剪切增稠液阻尼器隔冲性能的实验研究

剪切增稠液在外载作用下粘度会迅速增大,基于剪切增稠液研制而成的阻尼器具有阻尼力大、响应快速、无能耗等优点,在阻尼耗能和冲击防护设备中具有重要的应用前景。本文使用振动台模拟半正弦脉冲信号,对集成剪切增稠液阻尼器的单自由度系统在不同冲击条件下的响应加速度和相对位移进行了研究,比较了冲击脉冲幅值和频率比对冲击隔离的影响,讨论了不同冲击条件下的系统阻尼比,得到了剪切增稠液阻尼器安装方式对其冲击隔离性能的影响。结果显示:冲击脉冲幅值对响应加速度幅值比影响不大;加速度幅值比随冲击脉冲频率比增大而迅速减小,相对位移幅值随频率比增大先减小再略微增大,然后继续减小;当剪切增稠液阻尼器横向安装时,其响应加速度幅值比更小,当安装夹角增大时,相对位移随之减小,系统阻尼比迅速增大。研究表明,剪切增稠液阻尼器能够提高单自由系统的冲击隔离性能。     

裂纹体弹性波散射问题研究概述

近30年来,随着地震探矿技术、定量无损检测技术、雷达和声呐技术的发展,以及对动态断裂及高速冲击下材料动态特性等问题的研究,弹性波散射理论的研究引起了国内外力学界及其他学科许多科学工作者的普遍关注。至今,人们在这一领域已进行了大量的研究工作,并得到了很大的发展,而所取得的成果又为应用技术的发展提供了理论依据,所以它已成为当前应用力学界一个较为活跃的前沿课题。本文将对近年来关于裂纹体弹性波散射问题的有关研究现状和基本方法作较为系统的介绍。     

用光力学和有限元法确定钢壳的动态响应

本文提出了壳体在冲击载荷作用下三维位移分布的光力学方法的实验解和有限元数值解。采用一种新型的电磁脉冲加载装置,实现了对试件施加重复性很好的冲击载荷,利用测得的力一时间关系曲线作为外力边界条件,用逐步积分法对壳体在冲击载荷下的动态响应作了分析。光力学方法的实验解和有限元数值解吻合较好。     

基于动态本构模型的整流罩铰链系统自冲击分析

整流罩铰链系统结构分析是大型整流罩分离分析的重要环节,也是国内新一代运载火箭研制过程中的关键技术之一。基于30CrMnSiA和ZTC4-1的力学性能试验研究,得到材料的动态本构模型,并建立整流罩及动态本构模型下的铰链系统有限元模型。通过非线性显式动力学分析方法,对铰链系统自冲击过程进行仿真,得到冲击作用下铰链系统的应力和应变情况,并通过内力分析得到自冲击过程中铰链系统的主要内力形式。最后,通过比较铰链系统动态本构与准静态本构下的自冲击响应,验证并说明了动态本构模型对铰链系统自冲击仿真的影响。计算结果表明,自冲击作用会使铰链系统发生塑性变形,且动态本构模型有利于反映真实结果,为新一代运载火箭的研制提供一定的参考价值。     

基于Hopkinson杆的加速度传感器测试系统仿真与测试研究

针对加速度传感器的Hopkinson杆动态试验装置,采用有限元工具对Hopkinson杆测试系统进行了仿真研究。仿真结果说明整形垫的加入和入射子弹形状的改变提高了应力历史的上升时间和加速度历史的脉宽。动态加载的试验测试与仿真结果表明:当由平头子弹改为尖头子弹并添加铝制整形垫后,入射杆应力脉冲持续时间与对加速度传感器加载的加速度冲击均得到了大幅提升。Hopkinson杆动态测试系统的测试与仿真研究为传感器的冲击试验设计奠定了基础。     

干摩擦系统在基础位移冲击激励下的特性

本文给出了具有软化弹簧特性的干摩擦隔振系统隔离基础位移冲击激励的理论分析和结果,分析结果表明干摩擦隔冲系统远优于线性阻尼系统,隔冲效果很明显.     

轴向冲击下圆柱壳非轴对称屈曲耗散能分析

主要研究受轴向冲击圆柱壳非对称屈曲耗能,从轴向屈曲变形、环向屈曲变形和轴向压缩变形3个角度进行理论推导. 结果表明: 环向屈曲变形能随屈曲折叠边数增加有减小趋势, 且占总耗能比例很小,可知圆柱壳受轴向冲击屈曲过程中外力做功主要转变为轴向变形能,环向屈曲变形消耗外力功很少.     

