离心机振动台复合环境实验系统的隔振研究

离心 振动复合环境实验系统由振动台安装在离心机机臂上构成 ,离心机提供线加速度环境 ,振动台提供振动环境 ,在振动台与离心机臂之间容易产生耦合 ,影响复合环境的实现。本文考虑将振动台垂臂安装于离心机臂上 ,根据模态试验结果 ,将离心机臂简化为单自由度系统 ,建立了振动台系统数学模型 ,分析了振动台与离心机机臂间的连接刚度和连接阻尼对隔振的影响 ,并设计了减振器 ,分析表明具有较好的隔振效果     

引力波探测中的被动隔振系统

介绍了引力波探测实验中的被动隔振系统的基本原理和研究现状,讨论其性能及特点.低频被动隔振系统,如七级气体弹簧隔振系统,多级隔振堆,四级悬臂弹簧隔振系统以及三级弯曲弹簧隔振系统在10Hz以上,都具有好的隔振性能;倒摆、折叠摆、 X摆和锥摆等超低频水平隔振系统实现了几十秒的共振周期;建立在对称扭杆弹簧系统基础上,构思新颖的被动垂直隔振系统克服了传统被动垂直隔振系统无法解决的困难,实现了超低频被动垂直隔振.      

汽车悬架隔振性能-混沌特征关系的实验分析

给出了汽车隔振基本原理,提出了悬架振动的混沌描述问题。采用汽车制动-悬架隔振效率实验台获取了实验汽车前、后悬架的振动曲线,对其计算了系统参数如一阶固有频率和阻尼比,并计算了混沌参数如最小嵌入相空间维数Mmin和关联维D2,获得了汽车悬架的隔振性能-混沌参数-系统参数三者之间的对应关系。研究结果表明:①对于吉普车型,可采用最小嵌入相空间维数Mmin评价前悬架隔振性能的变化,Mmin值越小,隔振性能趋差,对应于前悬架的刚度和阻尼值越小。②对于不同车型,可采用关联维D2区分吉普车型或轿车型的悬架,吉普车型的D2值高于轿车型。     

介电弹性作动器主动隔振模糊控制试验研究

采用模糊控制策略,开展介电弹性作动器的主动隔振性能试验研究。基于介电弹性材料的Maxwell应力模型建立了作动器的力电耦合模型,分析了作动器的非线性特性;针对隔振系统设计了Mamdani型模糊控制器,建立了控制电压信号与振动响应之间的关系;在此基础上,开展了介电弹性作动器主动隔振试验研究,并与加速度反馈控制进行了对比。试验结果表明,在相同驱动电压的情况下,基于模糊控制策略的主动隔振性能要优于加速度反馈控制,且能够显著降低由于非线性驱动力导致的倍频响应幅值,有助于提高隔振系统的稳定性。     

实验建模方法在金属橡胶隔振系统分析中的应用

本文结合金属橡胶隔振系统的性能特点，利用静态实验数据建立数学模型，求解隔振系统的运动微分方程，并根据方程的数值解分析金属橡胶隔振系统的动静态特性，该建模方法减少了理论误差，提高了建模业度，为金属橡胶隔振系统的动静态特性研究提出了一种新思路。     

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。     

气动八作动器隔振平台的主动隔振研究

多自由度隔振平台可以有效地隔离运载器传递到卫星的振动载荷。本文采用气动八作动器隔振平台实现卫星的六自由度隔振。首先应用牛顿欧拉法建立了气动八作动器隔振平台的动力学模型,设计了平台的主动控制律,然后对平台的主、被动隔振特性进行了仿真分析。仿真分析和实验结果显示主动隔振使平台各方向的低频隔振性能均得到改善。     

惯容器对隔振系统动态性能影响研究

本文设计了一种滚珠丝杠惯容器及ISD隔振系统,通过实验研究了惯性轮的转动惯量对惯容值的影响;同时,分析了滚珠丝杠惯容器的机械动力学特性,推导了ISD隔振系统的振动传递率计算公式,探讨了惯容器对ISD隔振系统动态特性的影响。在电机被动、主动和混合隔振工况下,开展了弹簧阻尼系统和ISD隔振系统的振动性能对比实验,验证了惯容器对振动系统固有频率和减振效果的影响规律。研究结果表明,惯容器可降低振动系统的固有频率,使共振频率向低频移动,共振振幅降低;在共振频率附近,惯容器可抑制共振振幅,惯容值越高,抑制效果越明显;ISD隔振系统在低频的减振效果优于传统的弹簧阻尼系统;随着频率比的增加,ISD隔振系统的传递率趋于稳定值,惯容器会引起高频隔振性能降低。     

非线性被动隔振的若干进展

工程中航空航天、船舶与海洋结构物及其上装备和精密仪器易受极端环境干扰和破坏,使得非线性隔振理论在近十年来迅猛发展;针对日益严峻的隔振和抗冲击等要求,工程师和科学家们已发展出各种不同的非线性隔振系统,包括主动、半主动、被动和复合隔振.利用非线性改善的被动隔振兼具传统被动隔振的鲁棒性和主动隔振的高效性成为振动控制领域的先进技术.本文主要综述了非线性隔振理论和应用的近十年进展,包括非线性隔振设计、建模、分析、仿真和实验.在隔振系统的构建中,既考虑了刚度非线性又考虑了阻尼非线性;动力学响应的研究中,既有确定性分析又有随机分析.首先提出了适用于非线性隔振系统改进的评价方式;其次综述了高静态低动态刚度隔振及其加强形式非线性阻尼加强和双层非线性隔振,混沌反控制技术、内共振影响、非线性能量阱应用等振动机制利用型隔振和非线性隔振功能材料.最后,对非线性隔振研究发展的热点和关键性问题进行了分析和展望.     

