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。     

基于多弹簧模型的空间梁柱单元(I):理论模型

引入多轴应力状态下的塑性应力-应变关系理论,在单元模型中考虑了弹塑性区域剪切变形对单元的弹塑性刚度影响,推导了考虑剪切变形弹塑性刚度影响的多弹簧模型的空间梁柱单元刚度矩阵,为整体钢框架结构的弹塑性动力分析奠定了单元基础。     

基于交叉型双气室空气互联悬架的全地形车侧倾特性研究

设计了一种采用囊式空气弹簧的交叉型双气室空气互联悬架 (PIS 悬架),并应用于侧翻事故发生率极高的全地形车上. 建立了交叉型双气室气体耦合 AMEsim 模型与全地形车整车动力学 ADAMS/Car 模型,通过将前者模型中的空气弹簧弹性力作为整车动力学模型的输入变量,将后者模型中的空气弹簧压缩伸张位移作为气体耦合模型的输入变量,建立了完整的机械-气体耦合多自由度动力学联合仿真模型. 通过 J 型弯高速典型仿真实验对搭载 PIS 悬架、双气室非互联悬架 (UN-PIS 悬架) 和普通螺旋弹簧悬架 (HS 悬架) 的全地形车进行侧倾特性对比研究. 研究结果显示,PIS 悬架若关闭互联管路,则会形成 UN-PIS 非互联状态,使悬架刚度瞬间大幅上升,平顺性瞬间变差,而具有相同垂向刚度的 PIS 悬架与 HS 悬架,前者能够提供更多的侧倾角刚度. 研究了气路系统 中影响动态侧倾特性的相关因子,包括连接管路管长、管径、附加气室容积. 研究表明,互联管路管长越小,越有利于提升全地形车侧倾特性,存在临界管径,管径小于或大于该值时,均会小幅度提升侧倾特性,附加气室容积越小,侧倾角刚度越大,为 PIS 悬架气路系统设计提供理论依据.      

ROLL CHARACTERISTICS OF ALL-TERRAIN VEHICLE BASED ON CROSSING DOUBLE AIR CHAMBER PNEUMATICALLY INTERCONNECTED SUSPENSION$^{\bf 1)}$

设计了一种采用囊式空气弹簧的交叉型双气室空气互联悬架 (PIS 悬架),并应用于侧翻事故发生率极高的全地形车上. 建立了交叉型双气室气体耦合 AMEsim 模型与全地形车整车动力学 ADAMS/Car 模型,通过将前者模型中的空气弹簧弹性力作为整车动力学模型的输入变量,将后者模型中的空气弹簧压缩伸张位移作为气体耦合模型的输入变量,建立了完整的机械-气体耦合多自由度动力学联合仿真模型. 通过 J 型弯高速典型仿真实验对搭载 PIS 悬架、双气室非互联悬架 (UN-PIS 悬架) 和普通螺旋弹簧悬架 (HS 悬架) 的全地形车进行侧倾特性对比研究. 研究结果显示,PIS 悬架若关闭互联管路,则会形成 UN-PIS 非互联状态,使悬架刚度瞬间大幅上升,平顺性瞬间变差,而具有相同垂向刚度的 PIS 悬架与 HS 悬架,前者能够提供更多的侧倾角刚度. 研究了气路系统 中影响动态侧倾特性的相关因子,包括连接管路管长、管径、附加气室容积. 研究表明,互联管路管长越小,越有利于提升全地形车侧倾特性,存在临界管径,管径小于或大于该值时,均会小幅度提升侧倾特性,附加气室容积越小,侧倾角刚度越大,为 PIS 悬架气路系统设计提供理论依据.     

带非线性弹簧的两自由度准零刚度隔振系统力传递率特性

基于多自由度系统中的反共振特性,分别在传统线性隔振系统的上、下两层引入非线性倾斜弹簧负刚度机构,构成两自由度准零刚度隔振器。通过静态特性分析,推导出系统满足零刚度条件时,各参数之间的关系,分析了力学参数及结构参数对系统刚度特性的影响。建立两自由度准零刚度隔振系统的非线性动力学方程,利用平均法求解,推导出力传递率表达式,结合数值分析方法,探讨系统在不同的上、下层隔振器阻尼比、竖直刚度比及质量比情况下的力传递率特性,并与单自由度准零刚度隔振系统及线性斜弹簧两自由度准零刚度隔振系统进行对比研究。结果表明：当结构参数 （即：倾斜弹簧处于静平衡位置的长度与倾斜弹簧原长的比值）较小且倾斜弹簧为软化弹簧时,可在平衡位置附近获得较小的系统刚度及较大的低刚度区间;通过选择适当的上、下层隔振器阻尼比、竖直刚度比与质量比,可减小系统的起始隔振频率,增宽隔振频带,加快系统力传递率在特定频段内的衰减速率,改善系统的低频隔振性能。     

