风洞试验是为检验飞行器性能良好与否的重要模拟试验之一,但在测试过程中不可避免会产生振动,尤其是风洞支杆结构的共振现象,从而导致飞行器无法完美模拟在空中运动,传感器得到的测量数据不够准确,严重时发生支杆断裂现象,造成巨大的经济损失。目前国内外普遍采用主动控制的方法对风洞模型支杆进行抑振,但抑振结构大多存在较为复杂,成本较高等问题。因此,本文提出了颗粒阻尼在风洞模型支杆上的抑振机理研究,并提出将颗粒阻尼与非线性能量阱（Nonlinear energy sink）相结合,应用于风洞模型支杆抑振。本文主要的研究内容如下三个方面:（1）首先,对颗粒之间产生的接触力进行了分析,利用Hertz弹性接触理论计算颗粒之间的接触力,结合气固两相流理论方法,模拟出颗粒与颗粒之间由拖曳力引起的等效粘性阻尼和库伦摩擦阻尼。同时也对风洞模型支杆系统进行了简化,并对简化后的风洞模型支杆进行了动力学及运动学分析;（2）其次,建立颗粒阻尼-风洞模型支杆的动力学方程,采用龙格库塔数值仿真方法进行求解,在强迫振动和自由振动条件下得到不同颗粒参数下的抑振效果,探究颗粒参数对颗粒阻尼抑振的具体影响规律。同时在EDEM离散元软件中对仿真结果进行验证,采用3D打印技术,基于PLA新型材料加工出实际风洞模型支杆,进行真实实验验证,理论与仿真相结合;（3）最后,基于对颗粒阻尼技术的研究基础,创新的将颗粒阻尼与非线性能量阱相结合,设计出分段NES-颗粒阻尼新结构,通过颗粒阻尼来调节NES的阻尼,并且对吸振效果进行了仿真探究;搭建风洞模型支杆系统试验平台,对分段NES-颗粒阻尼的仿真效果进行了对比验证,得到颗粒对风洞模型支杆系统抑振的最佳组合参数,结果表明,颗粒阻尼能有效调节非线性能量阱的阻尼,达到更为优良的抑振效果。

近年无人飞行器的蜂涌而至,开辟了旋翼无人机在多个复杂领域的应用。而工程环境对飞行器的稳定性、可靠性提出了高标准的要求,尤其机械振动会对测量单元产生负面影响,因此振动等级是飞行稳定性的一个关键指标。油动多旋翼无人机发动机的振动及螺旋桨产生的不平衡力易导致检测元件不良扰动,将直接导致测试数据偏差,进一步地影响飞行控制器的信号处理,造成飞行失稳,甚至结构破坏。因此,为保障旋翼无人机稳定飞行,解决飞行器在飞行状态产生的结构振动具备重要意义。目前,在多旋翼无人机的飞行控制、路径规划与结构分析方面萌生了诸多新颖的观念与研究,其中诸多研究已经落地于工程应用。但是需要指出,目前针对无人机的振动分析、振动控制方面的研究却捉襟见肘。少数仅有的文献中更多地是面向固定翼无人飞行器机翼的振动问题研究,因此针对多旋翼无人机的振动抑制的探讨更是少之又少。本文面向某公司的油动直驱多旋翼无人机进行了仿真分析与试验研究,将约束阻尼的减振降噪手段引入至飞行器臂杆类部件的振动抑制中,解决了油动直驱多旋翼无人机的振动过大的问题。综上,本文的主要内容应包括下述5个方面:（1）引入了粘性阻尼材料GHM（Golla-Hughes-Mctavish）表征方式,验证了所用表征模型的准确性;基于有限元建模理论组集了约束阻尼梁系统的刚度矩阵、质量矩阵与阻尼矩阵,形成了系统有限元方程,求解了系统的模态参数;搭建了约束阻尼梁的模态试验平台,对比验证了所建动力学模型的准确性。（2）依次探明了约束阻尼层组合参数对系统模态参数的影响规律,获取了多个参数的敏感度;分析了约束阻尼的振动抑制效果,并通过扫频激励试验对抑振规律进行了验证;应用了基于遗传算法的二进制编码表征拓扑变量的方法来实现约束阻尼的最佳拓扑布局并完成验证性试验。（3）应用约束阻尼结构至油动直驱多旋翼无人机机臂的振动抑制中,利用多旋翼无人机三维模型构建了系统有限元模型,分析了有、无约束阻尼的整机有限元模型的模态特性;基于整机进一步研究了基于渐进结构的拓扑优化,明确了方案中阻尼布局策略;最后完成了两者稳态、瞬态响应分析,验证了本文技术方案的有效性。（4）进行了多旋翼无人机的外场飞行状态测试,分别获得了多旋翼无人机振动抑制前后的振动响应,并绘制了两者的三维瀑布图、传递函数等,明确了约束阻尼减振方案在无人机中实际的振动抑制效果。

