带限位隔离系统抗冲击性能分析

为了提高舰载设备的抗冲击性能,改善限位参数不匹配造成的二次冲击问题,利用ANSYS中带有间隙的弹簧单元构建带限位隔离系统的仿真计算模型,分析阻尼参数尤其是大阻尼限位对隔离系统冲击响应的影响。研究结果表明:对于任意一确定刚度比,即限位器与隔离器的刚度之比,都存在一个最优阻尼比,使得隔离系统的加速度响应幅值最小,并且最优阻尼比随刚度比增大而增大。适当的限位器阻尼可改善隔离系统的冲击性能,特别是大阻尼限位系统不仅能够有效限制相对位移响应幅值,而且能够大幅降低加速度响应幅值,有效提高舰载设备的抗冲击性能。     

一种采用TiNi合金柱壳的抗冲击装置设计

利用TiNi形状记忆合金材料及橡胶高聚物,组合设计了适用于潜艇平台的可反复使用的抗冲击装置,并对其在不同冲击脉宽和峰值作用下的抗冲击特性进行了数值研究,结果表明该抗冲击装置对冲击加速度的衰减高于95%,可以对100kg左右的机电设备提供有效的抗冲击防护.将该装置与传统的线性弹簧抗冲击系统进行了比较,其相对变形量及加速度响应均小于线性抗冲击系统,更为重要的是,变形过程中的能量滞回能够有效的衰减振动能量,使振动幅值迅速减小.     

限位器对隔振系统抗冲击性能的影响

水面舰艇特别是潜艇在战斗条件下的主要威胁来自水中爆炸物的非接触性爆炸,选用抗冲击性能好的设备和对设备采取冲击防护措施可以保证艇上设备的安全性,使用隔振装置就是一种较好的冲击防护措施。对于通常的隔振装置,在一定的冲击作用下,设备的相对位移响应较大,可能超过了设备外接管线的变形能力,甚至超过了隔振器本身的极限变形能力。在隔振装置中使用限位器可以有效地限制设备的最大相对位移。通过对弹性限位器各参数(工作间隙和刚度)对隔振系统抗冲击性能(设备的最大加速度和最大相对位移)的影响的探讨,提出了限位器各参数的确定方法。对浮筏隔振系统中限位器的参数进行设计,应用MSC.NASTRAN 软件对具有限位器和没有限位器的浮筏隔振系统冲击响应进行计算,分析了限位器对浮筏隔振系统抗冲击性能的影响。     

Ruzicka隔振器在冲击隔离中的特性和作用

传统的隔振器是在保证隔振效果的前提下再考虑抗冲击问题,所以一般刚度较小,冲击隔离率虽高,却容易造成较大的相对位移,而在附加限位器后,由于刚度突变,又容易引起二次冲击。建立Ruzicka抗冲系统模型,在能量守恒定律的前提下,得到传统的及Ruzicka抗冲系统的缓冲系数。结果表明,在某些参数域内,Ruzicka隔振器具有更优的抗冲性能。文中对Ruzicka抗冲系统进行无量钢化,以基础加速度半正弦波作为冲击输入,计算系统在不同参数条件下的冲击响应,得到具有较高抗冲击性能的参数域。冲击响应的计算也表明了在传统抗冲系统严重失效的情况下,Ruzicka隔振器仍然将被隔离设备的最大加速度和相对位移限制在允许的范围内。     

带限位器单层隔振系统冲击响应研究

在舰艇设备中,通常采用隔振系统来吸收冲击所带来的能量,为了限制设备受到冲击载荷时发生过大变形,隔振系统通常带有限位器。以单自由度单层隔振系统为研究对象,采用时域有限元分析方法,分别对带有不同阻尼限位器的隔振装置受到水下爆炸载荷冲击下的响应进行数值仿真研究,计算得出隔振系统在冲击载荷作用下的相对位移响应和绝对加速度响应,分析了限位器参数对冲击响应的影响,旨在为舰艇设备抗冲击性能设计及性能评估提供参考。     

水下非接触爆炸抗冲击缓冲平台性能研究

为有效测量水下非接触爆炸试验中舰船及设备的抗冲击性能,保护测量设备在冲击环境下能够安全使用,根据设备冲击输入设计和研制了抗冲击缓冲平台,以减小舰船设备在水下非接触爆炸冲击作用下受到的冲击.按照要求的缓冲平台设计载荷和缓冲效率,进行缓冲器刚度的选择和结构设计,利用仿真运算设计工况.经海上实爆冲击试验验证,该缓冲平台能有效...     

