[發(fā)明專(zhuān)利]非線性能量阱和航天器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210657561.3
• 申請(qǐng)日: 2022-06-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115027699A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔憲仁;張運(yùn)法;岳程斐;郭金生;陳雪芹
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B64G1/22
• 分類(lèi)號(hào): B64G1/22
• 代理公司: 西安維英格知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61253
• 代理人: 姚勇政;宋東陽(yáng)

本公開(kāi)提供了一種用于對(duì)振動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行減振的非線性能量阱，其包括：質(zhì)量塊；用于提供組合剛度的構(gòu)件，其包括并聯(lián)連接的用于提供線性剛度的構(gòu)件和用于提供非線性剛度的構(gòu)件；以及用于提供組合阻尼的構(gòu)件，其包括并聯(lián)連接的用于提供線性阻尼的構(gòu)件和用于提供非線性阻尼的構(gòu)件，其中，用于提供組合剛度的構(gòu)件與用于提供組合阻尼的構(gòu)件以并聯(lián)的方式連接在振動(dòng)結(jié)構(gòu)與質(zhì)量塊之間。本公開(kāi)還提供了一種具有該非線性能量阱的航天器。通過(guò)該非線性能量阱，可以對(duì)振動(dòng)結(jié)構(gòu)提供較好的減振效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及結(jié)構(gòu)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及用于對(duì)振動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行減振的非線性能量阱以及具有該非線性能量阱的航天器。

背景技術(shù)

航天器在發(fā)射、運(yùn)行及再入過(guò)程中面臨著復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)環(huán)境，這會(huì)導(dǎo)致航天器產(chǎn)生有害的振動(dòng)，這些振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致航天器的結(jié)構(gòu)的精度或穩(wěn)定性下降，甚至?xí)?dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。為保障航天器在復(fù)雜動(dòng)力學(xué)環(huán)境下的正常工作，對(duì)振動(dòng)進(jìn)行有效抑制具有重要意義。非線性能量阱作為一種典型的被動(dòng)振動(dòng)抑制裝置由于不需要外部提供能量，且具有成本低、易維護(hù)及構(gòu)造簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)已引起廣泛關(guān)注。

非線性能量阱與線性能量阱相比，具有較寬的振動(dòng)抑制頻率。非線性能量阱與振動(dòng)結(jié)構(gòu)相連，能夠?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)能量從振動(dòng)結(jié)構(gòu)到非線性能量阱的快速、單向不可逆的傳遞。

然而，關(guān)于非線性能量阱的減振應(yīng)用研究過(guò)少，且沒(méi)有給出簡(jiǎn)諧激勵(lì)下具有較好減振效果的非線性能量阱形式。

發(fā)明內(nèi)容

本部分提供了本公開(kāi)的總體概要，而不是對(duì)本公開(kāi)的全部范圍或所有特征的全面公開(kāi)。

本公開(kāi)的一個(gè)目的在于提供一種能夠獲得較好減振效果的非線性能量阱。

為了實(shí)現(xiàn)該目的，提供了一種用于對(duì)振動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行減振的非線性能量阱，其可以包括：

質(zhì)量塊；

用于提供組合剛度的構(gòu)件，其包括并聯(lián)連接的用于提供線性剛度的構(gòu)件和用于提供非線性剛度的構(gòu)件；以及

用于提供組合阻尼的構(gòu)件，其包括并聯(lián)連接的用于提供線性阻尼的構(gòu)件和用于提供非線性阻尼的構(gòu)件，

其中，用于提供組合剛度的構(gòu)件與用于提供組合阻尼的構(gòu)件以并聯(lián)的方式連接在振動(dòng)結(jié)構(gòu)與質(zhì)量塊之間。

在上述非線性能量阱中，非線性剛度可以為純立方非線性剛度，并且非線性阻尼可以為純立方非線性阻尼。

在上述非線性能量阱中，用于提供線性剛度的構(gòu)件可以為線性彈簧。

在上述非線性能量阱中，用于提供非線性剛度的構(gòu)件可以由兩個(gè)線性彈簧構(gòu)成。

在上述非線性能量阱中，在振動(dòng)結(jié)構(gòu)為線性的并受到簡(jiǎn)諧激勵(lì)時(shí)，由振動(dòng)結(jié)構(gòu)與非線性能量阱構(gòu)成的系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)方程表示為：

其中，m₁、m₂分別為振動(dòng)結(jié)構(gòu)和非線性能量阱的質(zhì)量，k₁為振動(dòng)結(jié)構(gòu)的線性剛度，k₂₁、k₂₃分別為非線性能量阱的組合剛度中的線性剛度和非線性剛度，c₁為振動(dòng)結(jié)構(gòu)的線性阻尼，c₂₁、c₂₃分別為非線性能量阱的組合阻尼中的線性阻尼和非線性阻尼，x₁、x₂分別為振動(dòng)結(jié)構(gòu)和非線性能量阱的位移，F(xiàn)(t)為激勵(lì)力，并且F(t)＝F₀cos(wt)，其中，F(xiàn)₀為激勵(lì)力幅值，w為激勵(lì)頻率，

引入坐標(biāo)變換

令c₁＝0，通過(guò)定義以下變量