X型准零刚度隔振器动力学设计及分析

结合准零刚度(quasi-zero stiffness,QZS)结构和X型结构,设计了一种新型X型准零刚度隔振器(X-QZS).通过准零刚度弹簧组替换X型结构中的线性弹簧,达到超低频隔振的效果.利用拉格朗日方程建立了动力学方程,通过谐波平衡法和弧长法得到了系统响应的近似解析解并通过数值法验证了解析解的正确性.研究了系统的动力学响应和隔振性能.分析结果表明X-QZS结构在超低频范围的隔振效果能够比QZS更好,共振频率更低,隔振频带更宽.     

基于MSC Marc的空气弹簧垂向特性有限元分析

介绍不同类型的空气弹簧结构型式,利用有限元软件MSC Marc 建立空气弹簧的有限元模型,并对其进行垂向特性的分析和计算. 最后得出空气弹簧垂向刚度非线性特性的确切描述,并分析传统的弹簧与空气弹簧自振频率随载荷变化的特性.     

一种基于电磁—空气弹簧的非线性隔振器理论与实验研究

本文提出一种主要由空气弹簧和永磁体所组成的具有准零刚度特性的非线性隔振器.首先,通过分析空气弹簧和磁体的受力特性,建立隔振器力-位移关系和刚度-位移关系,揭示隔振器静态力学特性,并分析隔振器参数对系统刚度的影响规律.然后,采用谐波平衡法计算隔振器力传递率特性.结果表明,通过在适当范围内调节系统阻尼比或激励幅值,所提出的非线性隔振器在隔振频率范围内优于普通空气弹簧隔振器.最后,通过实验验证隔振器的隔振性能.该研究可为小振幅甚至微振动系统的振动隔离提供新的参考.     

基于活塞形状改变的空气弹簧特性仿真研究

研究汽车装用空气弹簧刚度优化问题,活塞形状对膜式空气弹簧刚度特性的影响较大。为了提高整车的平顺性能,建立空气弹簧简化模型,得到圆台和倒圆台活塞形状下空气弹簧的有效承载半径影响因素。利用ABAQUS软件建立安装圆柱、圆台和倒圆台活塞的空气弹簧有限元模型进行,研究了不同圆台角下圆台活塞空气弹簧的刚度特性。仿真结果表明,在一定范围内,圆台角度越大,空气弹簧刚度也越大,证明与理论分析吻合,并对空气弹簧的设计和匹配具有一定的指导意义。     

基于Marc的空气弹簧横向特性分析

为实现空气弹簧的横向特性和强度分析,基于有限元非线性接触技术,用Marc对空气弹簧的非线性横向刚度特性进行数值模拟,分析最大横向力作用下空气弹簧各部分的应力分布,横向刚度计算结果与试验结果基本一致,表明空气弹簧的建模与仿真方法的合理性,为空气弹簧优化设计和特性分析提供参考.     

精密空气弹簧隔振平台固有频率的研究

固有频率是空气弹簧隔振平台的重要物理参数之一,也是估计和衡量隔振系统隔振传递率大小的重要参数,但其理论计算与实际测试值的一致程度不易明确.以中国计量学院重中之重实验室的空气弹簧隔振平台为例,改进了隔振平台的动力学模型,得到了该隔振平台固有频率的理论值为1.28 Hz.然后,对实验得到的时域响应曲线进行FFT变换,得到隔...     

隔振对象重量变化对准零刚度隔振器隔振性能的影响

本文主要研究隔振对象重量变化对一类准零刚度隔振器隔振性能的影响,并给出了新的研究结果.文中使用欧拉屈曲梁构建负刚度调节结构并设计了隔振系统的平衡位置可调机构.假设系统有轻微的过载和超载,推导了系统的动力学方程并进行求解,定义了非线性隔振系统的力传递率及位移传递率来评价系统的隔振性能.对线性隔振系统,超载会让隔振频率略微降低,共振放大峰略微增大.对于准零刚度隔振系统,力传递率和线性系统类似,但是对于位移传递率,过载会导致系统固有频率和共振放大峰均升高,反而不利于隔振.研究结果可以对此类隔振系统的使用场合以及对过载和轻载的选择有工程指导意义.     

