新型准零刚度隔振器设计及动力学研究

针对传统被动隔振器低频隔振性能不足的问题,提出了一种连杆-倾斜弹簧负刚度机构,并将其与线性弹簧并联构成一种新型准零刚度(quasi-zero stiffness, QZS)隔振器。首先,对该隔振器进行静力学分析,建立无量纲力-位移和无量纲刚度-位移关系式,并讨论设计参数对隔振器刚度的影响,进一步得出隔振器在平衡位置处具有零刚度特性的参数条件;其次,通过动力学研究,建立隔振器在位移激励下的非线性动力学方程,并应用谐波平衡法推导出位移传递率;最后,采用四阶龙格库塔法对准零刚度隔振器在不同激励频率下进行数值仿真,并与不含负刚度机构的线性隔振器进行对比分析。结果表明,准零刚度隔振器在低频激励下的隔振效果明显优于线性隔振器,而在高频激励下具备与线性隔振器相当的隔振性能。     

磁悬浮隔振器动态电磁力实验与建模

磁悬浮隔振器的核心部件是电磁作动器,得到其输出电磁力与线圈电流及气隙之间的模型对实现磁悬浮隔振器的主动隔振有着重要的意义.实际系统中,磁悬浮隔振器运动频率对电磁力模型参数有较大影响,为了得到比较精确的符合实际的电磁力模型,对原有模型进行了修正,给出了新的考虑频率因素的修正模型;并且设计了基于MTS809的动态电磁力实验建模方案,直接根据电磁力实时测量数据辨识得到动态电磁力修正模型,而不需要对磁路进行任何假设.实验结果表明,该方法建立的电磁力修正模型更符合实际情况.     

电子器件隔振系统的神经网络杂交建模研究

对一个由四个钢丝绳隔振器组成的某电子器件隔振系统动力学特性进行了神经网络杂交建模.建立了隔振系统的刚体动力学方程,发展了一种根据实验数据间接确定隔振器恢复力的方法.通过网络训练获得了描述钢丝绳隔振器恢复力特性的神经网络模型,与系统运动方程结合构建了隔振系统的神经网络串连杂交模型.仿真结果表明,杂交模型在不同量级的简谐激励下,均能够较为准确地预测结构多点的稳态响应,因而具有较高的精度.此外,杂交模型包含了系统的物理参数,便于进行参数影响分析.     

钢丝绳隔振器的非线性动力学模型

基于非线性钢丝绳隔振器的静态力学特性,引入了频率软化系数,建立了非线性动力学隔振模型.基于该模型研究了钢丝绳隔振器对冲击激励与随机激励的动态响应,对结果进行了讨论.理论分析与数值模拟表明:引入频率软化系数的隔振模型比传统的线性动力学模型具有更好的隔振效果,更加符合实际情况.     

液弹隔振器非线性传递特性研究

针对液弹隔振器下端空气弹簧变形特点,本研究从液弹隔振器结构模型出发,分析液弹隔振器各部分受力与位移关系,推导考虑和不考虑液弹隔振器下端非线性刚度的运动方程。获得两种条件下液弹隔振器位移传递率,分析存在非线性刚度下位移传递率特性。研究发现：考虑非线性的位移传递率表现出显著的硬化特性,最佳隔振频率随着激振位移幅值增长而增大,隔振频率设计值处的位移传递率随激振位移幅值增长而增大,即隔振效果下降;当液弹隔振器承受较大幅值振动,如激振位移幅值超过10%空气弹簧深度,应当考虑空气弹簧非线性刚度影响。     

基于等效阻尼理论的金属橡胶弹性迟滞力学模型及实验研究

针对弹性多孔金属橡胶非线性迟滞特性力学行为,将迟滞恢复力-位移曲线分解为非线性单值曲线和椭圆,并将等效阻尼理论用于动态力学性能参数识别,从而建立了一种新型的适用于黏弹性阻尼材料的宏观唯象力学模型。采用不同相对密度的环形金属橡胶进行动态实验测试,以验证理论模型的准确性,结果表明该模型可将具有非线性特性的金属橡胶系统进行降阶处理,提高金属橡胶力学模型的预测效率,并能很好地描述金属橡胶的迟滞力学行为。另外,研究了在不同激励频率条件下金属橡胶的阻尼耗能特性。实验结果表明:在高频加载的条件下,黏性阻尼系数对动态加载频率不敏感,阻尼耗能与加载幅值之间呈线性正相关。基于等效阻尼理论的弹性迟滞力学模型具有一定的普适性,可进一步推广应用于类似弹性多孔材料的力学性能表征,为其工程应用提供理论基础。     

