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第36卷第6期振动工程学报Vol.36No.6
2023年12月JournalofVibrationEngineeringDec.2023
一种具有能量俘获自参数摆动力吸振器的设计
及参数影响分析
1，222
陈晓哲，焦志成，石加联
（1.东北大学秦皇岛分校控制工程学院，河北秦皇岛066004；
2.辽宁科技大学机械工程与自动化学院，辽宁鞍山114051）
摘要:传统的摆类动力吸振器因为抑振频带较窄，对于工程环境中较宽频带的振动，往往表现出较低的工作效率。
针对该问题，本文设计了一款具有较宽抑振频带的自参数摆动力吸振器。该装置以封闭线圈代替了附属结构中的
子结构摆，在子结构摆的两侧对称装有强磁铁。线圈摆动时切割磁感线产生感应电流，进而将振动抑制与能量俘获
结合在一起。以所提动力吸振器为研究对象，基于拉格朗日方程推导了这类非线性振动系统的运动微分方程。采
用多尺度方法求出了该系统的幅频特征方程，并应用李亚普诺夫稳定性理论给出稳态解的判别条件。应用小参数
法进一步化简了幅频特征方程，并且获得了系统抑振频带的解析表达式。基于理论分析，应用数值方法研究了不同
设计参数对抑振性能的影响，发现较小的机械阻尼、弹簧刚度和摆长，或较大的附加磁力都可以使该系统获得较高
的抑振性能。上述结论得到了时域仿真的验证。研究发现与传统的摆类动力吸振器相比，由于增加了磁力和封闭
线圈的作用，不仅会使系统的抑振性能得到提高，还可以实现对振动能量的俘获。
关键词:动力吸振器；能量俘获；自参数摆；多尺度法
中图分类号:TB535；O322文献标志码:A文章编号:1004-4523（2023）06-1657-07
DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2023.06.020
上述研究中，只考虑了对主结构的振动进行抑
引言制，却没有考虑到对这些振动能量的回收。实际上，
通过换能器不仅可以将多余的振动能量转化为电能
目前，振动抑制的主要方法有：主动控制、被动进行储存，为一些微型传感器等设备提供电能，还能
控制、混合控制和半主动控制［1］。上述方式中，被动减小振动给设备带来的危害。根据能量间不同的转
控制不需要外部能源，仅通过自身阻尼消耗振动能换机制，振动能量俘获系统可以分为静电式、电磁
量进而实现振动抑制，所以其结构简单，易于实现，式、压电式、磁致伸缩式、摩擦起电式以及它们的混
工程应用也最为广泛。合式［6］。在这些机制中，电磁式振动能量俘获系统
动力吸振是一种常见的被动减振方式，其原理结构简单、发电量大、输出阻抗小，已经成为重要的
是在振动过程中通过动力吸振器吸收振动系统的能振动能量采集方式之一，受到国内外学者的广泛关
［7］［8］
量来降低主系统的振动［2］。基于该吸振原理，学者注。例如，陈春明等利用杠杆机构，放大了磁铁
们对动力吸振器的工程应用展开了研究。杨恺等［3］与线圈之间的相对位移，设计了一种新型电磁式振
设计了一种主被动电磁式动力吸振器，其实验结果动能量采集
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