滚球型准零刚度隔振器的特性分析

针对工程实践中的低频隔振难题,提出一种紧凑的、带滚球装置的准零刚度隔振器。首先,对隔振器进行了静力学分析,得到了实现准零刚度的参数条件;其次,建立了隔振系统动力学模型,利用谐波平衡法分析了系统频响特性及隔振性能,讨论了激励幅值和阻尼对响应的影响;最后,利用ADAMS对系统动力学特性进行仿真及隔振效果评估。结果表明,与相应的线性隔振系统相比,准零刚度隔振器的起始隔振频率显著降低,且在低频范围内力传递率比线性系统低得多。因此,滚球装置提供的负刚度明显降低了系统竖向总刚度,使系统具有优异的低频隔振性能,更重要的是紧凑的设计使其更易工程化。     

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。     

一种车载设备的低频水平减振方法

针对大型车载光电设备0~20 Hz低频段振动,综合考虑承载能力及车内空间,基于准零刚度系统隔振原理,提出了一种新的低频水平方向隔振方法。将一种新型的负刚度机构并入正刚度的弹簧,组成正负刚度并联的新构型隔振系统。通过对隔振系统的基本原理和动力特性进行理论分析,得到了系统处于平衡位置时的零刚度条件;并对加入了新型隔振系统的车载光电设备振动响应进行了模态仿真。理论分析和仿真结果表明,此新型准零刚度水平隔振系统在不改变承载能力的情况下,降低了固有频率,对于低频隔振有明显的效果。可将0~20 Hz频率范围内的振动幅值降低96.67%左右。通过对装有该隔振系统的车载仪器的性能进行测试,可验证该隔振系统对车载设备的隔振效果非常明显。     

含凸轮-滚轮机构的准零刚度系统隔振特性实验研究

提出了一类含凸轮-滚轮机构的准零刚度隔振器,进行了静力学分析,给出了具有分段非线性的回复力;建立了隔振系统的运动方程,并利用谐波平衡法得到了主共振响应的一次近似解析解,给出了凸轮-滚轮保持接触的参数条件,并分析了保持接触情况下的力传递率;最后,对准零刚度隔振系统进行了激振实验分析,测定了不同工况下的力传递率,并与相应的线性系统进行了对比。结果表明：通过引入凸轮-滚轮负刚度机构,有效降低了起始隔振频率,抑制了共振,提高了隔振效果,因此,该准零刚度隔振器具有良好的低频隔振性能;凸轮-滚轮保持接触的前提下,激励幅值越大,负刚度机构越易发挥作用,隔振效果更显著。     

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。     

基于非对称复合材料层合板的准零刚度隔振系统

提出了基于正交铺设复合材料层合板的准零刚度隔振系统。采用理论分析与有限元方法研究了有残余热应力的正交铺设复合材料层合板的双稳定特性及负刚度特性。发现层合板具有负刚度特性的变形区间随层板厚度增加而逐渐变窄。正交铺设复合材料层合板在其厚度略厚于失去双稳定特性临界厚度时具有准零刚度特性。利用准零刚度正交铺设复合材料层合板构造了简单的隔振系统,研究其在中心加速度激励下的加速度传递幅值,并与线性隔振系统的隔振效果进行比较。结果显示该准零刚度隔振系统固有频率低于线性隔振系统固有频率,加速度传递峰值小于线性隔振系统,有效隔振频率范围宽于线性隔振系统。     

一种悬臂梁组合几何非线性结构准零刚度隔振器研究

为拓宽被动隔振器的隔振频率范围,实现低频甚至超低频隔振,研究了一种由负刚度机构与线性弹簧并联构成的准零刚度隔振器,其中负刚度机构由悬臂梁组合几何非线性结构构成。建立隔振器的静、动力学模型,得出了隔振器的恢复力-位移、刚度-位移曲线;分析隔振器在力激励下的幅频响应特性和稳定性,得出了阻尼及激励幅值对其隔振性能的影响规律。设计搭建机械式振动实验装置,对隔振器进行试验研究。理论分析及实验结果表明,在相同静态承载力下,所设计隔振器较对应线性隔振器,隔振频带更宽、隔振性能更优。本研究为准零刚度隔振器的设计提供了新的思路。     