一类分段光滑隔振系统的非线性动力学设计方法

分段光滑隔振系统是一类具备分段刚度或阻尼的非线性动力学系统,在振动控制领域中具有广泛代表性,诸如限位隔振系统、分级汽车悬挂等. 分段光滑的刚度或阻尼特性能够实现隔振系统的特定动力学性能及提升隔振性能,如抑制共振响应、提升共振区隔振性能等,但是亦会给隔振系统的动力学行为带来诸多不利影响. 以分段双线性分段光滑隔振系统为理论模型,系统研究了摒除不利于隔振的非线性动力学现象设计方法,包括幅值跳跃、周期运动的倍周期分岔等. 首先,利用平均法与奇异性理论给出了主共振频响曲线拓扑特征的完整拼图. 研究结果表明,参数空间分为4 个区域,其中2 个区域存在幅值跳跃,而其产生跳跃原因分别由鞍结分岔与擦边分岔所导致;基于此提出避免主共振跳跃的设计方法. 其次,建立了隔振有效区内周期运动的庞加莱映射,通过特征值分析给出了避免倍周期分岔发生的条件,证实增大阻尼可以抑制倍周期分岔的发生. 最后通过数值仿真分析了噪声对多稳态运动的影响. 研究结果发现在噪声影响下,分段光滑隔振系统的响应会在不同稳态间跃迁,非常不利于隔振. 因此,在完成跳跃与倍周期分岔的防治设计后,应采用数值仿真校验系统是否存在多稳态运动.      

Performance of ultra-low frequency passive vertical vibration isolation system with reverse pendulum

A novel long period passive vertical vibration isolator constructed by mounting reverse pendulums on two pairs of torsion springs is presented. By theoretical analysis and numerical calculation, it is shown that the isolator can achieve much longer resonant period due to gravitational positive feedback and is smaller in size than the current torsion spring isolators with the same geometric parameters. Project supported by the Post-doctoral Foundation of Huazhong University of Science and Technology.     

Modeling,analysis, and simulation of X-shape quasi-zero-stiffness-roller vibration isolators

Existing quasi-zero stiffness (QZS) isolators are reviewed. In terms of their advantages, a novel X-shape QZS isolator combined with the cam-roller-spring mechanism (CRSM) is proposed. Different from the existing X-shape isolators, oblique springs are used to enhance the negative stiffness of the system. Meanwhile, the CRSM is used to eliminate the gravity of the loading mass, while the X-shape structure leaves its static position. The existing QZS isolators are demonstrated and classified according to their nonlinearity mechanisms and classical shapes. It is shown that the oblique spring can realize negative stiffness based on the simplest mechanism. The X-shape has a strong capacity of loading mass, while the CRSM can achieve a designed restoring force at any position. The proposed isolator combines all these advantages together. Based on the harmonic balance method (HBM) and the simulation, the displacement transmissibilities of the proposed isolator, the X-shape isolators just with oblique springs, and the X-shape isolators in the traditional form are studied. The results show that the proposed isolator has the lowest beginning isolation frequency and the smallest maximum displacement transmissibility. However, it still has some disadvantages similar to the existing QZS isolators. This means that its parameters should be designed carefully so as to avoid becoming a bistable system, in which there are two potential wells in the potential energy curve and thus the isolation performance will be worsened.

     

磁致伸缩主被动隔振装置中的磁机耦合效应研究

磁致伸缩材料和柔顺位移放大机构组成的主动驱动装置具有精度高、驱动力大等特点.将其与被动隔振装置并联,形成主被动隔振装置,可以弥补纯被动隔振在低频和微幅扰动工况下的不足.本文针对这类磁致伸缩主被动隔振装置进行磁机耦合效应研究.基于Jiles-Atherton模型,分析了磁致伸缩材料所受应力对有效磁场、磁化强度、磁致伸缩系数和材料杨氏模量的影响,表征了材料磁机耦合效应.在此基础上,建立了主被动隔振装置的动力学模型,分析了主动驱动装置与被动隔振装置间的耦合作用.在耦合作用影响下,若被动隔振装置刚度不同,即使输入磁场相同,驱动器产生的驱动位移和驱动力也不相同.磁致伸缩材料的变刚度效应使隔振装置整体等效刚度不再为定值,从而影响被动隔振效果.本文提出了通过柔顺机构参数设计减小前述两种耦合影响的方法.数值仿真结果表明,磁致伸缩主被动隔振装置在低于、接近和高于谐振频率三类扰动下,都能达到比被动隔振更好的振动抑制效果.此外,仿真结果验证了考虑磁机耦合效应的数值模型具有更高精度.      

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％。     

A torsion–translational vibration isolator with quasi-zero stiffness

Nonlinear Dynamics - In this paper, a torsion–translational quasi-zero-stiffness (TT QZS) isolator with convex ball–roller mechanisms was proposed to attenuate the torsion and...     

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.

     

Accurate modeling and analysis of a typical nonlinear vibration isolator with quasi-zero stiffness

Nonlinear Dynamics - A typical quasi-zero stiffness (QZS) vibration isolator composed of two lateral springs and a vertical spring has been widely studied previously, aiming to widen the frequency...