NFX|减震器Vibration Absorber仿真模拟

1. 摘要 

   机械设备运行时，通常会产生固定频率的振动。从振动控制角度来说，机械结构的核心设计目标有两点：一是降低发动机、电机传递到底座的激振力；二是减小结构关键零部件的振动位移。

目前减振常用三种方案：隔振处理、增加阻尼、加装动力减震器。

   本文将讲解一套完整仿真分析流程：当安装在基座上的构件按照指定速度曲线运动时，如何求解基座的振动响应；同时演示动力吸振器的设计方法，以及通过加装动力减震器实现振动抑制、控制振动响应的完整操作流程。

2. 动力减震器（Vibration Absorber）

2.1 动力减震器基础介绍

   机械设备在运转过程中，通常会产生固定频率的振动。从振动控制的设计角度来看，机械结构的两大核心设计目标：一是降低发动机、电机传递至底座的激振力，二是减小结构关键零部件的振动位移。行业内主流减振手段分为三类：隔振处理、增设阻尼、加装动力减震器。

   动力减震器是通过给主体结构附加质量块，以此改变整机系统动力学特性的装置。它的减振原理十分直观：原本主体结构产生的振动，会由动力减震器自身来承接振动，让目标主体结构的振动幅值大幅衰减，因此动力减震器也被称作振动中和器（vibration neutralizer）。

   图为搭载动力减震器的结构原理示意图，对应的振动运动方程可按如下方式推导：原有主体结构质量为 ，通过刚度与地面相连；在其上加装由刚度、附加质量组成的动力吸振器后，整个系统就构成两自由度振动系统

   在该振动系统中，主体结构在各频率简谐激励下的位移响应记为，动力减震器对应的位移响应记为

2.2  阻尼型动力减震器

    阻尼型动力减震器和无阻尼动力减震器基础结构一致，均由质量、刚度  组成，区别在于额外增加了阻尼。使用阻尼型动力减震器后，系统会形成带阻尼的两自由度振动体系，能够削弱加装减震器后新产生的两处共振频率带来的振动影响。

    和无阻尼动力减震器同理，若动力减震器的质量为主体结构质量的 5%，且减震器单体固有频率与主体结构固有频率一致，对应的无量纲振动响应曲线如下图所示。

    采用阻尼型动力减震器和无阻尼动力减震器存在明显区别：原结构固有频率位置不再一定是振动响应最低点。但得益于减震器的阻尼作用，新增的两处共振频率对应的振动幅值 A、B 能够被大幅抑制；当两个共振点的振动幅值 A 与 B 相等时，整体振动抑制效果达到最优。

3 仿真案例

3. 1 模型定义

本案例需要计算两种工况下导轨中心点的振动响应：

1. 质量块沿导轨按照给定速度曲线运动时，导轨中心点的振动响应；
2. 在导轨底部加装动力减震器后，同一位置的振动响应。

主体结构固有频率约为 52Hz；动力减震器质量 0.1kg，刚度 1000N/m，经计算减震器自身固有频率约 50Hz。