基于多弹簧模型的空间梁柱单元(Ⅰ):理论模型

引入多轴应力状态下的塑性应力-应变关系理论,在单元模型中考虑了弹塑性区域剪切变形对单元的弹塑性刚度影响,推导了考虑剪切变形弹塑性刚度影响的多弹簧模型的空间粱柱单元刚度矩阵,为整体钢框架结构的弹塑性动力分析奠定了单元基础.     

基于弱粘接结构中谐振频率的研究

利用弹簧模型方法研究了铝-粘接剂-铝结构中波的反射和透射系数。首先利用粘接层界面的一次反射导出切向和法向刚度比表达式;其次,推导了粘接层界面存在多次反射和透射时刚度比、谐振频率及反射系数之间的关系,得到了弱粘接结构的反射系数随着不同刚度比的变化规律;最后求解了弱粘接层厚度的变化对谐振频率的影响。理论分析和数值计算的结果表明：反射系数取极大值时粘接层厚度与谐振频率的积成奇数倍的关系,反射系数极小值时粘接层厚度与谐振频率的积成整数倍的关系;随着刚度比的增加,谐振频率向高频方向漂移,随刚度比的减小,反射系数逐渐的趋近与1。     

预应力锚固结构锚具与垫板切向刚度识别研究

在分析了工程广泛应用的预应力锚固结构传力特征基础上,基于粗糙面接触的法向应力与切向刚度存在正比增加的规律,视预应力锚固结构的预应力筋、锚具、非张拉锚固端相对锚垫板为一个广义质量系统;视锚具与锚垫板的切向联系为切向刚度的弹簧,建立了预应力锚固结构接触面广义质量单自由度模型,建造了与实际预应力锚固结构尺寸一致、锚固对象为混凝土的试验模型,获得了预应力锚固结构锚具相对锚垫板接触面切向振动信号。以建立的单自由度模型为依据,最小二乘法识别切向刚度,所识别的切向刚度与静载试验变化规律、量值基本一致,为有效检测锚固结构锚固力、仪器研发、标准制定提供了理论与试验依据。     

分子弹簧的隔振机理与力学性能研究

分子弹簧是一种由水和布满微孔的疏水沸石颗粒组成的隔振缓冲介质. 当振动、冲击发生时,随着外力对分子弹簧加载卸载,水分子进出沸石颗粒的疏水微孔,实现能量的存储、释放和消耗. 通过疏水微孔内液柱受力平衡和界面层热力学平衡分别建立了水侵入单条疏水微孔的模型,分段模拟了水分子侵入大量疏水微孔的过程,推导了分子弹簧受压过程中力-变形的关系,采用准静态试验对理论分析结果进行了验证,并计算了分子弹簧的隔振性能,结果表明:理论与试验结果具较好的一致性,分子弹簧在加载与卸载过程中呈现高-低-高的三段分段刚度,使得分子弹簧隔振系统在工作段具有极低固有频率,特别适合于低频重载情况下的隔振缓冲应用.      

新型长方体形囊式空气弹簧耐压强度研究

耐压强度是空气弹簧的重要性能指标,而长方体形囊式空气弹簧的耐压强度少有深入研究。基于对帘线的受力分析,建立了描述耐压强度的理论模型,详细分析了充气状态下囊体的受力情况,并提出了囊体耐压强度的简化计算公式。本文进行了样机试制,试验中测得空气弹簧耐压强度为6.5MPa,而理论计算值为7.46MPa,相对误差为14.8%。耐压强度试验结果与理论计算值吻合良好,验证了理论模型的准确性。     

一般情况下小垂度索的刚度方程及其应用

索单元的刚度随变形而变化,索结构的力学分析是一个典型的几何非线性问题,因而在数值分析中单索的刚度方程显得尤为重要。由于许多文献不常见的单索刚度方程在推导时忽略了索单元元弦向倾的影响,用来进行结构计算尚存在一定的误差。本文因此考虑了影响单元刚度的弦倾角等因素,推导了一般情况下小垂度索的显式表达刚度方程,并运用该刚度方程进行结构数值分析,与采用近似刚度方程的分析结果进行了比较,给出了近似刚度方程与本文     

非对称混杂边界轴向运动Timoshenko梁橫向振动分析

研究两端带有扭转弹簧且弹簧系数均可任意变化的非对称混杂边界下的轴向运动Timoshenko梁的横向振动.利用非对称混杂边界条件推导对应任意弹簧系数的系统超越方程以及特征函数.运用数值方法计算系统的固有频率及其相应的模态函数,并研究确定梁的刚度、轴向速度以及边界处扭转弹簧的刚度的影响.通过数值算例,比较7imoshenko梁、瑞利梁、剪切梁和欧拉梁的固有频率随轴向速度的变化,分析转动惯量和剪切变形的影响.     