振动是转子系统转动中不可避免的现象,剧烈的振动将危及旋转机械的健康运行,甚至引发严重破坏,因此振动抑制是关系到转子系统安全运行的技术热点之一。吸振器作为一种常见的抑振结构,可分为被动式和主动式两大类。被动式吸振器结构简单,但有效吸振频带窄;主动吸振器抑振频带宽,但结构复杂、可靠性低。非线性能量阱（NES）的提出解决了两类传统吸振器存在的明显缺陷,但依旧能量阈值较窄,限制了其广泛的工程应用。综合以上背景与问题,为了扩大NES的能量阈值,本课题将具有负刚度的屈曲梁结构加入到NES中,设计了一种具体的双稳态非线性能量阱（BNES）结构,并将其应用于转子系统做抑振分析。本文主要的研究内容如下:（1）设计了 BNES的具体结构;说明了 BNES的工作方式与工作状态;分析了屈曲梁端点载荷与位移的力学特性关系;建立了 BNES的动力学模型以及转子-BNES系统动力学模型。（2）建立了转子-BNES系统动力学方程;对比了有无BNES转子系统振动幅值衰减速度;分析了转子-BNES系统的振动能量的走向;研究了 BNES的抑振频带范围;探究了 BNES对转子振动的抑制作用。（3）分析了 BNES各参数对转子系统抑振效果的影响;优化了影响较大的参数;得到了 BNES的最佳抑振参数。（4）搭建了各向同性转子与BNES相耦合的试验台;验证了仿真分析的正确性;探究了 BNES参数对实验抑振效果的影响。

振动是机械设备工作时不可避免的现象,剧烈的振动会对设备和周围环境造成很坏的影响,例如潜艇、轮船、飞机等工作时产生的振动对船体和机体造成破坏,而且对工作人员的身体和心理产生消极的影响。因此,为保证设备的安全稳定运行,对机械系统的有害振动进行有效控制是非常重要的。隔振技术在工程中具有广泛的应用,常见的线性隔振器结构简单,便于装配,但是隔振效果不好而且不能实现低频隔振;传统的准零刚度隔振器虽然能够实现低频甚至超低频隔振,但是存在着结构复杂等缺点。为了解决这些问题,本文提出并设计一种基于柔顺机构的准零刚度隔振器,并进行隔振实验研究,本文主要的研究内容如下:（1）提出并设计一种基于柔顺机构的准零刚度隔振器,该结构由梯形梁和屈曲梁组成,梯形梁具有正刚度特性,屈曲梁具有部分负刚度特性。采用理论方法与有限元方法结合的方式对比验证所设计隔振器的准零刚度特性;通过参数影响分析确定准零刚度特性的影响因素。（2）针对准零刚度隔振系统进行动力学分析,采用谐波平衡法进行数值求解,研究隔振系统的幅频特性,考虑刚度、阻尼比和激励幅值等对系统跳跃频率的影响。（3）在上述仿真分析的基础上,搭建刚度特性测试实验台进行实验研究,与仿真结果进行对比验证;搭建动力学实验台进行隔振系统的加速度传递率实验,通过对比准零刚度系统与线性系统的实验结果,验证所设计隔振器的优越性。（4）上述所设计的隔振器仅适用于隔振质量不变的情况,适用范围窄,本节设计了一种半主动控制准零刚度隔振器,通过压电陶瓷对屈曲梁施加向上或者向下的作用力以适应隔振质量的变化,并且通过实验验证可行性。

