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.     

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.     

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.     

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.     

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。     

非线性因素对隔振器隔振效果影响的研究

本文在同时考虑刚度和阻尼非线性的基础上, 研究了非线性因素对隔振器隔振效果的影响;获得了同时考虑立方刚度非线性和椭圆阻尼非线性的非线性系统运动响应和传递率计算公式;讨论了非线性因素对系统运动响应和传递率的影响.     

航空遥感惯性稳定平台振动特性分析与隔振系统设计

针对航空遥感三轴惯性稳定平台隔离高频线振动的要求,在振动环境分析的基础上,以振动传递率为评价指标,对周期性干扰下惯性稳定平台的一次和二次隔振系统动力学模型进行了Matlab仿真及振动特性分析,进而对某轻小型惯性稳定平台的隔振系统进行了设计,最后为验证隔振系统效果,对惯性稳定平台进行了振动测试实验。实验结果表明:惯性稳定平台在受到30~500 Hz的外界干扰时能够平稳工作,且指向精度保持在0.2°以内,表明隔振系统设计合理有效。     

一类液固混合介质隔振器的动力学特性研究

液固混合介质隔振器基于一种全新的工作机理,具有优良的隔振系统动力学特性.混合介质由一类几乎不可压缩液体和许多可压缩的固体单元混合而成.当振动、冲击发生时, 液体将动压力瞬间传递到所有单元体上,使它们同时参与变形,从而有效隔离振动,大幅度吸收、损耗冲击能量;若设计得当,这类隔振器可同时具有卓越的隔振和缓冲性能.以空心橡胶球作为固体单元体, 分析了该单元体在有限变形情况下的变形规律,分析了隔振器的非线性刚度特性; 采用MTS液压伺服试验系统进行了测试验证,理论分析和试验结果具有较好的一致性. 建立了系统的非线性动力学方程,采用多尺度摄动法获得了系统的频响特性, 发现系统具有软弹簧非线性动力学特性,并在试验中得到了证实; 因为弹性恢复力中存在位移平方项,通过试验和数值仿真进一步验证了系统响应的非对称性.     

导管架式海洋平台阻尼隔振及减振技术研究

分析和研究了导管架式海洋平台结构采用阻尼隔振技术的基本原理,建立了阻尼隔振体系简化计算模型,推导了两自由度简化模型,采用强行解耦方法计算结构第一振型阻尼比的计算公式,研究了隔振层参数与结构阻尼比的关系以及它们对结构整件和隔振层层间相对位转的控制效果,进行了在波浪力和地震工况下的数值模拟,结果表明,阻尼隔振方案是导管架式海洋平台的一种有效减振措施,当阻尼隔振层刚度较大时,可以有效控制平台结构的振动。     

基于尺寸效应的FG-SMA微梁非线性自由振动特性研究

形状记忆合金具有相变温度低、输出应力高、能耗小、驱动电压低、可恢复应变大、生物相容性好等特性.随着形状记忆合金制备技术的进一步发展,有学者提出将功能梯度形状记忆合金材料用于微机电系统等智能微结构,将使其具有更优良的特性.因此开展机电多场耦合功能梯度形状记忆合金微结构的非线性自由振动特性研究具有重要研究价值.论文基于冯卡门几何非线性理论,综合考虑静电力和分子间作用力的影响,考虑尺寸效应,基于修正偶应力理论,建立两端固定的功能梯度形状记忆合金微梁模型,对功能梯度形状记忆合金微梁相变前后的机电耦合非线性自由振动问题进行深入研究,分析了尺寸效应参数、几何结构参数和相变参数等对功能梯度形状记忆合金微梁自由振动特性的影响.     

