基于位移加载控制的金属橡胶弹性元件试验建模研究

基于电液材料试验机精确的位移加载控制,对圆环形金属橡胶弹性元件进行了动态力学试验,结果表明,金属橡胶材料具有明显的迟滞非线性性质,其阻尼由多种成分组成。根据动态试验结果建立迟滞回线拟和分解的高次弹性复合阻尼模型,该模型用非线性刚度和非线性复合阻尼机理构造,模型中的参数由试验数据辨识。用所建模型重构恢复力一位移迟滞回线．结果表明,该模型能很好描述这类非线性振动系统的特性,为进一步理论分析提供了依据。     

非线性迟滞系统建模方法

针对一类迟滞非线性系统的动力学建模,提出了一种新的建模方法。该模型用高次非对称弹性力、粘性阻尼力及双折线记忆恢复力的机理构造,识别时应先采用分离算法识别各刚度和阻尼系数,再建立其与振幅和频率的函数关系。用所建模型重构的恢复力-位移迟滞回线表明:该模型能很好地描述这类非线性振动系统的特性,提出的建模及参数识别方法实用且有效。     

金属橡胶-硅橡胶叠层复合材料阻尼器动态性能试验与建模

通过对金属橡胶-硅橡胶叠层复合材料阻尼器的动力学特性进行试验和理论研究,发现金属橡胶-硅橡胶叠层复合阻尼材料具有明显的非线性迟滞特征,迟滞回线并非椭圆,含有多种阻尼成分.在此基础上,用理论和试验相结合的手段研究金属橡胶-硅橡胶叠层复合材料阻尼器的动力学建模,提出各恢复力成分、物理意义明确的非对称弹性粘性阻尼双折线迟滞恢复力模型.模型中的参数由试验数据辨识,用所建模型重构恢复力-位移迟滞回线,结果表明该模型能很好描述这类非线性振动系统的特性.     

金属橡胶迟滞环的广义恢复力模型

金属橡胶是一种具有非线性恢复力的材料。在对其进行基于位移加载的动态试验中,其恢复力-位移曲线为一迟滞环。本文用理论和试验相结合的手段研究金属橡胶弹性元件的动力学建模,提出了一种新的模型,即广义恢复力模型。将迟滞回线分解为广义弹性力和广义阻尼力,模型中的参数由实验数据辨识。用所建模型重构恢复力-位移迟滞回线,结果表明该模型能很好描述这类非线性振动系统的特性。     

一个新的非线性迟滞隔振系统动力学模型

提出了一个新的非线性迟滞隔振系统的动力学模型,并导出了系统动力学模型的实用表达式。该模型由非线性刚度和非线性阻尼构造,迟滞非线性阻尼力被表示为位移的函数,从而使数值计算变得简单易行,试验中的测量工作减少。模型中的各个参数物理意义明晰,各阶刚度系数能很好地反映系统中存在的线性和非线性特性,而阻尼函数能很好地反映系统的迟滞和耗能特性,运用阻尼函数还可对隔振系统中可能存在的干摩擦阻尼、粘性阻尼及高阶阻尼等各种阻尼成分进行有效的识别。     

金属橡胶材料宏观和细观力学模型

用等效粘性阻尼理论和试验相结合,建立金属橡胶材料动态模型,把复杂的金属橡胶材料的阻尼耗能机理等效为粘性阻尼,金属橡胶的恢复力由高阶非线性多项式和等效的粘性阻尼力叠加而成;为了进一步研究刚度系数,从金属橡胶的变形特征出发,推导出金属橡胶材料应力应变关系的细观力学模型,通过试验对所建模型进行验证,结果表明:模型能很好描述金属橡胶材料在非线性振动系统的特性,模型中的参数值,对于研究金属橡胶材料的动态特性,具有重要的参考价值。     

碟形弹簧隔振器不对称迟滞模型及参数辨识

建立了碟形弹簧隔振器非线性迟滞模型,该模型用修正的Y Q Ni模型描述非对称迟滞特性,用等效粘性阻尼描述阻尼性能。然后,采用分步识别算法对建立的理论模型进行了参数辨识,并根据方程的数值解对碟形弹簧隔振器的隔振特性进行了分析。最后,试验验证了该模型的合理性。     