基于非线性微振动流体阻尼隔振器的Octo-strut隔振平台的动力学特性研究

针对一种新型非线性微振动流体隔振器的Octo-strut平台进行研究,基于隔振器的非线性五参数模型及牛顿-欧拉方法建立了Octo-strut隔振平台的动力学模型,并对平台的振动耦合性、安全冗余性等动力学特性进行了理论分析和数值仿真验证。研究结果表明:隔振平台垂直平动z方向、绕垂向转动θ_s方向动力学特性独立,径向平动x方向与径向平动y方向相互垂直,径向平动x方向与绕径向转动θ_y方向、径向平动y方向与绕径向转动θ_x方向的动力学特性相互耦合。隔振平台具有振动耦合性、安全冗余性、非线性温变特性,在工程实际应用时应避免失效隔振器的出现并关注隔振器温变特性,以保证隔振的安全可靠性。     

一种准零刚度系统隔振性能的几何参数优化分析

提出了一种采用菱形连杆组件作为负刚度机构的准零刚度隔振器(下文简称菱形准零刚度隔振器)。通过静力学分析方法,建立了菱形准零刚度隔振器数学模型,并与其他调节变量较少的隔振器模型进行了对比;以被测量曲线在隔振器平衡位置处的曲率作为评价参数,研究了负刚度机构几何参数对系统刚度、阻尼非线性的影响,推导了利用几何参数进行隔振优化的条件;采用谐波平衡法求解系统动力学方程,对隔振器在不同几何参数下的隔振性能进行了分析。结果表明:菱形准零刚度隔振器具有体积相对较小且非线性调节能力较好的特点,可通过调节杆长,或满足相关临界值条件时调节杆长偏差量(下文简称杆长差)对刚度及阻尼非线性特征进行优化;刚度与阻尼的非线性优化方向不同,但通常情况下,刚度非线性因素对隔振优化起主导作用;归一化振动相对位移小于0.1时,由刚度曲线曲率得到的临界值可以较好地作为杆长差参数的隔振优化调节依据。本文提出的非线性评价方法与几何非线性优化临界值计算方法,对于类似隔振器研究和设计具有一定的指导意义。     

波纹管式液固混合介质隔振器的动力学特性

波纹管式液固混合介质隔振器是一种主要用于低频重载动力机械隔振的新型隔振器, 主要由波纹管弹性单元体和多层波纹管容器组成. 首先建立了弹性单元体的弹性板壳模型, 在考虑波纹管结构几何非线性及内部气体耦合的前提下, 利用参数摄动法推导了单元体在外部油压和内部气压共同作用下的非线性轴向刚度. 在此基础上, 推导了隔振器的轴向刚度, 发现刚度具有分段线性-非线性的特点, 并且与弹性单元体和波纹管容器的各参数密切相关. 进而建立了等效的分段双线性隔振系统的动力学方程, 利用平均法与数值仿真分析了隔振系统的非线性频响特性, 结果表明系统具有软弹簧特性, 而主共振稳态幅值关于频率的分岔会导致幅值跳跃现象的出现.      

汽车整车非线性动力计算

通过轿车副车架橡胶支承的动态特性试验和理论分析,实现橡胶支承迟滞特性的数学建模和参数识别。利用所建模型重构恢复力-位移迟滞回线,并与试验结果比较表明所建模型的正确性。介绍了具有线性和非线性连接子结构的自由界面模态综合法的基本原理,并采用该方法建立了考虑副车架橡胶支承迟滞特性的整车非线性动力学模型,用所建模型对汽车动力特性进行了数值仿真,并通过试验对仿真结果进行验证。     