粘性阻尼在软特性刚度隔冲系统中的作用研究

长期以来,一直认为对于持续时间很短的(毫秒范围内)的冲击,阻尼对最大的结构响应没有显著的影响,因此隔冲系统通常都只是从刚度上进行设计。随着磁流变/电流变阻尼器等的出现,在冲击隔离中使用阻尼或半主动阻尼逐渐成为研究的热点。但主要集中在地震防护等冲击持续时间较长或只关心相对位移幅值的应用中。而对于舰船设备这类,遭受持续时间很短(十毫秒量级)的冲击,但又对冲击隔离效率和相对位移幅值都有严格要求的冲击隔离问题,这方面的研究很少,通过对粘性阻尼在软特性刚度隔冲系统中的作用的研究,表明阻尼可以改善软特性刚度隔冲系统的隔冲性能,但是,随着刚度的软特性的增强,阻尼对隔冲性能的提升作用随之下降。     

非线性系统带集中质量悬臂梁易损件跌落冲击特性

以三次非线性缓冲包装系统为研究对象,建立系统跌落冲击动力学方程;综合龙格-库塔和有限元法设计动力学方程的求解算法;探讨了集中质量和主体振动频率对易损件响应的影响。数值分析表明:系统跌落冲击过程,易损件最大位移和加速度响应均位于悬臂梁自由端,易损件与主体连接部内应力最大;易损件相对主体质量较小时,系统耦合作用对易损件响应影响不明显;随集中质量增加或主体振动频率向易损件第一阶固有频率接近时,易损件内应力响应、自由端相对位移响应幅值显著增大。在含弹性易损件产品系统包装设计中,连接部的内应力和易损件相对位移是关注的重要参数。研究结论可为带集中质量悬臂梁产品缓冲包装设计提供理论依据。     

船舶浮筏隔振系统冲击响应的时域计算

舰艇特别是潜艇在战斗条件下的主要威胁来自水中非接触性爆炸,选用抗冲击性能好的设备和对设备采取冲击防护措施可以保证艇上设备的安全性,即这些措施可以限制冲击作用时设备与基座之间的最大相对位移以及设备的最大加速度,使用隔振装置就是一种较好的冲击防护措施.因此在隔振装置的设计阶段必须对其抗冲击性能进行校核,从而保证隔振装置的抗冲击性能.各种有限元分析软件例如MSC.NASTRAN软件可以应用于隔振装置的抗冲击性能校核.应用MSC.NASTRAN软件及其前后处理模块MSC.PATRAN对旅游船上柴油发电机组浮筏隔振装置进行有限元建模和分析,首先对筏体和浮筏隔振系统模型进行理论模态分析和计算,且计算结果和试验结果吻合较好;接着对浮筏隔振系统模型进行瞬态响应分析,从而考核该装置的抗冲击能力.以旅游船浮筏隔振装置为分析对象的目的在于探讨舰艇浮筏隔振装置抗冲击性能校核的时域计算方法,分析计算方法可用于舰艇隔振抗冲装置抗冲击性能的分析计算.     

粘性阻尼在硬特性刚度隔冲系统中的作用

长期以来,一直认为对于持续时间很短的(毫秒范围内)的冲击,阻尼对最大的结构响应没有显著的影响,因此隔冲系统通常都只是从刚度上进行设计.随着磁流变/电流变阻尼器等的出现,在冲击隔离中使用阻尼或半主动阻尼逐渐成为研究的热点.但主要集中在地震防护等冲击持续时间较长或只关心相对位移幅值的应用中.而对于舰船设备这类,遭受持续时间很短(十毫秒量级)的冲击,但又对冲击隔离效率和相对位移幅值都有严格要求的冲击隔离问题,这方面的研究很少,通过对粘性阻尼在硬特性刚度隔冲系统中的作用的研究,表明阻尼可以明显改善隔冲系统的隔冲性能,同时也发现刚度的硬特性的增强可以提升阻尼在冲击隔离中的作用.     