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。     

界面连接刚度参数辨识的子结构分析法

以试验模态参数为基础,提出一种通过特征方程反问题辨识子结构界面连接刚度参数的子结构分析法。新方法以子结构动柔度矩阵特征方程为基础,建立求解界面结点内力和位移的方程,从而由子结构内部结点可测自由度上的位移用广义逆理论估计界面结点内力和位移。并通过迭代修正内部结点可测自由度上的试验值,以提高界面内力和位移的估计精度。最后通过连接子结构刚度矩阵建立的平衡方程求解相应的刚度参数。文中以太阳电池阵板间铰链副刚度参数辨识为例,将铰链副简化为两端结点各有6个自由度的弹簧连接元,考虑到自由度之间的耦合,推导了连接元的刚度矩阵。用上述方法辨识了铰链副6个自由度的刚度参数,得到满意的辨识结果。     

具有弹性支座杆件的动力稳定性研究

研究了杆件具有弹性支座时直杆的动力稳定性问题，推导出了杆件的临界频率和动力不稳定边界，分析了弹簧刚度和阻尼对杆件动力稳定性的影响，研究表明杆件的侧向刚度愈大其结构的动力稳定性愈好，阻尼对杆的振动起有利作用，并提出了在实际工程中减小杆件振动的一些措施．     

子午线轮胎接地特性和应变能分析试验与仿真研究

利用轮胎综合试验机对径向刚度下子午线轮胎进行性能试验,采用正交试验法针对不同胎压、垂向载荷下轮胎的接地特性进行分析,结合仿真软件ABAQUS与试验进行对比。结果表明,橡胶材料Mooney–Rivli模型也具有一定的适用性,胎压增大时径向刚度发生线性变化,胎面印痕由椭圆形转变成近似矩形,印痕面积略微增大;随着胎压的不断增大,胎面印痕的面积显著减小,接触面的压力主要集中在胎肩,胎冠处也有所增加;胎压一定时,垂向载荷逐渐增大时,整个印痕面的应力呈对称分布,印痕面应力由内高外低逐渐向外高内低变化。建立数学模型与有限元软件同时对轮胎进行应变能分析,发现在低胎压150 kPa下受载荷时轮胎容易发生微小侧向位移同时发生变形,此时极易引起迟滞损失并造成应变能急剧增加。     

山地输电线动刚度计算及模态分析

为了揭示地形变化对连续档输电线动态特性的影响，本文提出了基于任意高差角的动刚度理论．首先将单档导线视为连续档导线的子结构，构建了两悬挂点不等高的单档导线振动方程，并在该理论方程中引入了二次项，能够考虑重力沿弦向分量的影响，推导出绝缘子串绕其悬挂点转动的动刚度计算方法，通过动刚度理论研究连续档导线横向振动模态和频率，并应用有限元软件ABAQUS 验证理论模态和频率公式的准确性．所得结果表明，动刚度的计算方法具有较高的精度，理论模态与有限元输出结果吻合较好，同时获得的频率和模态可为山地高压输电线路防舞技术的研究提供依据．     

齿轮传动系统刚度的确定方法

本文介绍齿轮传动系统刚度分析方法．根据齿轮轮齿刚度计算模型，给出了传动系统弹簧刚度的计算方法．为确定齿轮传动输入轴与输出轴间的转角误差提供了基础．     

滚筒式洗衣机减隔振系统刚度阵的计算

本文针对滚筒式洗衣机弹簧减隔振系统的刚度阵的计算，提出了一种方便而概念清晰的方法。该法根据弹簧的主刚度方向，引入一个方向余弦矩阵和一个座标变换矩阵，通过两次矩阵变换，即可得到所求矩阵。     

利用REDUCE语言识别结构系统的支承刚度

本文提出一种识别结构系统支承刚度的新方法，该方法以传递矩阵法为基础，利用ＲＥＤＵＣＥ计算机代数语言推导以刚度参数为未知数的非线性方程组，进而解此方程组识别结构系统的支承刚度。模态试验及计算实例验证了该方法的有效性和正确性。