金属橡胶阻尼元件的力学模型及减振特性研究

通过试验和理论相结合的方法，建立了金属橡胶材料的力学模型，研究了一种金属橡胶材料结构的非线形数学模型，以此来描述迟滞非线性系统的动态特性。用所建模型重构恢复力一位移迟滞回线，由此可以得到其变化规律。另一方面对金属橡胶阻尼元件进行了试验研究，得出了金属橡胶的静刚度曲线，总结了不同加速度激励水平、不同广义密度、不同配重对其振动性能的影响。结果表明，随着激励力和负载的增加，其减振效果更好。     

非线性振动系统基于频率俘获现象的谐振同步分析

基于单质体非线性振动系统的机电耦合动力学模型,在对非线性振动系统起动过程中出现的频率俘获现象定量描述的基础上,考虑非理想振动系统的激振源与系统非线性振动运动的相互影响,研究了双激振源非线性振动系统基于频率俘获作用,实现谐振同步的理论条件。并依据激振电动机驱动系统与振动机械系统之间的耦合动力学模型及试验测定的试验台机械特性参数,通过数值仿真及试验,验证和解释了非线性振动系统频率俘获现象下,系统双激振源的谐振同步问题,指出非理想非线性振动系统的频率俘获现象,以及该现象下的多激振源谐振同步运动与振动系统的非线性强度、刚度、阻尼等参数之间的关系。研究结果对多激振源激励非线性振动系统的谐振同步运动现象分析,提供一定的理论支持和试验依据。     

带迟滞非线性环节二元机翼的气动弹性响应分析

基于Theodorsen非定常气动力理论,采用Roger拟合得到时域气动力表达式;针对二元机翼俯仰自由度带有迟滞非线性环节的情况,采用分段线性方式,建立了二元机翼气动弹性系统无量纲运动方程。通过数值仿真得到了系统极限环振动响应的时间历程和相轨迹,并与带中心间隙型非线性刚度环节二元机翼的气动弹性响应特性进行了比较;结果表明在一定的来流速度下,二元机翼俯仰自由度具有的迟滞特性会导致整个系统的极限环振动;最后用描述函数法给出了迟滞非线性环节的等效刚度及等效阻尼表达式,并进行了具有迟滞非线性环节二元机翼气动弹性系统颤振边界的等效线化分析,与直接数值仿真的计算结果吻合较好。     

Sliding mode control of the inchworm displacement with hysteresis compensation

This paper proposes a new modeling scheme to describe the hysteresis and the preload characteristics of piezoelectric stack actuators in the inchworm. From the analysis of piezoelectric stack actuator behavior, the hysteresis can be described by the functions of a maximum input voltage and the preload. The dynamic characteristics are also identified by the frequency domain modeling technique based on the experimental data. The hysteresis is compensated by the inverse hysteresis model for precise control of inchworm displacement. Since the dynamic stiffness of an inchworm is generally low compared to its driving condition, the mechanical vibration may degrade accuracy of the inchworm. Therefore, the SMC (Sliding Mode Control) and the Kalman filter are developed for the motion control of the inchworm. The feasibility of the proposed modeling scheme and the control algorithm is tested and verified experimentally.     

考虑时变间隙的并联指向机构非线性模态分析

针对复杂空间机构的振动模型难以建立的问题,基于数轴法提出一种简便的并联指向机构振动模型建模方法,利用ANSYS模态分析证明了该方法的可行性。为了研究运动副间隙对机构模态特性的动态影响规律,考虑运动副残余刚度,提出了含间隙运动副的改进非线性等效刚度系数建立方法。将改进的非线性等效刚度系数嵌入机构振动模型,建立了考虑时变运动副间隙的非线性振动模型。利用ADAMS对考虑间隙的机构动力学进行仿真分析,根据仿真得到的间隙数据对受时变间隙影响的机构非线性模态特性进行分析。研究结果可以为并联指向机构的动态性能优化、振动抑制和故障诊断提供理论依据。     