一类双层高静低动刚度隔振系统动力学特性和应用局限性研究

高静低动刚度隔振系统低频隔振性能优越,双层隔振系统对高频振动衰减迅速。将二者结合,提出基于欧拉屈曲梁负刚度调节器的一类双层高静低动刚度隔振系统,该类双层高静低动刚度隔振系统的特点是上下层的负刚度调节器安装于同一基础。对该系统进行了静力学分析,给出了此类隔振系统的负刚度适用范围;采用积极隔振模型,建立了双层高静低动刚度隔振系统的动力学方程,并使用谐波平衡法求解了系统动力学响应,根据上下层刚度之间存在的约束关系,且上下层刚度不能同时达到准零刚度等限制条件,给出了上下层线性刚度系数的有效取值范围,围绕有效取值范围的边界讨论上下层刚度系数对系统隔振性能的影响,并将其与普通的双层线性隔振系统的隔振性能进行比较。此外,还定义了双层非线性隔振系统的力传递率,研究了外激励幅值和阻尼比的大小对动力学响应和隔振性能的影响。结果表明,上下层分别使用负刚度来获取准零刚度隔振系统带来的性能迥异,上层刚度完全线性,下层为准零刚度时系统的隔振性能最好。     

基于主动阻尼的屈曲梁准零刚度隔振技术研究

准零刚度(QZS)隔振系统具有高静刚度-低动刚度的特性,能够对低频振动进行有效抑制,而主动阻尼能够显著降低系统的共振峰值同时保持系统高频传递特性不变。因此,将准零刚度隔振系统与主动阻尼相结合,可以有效提升系统的超低频隔振性能。以屈曲梁准零刚度隔振器为研究对象,基于系统动力学模型,引入主动阻尼控制策略,通过理论分析研究了主动阻尼对屈曲梁准零刚度隔振系统传递率的影响,并利用SIMULINK工具开展扫频、正弦和随机扰动条件下的屈曲梁准零刚度-主动阻尼隔振系统仿真研究。仿真结果表明:在超低频段(≤0.1 Hz)该系统能够产生8~32 dB的隔振效果;在高频段(≥10 Hz)隔振效率不低于36 dB,且对随机扰动响应的隔振效率为36 dB。     

新型准零刚度果蔬运输隔振系统设计

目的 为避免果蔬在运输过程中因振动造成损伤,导致价值下降,基于准零刚度隔振技术,提出一种采用紧凑、高效的弹簧–滚轮–滚珠负刚度机构的新型果蔬运输隔振箱装置。方法 首先,基于弹簧–滚轮–滚珠负刚度机构与垂向正刚度弹簧并联的方式设计准零刚度果蔬运输隔振系统结构;其次,分析其静力学特性,推导该非线性隔振装置的刚度特性;最后,在果蔬运输系统模型运动微分方程基础上建立Simulink仿真模型,研究在C级路面激励下,该新型运输隔振系统的动态隔振特性。结果 研究结果表明,通过合理的结构参数设计,该隔振装置在平衡点附近将具有高静态刚度、低动态刚度的准零刚度特性。在C级路面激励下,该新型运输隔振系统的振动位移峰的峰值相较于对应线性系统的衰减约29.3%,加速度均方根值衰减约97.3%。结论 设计合理的新型果蔬运输系统的隔振效率优于对应的线性隔振系统的。     

Miura折叠超材料在简谐激励下的振动响应

折叠超材料基于折叠结构发展而来,具有超常的物理性能。应用ADAMS分析典型的三种结构模型,在力和位移两种简谐激励下,不同折痕刚度对Miura折叠超材料振动响应的影响。结果表明,单自由度结构的Miura模型在两种激励下频率响应类似,通过改变折痕刚度可以改变其共振频率,达到很好的低频隔振效果。多自由度模型可以通过增加堆叠数量降低共振频率。为Miura折叠结构的隔振设计提供一定理论参考。     

