動力吸振器是一種在汽車，建筑，航天等很多行業(yè)經(jīng)常用到的減振機構(gòu)。英文中，動力吸振器一般有兩種稱法：dynamic vibration absorber 和 tuned mass damper(TMD, or mass damper,也有稱tuned dynamic absorber)。部分文獻對這兩類稱法有所區(qū)分，但是也有文獻將其歸為一類。個人認為由于原理類似，很難做到精準區(qū)分, 可以認為dynamic vibration absorber 和 TMD是一回事。

汽車NVH中，存在著不少窄頻帶的NVH問題。而由于工程條件限制，很多情況下我們無法直接更改結(jié)構(gòu)，這時候動力吸振器（以下簡稱吸振器）就是一種很好的選擇。其作用的手段可以粗略地分為兩類：一是對問題頻率施加阻尼(有分類稱之為damper)；二是偏移問題頻率(有分類稱之為absorber)。其實兩者最終都是通過調(diào)節(jié)附加在主結(jié)構(gòu)上的吸振器參數(shù)來實現(xiàn)的，只不過吸振器和主結(jié)構(gòu)的耦合方式不同。下面我們就具體來看一下。

首先來看對問題頻率施加阻尼，我們以高大上的F1賽車為例來了解一下。F1賽車在跑道上行駛的時候，由于路沿石及路面不平整，車體會發(fā)生上下振動。這種振動導(dǎo)致車體的離地間隙發(fā)生變化，由于車速極快，車體的空氣動力效率會受到很大影響。為此雷諾工程師Rob Marshall發(fā)明了一種吸振器并在雷諾車型R25和R26上成功的進行了應(yīng)用。該吸振器位于車體前段鼻錐內(nèi)，其作用就是對振動施加阻尼，降低垂直振動水平。根據(jù)不同賽道的特點，工程師可以對吸振器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，調(diào)諧其工作頻率?？傮w來說，這種減振器的作用就是使車體在過彎道，路面變化等工況下保持比較平穩(wěn)的車體狀態(tài)，提高空氣動力效率。不過在06賽季后半段，該結(jié)構(gòu)被FIA禁止使用，雷諾聲稱這使他們的R26一圈損失了0.3秒，結(jié)果法拉利車隊贏得了余下7站中的5站。但雷諾車隊仍憑借前期積累的積分優(yōu)勢獲得2006年F1車隊總冠軍，雷諾車手Fernando Alonso獲得車手總冠軍。

我們再來看一下偏移問題頻率。如果簡化成模型，吸振器可以視為附加在主結(jié)構(gòu)上的質(zhì)量彈簧系統(tǒng)。更簡化一些，就是原來的單自由度系統(tǒng)變成了兩自由度系統(tǒng)，系統(tǒng)由一階模態(tài)變?yōu)榱藘呻A模態(tài)。如果主結(jié)構(gòu)和吸振器的頻率相同，那么新系統(tǒng)的兩階模態(tài)頻率和原主結(jié)構(gòu)頻率都不同，也即實現(xiàn)了頻率偏移。為了具體了解一下細節(jié)，我用軟件簡單地做了一個單自由度和兩自由度模型(質(zhì)量比8:1)。通過諧響應(yīng)仿真結(jié)果我們可以看到，第一，吸振器實現(xiàn)了問題頻率的偏移，新系統(tǒng)的兩個固有頻率位于原固有頻率的兩側(cè)；第二，兩個新頻率下的幅值響應(yīng)均小于原頻率的幅值響應(yīng)；第三，新系統(tǒng)在主結(jié)構(gòu)固有頻率處近似實現(xiàn)了“隔山打?！钡男Ч?，也即此頻率下的大部分振動能量轉(zhuǎn)移到了吸振器上。

從上面兩圖可以清楚地看出，如果選定的吸振器的頻率剛好與部件的某一階模態(tài)頻率相同，那么結(jié)構(gòu)的動力學(xué)特征將發(fā)生顯著改變，二者之間有明顯的動力學(xué)耦合行為。然而，如果吸振器的頻率沒有選擇正確（如下圖所示），那么，在附加的吸振器系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)之間沒有明顯動力學(xué)耦合。下圖表明，增加的吸振器系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)原始模態(tài)的影響非常小。

在汽車工程中，吸振器的應(yīng)用多集中在“偏移問題頻率”方面。吸振器面對的NVH問題頻率（如行李箱后蓋板振動和車內(nèi)聲腔耦合造成的轟鳴聲，方向盤的怠速抖動等）往往不是特別高，也即結(jié)構(gòu)模態(tài)或聲腔模態(tài)的前面幾階。模態(tài)階次較低的振型相對來說簡單，我們可以將其近似為一個單自由度系統(tǒng)，而吸振器我們也可以近似認為是一個單自由度系統(tǒng)。這樣主結(jié)構(gòu)和吸振器就組成了一個兩自由度的新系統(tǒng)，也即我們前面講到的仿真模型。如果我們調(diào)節(jié)吸振器的頻率使其和主結(jié)構(gòu)一致，那么新系統(tǒng)就實現(xiàn)了頻率偏移，從而改變了主結(jié)構(gòu)的動力特性。吸振器并不直接改變原結(jié)構(gòu)，而且質(zhì)量并不大，一般對原系統(tǒng)的功能也沒有太大影響，這是其優(yōu)勢所在。但新系統(tǒng)會產(chǎn)生新的固有頻率，要考慮新的固有頻率對NVH的影響。

幾乎所有的乘用車都會有至少一個吸振器，有的甚至?xí)?0個以上。吸振器的應(yīng)用要注意以下幾點。第一，吸振器通常適用于窄頻帶NVH問題，當(dāng)然特殊應(yīng)用情況下也可以適用于寬頻帶問題，比如離心擺式吸振器在改善動力總成扭振中的應(yīng)用；第二，吸振器的質(zhì)量和剛度等參數(shù)應(yīng)根據(jù)需要調(diào)節(jié)，使其工作頻率和問題頻率一致，同時吸振器的參數(shù)也會影響到新產(chǎn)生的頻率；第三，在空間可能的情況下，吸振器應(yīng)安裝在振幅較大的位置；第四，很重要的一點，吸振器的工作振型應(yīng)和主結(jié)構(gòu)簡化后的單自由度振型是同一自由度，在實施吸振器措施前，有必要通過ODS或模態(tài)試驗確定主結(jié)構(gòu)的振型。

關(guān)于質(zhì)量和剛度對吸振器的影響，還有頻率偏差造成的影響，將在下一篇中進行介紹。

參考文獻

1.龐劍,《汽車車身噪聲與振動控制》.

2.http://www.acs./drussell/Demos/absorber/DynamicAbsorber.html

3.http://www./renr26.htm