基于菱形压电作动器和内模控制策略的 微振动隔振研究

提出了一种以菱形压电作动器为隔振元件,并结合内模控制策略的微振动主动隔振方法.首先设计并分析了菱形压电作动器,分析其力电耦合特性;以单自由度主动隔振系统为例,建立了隔振系统的动力学模型.在此基础上,设计了基于内模控制的主动隔振策略,进行了含有模型误差、迟滞等多工况的数值仿真分析.仿真结果表明,隔振位移传递率最大可达94％.菱形压电作动器结合内模控制策略的振动主动控制技术具有较好的隔振能力,为进一步微振动平台的主动隔振设计与实验研究奠定了基础.     

含慢变参数的非线性振动系统的振动特性

慢变参数的振动系统一类典型的非线性系统，工程上的许多振动都于这一类，由于慢变系统的质量、刚度、干扰力等参数是随机时间缓慢的，另一般的参变系统有本质的不同，因此需根据咖以研究。本文讨论了慢变系统的分析方法。同时结合提升机罐笼与钢丝强组成的系统和慢变刚度的转子系统对自汉的和非自治的慢变系统的的夺动特性进行了研究，提出育夺区时的振幅的具体方法。     

基于尺寸效应的FG-SMA微梁非线性自由振动特性研究

形状记忆合金具有相变温度低、输出应力高、能耗小、驱动电压低、可恢复应变大、生物相容性好等特性。随着形状记忆合金制备技术的进一步发展,有学者提出将功能梯度形状记忆合金材料用于微机电系统等智能微结构,将使其具有更优良的特性。因此开展机电多场耦合功能梯度形状记忆合金微结构的非线性自由振动特性研究具有重要研究价值。本文基于冯卡门几何非线性理论,综合考虑静电力和分子间作用力的影响,考虑尺寸效应,基于修正偶应力理论,建立两端固定的功能梯度形状记忆合金微梁模型,对功能梯度形状记忆合金微梁相变前后的机电耦合非线性自由振动问题进行深入研究,分析了尺寸效应参数、几何结构参数和相变参数等对功能梯度形状记忆合金微梁自由振动特性的影响。     

Bingham 流体中蛋白质气泡动力学特性研究

根据粘弹性蛋白质气泡有限变形的应力方程,利用Bingham流体的本构关系,得到Bingham流体中蛋白质气泡在内外压力差、弹性有限变形应力及粘性耗散产生的应力共同作用下内径的非线性振动方程.运用数值方法求解该方程,对蛋白质气泡有限变形的振动特性进行分析.研究了流体的静压力、Bingham流体的特性参数、蛋白质膜的粘弹性对蛋白质气泡振动特性的影响.结果表明,蛋白质气泡膜的振动具有非线性特性,降低气泡内外的压力差,振幅减小,振幅随时间衰减变慢,振动频率降低,平衡时气泡变形小,变形达到平衡时所需的时间也相对较短;增加Binghain流体的塑性粘度会使振幅衰减速度加快,频率降低,平衡时气泡变形小;增加蛋白质膜的粘弹性会抑制气泡的振动,增强气泡承受载荷的能力.     

振动摩擦机理及其非线性动力学特性

本文揭示了振动工况下散体物料的振动摩擦机理,给出了振动参数与土壤内摩擦力的关系曲线,并用数值试验方法模拟了复杂的振动摩擦压实过程,分别给出了振频和振幅对土壤孔隙比和轴向应力均值的关系曲线,验证了振动压实减摩机理的正确性.结果表明:松散物料在振动工况下,其颗粒间的摩擦力由静摩擦力转变为动摩擦力,随着振频和振幅的增加,摩擦阻力减小,从而土的内摩擦力减小,并且存在最优的振动强度使土壤在振动压实过程中的内摩擦力最小.建立了基于振动压路机的振动摩擦系统非线性动力学模型,利用渐进法得到了振动压实过程的共振响应和非共振响应.     

