环境微振动下超精密加工设备基础隔振分析

为研究超精密加工设备隔振基础的隔振效果,以某超精密加工设备为研究对象,设计了隔振系统,分析了系统在环境微振动下的振动响应,发现在x方向能得到很好的隔振效果。另外,通过调整隔振基础厚度和隔振弹簧刚度,分析了加工设备对外界环境微振动的响应变化情况。     

多自由度系统模型在光电吊舱隔振系统设计的应用

为减小振动对光电吊舱成像质量的影响,依据多自由度系统模型理论、隔振理论和实际振动环境设计了小型光电吊舱被动隔振系统,该隔振系统能够合理的配置光电吊舱隔振系统的各阶频率。基于多自由度系统模型理论对隔振系统的各阶固有频率进行配置,指导隔振器的空间布局及相对位置、隔振器的三向刚度及阻尼值和隔震系统支架结构的设计。通过Adams/Vibration模块进行仿真分析,利用振动台对光电吊舱隔振系统进行验证试验,结果显示理论计算、仿真分析和振动试验获得的隔振系统各阶固有频率接近,最大误差不超过10%,且在激振力频率92.5 Hz附近隔振效果明显。外场试飞试验也验证了小型光电吊舱隔振系统的隔振性能。     

离散型整星隔振系统的动力学参数设计

研究离散型整星隔振系统的动力学参数设计问题。通过建立整星隔振系统的动力学模型,得到从隔振器底端到卫星质心的振动传递率。用理论和仿真方法对此动力学模型进行有效验证,表明该动力学模型能较好地体现离散型整星隔振系统前两阶的振动传递规律。通过衰减不同的共振峰值的内在规律,讨论该隔振系统动力学参数对振动传递特性的影响,提出离散型整星隔振系统的动力学参数设计原则,为整星隔振器的结构参数设计提供理论指导。利用振动台对离散型整星隔振系统进行振动试验,表明该隔振器具有很好的隔振性能,验证了动力学参数设计的正确性。     

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。     

微振动模拟与主被动隔振一体化实验平台

针对遥感卫星地面微振动实验的复杂要求,设计了一种同时具备微振动模拟与主被动隔振功能的一体化微振动实验平台,并对该平台的主、被动隔振性能以及微振动模拟效果分别进行了仿真分析和实验测试。其中,被动隔振由气浮支撑实现,主动隔振采用主动阻尼方法抑制共振峰,微振动模拟采用基于线性系统频响函数的控制策略。实验结果表明,平台前六阶的模态频率分布均小于10 Hz,被动隔振系统能大幅抑制10～200 Hz频段内的地面微振动;主动隔振能够实现14 dB的隔振系统共振峰衰减效果。微振动模拟功能能够有效产生接近星上的单频和多频真实扰动线谱,在特定频谱的扰动模拟实验中,幅值最大误差为5.9%,在误差允许范围内。该多功能一体化实验平台的各项功能均能满足地面模拟实验需求。     

橡胶垫板连接的板壳结构振动传递特性

为了研究板壳结构采用橡胶垫板弹性连接下的隔振性能,应用有限元计算软件ANSYS分别对橡胶垫板连接和刚性连接板壳耦合模型进行了仿真计算,比较了两种连接方式下壳体的振动响应,并分析了橡胶垫板参数变化对其的影响。对比了阻尼橡胶垫板和沟槽型橡胶垫板两种连接元件,对采用不同连接元件时壳体的振动响应进行了对比研究。仿真结果表明:与刚性连接相比,橡胶垫板连接能有效抑制板壳振动传递;与阻尼橡胶垫板相比,沟槽型橡胶垫板的隔振效果更好。     

大口径空间相机像质的微振动频率响应计算

由于大口径空间相机对空间环境变化和卫星内部振源引起的微振动十分敏感,本文研究了影响成像质量的微振动频率响应的计算方法,以改善相机的在轨动态成像质量。该方法通过实际光学模型取代线性光学模型,建立微振动光机集成模型,从而计算影响成像质量的微振动频率响应。首先,建立大口径空间相机有限元模型,进行结构频率响应计算,得到采样频率点的光学表面节点位移和相位。然后,通过蒙特卡洛分析方法,建立微振动光机集成模型,以均方根光学系统动态传递函数和视轴漂移衡量大口径空间相机动态成像性能。最后,研制了大口径空间相机力学样机,对其进行了振动试验,验证了有限元模型的正确性。试验结果表明仿真结果与试验结果接近,误差均在5%以内,满足大口径空间相机动态成像质量分析的要求。     