滚动轴承-转子系统是旋转机械的关键组成部分,其工作性能的好坏直接影响整机工作的稳定性。一旦滚动轴承-转子系统发生故障,可能导致整台机器运转失效,甚至造成更严重的损失。因此,开展滚动轴承-转子系统动力学特性仿真分析,研究各故障状态下滚动轴承-转子系统故障特性及产生机理,对保障滚动轴承-转子系统正常运行及开展旋转机械故障诊断等都具有十分重要的意义。本文提出一种滚动轴承-转子系统显式动力学接触表面精细化的动态接触有限元模拟方法。基于该方法,运用LS-DYNA对滚动轴承外滚道缺陷及外滚道缺陷与转子不平衡耦合故障状态下故障特性及产生机理开展研究。主要包括三部分:（1）基于滚动轴承已有运动特性及力学关系理论,充分考虑系统各部件在载荷作用下的弹性变形、各部件间接触变形及接触界面间摩擦关系,基于虚位移原理的增广拉格朗日法和显式中心差分法,提出一种用于研究滚动轴承-转子系统动态特性的显式动力学接触表面精细化的动态接触有限元模拟方法。将滚动轴承各部件节点运动特征与理论值对比,验证了该方法对滚动轴承-转子系统运动及力学特性仿真的有效性。结果表明,该模型不仅提高了模型的计算效率,还缓解了滚动轴承动态接触过程中部件运动及动态接触不稳定的情况。（2）研究了滚动轴承外滚道缺陷故障特征及产生机理,并完成实验验证。以外滚道存在缺陷的滚动轴承-转子模型为研究对象,通过分析各部件运动及动态接触特性,研究系统故障特性及产生机理。然后,对比分析外滚道具有不同尺寸缺陷状态下,各部件动态特性的变化情况,研究了不同缺陷尺寸下系统故障特性变化规律及差异化原因。最后,设计故障模拟实验,将实验数据与仿真数据对比,验证了仿真结论的有效性。结果表明,外滚道缺陷造成的故障冲击是由滚动体与缺陷边缘撞击,及于内外滚道之间“跳动”引起的。轴承工况不变的情况下,故障冲击幅值与滚动体出缺陷瞬间位于缺陷中高度成正比。当振动加速度时域波形中无二次冲击现象时,故障冲击幅值会随着缺陷尺寸增大而增大。当存在二次冲击现象时,冲击幅值会相应减小,且与缺陷尺寸无明显的相关性。（3）阐释了滚动轴承外滚道缺陷与转子不平衡耦合状态下故障特征的产生机理。将故障耦合状态下系统的运动特性及受力情况与两种故障单独作用情况对比,研究了故障耦合状态下系统故障特性。提取故障耦合状态下系统各部件运动轨迹、单元应力及接触力等仿真数据,研究故障耦合机理。随后,将仿真结论与实验结果进行对比,验证了仿真结论的有效性。最后,运用仿真结论对真实故障案例进行诊断,验证了本文研究成果对故障诊断具有辅助或支撑作用。结果表明,在滚动轴承外滚道缺陷与转子不平衡两种故障同时存在的情况下,外滚道缺陷故障冲击幅值被转频调制。振动加速度信号中的故障冲击幅值,主要由滚动体于内外滚道之间“跳动”现象引起,并且冲击幅值随着滚动体受内滚道加载力增大而增大。

离心泵是石油化工、冶金、电力及国防工业的一种关键旋转机械,复杂的运行环境使其容易发生各类机械故障,因此需要对故障进行检测。基于信号分析的传统故障诊断对人员要求较高,若想实现准确的故障诊断,要求相关人员需具备全面的故障诊断专业知识、信号处理分析理论和丰富的实际现场经验。针对以上问题,本课题对离心泵典型故障进行实验模拟,基于实验与现场振动数据,提出离心泵振动故障智能识别方法。形成了以下几方面研究成果:（1）对振动数据进行特征提取,多维度多角度提取特征,构建混合域特征集;为剔除特征集中的冗余特征,减小计算量和冗余特征对模型训练结果的影响,基于补偿距离评估技术对特征进行筛选;（2）提出基于频谱分量的特征快速构造算法,快速构造CNN二维特征输入,极大提高振动信号转换为二维特征的速率,并实现快速准确的识别故障类型;（3）提出基于补偿距离评估和一维CNN的故障识别方法,可实现对不同设备、不同工况、不同故障的准确快速识别。（4）针对现场故障数据获取困难,环境噪声复杂,对模型抗噪能力、鲁棒性及小样本背景下的模型训练能力进行测试。基于补偿距离评估和一维CNN的模型整体性能最佳,可实现现场故障快速准确识别。