一种柔性隔振结构的动力学分析及设计方法

本文提出了一种新型的柔性隔振结构,该结构是基于柔性曲梁的力学特性而设计的.研究结果表明,该结构能通过轴向方向的负载来降低扭转方向的刚度,从而达到扭转方向的准零刚度特性,实现低频隔振.本文首先构建了柔性隔振结构的单元模型,并确定了单元模型轴向及扭转方向等关键静力特性,结果表明,该结构的单元模型能实现扭转方向的准零刚度特性,且轴向方向有较高的负载.然后,对不同结构参数的单元模型进行了动力学分析,确定了各结构参数对该结构动力学特性的影响,并利用有限软件对其进行了仿真分析,结果表明,该单元模型具有较好的隔振效果.最后,对构建的多层仿生柔性结构的隔振效率及隔振带宽进行了探讨.该结构具有柔性机构免装配、可整体加工、易小型化等特点,适用于精密光学仪器、机器人、卫星等具有扭转方向低频隔振的领域.     

消隔组合X型减振器设计与动力学分析

本文将一种X型结构与线性弹簧阻尼减振器相结合构成一种兼具消振和隔振性能的新型X型减振器.基于拉格朗日方法建立单自由度线性振子耦合消隔组合X型减振器系统的动力学方程,应用谐波平衡法得到系统稳态响应的近似解析解,并通过Runge Kutta法得到系统的数值解验证解析解的正确性.讨论了不同的基础激励下新型X型减振器对系统的响应幅值以及位移传递率的减振效果.此外,分析了不同参数对系统的幅频响应曲线以及位移传递率的影响.研究结果表明,新型X型减振器不仅可以将线性刚度转化为非线性刚度,还可以为系统提供负刚度,拥有优秀的消振和超低频隔振性能.     

低频大幅隔振器设计及实验

为了突破传统隔振器刚度和承载能力之间的矛盾,需要隔振器具有高的静态刚度,低动态刚度的特性.如今的准零刚度隔振器技术可以实现低频微幅隔振,但是对于大幅振动,隔振效果并不明显甚至失效,因此突破宽幅隔振成为隔振领域亟待解决的问题.为此,我们利用多稳态折纸通过并联装配的方式,构造具有宽幅零刚度区间的折纸型隔振器,以解决传统隔振器振动抑制幅值较低的问题.本文建立了宽零刚度隔振器模型,提出宽幅零刚度的设计方法,并通过动力学分析分析了模型的隔振效果.最后搭建试验样机,验证了理论的正确性.这种设计打破了传统准零刚度隔振器单点准零的设计准则,能够在一个大幅范围内保证稳定性,同时实现零刚度,极大拓宽了隔振器的适用范围.这种设计理念能够被用在新隔振材料设计和航空、船舶等大幅低频动态环境中.     

倾斜安装电机振动特性研究

因为安装空间和实际运行的需要,电机在倾斜工作状态下容易产生振动超标。该文针对倾斜安装异步电机结构特点,设计了倾斜安装异步电机的振动特性实验装置,分析了含有减振垫的异步电 机系统刚度特性,通过有限元分析计算出了不同厚度减振垫的刚度系数。实验中,采用不同厚度橡胶减振垫进行振动测试分析,结果显示,在倾斜 5°的安装条件下,异步电机共振转速随减振垫刚度的减小而明显减小。该研究结果可为倾斜安装电机与减振器振动特性匹配、设计与安装提供理论参考。     

矢量水听器的芯片级减震结构的设计

在MEMS矢量水听器现有结构的基础上,设计出一种新型弹簧减震结构,期望利用该结构提高水听器抗噪能力。根据Ansys有限元仿真,确定出该弹簧的几何尺寸、劲度系数(k≈5 N/m)及弹簧的所在位置——弹簧设置为内外圈相互垂直的两对。仿真结果表明,该减震结构抑制流噪声能力可提高3倍以上,同时几乎不影响水听器的接收灵敏度。该芯...     