双弹簧电液激振缸振幅补偿性能的研究

传统的电液激振缸随着激振频率的提高,振动幅值急剧衰减,振幅补偿性能变差。为了解决这一问题,设计了一种双弹簧电液激振缸结构。分析了双弹簧电液激振缸的工作原理,建立了其数学模型和AMESim仿真模型,研究了激振频率、补偿弹簧刚度对其活塞杆位移的影响。结果表明：当激振频率为28 Hz、补偿弹簧刚度为31 N/mm时,激振缸活塞杆的位移增大6.24 mm,相比同一条件下的传统电液激振缸增大了15倍多;在双弹簧电液激振缸的工作过程中,其活塞杆位移振幅存在振荡区和稳定区,稳定区内的振幅大小直接决定了振幅补偿效果的优劣;在补偿弹簧刚度一定的情况下,活塞杆位移振幅不与激振频率呈简单的正相关或负相关关系,而在某一激振频率下谐振现象最明显,能使振幅补偿效果达到最优;激振频率不同,则补偿弹簧最优刚度不同,随着激振频率的提高,补偿弹簧刚度应相应增大。相比于传统的电液激振缸,双弹簧电液激振缸的振动幅值有较大提升,在工程应用中能取得更好的振幅补偿效果。     

基于几何非线性的果蔬运输隔振系统设计

目的 针对运输过程中振动与冲击造成果蔬损伤和品质下降的问题,基于非线性振动理论,提出一种几何非线性结构的果蔬运输隔振系统。方法 首先,基于水平斜弹簧负刚度机构与垂向正刚度弹簧并联的方式设计果蔬运输隔振结构;其次,分析其静力学特性,推导该非线性隔振装置的刚度特性;最后,建立果蔬运输车模型的运动微分方程,采用谐波平衡法研究该新型果蔬运输车的隔振特性。结果 研究结果表明,通过合理的结构参数设计,该隔振装置在平衡点附近具有高静态刚度、低动态刚度特性。对于小幅路面激励,该新型果蔬运输车将在全频段大幅优于对应的线性系统,随着路面激励幅值的增大,隔振装置刚度快速增加,频率跳跃线性逐渐出现,峰值逐渐出现并右移,中频段的隔振效果逐渐变差。高频段的隔振效果远优于对应的线性系统,且与路面激励幅值不敏感。结论 通过引入水平预压缩弹簧与垂向弹簧并联形式的几何非线性结构显著提高了果蔬运输隔振系统的隔振效果,减小运输过程中果蔬所受到的振动与冲击,从而避免了果蔬损伤和品质下降。     

边界摩擦条件下含有预紧的对合碟簧隔振单元的振动特性

为研究对合碟簧的摩擦对隔振单元振动特性的影响,设计了一种存在预紧的对合碟簧隔振单元,建立了考虑边界摩擦条件下对合碟簧组的刚度模型。通过准静态加载试验验证了该刚度模型的正确性;并提出了该碟簧隔振单元的非线性动力学模型,应用平均法对对合碟簧隔振单元的自由振动进行分析,得出影响系统自由振动频率的各项因素;对基础激励下对合碟簧隔振单元的受迫振动进行分析计算。结果表明:在小位移振动条件下,该碟簧隔振单元可近似等效成非线性黏性阻尼系统,且附加支持力系数仅影响系统脱离频率,刚度三次项系数值的选取越大越不利于系统隔振;在大位移振动条件下,计算得到了系统存在异常跳跃状态与全频域内传递率系数T′d≤0状态,并说明这两种状态与黏性阻尼系数以及附加支持力系数间的联系。     