爆炸试验室基础隔振系统设计与应用

针对某爆炸试验室的基础隔振系统的改造，首先提出了一种由钢丝绳和碟形弹簧组合而成的新型隔振器，给出了相应的基础隔振方案，并对组合隔振器进行了试验研究。然后，采用两自由度、有阻尼计算模型对隔振系统的动力反应进行非线性分析，研究了隔振层刚度和阻尼对隔振系统动力反应的影响，优化选择了隔振系统的有关参数。研究结果表明,当隔振层刚度约为110 kN/mm，阻尼比为0.20~0.35时，隔振层动荷载接近最小，且其他动力反应满足设计要求。改造后的爆炸实验室的抗冲击能力比改造前提高了50％。     

反共振流体浮筏的隔振特性研究

基于反共振原理, 设计了一种新型的流体浮筏隔振器. 应用流体动量方程和结构振动理论推导了该隔振器的数学模型, 分析了其隔振特性, 得到了最优隔振频率和浮体浸入流体深度的关系式. 仿真结果表明, 当浮体浸入流体深度在有限的范围内变化时, 新型隔振器会在从低频到高频的宽带内发生反共振现象. 反共振条件下的力传递率可降至极低水平.流体浮筏隔振器具有很好的(尤其是低频)隔振效果.     

橡胶隔振系统非线性振动参数识别与特性研究

建立单自由度非线性系统基础激励正弦扫描试验的数学模型,并针对多项式非线性阻尼与多项式非线性弹簧并联的橡胶隔振系统求解了数学模型.进而在此框架下通过正弦扫描振动试验,采用共振峰值法识别了橡胶隔振器的非线性阻尼与刚度系数,研究了不同振动量级下小型橡胶隔振器的振动特性.     

主动隔振下固支薄板基础振动抑制的参数多目标优化

考虑动力设备-隔振器-薄板基础为复合主动隔振体系,并将薄板视为固支形式;以传递力作用在薄板基础上某点导纳为中间变量,在传递力、导纳、薄板振动峰值位移及峰值点距离影响因素分析的基础上,进行了系统耦联参数的多目标优化研究。优化算法采用较新的强度Pareto进化算法(SPEA2),该算法具有参数设置少、收敛速度快、寻优能力强及Pareto最优解分布均匀等优点。目标函数考虑为薄板振动的位移峰值及峰值点间的距离,目的是在有效控制薄板振动的同时,尽可能地使薄板趋于单峰值点振动,这对于板上附属操作设备及工作人员是有利的;最后,在最优参数的基础上对隔振器的安装位置进行讨论研究。数值计算结果表明,本文方法可有效地计算出隔振系统的最优参数,并为工业建筑及其他工程振动的最优隔振设计提供新思路。     

基于改进链码法的LuGre摩擦模型动态参数辨识

针对现有LuGre摩擦模型动态参数辨识方法辨识精度不高,收敛性难以保证及参数初值难以确定等不足,提出了一种基于改进链码特征识别法的参数辨识方法。首先,研究LuGre摩擦模型中两个动态参数-鬃毛刚度系数与阻尼系数之间的关系,以及鬃毛刚度系数与预滑动阶段位移-摩擦力曲线形状之间的对应关系;然后,改进现有Freeman链码的采样方式和码间距,利用改进的链码结合傅立叶描绘子提取位移-摩擦力曲线的形状特征并形成特征向量;最后,以加噪声原始位移-摩擦力曲线和仿真位移-摩擦力曲线的特征向量为参数建立度量两曲线相似程度的欧氏距离,寻优得到使欧氏距离满足给定误差的仿真位移-摩擦力曲线,该曲线对应的鬃毛刚度系数即为其辨识值,进一步可计算出阻尼系数。文末给出的辨识实例验证了提出方法的正确性和有效性。     

