模拟退火改进的神经网络算法及其在振动分析中的应用

    1 颗粒碰撞阻尼的研究现状

    带颗粒减振剂的碰撞阻尼是指由密闭的阻尼器腔体和置入其中的作为冲击器的钢球以及一定量的作为减振剂的微细颗粒材料所组成的碰撞阻尼器，其减振机理是利用振动过程中钢球的强烈撞击作用使夹在其间的颗粒减振剂产生塑性变形，从而永久地消耗掉系统的振动能量。 带颗粒减振剂的碰撞阻尼突破了传统碰撞阻尼的以动量交换和摩擦作为减振机理的局限性，首次在碰撞阻尼中引入了以颗粒塑性变形为特征的不可逆能耗机制，并首创了以润滑颗粒控制摩擦和消除低频振动的新方法和新技术。 因此，带颗粒减振剂的碰撞阻尼的研究存在着较大的创新空间。

    碰撞阻尼已经有了数十年的发展， 并在机床、机器人、涡轮机械、飞机以及运载火箭等领域得到了广泛的应用。 目前，有代表性的碰撞阻尼主要有：单体碰撞阻尼、多体碰撞阻尼、豆包碰撞阻尼以及颗粒阻尼等。 单体碰撞阻尼最早开始于 60—70 年代之间，最有代表性的是 Masri[1]所进行的研究工作，使单体碰撞阻尼的理论研究有了相当大的进展。 从 20 世纪 70 年代开始， 多体碰撞阻尼器得到了较大的发展和应用，多体碰撞能够降低单体碰撞的速度不连续性及加速度峰值，在一定程度上改善了系统的动力学稳定性[2]。 80年代初，Popplewell 等发明了一种将大量铅粒用包袋包装起来以代替单质量块的碰撞质量，在镗杆上实验效果良好，并可以达到无噪声和碰撞力小的要求。 由于形似豆包，他们将这种阻尼器形象地命名为豆包碰撞阻尼器（bean bag damper）。 非阻塞性颗粒阻尼技术（NOPD 技术）由美国 Rockwell 公司的 Panossian[3]首先提出。 为了解决航天飞机主发动液氧入口管道的大振幅高频（4 000 Hz）振动问题，Panossian 将适量的金属（或非金属） 粉末填充入管道的空洞中， 当结构振动时，颗粒就会与结构发生冲击和摩擦，从而耗散能量，收到了较好的减振效果。 在 Panossian 之后，Abdel-Gawad[4]也对 NOPD 阻尼技术进行了大量的实验研究，对无黏性微颗粒材料构成的 NOPD 的阻尼效果与微颗粒的填充量、微颗粒材料及形状、激振频率及主结构的应变之间的关系进行了详细的研究。 研究表明：NOPD 技术的阻尼机理是由于颗粒之间的摩擦和碰撞而引起的摩擦阻尼和冲击阻尼的组合效应。 在以摩擦耗能作为主要减振机理的 NOPD 技术，对低频的减振效果较差，说明摩擦耗能对较低的频率范围内是不适用的。 由于低频振动对人类和环境的影响更大，也更具破坏性，因此研发一种能够永久地大量地消耗振动能量且对低频振动具有较好减振效果的碰撞阻尼器具有重要的工程应用价值。