内燃动力总成双层隔振系统瞬态计算方法研究

内燃机被广泛应用于生活生产各个方面,但其工作过程中产生的振动与噪声一直困扰着人们。为了减少内燃动力机组整机振动对周围环境产生的不利影响,可将机组通过单层或双层隔振系统安装在基础上。结合相关研究可知,进行内燃动力机组整机振动分析时,除了要计算机组工作转速范围内的整机振动外,掌握机组启停过程的共振响应情况也是必要的。本文以隔振系统中较为复杂的内燃动力总成双层隔振系统为研究对象,首先通过试验掌握了采用双层隔振系统的内燃动力机组启停过程典型共振响应特性,同时试验结果也为验证计算方法正确性的提供了依据。然后,建立了双层隔振系统动力学模型,采用中心差分法为数值计算方法,结合内燃动力总成特点对机组启停过程加载了激振力,仿真计算所得结果与实测结果的共振响应频率基本一致,最大幅值接近。本文提出的隔振系统瞬态计算方法,能够对机组启停过程的共振响应进行准确计算,为在设计阶段掌握内燃动力机组启停过程的共振响应特性提供了可能。该方法虽然是以内燃动力总成双层隔振系统为对象进行研究,对于采用单层隔振系统的内燃动力机组也可适用。     

AUV动力舱段简化建模及振动传递特性研究

提出了一种隔振圈结构等效建模方法,并使用ANSYS建立了包含动力装置、隔振圈及动力舱壳体在内的动力舱段振动分析模型。计算与试验对比表明,本文模型能够较好地反映出动力舱段的结构振动传递特性。利用本文模型开展参数影响分析,结果表明:动力装置的简化程度过大会引起舱段壳振动响应计算结果的较大误差;减小隔振圈径向刚度、增大壳体阻尼有助于降低壳体较高频段的振动响应,但对抑制低频振动无显著效果。     

基于Shaw不变流形的双层金属橡胶隔振系统振动响应分析

多自由度非线性系统求解是困扰其推广使用的难题,为解决多自由度金属橡胶非线性隔振系统特性分析与响应计算问题,采用基于Shaw不变流行定义的非线性模态理论来求解双层金属橡胶隔振系统的振动响应。首先基于金属橡胶双折线本构关系模型建立了双层金属橡胶隔振系统的力学模型,并对金属橡胶迟滞环节进行了等效线性化,推导了隔振系统的运动微分方程;然后依据Shaw不变流行的定义,提出了能使非线性模态理论成立的基本假设,推导了该系统的非线性模态方程,并指出了用非线性模态叠加法求解的过程;最后分别用该方法与Runge-Kutta数值计算方法求解了算例,并将结果进行对比,说明了以非线性模态叠加法求解两自由度金属橡胶隔振系统响应的可行性,尽管该方法尚不能十分精确,但在多自由度非线性系统求解没有较好的办法的现状下,为解决多自由度金属橡胶振动系统响应计算问题打下了基础,该方法对多自由度非线性系统的求解具有重要的意义。     

高精度测量的被动隔振研究

随着精密测量设备的快速发展,对其隔振系统的要求也越来越高。隔振系统也越来越显示出其重要性。许多精密设备所达到的分辨力被周围环境的振动所限制,没有一个好的隔振系统,测量过程中任何精密动作都难于实现。本文对常用的被动隔振系统进行了分析,以恒温恒湿工作腔体内工作台为隔振对象,设计了一两级隔振系统,并进行了MATLAB仿真分析。     

双层精密隔振平台的最优控制研究

将主动隔振技术应用到双层精密隔振系统中,设计双层主动隔振系统,建立其动力学方程和状态方程。根据精密制造和精密仪器的隔振需求,提出控制目标,建立系统的线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)最优控制模型,利用Matlab/Simulink软件进行仿真分析,在不同激励下研究主被动系统隔振对象的加速度响应大小。仿真结果表明:双层主动隔振系统的隔振效果远远优于被动隔振系统。     

复杂激励环境下精密隔振系统的振动传递率研究

在分析基础干扰单独作用下被动隔振系统和主动隔振系统振动传递率的基础上,定义了基础干扰和直接干扰同时作用的复杂激励环境下隔振系统的振动传递率概念,推导了复杂激励环境下被动隔振系统和主动隔振系统振动传递率的有关计算公式。系统研究了复杂激励环境下加速度反馈、速度反馈和位移反馈对隔振系统振动传递率的影响。     