含三次非线性位移的粘性阻尼干摩擦隔振系统振动特性的实验研究

在分析库仑摩擦阻尼双线性滞迟模型的基础上，通过试验建模和参数辨识，得到了无记忆恢复力亦为非线性力的动力学模型。金属橡胶粘性阻尼隔振系统对正弦基础激振的响应计算表明：在相对位移振幅ym较大的情况下，必须考虑无记忆恢复力中位移三次非线性的影响；而在ym较小时，位移三次非线性的影响可以忽略不计。金属橡胶粘性阻尼隔振系统的振动试验表明：粘性阻尼隔振系统的一阶共振频率随激励的逐渐增强而逐渐减小并趋于稳定；其一阶共振放大比随激励的增强先减小后增大，但变化的幅度不大，在激励较小时表现出明显的“软化”非线性动态特性，在较大激励时仍具有较好的隔振缓冲性能，验证了试验建模的结果。研究结果表明，金属橡胶精细结构材料具有很强的阻尼耗能作用，对恶劣环境下各种仪器设备的振动保护非常有利。     

Influence of Vertical Vibrations on an Array of Bulk HTSC Above the Permanent Magnet Guideway

The dynamic response of high-temperature superconducting (HTS) maglev vehicle system, which consists of a high-temperature superconductor (HTSC) array of seven YBa₂Cu₃O_7−x bulks above permanent magnet guideway (PMG), was investigated experimentally. The dynamic stiffness and displacements and the levitation force of the bulk HTSCs were investigated as function of the external excitation amplitudes in the range of 1–4 mm and frequencies in the range of 1–400 Hz. The levitation force and the resonance frequency and the dynamic stiffness of the bulk HTSCs are correlative to reduce with the excitation frequency lower than 30 Hz and the applied excitation amplitude higher than 3 mm due to the energy loss. However, the experimental results show the reduction occurred in the first several cycles, which proves that the array of the bulk HTSCs can sustain the external excitation vibration in the vertical direction due to its strong dynamic stiffness. The experimental results are helpful in the application of the HTS maglev vehicle in the future.     

Investigation on Axial Displacement Fault Mechanism Based on Dynamic Characteristic Coefficients Identification of Tilting-Pad Thrust Bearing

To prevent the thrust bearing damage faults, the thrust bearing pad temperature and the static axial displacement variation are usually monitored and cared about, but axial vibration caused by axial dynamic excitation can also result in the severe rubbing. An electric oil pump system with overflow valve is designed on a similar industrial centrifugal compressor test-rig to apply the axial low-frequency excitation from 3 to 7 Hz, and the axial and radial vibration response amplitudes are analyzed. Then, the stiffness and damping coefficients of tilting-pad thrust bearing (TPTB) are identified by instrumental variable filter (IVF) algorithm to reveal the mechanism of TPTB dynamic characteristics affecting axial vibration. Finally, a fault case about surge and the rubbing of thrust bearing is studied. Compared with axial vibration, radial vibration does not directly correlate to axial excitation, and the axial frequency spectrum is an effective method to diagnose axial displacement faults; the static axial load, the dynamic excitation amplitude and the excitation frequency all exert influence on thrust bearing dynamic characteristics and axial vibration response. The research results can guide the design of thrust bearings and help to diagnose the axial displacement faults, while the test device and method can be used to measure the static and dynamic characteristics of thrust bearings.     

聚氨酯硬泡连续屏障近场隔振效果分析

传统的连续屏障在缓解环境振动方面已取得比较理想的效果,但其整体稳定性差,对低频的隔振效果不佳。基于此背景,提出了锚杆约束的聚氨酯硬泡连续屏障。通过有限元数值分析方法,对聚氨酯硬泡连续屏障和混凝土连续屏障分别在地面简谐激励和桩振源简谐激励作用下的近场隔振性能进行研究。研究表明:地面振源激励下,混凝土连续墙和聚氨酯硬泡连续屏障对中高频振动有较好的隔振效果,混凝土连续墙对低频(10 Hz)振动隔振效果不佳,聚氨酯硬泡连续屏障对5 Hz~10 Hz的低频振动有很好的隔振效果;桩振源激励下,两种屏障的隔振效果比地面振源激励时效果更好,两种屏障对中高频振动及5 Hz~10 Hz的低频振动有较好的隔振效果。