几何非线性摩擦阻尼隔振系统动力学行为研究

非线性隔振系统由于具有较线性系统更优的隔振性能,因此在工程中应用广泛.本文通过配置与被隔振对象的运动方向相垂直的库伦摩擦阻尼器,构建了几何非线性摩擦阻尼模型.由于引入了几何非线性,因此其摩擦力与位移正相关,这与传统与位移无关摩擦力模型有显著不同.首先,建立了具有几何非线性摩擦阻尼的数学模型以及隔振系统的受迫振动方程;然后,使用谐波平衡法求解了动力学方程,并使用数值仿真方法验证了谐波平衡法求解的准确性;最后,研究了几何非线性摩擦阻尼隔振器的绝对位移传递率和相对位移传递率.研究结果表明,在库伦摩擦阻尼选择适当,非线性摩擦阻尼系统可以在保持高频振动衰减效果的前提下,显著降低系统共振峰,其性能优于传统的恒定摩擦阻尼隔振模型.同时,几何非线性摩擦阻尼系统能够避免传统摩擦阻尼系统中的“锁定”现象,从传递率角度来说,不利于共振峰控制;但从激励环境改变引发隔振系统失效的角度来看,几何非线性摩擦阻尼系统可以拓宽系统对激励幅值的适应范围,避免隔振系统失效.本文的研究结果对此类隔振系统的设计和摩擦阻尼参数的选择具有通用的指导意义.      

磁悬浮隔振装置的研制及基本机理研究

将磁场力作用的基本原理及新型磁性材料的特性与经典隔振理论相结合,针对磁悬浮隔振装置的研制进行了探讨,并对这种新型隔振器的基本机理及特点进行试验与计算分析研究．     

几何非线性摩擦阻尼隔振系统动力学行为研究

非线性隔振系统由于具有较线性系统更优的隔振性能,因此在工程中应用广泛.本文通过配置与被隔振对象的运动方向相垂直的库伦摩擦阻尼器,构建了几何非线性摩擦阻尼模型.由于引入了几何非线性,因此其摩擦力与位移正相关,这与传统与位移无关摩擦力模型有显著不同.首先,建立了具有几何非线性摩擦阻尼的数学模型以及隔振系统的受迫振动方程;然后,使用谐波平衡法求解了动力学方程,并使用数值仿真方法验证了谐波平衡法求解的准确性;最后,研究了几何非线性摩擦阻尼隔振器的绝对位移传递率和相对位移传递率.研究结果表明,在库伦摩擦阻尼选择适当,非线性摩擦阻尼系统可以在保持高频振动衰减效果的前提下,显著降低系统共振峰,其性能优于传统的恒定摩擦阻尼隔振模型.同时,几何非线性摩擦阻尼系统能够避免传统摩擦阻尼系统中的"锁定"现象,从传递率角度来说,不利于共振峰控制;但从激励环境改变引发隔振系统失效的角度来看,几何非线性摩擦阻尼系统可以拓宽系统对激励幅值的适应范围,避免隔振系统失效.本文的研究结果对此类隔振系统的设计和摩擦阻尼参数的选择具有通用的指导意义.     

多层环形钢板式阻尼器钢板厚度对其性能影响的实验研究

多层环形钢板式隔振器是一种新型全金属隔振器。适用于重载高速、高低温及大温差等工况下的阻尼减振。本文对该隔振器的结构特点及制备方法进行了研究。主要分析了钢板厚度对隔振器性能的影响,制备出了具有不同结构形式和性能特点的样件,对样件进行了动静态实验研究;获得了钢板厚度不同时隔振器的弹性迟滞回线、隔振器系统频响特性、传递率及固有频率。研究结果表明:钢板厚度是影响隔振器性能的主要几何参数。改变钢板厚度,能够使隔振器具有不同的弹性阻尼性能和能量耗散性能,该结果对实际应用具有重要价值。     

车载系统主被动联合振动控制研究

针对车载系统行进过程中产生的结构振动,提出被动隔振和主动减振相结合的方法对结构弹性振动和刚体振动进行抑制．一方面,针对结构弹性振动,在车载结构和车体之间安装隔振装置,选择合适的隔振器参数,对车载结构的弹性振动进行隔离．另一方面,结合刚体振动抑制的需求,进一步研究小阻尼隔振器带来的结构低频刚体振动．对隔振器和车载结构形成的新系统采用主动控制方法设计最优控制器,对这一类过驱动控制系统进行主动控制研究．通过主被动控制结合,实现车载结构全频段范围内的振动抑制,能够将系统刚体振动的位移均方根值抑制到无控制时的5%以下．