基于增量谐波平衡法的涡激振动抑制系统的周期解及其动力学分析

摘要

本文提出了应用于流体环境的圆柱体结构压电能量收集吸振器，研究在涡激振动下实现结构振动抑制和压电能量收集一体化策略。首先采用数值方法研究了减振器对涡激振动系统的被动振动抑制效果，并采用增量谐波平衡法获得了涡激振动能量采集器的半解析周期解，依据Floquet理论确定了周期解的稳定性。研究发现，在涡激振动系统的锁定区内，非线性流固耦合效应可诱导多解共存非线性动力学行为。当系统配置线性吸振装置时，系统的多解共存现象消失，振动主频不再固定于结构固有频率，其值随风速呈现逐渐递增的趋势。另外，分析了线性减振器的尖端钝体质量，以及内梁的长度、宽度和厚度等参数对主结构幅值变化吸振器电压输出的影响规律，系统对比评价了相关参数对减振效果的作用，明确了线性减振器高效设计的参数可选区间。

关键词

涡激振动 / 能量收集 / 增量谐波平衡法 / 周期解 / 频率锁定