Active vibration isolation using negative stiffness and displacement cancellation controls: Comparison based on vibration isolation performance

Two vibration control techniques, negative stiffness and displacement cancellation, are characterized and employed to achieve active vibration isolation. A horizontal vibration isolation system is developed and then used to investigate each of these techniques theoretically and experimentally. The respective responses of the developed system are measured separately while closed-loop poles of the system are kept unchanged; these measured responses are compared. The developed system is based on a series combination of two isolators and consists of two moving tables; one of the moving tables is mounted on the series-connected isolators and the other is placed between the isolators. Using the negative stiffness technique, the isolators are controlled so that one of them has a negative stiffness and the other has a positive stiffness of equal absolute magnitude; using the displacement cancellation technique, one isolator is set to cancel displacement while the other behaves as a positive-stiffness isolator. The active negative, positive, and displacement cancellation isolators are created using voice-coil motors guided by a negative stiffness controller, proportional derivative controller and integral-proportional derivative controller, respectively.     

Vibration isolation system combining zero-power magnetic suspension with springs

An active vibration isolation system using zero-power magnetic suspension was studied analytically and experimentally. Since a zero-power magnetic suspension system behaves as if it has negative stiffness, connecting it in series with a normal spring can generate infinite stiffness against disturbances acting on an isolation table. This property is maintained even when a suspension that supports the weight of the isolation table is introduced in parallel with the serial combination. Analysis of a simple model involving a single-axis apparatus clarified the fundamental characteristics of the system. The force–displacement characteristics of the zero-power magnetic suspension were measured to estimate the negative stiffness properties. It was experimentally confirmed that combining a zero-power magnetic suspension with a normal spring generates high stiffness against static direct disturbances acting on an isolation table.     

圆柱壳弹性波超材料分级排列的带隙拓宽方法研究

圆柱壳弹性波超材料的弯曲波带隙拓宽问题限制其满足实际工程中的宽频隔振要求,针对该问题,本文首先研究了基于局域共振机理的圆柱壳弹性波超材料弯曲波带隙特点,研究局域谐振器质量和弹簧劲度系数的关系,然后将周期分级排列的组合方式应用于圆柱壳类弹性波超材料的带隙拓宽中,并利用有限元法进行能带结构和振动传输特性计算.研究结果显示：该方法可实现弯曲波带隙的拓宽;利用组合法构建的轴向周期分级排列圆柱壳弹性波超材料可实现705-1226Hz频率范围内弯曲波的高效衰减,带隙拓宽至分别为单一谐振器的2.55倍,这表明该方法在宽频减振方面具有明显优势,应用前景广阔.     

微机械加速度计挠性梁机械刚度的实验研究

在使用开环频率响应实验求取微机械加速度计挠性梁机械刚度时,不可避免地受到静电负刚度的影响。通过分析预载电压和扫频信号幅值对静电负刚度的影响,提出了从系统刚度中分离出挠性梁机械刚度的计算方法。通过不同实验条件下得到的实验结果,验证了该方法的正确性。     

试验台测控仪器隔振装置振动传递特性分析

试验台精密测控仪器在工作过程中会受到振动设备的干扰,从而对其正常工作产生影响,因此需要采用隔振装置进行振动保护.本文以双层隔振装置为研究对象,结合有限元法和阻抗综合法建立了多点多维柔性动力学模型,分析了不同仪器质量、系统结构型式和隔振器参数对隔振装置振动传递特性的影响,结果表明所设计的双层隔振装置可以满足使用需求,增加上台面厚度和减小隔振器刚度可显著提高隔振效率.