基于正负刚度并联永磁隔振器的隔振性能分析及实验验证

针对超精密领域小负载隔振的新需求,基于正负刚度并联原理,采用永磁弹簧和橡胶带相结合的方法,永磁弹簧提供正刚度,橡胶带提供负刚度,提出了一种正负刚度并联永磁隔振器的新构型。为了研究该隔振器的隔振性能,通过实验与理论相结合的方法,建立了橡胶带拉力和刚度的数学模型,验证了橡胶带拉力解析模型的有效性;建立了正负刚度并联永磁隔振器的动力学方程,分析了该隔振器的隔振性能;搭建了永磁弹簧和正负刚度并联永磁隔振器实验台,分别进行隔振性能测试。实验结果表明该隔振器隔振性能的理论计算和实验测试的结果比较吻合,且具有良好的隔振性能;该隔振器最大特点在于其最大承载能力时,刚度最低,固有频率最低,低频隔振性能最好。     

金属簧片阻尼隔振器性能分析

建立了金属簧片隔振器振动系统的动力学模型,通过有限元计算得出摩擦力曲线,进一步采用动力学方程研究了系统在简谐激励和冲击激励下的响应.结果表明:电子机柜采用该隔振器,能使最大加速度降低72%,说明该隔振器具有良好的减振隔振和抗冲击性能,为干摩擦隔振器优化设计提供了理论依据.     

胶质阻尼隔振器的力学模型及隔振性能研究

胶质阻尼(Colloidal damper)是由水和布满纳米微孔的疏水材料混合而成的新型隔振材料,以胶质阻尼为工作介质即可形成胶质阻尼隔振器。该文通过准静态和动态加载试验研究了胶质阻尼的迟滞特性,分析了加载频率、振幅对迟滞曲线的影响;之后建立了包含三次非线性刚度、粘性阻尼特性和干摩擦阻尼特性的胶质阻尼隔振器力学模型,以实测动态加载迟滞曲线为基础开展了模型参数识别;最后完成了胶质阻尼隔振器的隔振性能评估。研究表明,胶质阻尼隔振器具有良好的低频隔振性能和大阻尼特性,在设备减振领域具有良好的应用前景。     

带惯容器的非线性隔振器对双层隔振系统动态特性影响分析

在高静低动刚度双层隔振器中引入惯容器,建立双层隔振系统动力学分析模型,利用谐波平衡法计算得到隔振系统动力学特性和传递特性,讨论惯容器惯容值、水平弹簧预压缩长度、刚度、阻尼系数等器件参数对隔振系统隔振性能的影响。研究结果表明,惯容器能够形成反共振频率,降低隔振器的共振频率,使得隔振器具有更低的隔振频段,进一步改善隔振器低频性能;同时惯容器对于减小隔振器的质量,实现隔振器轻量化设计也具有重要的积极意义。此外,非线性隔振系统较之对应的线性系统在隔振性能上也有更好的表现。     

具有刚度非线性双层隔振系统冲击响应数值分析研究

对双层隔振系统中的弹性元件即隔振器采用非线性立方刚度模型描述,在此基础上建立了双层隔振系统的动力学方程。应用Runge-Kutta数值法求得系统的冲击响应,分析了双层隔振系统上下层质量之比、刚度之比以及隔振器阻尼和硬特性刚度系数对系统抗冲击性能的影响,对双层隔振系统的抗冲设计具有一定的参考意义。     

随机振动下偏心隔振系统仿真分析

针对存在严重偏心的机载设备,通过载荷解耦计算各点支撑承受质量载荷,确定隔振系统固有频率,计算系统的刚度和阻尼;将系统中隔振器简化为线性弹簧阻尼单元,建立隔振系统的有限元模型,采用基础运动法分析隔振系统在随机振动下的加速度响应,最后根据试验结果优化隔振器的刚度和阻尼,使隔振系统的Y向在随机振动下的加速度响应误差从44.95%降到7.47%,固有频率误差从37.43%降到-0.25%,其他两个方向的仿真误差也都显著降低,获得较精确的隔振系统动力学模型,为偏心机载设备隔振设计提供指导依据。     

随机振动下偏心隔振系统仿真分析

针对存在严重偏心的机载设备，通过载荷解耦计算各点支撑承受质量载荷，确定隔振系统固有频率，计算系统的刚度和阻尼；将系统中隔振器简化为线性弹簧阻尼单元，建立隔振系统的有限元模型，采用基础运动法分析隔振系统在随机振动下的加速度响应，最后根据试验结果优化隔振器的刚度和阻尼，使隔振系统的Y向在随机振动下的加速度响应误差从44.95%降到7.47%，固有频率误差从37.43%降到-0.25%，其他两个方向的仿真误差也都显著降低，获得较精确的隔振系统动力学模型，为偏心机载设备隔振设计提供指导依据。     

