隔振和能量采集一体化非线性设计及动力学研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11872037
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0702.非线性振动及其控制
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Simultaneous use of a mechanical structure as a vibration isolator and an energy harvester provides a new view point for some engineering problems such as the design of the vibration reduction. The application on the power self-provided vibration control of aerospace engineering has put forward the imperative requirement. To increase the work efficiency of the integration system, their dynamical characteristics should be fully understood. The corresponding scientific issue is nonlinear update of the vibration model for the composite material structure, which is a significant topic in dynamics. In this project, a piezoelectric bi-stable laminate plate could be designed for the integration of nonlinear vibration isolation and nonlinear energy harvesting. Approximate analysis, numerical simulations, and experimental validations will be performed to explore the dynamic characteristics of the integration system. The resonance conditions required by efficient integration of vibration isolation and energy harvesting will be clarified, and the effects of nonlinearity will be examined. Investigation of stability margin and attraction domain could enhance the robustness of the integration system. Optimizing the topology configuration of the lattice structure enhance the performance of integration system in order to be adapt to the multi-point excitation environment. Vibration experiments will be done by use of the shaking table with 6 degrees of freedom excitation. Nonlinear jump based parameters identification is applied to validate the theoretical models, methods and results. The project outcome will enrich the approximate analytical approaches for vibrating systems with strong nonlinearities, understand interaction mechanisms of vibration regulation and energy transfer, and promote the growth of the field of dynamics and control; meanwhile the outcomes will lay the theoretical foundation of designing and optimizing the integration of vibration isolation and energy harvesting.
基于隔振并将振动能量收集利用的思路提出隔振和能量采集一体化概念,其应用在航空航天工程振动控制自供能领域提出了迫切需求。为深入认识隔振和能量采集器的动力学特性、提高设计水平,相应的科学问题为复合材料结构振动非线性修正,是动力学领域的前沿课题。本项目针对非线性隔振和能量采集一体化问题,设计压电双稳态层合板的负刚度结构,运用近似解析分析、数值仿真和实验验证,明确隔振和能量采集一体化实现所必要的共振关系及其非线性特性,并从稳定性裕度、吸引域角度解决高效性、稳定性和鲁棒性不可兼得的难题。通过点阵结构拓扑优化,揭示群体性同步行为和一体化效率间关系,以适应多点激励环境。设计六自由度激励振动台实验,利用非线性跳跃理论,识别结构参数,验证理论模型。研究成果将发展强非线性振动解析分析方法,认识振动传递和能量采集两者共同的非线性调控机理,推动动力学与控制学科的发展,为设计和优化隔振和能量采集一体化奠定理论基础。

结项摘要

基于隔振并将振动能量收集利用的思路提出隔振和能量采集一体化概念,为深入认识一体化系统动力学特性、提高设计水平,开展了力电耦合系统振动非线性设计理论、计算和实验,是动力学与控制领域的重要研究方向。本项目针对隔振和能量采集一体化非线性设计,发展了强非线性微分方程边值问题的半解析方法,获得了难以解析求解的非线性多模态输出频响函数,通过非线性频响表征运动连续体的振动模态间的能量转移。建立了基于正交六自由度、双稳态层合板和力电耦合超材料等几种一体化系统的非线性力电耦合模型,运用近似解析分析、数值仿真和实验验证综合研究方法,揭示了隔振和能量采集一体化实现所必要的共振关系及其非线性特性,并从稳定性裕度、吸引域角度提高隔振和能量采集性能。通过点阵超材料结构拓扑优化,揭示了群体性同步行为和一体化效率之间映射关系,以适应多源激励环境。研究成果将发展振动能量非线性调控的基础理论和分析方法,推动动力学与控制学科的发展,为设计和优化国家重大工程隔振和能量采集一体化奠定理论基础。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
Experimental observation of transverse and longitudinal wave propagation in a metamaterial periodically arrayed with nonlinear resonators
非线性谐振器周期性排列的超材料中横波和纵波传播的实验观察
  • DOI:
    10.1016/j.ymssp.2022.108836
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Mechanical Systems and Signal Processing
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Long Zhao;Ze-Qi Lu;Hu Ding;Li-Qun Chen
  • 通讯作者:
    Li-Qun Chen
A nonlinear vibration isolator supported on a flexible plate: analysis and experiment
柔性板支撑的非线性隔振器:分析与实验
  • DOI:
    10.1007/s11071-022-07243-7
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Nonlinear Dynamics
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Rong-Biao Hao;Ze-Qi Lu;Hu Ding;Li-Qun Chen
  • 通讯作者:
    Li-Qun Chen
A ring vibration isolator enhanced by a nonlinear energy sink
非线性吸能器增强的环形隔振器
  • DOI:
    10.1016/j.jsv.2021.116201
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Sound and Vibration
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Dong-Dong Tan;Ze-Qi Lu;Dong-Hao Gu;Hu Ding;Li-Qun Chen
  • 通讯作者:
    Li-Qun Chen
A ring vibration isolator enhanced by shape memory pseudoelasticity
形状记忆赝弹性增强的环形隔振器
  • DOI:
    10.1016/j.apm.2021.06.018
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Applied Mathematical Modelling
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Ze-Qi Lu;Dong-Hao Gu;Hu Ding;Walter Lacarbonara;Li-Qun Chen
  • 通讯作者:
    Li-Qun Chen
Nonlinear vibration isolation via a circular ring
通过圆环进行非线性振动隔离
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Mechanical Systems and Signal Processing
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Ze-Qi Lu;Dong-Hao Gu;Hu Ding;Walter Lacarbonara;Li-Qun Chen
  • 通讯作者:
    Li-Qun Chen

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其他文献

双梁磁力压电振动能量采集器的实验和仿真
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    石朝成;李响;袁天辰;陆泽琦;宋汉文;陈立群
  • 通讯作者:
    陈立群
非线性动力吸振系统动力学分析和优化
  • DOI:
    10.16385/1004-4523.2016.05.002
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    振动工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陆泽琦;杨铁军;陈立群;Michael J Brennan;刘志刚
  • 通讯作者:
    刘志刚
非线性阻尼非线性刚度隔振系统参数识别
  • DOI:
    10.13465/j.cnki.jvs.2018.09.011
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡广深;陆泽琦;陈立群
  • 通讯作者:
    陈立群
非线性刚度非线性阻尼隔振系统功率流研究
  • DOI:
    10.16385/1004-4523.2017.05.009
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    振动工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邵栋;陆泽琦;陈立群
  • 通讯作者:
    陈立群
圆环非线性恢复力的梁约束模型建模
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    应用力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩文举;陆泽琦;牛牧青;陈立群
  • 通讯作者:
    陈立群

其他文献

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陆泽琦的其他基金

声学超材料传感器非线性设计和动力学研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
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    55 万元
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    面上项目
非线性阻尼、非线性刚度隔振系统的动力学理论和实验研究
  • 批准号:
    11502135
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    2015
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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