Page 99 - 《振动工程学报》2026年第3期

第 3 期 黄兴保，等：可调双稳态阵列式非线性吸振器的俘能与减振性能优化研究 699

30% 左右，单元质量比为 0.05 的主系统位移还剩余
10% 左右。因此，对于数量相同的阵列式双稳态吸
振系统，单元质量比对主系统冲击响应衰减快慢有
显著影响，且存在最优取值。对于弱冲击情形，非线
性振子的阱间运动与单元质量比相关，如图 4（c）所
示，当 μ=0.025 和 μ=0.05 时振子跨越了势垒一次；
对于较强冲击激励，三种质量比的 EC⁃DVA 均表现
为多次阱间运动，最终停留在其中一个稳态位置，如
图 4（d）所示；研究发现，当单元质量比为 0.025 时，
主系统对弱冲击和较强冲击均具有显著的振动抑制
效果。因此，小质量比阵列式 EC⁃DVAs 在复杂冲
击工况具有更好的适用性和鲁棒性。
选择长度比为 σ=0.8 的双稳态机制，冲击速度
图 6 主系统在不同脉冲激励下的位移时程
选择 v 0 =2.65 m/s。为研究小质量比的单元数量对
Fig. 6 Displacement time⁃history of the main system under
主系统冲击抑制的影响，图 5 展示了 EC⁃DVA 单元 different pulse excitations
数量对主系统驻留动能占比的影响。可以看出，不
同单元质量比条件下单元数量对主系统的振动能量
分解效率影响不同，质量比为 0.025 的单元在数量
为 4 时，主系统振动能量显著减少，几乎实现了 1 s
内冲击完全耗散，提升了主系统冲击防护性能；而质
量比为 0.05 的单元在数量为 8 时，主系统动能显著
减小。故对于不同质量比的单元，需要选择合适的
数量以实现最高效的振动抑制。
图 7 不同脉冲激励下的能量收集效率对比
Fig. 7 Comparison of energy harvesting efficiency under
different pulse excitations

图中可以看出双稳态 DVA 的能量转化效率优于线
性 DVA。因此，阵列式双稳态 EC⁃DVAs 是一种理
想的瞬态冲击能量快速吸收消耗和转化策略。

2. 3 EC‑DVA 单元数量对阵列式 EC‑DVAs 振动
抑制性能的影响
图 5 EC⁃DVA 单元数量对主系统驻留动能占比的影响
Fig. 5 Effect of EC⁃DVA unit number on the proportion of 为研究阵列式 EC⁃DVAs 的单元数量对主系统
residual kinetic energy in the main system 的冲击响应影响，采用小波变换和运动相位图观察

双稳态系统的振动能量俘获性能和突跳运动。图 8
2. 2 非线性阵列式 EC‑DVAs 与线性 DVA 的振动
为不同 EC⁃DVA 单元数量下的主系统位移小波谱。
抑制效果比较
从图 8 中可以看出，随着 EC⁃DVA 单元数量的增加，
为评估双稳态机制和普通线性刚度下能量收集 主系统在约 10 Hz 处的位移频响分量逐渐减小，当
效率之间的差异，分别计算了主系统在低输入冲击 EC⁃DVA 单元数量设置为 6 时，主系统的振动抑制
能量和高输入冲击能量条件下的主系统瞬态脉冲响 效果最显著。由图 8（d）可以发现，当 N=8 时，主系
应，如图 6 所示（EC⁃DVA 单元的数量设为 4，长度比 统的位移频率响应分量在 8 Hz 左右逐渐增强，而主
设为 0.75）。从图 6 中可以看出，当主系统受到各种 系统的固有频率约为 8.4 Hz，此时主系统逐渐向共
脉冲激励时，双稳态结构的减振性能要优于对应线 振频率靠近。因此，确定最佳的 EC⁃DVA 单元数量
性结构。 对提高其减振性能具有重要意义。

图 7 展示了计算得到的阵列式双稳态 EC⁃DVAs 综上所述，为了显著提高主系统的振动抑制性
和线性 DVA 在不同脉冲激励下的能量收集效率，从 能，需要选择合适的单元数量和质量比。不同脉冲