冲击压缩LY12铝向不同充气介质卸载后的光反射率实验研究

用二级氢气炮作为冲击压缩加载工具和多通道瞬态辐射高温计作为主要测量系统,对装有初始压力为6 MPa和1.2 MPa的氦气、氘气和氢氘混合气体冲击压缩等离子体的光谱幅亮度历史进行了测量。根据实测记录信号波形的有关特征量,拟合得到了冲击压缩LY12铝基板表面光反射率R。结果发现：受冲击LY12铝基板表面对340~800 nm波长向不同充气介质氦气、氘气和氢氘混合气体等离子体卸载后的光反射率为约0.4,为静态下铝基板反射率(约0.8)的一半。并对动态加载下反射率降低的机理进行了探讨。     

基于三维Hopkinson杆的混凝土动态力学性能研究

混凝土、岩石类材料在复杂应力状态下的动态力学性能研究一直备受关注,但鉴于动态实验的复杂性,对真三轴应力状态下材料的动态加载一直未曾实现。本文中研制了一套真三轴静载作用下混凝土、岩石类材料的“三维Hopkinson杆”动态力学实验系统,为冲击载荷作用下材料动态各向异性特性的研究提供了一种有效的实验测试技术。该系统采用液压伺服控制对立方体试件施加三向独立的0~100 MPa真三轴静载,再利用分离式Hopkinson压杆对试件施加冲击动载,具体研究了C30混凝土材料在不同真三轴静载条件下的动态压缩性能,得到了不同条件下X、Y、Z方向上的动态应力应变关系。     

冲击载荷下混凝土动态力学性能研究进展

系统总结了国内外研究者在混凝土动态抗压强度、抗拉强度和平板冲击实验研究方面所取得的最新进展,在此基础上分析了适用于冲击问题的混凝土本构模型的构建要素。对有代表性的用于数值模拟冲击问题的几个混凝土本构模型,如J-H模型、Forrestal模型、RHT模型和Malvar模型等。从极限面、状态方程以及损伤的定义及其演化等方面进行了深入分析,据此分析总结了混凝土动态本构模型的研究状况及发展趋势。     

复合干摩擦的准零刚度隔振系统的亚谐共振

利用增量平均法研究了复合干摩擦阻尼器的准零刚度非线性隔振系统在外部简谐激励作用下的1/3次亚谐共振. 首先利用平均法得到了复合干摩擦的准零刚度隔振系统的主共振近似解析解, 然后在系统主共振近似解析解的基础上将系统的亚谐共振响应看作增量, 并利用平均法得到了准零刚度隔振系统的亚谐共振近似解析解. 利用李雅普诺夫方法得到了准零刚度隔振系统主共振和亚谐共振稳态解的稳定性条件, 并推导了系统1/3次亚谐共振的存在条件. 根据近似解析解分别得到了复合干摩擦的准零刚度隔振系统的主共振和亚谐共振力传递率. 利用数值解验证了准零刚度隔振系统主共振和亚谐共振近似解析解的准确性. 利用系统的近似解析解详细分析了准零刚度参数和干摩擦力对系统主共振和亚谐共振的幅频响应以及力传递特性的影响. 分析结果表明, 通过选取合适的干摩擦力参数, 可以消除准零刚度隔振系统在主共振区域的亚谐共振. 通过复合干摩擦阻尼器不但可以提高准零刚度隔振系统在低频区域的振幅抑制效果, 而且可以降低准零刚度隔振系统的起始隔振频率, 但是会增大系统在有效隔振频带内的力传递率.      

Dynamical transition in a nonlinear two-level system driven by a special hyperbolic-secant external field

Nonlinear Dynamics - We propose an exact solution to a linear two-level system with the existence of a special hyperbolic secant external field and elucidate its transition dynamics. We then extend...     

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。     

含机械调频式动力吸振器的准零刚度隔振系统隔振性能分析

基于动力吸振器原理,在单自由度准零刚度隔振器基础上耦合可调频动力吸振器构成两自由度隔振系统。首先,对动力吸振器工作原理进行理论分析并提出其力学模型;其次,通过静力学分析,推导出系统满足零刚度条件时,各参数间的关系并分析其对系统刚度特性的影响;然后,建立两自由度隔振系统非线性动力学方程,利用谐波平衡法进行幅频响应解析分析,得到力传递率表达式;最后,数值分析动力吸振器阻尼、刚度、质量、激励力幅值和弹簧片有效长度对力传递率的影响规律,并与单自由度准零刚度隔振系统及两自由度线性隔振系统对比分析。结果表明：通过选择适当的动力吸振器参数不仅可以减小系统的起始隔振频率,增宽隔振频带,且还能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,实现激励频率的可适应性。     

STOCHASTIC DISCRETE MODEL OF TWO-STAGE ISOLATION SYSTEM WITH RIGID LIMITERS

The possible intermittent impacts of a two-stage isolation system with rigid limiters have been investigated. The isolation system is under periodic external excitation disturbed by small stationary Gaussian white noise after shock. The maximal impact Poincare map is proposed based on the multi-body dynamics with unilateral constrains. Then in the period after shock, the zero order approximate stochastic discrete model and the first order approximate stochastic model are developed. The real isolation system of an MTU diesel engine is used to evaluate the established model. After calculating of the numerical example, the effects of noise excitation on the isolation system are discussed. The results show that the property of the system is complicated due to intermittent impact. The difference between zero order model and the first order model may be great. The effect of small noise is obvious. The results may be expected useful to the naval designers.     