粘弹性支座RC梁在低速冲击下的动力响应计算

给出了基于Hertz接触理论的冲击体与梁结构之间的局部接触力-接触变形关系。根据弯曲理论,建立了具有粘弹性支座钢筋混凝土梁在低速冲击作用下的弹塑性动力响应计算方法,并通过算例分析了冲击速度、支座刚度和支座阻尼对动力响应的影响。分析发现:梁的总位移随冲击速度增大而增大,当冲击速度足够大时梁将出现塑性变形。支座条件对梁的动力响应有较大影响,梁的总位移最大值随支座刚度增大而减小,而相对位移最大值随支座刚度增大而增大,振动频率随支座刚度增大而明显增大;梁的总位移最大值随支座阻尼增大而减小,相对位移最大值随支座阻尼变化不明显,位移幅值衰减值随支座阻尼增大而增大,但振动频率不受支座阻尼影响。结果表明:采用粘弹性支座既能减小钢筋混凝土梁的相对位移幅值,又能加速梁的位移幅值衰减,提高了梁结构的抗冲击能力。     

基座刚度对设备隔振器限位引起的二次冲击影响特性研究

隔振器作为舰用设备抗冲击的重要防护手段被广泛应用,而带有限位功能的隔振器在特定情况下所产生的二次冲击问题也是目前抗冲击设计所关注的主要问题之一。带有限位功能的隔振器可能会产生二次冲击效应,因此合理选择限位器刚度及设置限位位移,以确保冲击响应允许的条件下合理选择两种参数。同时,在研究设备抗冲击性能时是否考虑设备安装基座刚度,对设备抗冲击研究结果影响较大。以单自由度和双自由度无阻尼系统为研究对象,基于分段函数研究的方法,分析基座刚度对冲击响应的影响及不同限位器刚度及限位距离对冲击响应的影响,提供更为准确选择限位隔振器的依据。     

带限位隔振系统的冲击响应分析

为了提高舰载设备的抗冲击性能,改善限位参数不匹配造成的二次冲击问题,建立了八参数可独立设置的带限位隔振系统数学模型,利用四阶龙格库塔的方法进行冲击仿真计算,并与冲击试验结果进行对比,分析了限位器参数(刚度比,安装间隙)对冲击响应的影响。研究结果表明:当刚度比足够大,存在一个使系统加速度响应取得最大值的特殊间隙,称为共振间隙。共振间隙的存在,增大了系统的加速度响应,加剧了系统的冲击碰撞,但可以通过选择更小的安装间隙,匹配合理刚度比来有效的避免共振间隙现象的产生,进而可以有效的提高舰载设备的抗冲击性能。     

船用新型多层负刚度冲击隔离器性能分析

提出一种由多层负刚度余弦形曲梁连接构成的新型高性能舰船设备冲击防护装置,其抗冲击机理是基于两端刚性固定余弦形曲梁横向压载下的非线性力学特性。给出了余弦形曲梁横向压载下力-位移关系解析表达式。建立了针对余弦形曲梁几何参数的优化模型,对最优解进行有限元分析并与解析解进行了比较。建立多层双余弦梁负刚度结构与船体板架的有限元模型,利用显式瞬态分析方法对该系统在三折线冲击谱冲击载荷下的响应进行了分析,探讨层数及安装方式对装置抗冲性能的影响。结果表明:所提出的冲击隔离装置性能优良;随着负刚度梁层数的增多,抗冲击性能增强;层数相同时,将一定长度的该结构分离为两部分安装,抗冲击性能更佳。该研究成果可指导负刚度抗冲击结构的设计,具有实际意义。     

加速度冲击校准研究

文章将加速度冲击校准分为绝对法、相对法和比较法进行介绍,并给出了几种半正弦冲击脉冲激励装置的激励范围及校准装置的测量范围和测量不确定度。所提出的加速度类比法系冲击校准新方法,是相对法和比较法的结合,能对冲击加速度传感器灵敏度、幅值线性度与频率响应等进行较为准确的检定与校准。     

