带有NES-GMM的弹性支撑梁振动控制及能量采集研究

Vibration Suppression and Energy Harvesting of for an Elastically Supported Beams with NES-GMM

宁文龙 ¹陈杰 ²常智勇³

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作者信息

1. 交通运输部水运科学研究所,北京 100088
2. 北京工业大学数学统计学与力学学院,北京 100124;北京工业大学机械结构非线性振动与强度北京市重点实验室,北京 100124
3. 交通运输部水运科学研究所,北京 100088;北京工业大学数学统计学与力学学院,北京 100124;北京工业大学机械结构非线性振动与强度北京市重点实验室,北京 100124
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摘要

本文针对带有非线性能量阱-超磁致伸缩材料(NES-GMM)的弹性支承梁的振动抑制及能量采集问题开展了研究.基于哈密顿原理、伽辽金方法并考虑GMM的本构关系,推导了梁、NES及GMM的耦合控制方程.利用四阶龙格库塔方法对谐波激励下梁的响应进行了数值分析.本研究首先从时域和频域两个方面分析了NES-GMM对梁的振动抑制效果,随后探讨了外界激励频率变化对NES-GMM装置能量耗散及采集性能的影响.此外,本文还分析了NES的非线性刚度、线性阻尼、惯性系数及NES-GMM加载位置等参数对振动控制和能量采集效果的影响.研究结果表明,NES-GMM 系统能有效降低弹性支承梁在谐波激励下的多模态横向振动,并在振动抑制与能量采集两方面展现出良好的独立性能.

Abstract

This paper investigates the vibration suppression and energy harvesting problems of elastically supported beams with Nonlinear Energy Sink and Giant Magnetostrictive Materials(NES-GMM).Based on Hamilton's principle,Galerkin method,the governing equations of the coupled beam,NES-GMM system are derived.The response of the beam under harmonic excitation is numerically solved by the fourth-order Runge-Kutta method.The vibration suppression effect of NES-GMM on the beam was ana-lyzed in both time and frequency domains.A detailed numerical study is carried out to investigate the effects of the structural parameters on the vibration suppression and energy harvesting of the NES-GMM.The results indicate that the NES-GMM system is highly effective in suppressing multimodal transverse vibrations of elastically supported beams under harmonic excitation,showcasing a notable de-gree of independence in its vibration suppression and energy harvesting capabilities.

关键词

惯容非线性能量阱/弹性支承/振动控制/能量采集

Key words

inertial nonlinear energy sink/elastic support/vibration control/energy harvesting

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基金项目

国家自然科学基金资助项目(12102015)

北京市教委科技计划一般项目(JCYJ20170818094653701)

出版年

2024

动力学与控制学报

中国力学学会　湖南大学

动力学与控制学报

CSTPCD

影响因子：0.446

ISSN：1672-6553

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