Page 126 - 《振动工程学报》2025年第11期
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2584 振 动 工 程 学 报 第 38 卷
相对加速度的相位差实现自适应调节。与未装 NES 8~22 Hz 频段内的线谱通过步进电机调节水平
的平台相比，NES 对两根线谱的减振效果如图 9 所 弹簧拉压量，通过跟踪平台加速度与非线性能量阱
示。线谱强度分别降低 7.3 和 9.4 dB，高频激励触发 相对加速度相位差实现自适应调节。线性吸振器
立方刚度元件的强非线性响应，能量通过 TET 机制 （蓝色圆圈）与非线性能量阱（红色实点）的吸振效果
快速从主系统转移至 NES 并耗散，高频段能量局部 对比如图 12 所示。当激励频率从 10 Hz 变化到 20 Hz
化效应增强，提升了吸振效率。 时，非线性能量阱的吸振效果都能达到 6 dB 以上，
0.06 在 13 Hz 时达到 8.2 dB，原因在于非线性刚度抑制了
未控制 频带分裂问题，避免新增共振峰，实现宽频吸振，可
加速度 / (m·s −2 ) 0.05 通过预压力调节机构动态优化刚度参数，使 NES 适
控制
0.04
应不同频率激励。
0.03
0.02
0.01 9 8 7
0 2 减振效果 / dB 6
10 1 10
频率 / Hz 5
4
图 9 10 和 43 Hz 的线谱测试结果 3
8 10 12 14 16 18 20 22
Fig. 9 Line spectrum test results at 10 and 43 Hz 激励频率 / Hz
施加 10 和 93 Hz 的线谱激励，通过步进电机调 图 12 线性吸振器与非线性能量阱的吸振效果对比
节 水 平 弹 簧 拉 压 量， 通 过 跟 踪 平 台 加 速 度 与 NES Fig. 12 Comparison of vibration absorption effects between
相对加速度的相位差实现自适应调节。与未装 NES linear absorbers and nonlinear energy sinks
的平台相比，NES 对两根线谱的减振效果如图 10 所 频段内的线谱通过步进电机调节水平弹簧拉压
示。线谱强度分别降低 7.8 和 9.8 dB，原因是立方刚 量，通过跟踪平台加速度与非线性能量阱相对加速
度元件在高频激励下产生显著的非线性恢复力，增 度相位差实现自适应调节。非线性能量阱的吸振效
强能量俘获能力。 果如图 13 所示。当激励频率从 30 Hz 变化到 40 Hz
0.050 时，连杆铰链型非线性能量阱的减振效果都能达到
0.045 未控制 6 dB 以上。
控制
0.040
加速度 / (m·s −2 ) 0.035 减振效果 / dB 8 7
0.030
0.025
0.020
0.015
0.010
0.005 6
0 5
10 1 10 2 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
频率 / Hz
激励频率 / Hz
图 10 10 和 93 Hz 的线谱测试结果 图 13 30~40 Hz 频段内非线性能量阱的吸振效果
Fig. 10 Line spectrum test results at 10 and 93 Hz
Fig. 13 Vibration absorption effect of nonlinear energy sinks in
施加 20 和 200 Hz 的线谱激励，通过步进电机调 the 30~40 Hz
节 水 平 弹 簧 拉 压 量， 通 过 跟 踪 平 台 加 速 度 与 NES
相对加速度的相位差实现自适应调节。与未装 NES 4 结 论
的平台相比，NES 对 2 根线谱的减振效果如图 11 所
示，线谱强度分别降低 7.9 和 6.14 dB。 本文针对船用线性吸振器存在的不足，设计了
100 连杆铰链型非线性能量阱装置，开展了理论分析、
未控制
90 X 20.09 X 20.09 控制 特性研究和试验验证，具体结论总结如下：
Y 92.17
加速度 / (m·s −2 ) 70 线性能量阱，配合预压力调节机构和螺旋弹簧高度
80
Y 84.27
（1）基于刚柔耦合原理设计的连杆铰链构型非
60
50
调节机构，有效实现了刚度调节和重力补偿。其中，
40
Y 32.4
30 X 200 对称分布的连杆铰链，通过几何大变形产生立方刚
20 X 200 度和负刚度非线性恢复力；并联的螺旋弹簧，提供线
10 1 10 2 Y 26.26
频率 / Hz 性恢复力并实现重力补偿，保证系统始终工作在静
图 11 20 和 200 Hz 的线谱测试结果 平衡位置附近。二者的协同实现了刚体运动与弹性
Fig. 11 Line spectrum test results at 20 and 200 Hz 变形的能量耦合传递。