新型恒力末端执行机构力学特性研究

单根纵向受载变形梁与线性螺旋弹簧并联使用,提出一种可实现恒力输出的新型末端执行机构。分别建立了单根受载变形梁和恒力末端执行机构的力学模型。利用解析方法参数化分析了单根受载变形梁设计参数和线性螺旋弹簧预载荷对恒力末端执行机构输出力学特性的影响。考虑恒力末端执行机构在未知环境精细操作过程中冲击载荷的影响,假设受到典型半正弦冲击载荷作用,利用四阶龙格-库塔法对恒力末端执行机构动力学方程进行求解。计算结果表明:单根受载变形梁的纵向预压缩量、自由长度和线性螺旋弹簧预载荷可调整恒力机构的输出力幅值和有效恒力范围;冲击脉冲持续时间长度和系统阻尼可影响恒力末端执行机构输出动态力的幅值和衰减时间。     

物品包装临界跌落高度与缓冲衬垫特性参数关系初探

运用经典的加速度损坏边界和新提出的位移损坏边界理论，研究了线性包装系统临界跌落高度与缓冲衬垫特性参数（缓冲初垫刚度、最大可压缩量）间的关系，并给出了数值解，为包装动力学理论在工程缓冲设计中的简化应用提供了一种途径和方法。     

新型准零刚度隔振系统的设计与研究

通过并联具有负刚度特性的碟形弹簧与线性正刚度弹簧,设计了一种新型准零刚度隔振系统。通过静力学特性研究,建立了系统的力-位移和刚度-位移关系表达式,获取了系统在平衡位置具有准零刚度的参数条件;通过动力学特性研究,建立了系统分别在简谐力和简谐位移激励下的非线性动力学方程,应用平均法分析了系统参数和激励幅值对系统力传递率和位移传递率的影响,并与其等效线性系统进行了比较,证明了该系统在隔离低频和超低频振动时具有优异的隔振性能,为该新型准零刚度隔振系统的设计应用提供了理论指导。     

大悬挑结构抗风拉索弹簧-阻尼减振支座性能试验与风振控制研究EI北大核心CSCD

为提高大悬挑结构的抗风性能,提出将圆柱螺旋弹簧与筒式黏滞阻尼器相结合设计形成弹簧-阻尼减振支座,并将其布置在柱顶与拉索配合起到竖向减振的作用。对该弹簧-阻尼减振支座的力学性能进行试验研究,依次开展了轴向刚度与低周往复加载试验共计61种工况,探究了静位移、位移幅值与加载频率对支座力学性能的影响,并基于有限元软件对安装弹簧-阻尼减振支座前后的体育场结构进行风振动力响应分析。结果表明:支座的轴向刚度随加载等级的增加而增大;支座的滞回耗能性能随位移幅值的增加而增大,等效阻尼比和等效刚度则随位移幅值的增大而减小;与支座性能随位移幅值的变化情况相比,其力学性能随加载频率的变化幅度更小,各个区段变化范围均小于±10%;静位移对支座的滞回耗能性能、等效刚度和等效阻尼比影响较小。弹簧-阻尼减振支座对大悬挑结构的风振响应具有显著的控制效果,最大达92.16%,平均38.79%。     

半主动控制弹簧-电磁铁隔离器的隔冲性能研究

针对恒力缓冲装置有效隔冲距离短、受系统阻尼影响大的缺点,提出一种新型半主动控制弹簧-电磁铁(SSEM)隔离器。其主要控制原理:通过不同控制方法来调节磁力大小和方向来适应特定冲击环境。根据SSEM隔离器控制原理,建立SSEM隔离器非线性运动微分方程;使用参数展开法求解方程获得近似解析解,并且解析结果与四阶龙格库塔方法的数值求解结果基本一致;并与恒力缓冲装置的隔冲性能进行对比。研究结果表明,SSEM隔离器的冲击隔离性能优于被动恒力缓冲装置,前者不仅最优缓冲系数优于后者,而且其能够在冲击作用下能够快速恢复到初始平衡位置。