基于谐波平衡法的非线性低频隔振系统振动特性研究

针对非线性低频隔振系统振动响应和振动传递率进行理论研究。基于非线性弹性元件的载荷－位移试验数据建立了非线性低频隔振系统的动力学模型和动力学方程。借助谐波平衡法对该非线性动力学方程进行近似求解,得到该非线性低频振动系统的一次谐波位移响应和振动传递率的近似表达式。分析了不同系统参数对振动传递率和曲线族骨架形状的影响,并对这种影响产生的原因进行了解释。理论结果与试验结果对比显示,当该非线性低频隔振系统工作在有效隔振频段内时,两者吻合良好。     

Effects of eccentricity defect on the nonlinear dynamic behavior of the mechanism clutch-helical two stage gear

This paper investigates the nonlinear dynamic behavior of an automotive clutch coupled with a helical two stage gear system. The nonlinear dynamic model is simulated by twenty seven degrees of freedom and including three types of nonlinearity: dry friction path, double stage stiffness and spline clearance. The utility of the proposed nonlinear model is illustrated by the industrial need to clearly identify the dynamic behavior of mechanical elements (shafts, bearings, gears, flywheel, pressure plate, hub of the clutch…) and reduce vibration. The governing nonlinear time varying motion equation formulated is resolved by the analytic Runge Kutta method.Then the modeling of the eccentricity defect located on the gear and the flywheel of the clutch is done. The effect of this defect on the nonlinear dynamic behavior of the system is investigated.     

压电驱动器迟滞非线性的分数阶建模及实验验证

存在于压电陶瓷全工作范围内的迟滞非线性特性,往往会导致压电陶瓷执行器的系统精度下降、振荡,甚至造成系统的不稳定。针对周期性的正弦输入信号,提出一种基于分数阶算子的迟滞建模方法。首先,在分析压电特性和分数阶算子特性的基础上,采用结构简单参数少的分数阶算子来描述压电陶瓷的迟滞特性;然后,搭建了基于dSpace的压电驱动微位移定位实验平台;最后,将基于分数阶算子的迟滞建模方法应用于压电驱动微位移定位平台中,对压电陶瓷的迟滞非线性特性进行辨识。实验结果表明采用基于分数阶的迟滞模型(FOM)比传统的Prandtl-Ishlinskii模型(PIM)及其改进的增强型Prandtl-Ishlinskii模型(EPIM)更有优势;在低频段,FOM模型比PIM模型和EPIM模型精度略有提高,但是在高频段,FOM模型比PIM模型和EPIM模型精度则提高显著。在输入频率为100HZ的情况下,所提出的FOM模型较PIM模型的均方根误差(RMSE)值精度提高69.84%,较EPIM模型的RMSE值精度提高68.88%。     

压电微定位台的率相关动态迟滞建模及参数辨识

针对压电微定位台固有的率相关迟滞非线性严重限制其微定位精度的问题,研究了基于Backlash-Like的Hammerstein率相关迟滞非线性模型及其建模方法。以改进的Backlash-Like分段辨识模型描述压电微定位台的静态非线性特性,结合ARX(Auto Regressive eXogenous)模型,建立描述压电微定位台的率相关动态迟滞模型。同时,针对传统的粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)进行模型参数辨识时易陷入局部最优的问题,提出一种具有交叉变异策略的改进型粒子群算法进行模型的参数辨识。实验结果表明:与传统的Backlash-Like模型相比,改进的Backlash-Like分段辨识模型在输入电压为60V,频率为2Hz的信号时,模型辨识的最大误差由0.68μm下降到了0.104μm,最大相对误差由2.69%下降为0.35%。当压电微定位台输入电压为60V,频率分别为30Hz,60Hz和90Hz的单频信号时,Hammerstein率相关迟滞模型较Backlash-Like分段辨识模型,均方根误差由0.393 1～0.700 6μm下降至0.054 1～0.190 4μm,相对误差由1.721%～3.087%下降至0.236%～0.831%。验证了基于改进Backlash-Like的Hammerstein率相关迟滞模型较传统的Backlash-Like静态迟滞模型能精确地描述压电微定位台的率相关动态迟滞特性,具有较好的频率泛化能力,提高了压电微定位平台的定位精度。