基于并联平台的卫星微振动控制研究进展

高分辨率已经成为了目前我国卫星发展的一个重要方向,在这进程中必须要攻克的一个重要技术难题就是对卫星微振动的控制.首先综述了国内外在使用并联平台解决微振动控制问题方面的发展情况,主要是平台研制及性能情况对比,对比发现,基于并联平台的微振动控制技术我国目前相比于国外还存在一定差距.然后对并联平台的典型构型设计、动力学建模、控制系统设计、平台优化以及地面模拟试验等研究进行了详细的总结.最后对我国微振动控制技术未来需要进一步深入研究的问题提出了展望.     

微尺度悬臂梁非线性振动实验研究与理论分析

为研究微梁非线性振动的尺度效应,采用前后扫频方式,针对不同厚度微尺度金属镍悬臂梁开展了主共振与超谐波共振实验研究,获得了各阶共振幅频特性曲线。建立了考虑几何大变形和非线性惯性效应的修正的偶应力Euler-Bernoulli悬臂梁模型,采用多尺度法中的多维Lindstedt-Poincaré法(多维L-P法)求解理论模型获得了各阶幅频响应方程,并分析了材料尺度常数、阻尼和激励力对系统的影响。通过理论结果与实验结果的对比,验证了微梁非线性振动的尺度效应。实验结果表明,微梁的主共振具有显著的软化特性,微梁的次共振中第二阶、第三阶、第四阶、第五阶和第六阶振动发生超谐波共振。     

被动隔振体非线性振动的能量迭代解法

研究了由基础振动激励、弹性材料隔离的被动隔振体的强非线性动力响应。用变形的三次多项式函数表征隔振材料的非线性刚度特性,建立了被动隔振体的非线性动力学方程,得到有阻尼受迫振动Duffing方程。将求解强非线性自治系统的能量迭代方法加以改进,推广应用到强非线性非自治系统,求出周期响应的近似解析解表达式,以及幅频关系、相频关系和隔振系数的近似表达式。算例中应用本方法与Runge-Kutta方法进行了对照,结果表明求解精度较高。本文利用计算机进行了辅助推导。     

一种全金属六自由度隔振平台的研究

低频振动衰减速度慢难以控制, 严重影响高端装备的精度、稳定性和可靠性. 线性隔振器因承载能力和隔振频带之间的固有矛盾无法有效隔离低频振动. 因此, 可通过引入非线性获得等效负刚度和非线性刚度构建准零刚度隔振器, 以实现低频隔振. 折纸结构具有双稳态、负泊松比和负刚度等独特的力学特性, 近年来得到了广泛关注. 受堆叠三浦折纸(stacked Miura-ori, SMO)启发, 提出了一种新型SMO隔振器, 由SMO结构和线性弹簧并联构成. 基于能量法推导了SMO结构的势能方程, 获得了竖直方向的力-位移关系, 揭示了SMO结构大行程负刚度机理. 研究了无应力条件下不同初始角和折痕刚度比对SMO隔振器的恢复力的影响规律, 阐明了SMO隔振器非线性刚度调节机制. 建立了SMO隔振器的理论模型, 基于谐波平衡法推导了位移传递率. 通过数值仿真研究了不同负载下的低频隔振性能. 最后研制了SMO隔振器的原理样机, 试验验证了SMO隔振器的恢复力和低频隔振性能. 结果表明, 折纸隔振器峰值频率可低至1.52 Hz, 最小峰值传递率为1.29. 本研究为低频折纸隔振结构的设计提供了一种新思路.

     

含ER流体板结构的振动特性研究

本文制作了含电流变体夹层梁和模拟飞机蒙皮结构的含电流变体加筋层合板,采用响应幅频法,测试了在不同电场强度梁和层合加筋板结构各阶固有频率和振幅的变化;并着重测试了加筋层合板结构在改变板材料、电流变体作用面积等条件时各阶频响特性的变化。实验结果表明,随着电场强度的增加,夹层梁的频响特性有很大变化;而层合板的固有频率变化不大,但振幅却有显著变化,其中铝－层合加筋板的频响幅值的变化率达到５０．１％。