Page 240 - 《振动工程学报》2026年第5期

1444 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

果与试验的主结构位移拟合程度来验证参数识别的 能够有效控制主结构的振动响应，当 TMDI 与主结
有效性。 构发生异步振动时，TMDI 随即启动工作，此时振动

2.0 Hz 理论 2.0 Hz 试验 能量逐渐从主结构转移至 TMDI 中。在 TMDI 内部，
主结构位移 / mm −1 1 0 振动的幅值逐渐减小，并最终达到稳定状态。
2
这些能量通过阻尼得到有效消耗，从而使得主结构

−2
20
无控制
0 1 2 3 4 30 TMDI
10
时间 / s 主结构位移 / mm −10 0
2.4 Hz 理论 2.4 Hz 试验 −20
−30
主结构位移 / mm −1 1 0 图 9 主结构振动响应比较（自由衰减） 4
2
−40
2
3
1
0
时间 / s
−2
0 1 2 3 4 Fig. 9 Comparison of main structure vibration responses (free
时间 / s decay)

3.0 Hz 理论 3.0 Hz 试验 经计算，给定相同初始位移条件，在无控制情况
主结构位移 / mm −1 1 0 下，主结构的自由衰减时间为 3.24 s；而在 TMDI 控
2
TMDI 控制对
1.27 s。这说明
制下，这一时间缩短至
−2
0 1 2 3 4 主结构的自由振动衰减有显著的影响，可以使主结
构振动时间大幅缩短。同时，无控下主结构振动幅
时间 / s
值 标 准 差为 7.86 mm， 均 方 根 为 10.32 mm， 而 TMDI

图 8 不同激振力频率下的试验和仿真的主结构位移
控 制 下 两 者 分 别 降至 5.54 和 5.89 mm。 这 表 明 ，
Fig. 8 Displacement of the main structure in experiment and
TMDI 控制下的主结构振动幅值波动程度较小，其标
simulation at different excitation frequencies

准差和均方根均显著小于无控制情况，进一步证实
了 TMDI 在振动控制中的良好减振效果。
3 TMDI 振 动 控 制 性 能
3.2 强迫振动情况下的 TMDI 振动控制性能
TMDI 借助惯性元件能够吸收结构振动的能量，
基于第 1.3 节的参数优化方法，对 TMDI 的参数
实现高效的能量耗散。此外，在保持高效振动控制 进行设计，调整不同刚度的弹簧，使阻尼器在当前主
性能的同时，实现装置质量和体积的显著减小，但现 结 构 参 数 下 达 到 最 优 频 率 。 随 后， 分 别 对 未 安 装
实中的 TMDI 由于构造条件的限制，往往难以完全 TMDI 和安装了 TMDI 的主结构系统进行强迫定频
实现上述性能理想。例如，理想的导轨系统应无或
振动试验，采用激振器输入定频稳态激励，并记录主
极少摩擦，才能确保 TMDI 平稳运行、快速启动；但
结构的运动时序。图 10 展示了不同激励载荷下，主
实际 TMDI 样机中的导轨摩擦较大，同时惯性元件 结构振幅随时间变化的曲线。
中的摩擦也较为显著，可能出现启动困难问题，并且 通过图 10 的对比可以清楚地看出，在相同频率
可能存在对在特定频率或振幅范围的振动控制有一
和外部激励的情况下，无控制主结构的振幅远远超
定局限性的情况。为了进一步验证 TMDI 的振动控
过了 TMDI 控制下主结构的振幅，这表明 TMDI 对振
制效果，本节将开展自由衰减试验和定频强迫振动
动的减缓效果非常显著。为了更准确地定量评估减
试验，以评估 TMDI 的振动控制性能，为实际工程应
振效果，引入减振率这一参数来描述 TMDI 的减振
用中的 TMDI 设计提供参考。
控制性能。减振率 [17] 为相同单位载荷作用下，安装

3.1 自由衰减情况下的 TMDI 振动控制性能 阻尼器后最大位移 d co,max 与无控制时最大位移 d no,max
衰减量的比值，其计算公式为：
分别对无控制和安装 TMDI 的主结构系统进行
r vc = d no,max −d co,max ×100% （23）
自由衰减试验。通过对主结构施加初始位移，使用 d no,max
激光位移传感器以及信号采集系统记录主结构在振 根据减振率公式，分析可得，2、2.4、2.8、3 Hz 简
动过程中的振动幅值和力学信号等。 谐 激 励 下， TMDI 的 减 振 率 分 别 为 63.18%、 68.66%、
图 9 展示了在自由衰减情况下，主结构在有/无 72.37% 和 68.74%。可见，在测试的工况下，TMDI 的
TMDI 控制下的振动响应变化对比。可见，安装 TMDI 减振率达到 63%~72%。以 2.8 Hz 简谐激励工况为例，