含三次非线性阻尼特性的分子弹簧隔振系统

对含有三次非线性阻尼特性的分子弹簧隔振系统的隔振性能进行了仿真研究和理论分析。分子弹簧隔振器是一种具有高静低动刚度特性的新型隔振器,将MR阻尼器和分子弹簧隔振器并联,并对MR阻尼器实施PI反馈控制来模拟指定的三次非线性阻尼特性,得到兼具高静低动刚度特性和非线性阻尼特性的隔振系统。通过动力学仿真和理论分析研究了三次非线性阻尼特性对分子弹簧隔振系统的隔振性能的影响,通过谐波平衡法深入分析三次阻尼特性的隔振机理。结果表明:三次非线性阻尼特性适用于隔力,可有效抑制共振峰值同时不改变隔振频率区的隔振性能,而三次阻尼特性不适合于隔幅。     

双稳态余弦梁非线性隔振器的动力学与隔振特性研究

为了隔离航空器上的低频振动,提出一种具有准零刚度特性的非线性隔振器,由线性正刚度弹簧并联双稳态余弦梁负刚度元件而成。首先,通过对余弦梁非线性隔振器的静力学分析,给出了隔振器在准零刚度平衡点时的结构参数需要满足的条件。其次,建立谐波力作用下的系统动力学模型,通过未扰系统的分析,得到其存在平衡点分岔行为和满足稳定准零刚度的条件。最后,通过数值方法和有限元软件动力学仿真分析扰动系统的隔振性能,得到余弦梁非线性隔振器的起始隔振频率。进一步与线性隔振系统相比可知,引入余弦梁的非线性隔振系统有效降低了起始隔振频率。因此,余弦梁非线性隔振器具有优异的低频隔振性能,这为低频非线性隔振器设计提供了理论基础。     

一种双连杆-弹簧-曲面机构的QZS隔振器设计和研究

基于正负刚度并联原理,运用双连杆-弹簧-曲面作为负刚度机构、竖直弹簧作为正刚度机构,提出了一种准零刚度(quasi-zero stiffness,QZS)隔振器的新构型。针对上述构型,通过静力分析,研究了系统的位移-刚度特性和位移-回复力特性,得到了系统静平衡下的QZS条件。此外,建立QZS系统的非线性动力学方程,应用谐波平衡法和龙格库塔法求解。针对不同的激励幅值、阻尼系数和QZS参数等因素,研究了系统动力学响应和传递率特性。理论研究表明,该QZS构型可以有效降低模型的共振频率与最大传递率幅值。基于隔振器的三维模型进行数值仿真和实验研究,发现提出的QZS构型拥有较好的低频隔振性能,并具备与线性系统相当的高频隔振性能。     

具有非线性减振器的弹性双层隔振系统建模

运用多体动力学理论、动态子结构方法,同时考虑中间质量弹性和隔振器刚度与阻尼非线性,建立一个弹性双层隔振系统动力学新模型。对所建模型进行编程计算,求出其在冲击激励下响应,并与有限元计算结果比较分析,验证所建力学模型正确性与合理性,在此基础上进一步分析中间质量弹性和非线性隔振器对双层隔振系统冲击响应影响。     

新型非线性低频被动隔振系统设计及实验研究

研制一种新型非线性低频被动隔振系统,由三个特定形状的片弹簧对称分布构成,具有较高静承载力和较低的动态刚度,可以显著的降低了系统的起止隔振频率;通过隔振系统弹性元件的一维无量纲模型,分析了其非线性行为,且对隔振器的力学特性进行了实验研究;建立了一个两自由度的隔振实验平台,在实验平台上对隔振系统进行了隔振性能研究,结果显示该隔振系统的隔振效果明显。     

耦合吸振器的正负刚度并联系统的隔振性能研究

基于动力吸振原理,设计了耦合线性吸振器的正负刚度并联隔振系统。建立了系统的动力学方程,运用平均法进行解析求解,推导了动态响应频域解析解和传递率表达式,数值分析了吸振器的质量、刚度和阻尼对耦合系统隔振性能的影响规律,并与正负刚度并联系统进行了比较。结果表明,选择合适参数的吸振器,可在保有正负刚度并联系统的优良隔振性能的基础上,降低一定频域内被隔振体的振幅,减小系统起始隔振频率,扩大隔振频带宽,改善低频隔振效果。     

