同爆破参量下的爆破振动数据，采用通径系数分析法对爆破振动的影响因素进行敏感性分析，分析各影响因素对爆破振动各表征参量（振速峰值和主振频率）的主次关系，为边坡爆破减振技术研究提供理论基础。

1.现场爆破振动试验

1.1 矿山概况

贵州省某露天矿岩石性质主要为灰岩及含燧石灰岩，岩石风化较为严重。矿区地势东高西低，矿山自上而下逐层开采，目前已开采形成多个台阶，台阶高度12m，最高永久边坡达到96m。

1.2 爆破振动测试方案

现场爆破振动测试所用仪器为成都中科测控TC-4850爆破测振仪。振动测试时将测振仪的传感器粘在基岩上，并将Y方向指向爆源，X与爆源方向垂直，Z方向垂直向上。现场仪器的布置如图1所示。

图1爆破振动测试仪器布置

1.3 测试结果

在矿山爆破现场，通过多次的爆破振动试验，获得爆破振动的各特征参量，其中包括爆破振动速度峰值，振动频率，并记录下每次爆破的地质条件和爆破参数等。由于受现场试验条件的限制，只选取了几个有代表性的影响因素：其中包括最大段药量，总药量，爆心距，最小抵抗线，高程差。爆破振动各特征参量与爆破条件的现场实测数据统计如表1所示。

2.通径系数分析法

通径系数（Path coefficient）分析法[4，5]的思路是：对于任意一个关联的系统，其简单相关系数可分为许多部分，即自变量对因变量的直接作用或者自变量通过影响其他的自变量继而对因变量产生间接的作用。通常认为，通径系数分析法是以多元回归分析为基础，假设因变量y与多个自变量xi（i=1、2、…、n）之间存在着线性关系，其线性方程如下所示：

y=b0+b1x1+b2x2+…bnxn（1）

通过数学的变换，建立正规的矩阵方程：

1rx1x2…rx1xn

rx2x11…rx2xn

rxnx1rx2x1…1Pyx1

Pyx2

Pyxn=rx1y

rx2y

rxny（2）

其中：rxixj为xi和xj的简单相关系数。rxiy为xi和y的简单相关系数。通过计算剩余通径系数Pye来检验系统的好坏和计算的精确性。其中剩余通径系数Pye的计算公式如下所示：

Pye=1-（rx1yPyx1+rx2yPyx2+rxnyPyxn）（3）

3.计算结果与探讨

采用SPSS软件导入现场实测数据，计算得到爆破振动的振速峰值、主振频率与各个爆破条件之间的关联度，如表2所示。

（1）对爆破振动峰值振速影响最大的是爆破的最大段药量，其他影响因素与峰值振速关联度的关系为：爆心距>总装药量>高差>最小抵抗线。因此，要减小爆破振动速度应优先考虑控制最大段药量和爆心距的大小。

（2）在影响主频的诸多因素中，对爆破振动主频影响最大的是爆心距，其他因素与主频的关联度为：高差>最大段药量>最小抵抗线>总药量。因此应首先考虑的是爆心距以及高程差，此外也可通过控制药量等方面来控制爆破振动的主振频率，保证边坡稳定。

4.结论

本文采用通径系数分析对爆破振动各影响因素的敏感性进行了探讨，分析了各影响因素对爆破振动影响的相对重要性，主要得出以下结论：

（1）对爆破振动峰值振速影响最大的是最大段药量，其他影响因素的敏感性由大到小的顺序为：爆心距、总装药量、高差、最小抵抗线。

（2）对爆破振动主频影响最大的是爆心距，其他影响因素的敏感性由大到小的顺序分别为：高差、最大段药量、最小抵抗线、总药量。

（3）在矿山露天爆破工作中，要减小爆破振动对边坡的影响应优先考虑控制最大段药量和爆心距的大小，其次要综合考虑高差等条件对爆破振动频率的影响。（作者单位：贵州新联爆破工程集团有限公司）

参考文献：

[1]郑峰.爆破地震效应影响因素的研究及工程应用[D].武汉：武汉科技大学，2007.

[2]曾志林.爆破振动对高陡边坡稳定性影响及控制技术研究[D].中南大学，2010.

[3]秦海燕.边坡稳定性影响因素敏感性的通径系数分析[J].探讨与分析，2008，12（2）：29-32.