精密隔振平台振动的模糊控制

采用混合隔振技术建立了以空气弹簧作为被动隔振元件、超磁致伸缩致动器作为主动隔振元件的精密隔振平台隔振系统，并采用模糊控制理论设计其主动控制器。应用MATLAB软件进行了仿真分析以验证系统的振动控制效果。仿真分析结果表明，该振动控制系统在较宽的频率范围内具有良好的减振效果，该系统可应用于超精密测量．制造设备的隔振领域。     

星载相机隔振器的结构优化和隔振性能分析

基于黏弹性材料在剪切力作用下产生较大阻尼损耗的原理,初步设计了一种星载相机隔振器。采用正交试验设计结合有限元分析的方法,详细探究了隔振器的结构参数对其固有频率和模态损耗因子的影响,据此对隔振器的结构进行优化。建立了相机隔振系统的有限元模型,并对其进行了力学强度校核和隔振性能分析,结果表明,使用该隔振器的相机隔振系统能满足卫星发射阶段的力学环境要求,并具有较好的隔振效果。     

基于4-UPS/CPC并联机构的多维调姿隔振平台设计

提出了一种用于轮腿式机器人载运车的多维调姿隔振平台,该平台以4-UPS/CPC并联机构为主体,辅以弹簧阻尼模块,将调姿与隔振功能相结合,以满足载运车在工作过程中的姿态调整和隔振需求。以并联机构的工作空间、静刚度和灵巧度为目标,进行了4-UPS/CPC并联机构结构参数的优化设计;建立了路面谱模型,使用差分预测算法对载运车在C级路面上行走时保持上平台水平所需的支链长度进行了预测,通过仿真验证了所设计平台调姿功能的有效性;建立了多维隔振系统的振动模型,采用理论及仿真方法研究了系统在受迫振动下的振动响应,结果表明,隔振平台在5个自由度方向的隔振率均在57%以上;设计了隔振平台样机,搭建了实验系统,并进行了X、Y和Z方向的隔振实验,实验结果表明,所设计的多维调姿隔振平台在测试的3个方向上的隔振率均在50%以上,具有良好的隔振性能。     

带有三维激光干涉仪和压电位移执行器的新型主动隔振系统

我们为超精密测量系统开发了一种新型主动隔振系统。它由三套三维激光干涉仪传感器及六组压电位移执行器组成，以限制空间运动的六个自由度。实现实时补偿振动的功能。     

精密隔振平台振动的LQG控制

建立了以空气弹簧作为被动隔振元件、超磁致伸缩致动器作为主动隔振元件的精密隔振平台隔振系统，应用LOG控制算法设计其主动控制器。采用MATLAB软件进行了仿真分析以验证系统的振动控制效果。仿真结果表明所设计的振动主动控制系统可在非常宽的频率范围对基础干扰和由仪器设备产生的直接干扰所引起的精密隔振平台振动进行有效的控制。     

液压限位隔离系统的抗冲击性能研究

在舰载隔离系统中安装限位器可有效限制设备的最大相对位移，但传统橡胶限位器易对系统产生严重的二次冲击。首先，建立了液压限位器的数学模型，并通过杜哈梅积分法对隔离系统的冲击响应特性进行了仿真分析;然后，设计了带液压限位器的隔离系统试验装置并进行了冲击测试试验，比较了不同限位器参数对抗冲击效果的影响;最后，对比分析了液压限位与橡胶限位隔离系统的冲击响应特性，与无限位的隔离系统相比，液压限位可减小近60%的最大相对位移响应,存在一个最佳节流孔孔径，可使系统获得最佳隔振效果。研究结果表明：与传统橡胶限位隔离系统相比，在相对位移响应近似相等的条件下，加速度响应可降低44.5%，大幅提高舰载设备的抗冲击性能。     

金属橡胶减振器在同轴两反空间相机中的应用

为了减少振动对同轴两反空间相机的影响,研究了金属橡胶减振结构及同轴两反空间相机的随机振动响应。分析金属橡胶结构的力学模型,研制出串联金属橡胶减振结构,建立空间相机的有限元模型并进行模态分析和随机振动响应分析;最后,通过正弦扫频试验和随机振动试验验证有限元分析的准确性。试验结果表明,装配有金属橡胶减振器的同轴两反空间相机X,Y与Z三个方向的一阶固有频率均大于100 Hz,远离卫星的固有频率,不会与卫星发生共振,地面正弦扫频试验也不会发生共振。随机振动试验中同轴两反空间相机在X,Y与Z三个方向上的输入激励响应为4.98grms,而次镜在X,Y与Z三个方向上的振动响应分别为3.381grms,2.884grms和1.969grms,振动试验后系统没有出现明显像差。金属橡胶减振器对空间相机有显著的减振效果,可为同类型空间相机减振结构的设计提供参考。