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。     

橡胶隔振器非线性动态特性建模及实验研究

针对某精密仪器的橡胶隔振器（以下简称隔振器）进行了动态特性研究。通过对橡胶超弹性材料进行有限元建模分析,得到隔振器的硬非线性刚度特性,并以此特性为基础提出了隔振器非线性动力学模型的建立及求解方法,仿真计算了隔振器动态响应并对所设计的隔振器进行了实验研究。实验结果不仅说明所设计的隔振器具有良好的隔振缓冲能力,而且验证了隔振器非线性动力学模型的正确性及有效性,为进一步研究隔振器及承载设备的工作状况提供了基础。     

立方速度反馈控制的准零刚度隔振器动力学特性分析

针对传统线性被动隔振系统中存在降低固有频率及提高承载力、抑制共振峰值及改善高频传递特性这两对矛盾,本文采用斜置弹簧作为负刚度调节机构与正刚度弹性元件并联组成准零刚度隔振器,并将立方速度反馈控制策略引入到准零刚度隔振器的主动控制中。采用多尺度法求得受控系统的主共振、亚谐共振响应,利用Sylvester结式法获得系统不发生跳跃现象的临界激励幅值和跳跃频率并研究系统的传递特性。与线性隔振系统相比,准零刚度隔振器具有高静低动刚度特性,能提高系统的承载力并降低固有频率。与被动隔振系统相比,采用立方速度反馈控制的准零刚度隔振器主共振峰处的幅值及亚谐共振存在区域逐渐减小,力传递率共振峰处的幅值降低且高频传递特性得到有效改善,对提高准零刚度隔振器的隔振性能具有理论指导意义。     

时滞立方位移反馈控制的高静低动刚度隔振器动力学分析

为了克服增加线性阻尼能够抑制共振但会导致隔振系统高频性能变差的矛盾,提出时滞立方位移反馈控制策略。建立反馈控制的高静低动刚度隔振器动力学方程,采用多尺度法得到控制系统的稳态响应。分析反馈增益与滞后时间对控制系统动态特性的影响,并分析不同滞后时间下稳态响应的稳定性。定义控制系统的位移传递率,分析反馈参数对系统位移传递率的影响并和被动隔振系统的性能进行比较。结果表明:合适的反馈参数能够有效减小隔振系统共振区的位移传递率,却不影响高频区域的隔振性能;该控制策略对改善高静低动刚度隔振器的隔振性能具有理论指导意义。     

新型超低频非线性被动隔振系统的设计

通过分析正负刚度并联隔振机理,设计了一种新型超低频被动隔振系统。该系统采用负刚度机构与正刚度弹簧并联,具有较高的支撑刚度和极低的运动刚度,且系统刚度呈现非线性,解决了传统被动隔振系统存在的超低频隔振难题。通过对该系统力学特性进行分析,给出了系统刚度表达式及在平衡位置处的零刚度条件,为新型超低频非线性隔振器的设计提供了理论指导。     

超低频非线性隔振系统的研究

通过分析正负刚度并联隔振机理,提出了一种新型超低频被动隔振系统。该系统采用负刚度机构与正刚度弹簧并联,具有高的支撑刚度和极低的运动刚度,且系统刚度呈现非线性,解决了传统被动隔振系统存在的超低频隔振难题。通过对该系统力学特性进行分析,给出了系统刚度表达式及在平衡位置处的零刚度条件,为新型超低频非线性隔振器的设计提供了理论指导。     

列车垂向振动的半主动随机隔振研究

依据拉格郎日方程,建立了六自由度铁路客车半主动隔振系统的垂向振动模型;应用MATLAB软件编制了“铁路客车被动、半主动随机隔振分析”仿真系统,对铁路客车随机隔振进行计算机仿真。计算在不同的输入参数下,车辆的时域响应和位移与加速度响应方差,讨论了弹簧刚度、阻尼、车速等对隔振性能的影响。应用非线性随机振动理论对比分析了铁道客车的被动、半主动随机隔振的隔振效果,对铁道客车半主动随机隔振系统进行了参数优化。结果表明：半主动悬架的隔振性能比被动悬架有显著提高,在设计半主动悬架隔振系统时,可以在许可范围内适当增大阻尼、减小弹簧刚度,以达到最佳的隔振效果。