The impact of the concave distribution of rolling friction coefficient on the seismic isolation performance of a spring-rolling system

A complex yet realistic nonuniform rolling friction force distribution of a spring-rolling isolation system could lead to great complexity in determining its seismic response. This paper investigates the isolation performance of a spring-rolling isolation system assuming that the rolling friction force gradually and linearly increases with the relative displacement between the isolator and the ground. A series of ground motions with different characteristics were applied to this system. The analysis results show that the considered concavely distributed friction force is capable of dissipating the earthquake energy, and it is also able to modify the structural natural period. These merits combined help to improve the isolating efficacy of the spring-rolling isolation system compared with scenarios with uniform distribution pattern, and more importantly lead to a relatively optimum isolation state, avoiding a sudden amplification of the structural seismic response, regardless of the input motion characteristics.     

并联式承载减振一体的整星隔振研究

整星隔振是一种改善卫星振动环境的有效措施,传统整星隔振方案主要通过在卫星与火箭之间插入柔性、高阻尼结构.该方案因串联柔性元件,在实现减振的同时,也导致卫星分支(卫星、卫星支架、过渡支架)及整个运载火箭的模态频率大幅降低和卫星振动位移的显著增大.前者严重影响运载火箭飞行特别是末级飞行的稳定性;后者则会大幅减小卫星与整流罩的动态间隙,严重时可能导致卫星与整流罩碰撞.为了解决串联式整星隔振存在的问题,本文提出了一种在原主承力(过渡支架)结构中并联阻尼元件的整星隔振方案,该方案不改变卫星分支结构形式、连接关系,不影响卫星分支主承力结构的强度和刚度.根据柔性航天器的特点,建立了多自由度系统动力学模型,通过仿真分析研究了不同阻尼特性对系统共振频率附近传递特性的影响,得到了增大阻尼可有效改善系统各阶共振频率附近的振动传递特性.根据某运载火箭的外激励特点、过渡支架结构形式、卫星减振需求,设计的一种黏性阻尼器及其安装支架,通过在过渡支架均匀分布8个减振单元,构建了并联式承载减振一体的整星隔振方案,有限元分析和试验结果表明,该方案与无减振状态相比,卫星分支频率变化小于±5％,共振频率处传递特性改善30％~40％.      

Cascaded quasi-zero stiffness nonlinear low-frequency vibration isolator inspired by human spine

Human motion induced vibration has very low frequency, ranging from 2 Hz to 5 Hz. Traditional vibration isolators are not effective in low-frequency regions due to the trade-off between the low natural frequency and the high load capacity. In this paper, inspired by the human spine, we propose a novel bionic human spine inspired quasi-zero stiffness (QZS) vibration isolator which consists of a cascaded multi-stage negative stiffness structure. The force and stiffness characteristics are investigated first, the dynamic model is established by Newton’s second law, and the isolation performance is analyzed by the harmonic balance method (HBM). Numerical results show that the bionic isolator can obtain better low-frequency isolation performance by increasing the number of negative structure stages, and reducing the damping values and external force values can obtain better low-frequency isolation performance. In comparison with the linear structure and existing traditional QZS isolator, the bionic spine isolator has better vibration isolation performance in low-frequency regions. It paves the way for the design of bionic ultra-low-frequency isolators and shows potential in many engineering applications.

     

Force and displacement transmissibility of a quasi-zero stiffness vibration isolator with geometric nonlinear damping

A geometric nonlinear damping is proposed and applied to a quasi-zero stiffness (QZS) vibration isolator with the purpose of improving the performance of low-frequency vibration isolation. The force, stiffness and damping characteristics of the system are presented first. The steady-state solutions of the QZS system are obtained based on the averaging method for both force and base excitations and further verified by numerical simulation. The force and displacement transmissibility of the QZS vibration isolator are then analysed. The results indicate that increasing the nonlinear damping can effectively suppress the force transmissibility in resonant region with the isolation performance in higher frequencies unaffected. In addition, the application of the nonlinear damping in the QZS vibration isolator can essentially eliminate the unbounded response for the base excitation. Finally, the equivalent damping ratio is defined and discussed from the viewpoint of vibration control.     

含立方刚度和滞回的隔振系统动力学特性分析 1)

包含立方刚度和Bouc-Wen 型滞回的隔振系统具有复杂的非线性动力学特性。系统无阻尼响应模型可基于无滞回恢复力建立,利用谐波平衡法和泰勒展开求得近似解析解。系统有阻尼响应模型可利用解析/数值联合方法求解,该方法基于谐波平衡法和Levenberg-Marquardt 迭代算法,对于滞回产生的多值非光滑函数项,先计算时域响应再通过快速傅里叶变换求解谐波项系数。上述方法在含水平绞制梁的非线性隔振系统分析中得到有效应用。分析表明,在Bouc-Wen 型滞回和立方刚度的综合影响下,隔振系统呈现渐软–渐硬特性,滞回阻尼和线性阻尼都可以有效抑制共振,但前者高频隔振效果优于后者。