边界摩擦条件下含有预紧的对合碟簧隔振单元振动与稳定性分析

实际工程中,碟簧类隔振器常简化为线性模型,随着隔振器内部碟簧数量的增加,边界摩擦效应与刚度阻尼非线性等问题导致线性模型失真。为了研究对合碟簧组在考虑边界摩擦条件下的非线性振动特性,提出了一种含有预紧的对合碟簧隔振单元,建立了考虑边界摩擦与预紧条件下对合碟簧组的非线性动力学模型。应用Klotter求解非线性方程的方法,对该对合碟簧隔振单元在基础激励下的受迫振动进行分析计算,得到其固有频率附近的幅频特性曲线方程;基于Routh?Hurwitz 稳定性判定条件,推导并计算出该对合碟簧隔振单元的不稳定区间,并讨论系统参数对该隔振单元非线性振动与稳定性的影响。计算结果表明,幅频特性曲线与稳定区间均仅由系统的非线性刚度三次项无量纲系数α2、黏性阻尼无量纲系数μ1与附加支持力无量纲系数μ2控制,且系统脱离频率Ωb的平方与附加支持力无量纲系数μ2成正比。系统存在异常跳跃状态与不向稳定共振分支跳跃的微共振或无共振状态,并说明了黏性阻尼无量纲系数μ1与附加支持力无量纲系数μ2对这两种状态以及其稳定区间的影响关系。最后,通过定频试验验证模型的准确性。     

三质体振动机动力学参数对其性能的影响分析

提出了工作质体无量纲特征幅值、特征幅值放大倍数、最大参振物料系数、隔振架与基础之间的力传递系数、同步能力系数和临界隔振频率比作为描述三质体振动机的性能指标。通过数值计算,研究了系统动力学参数对振动机各性能指标的影响规律。当工作质体工作于超共振态时,特征幅值和力传递系数随隔振频率增加而减小。当隔振频率比相同且大于临界隔振频率比时,随工作质体与隔振质体质量比的减小,初始特征幅值和最大力传递系数增大,特征幅值放大倍数和最大参振物料系数略有减小,即较小的工作质体与隔振质体质量比,有利于提高振动机的综合性能指标。振动激励角越小,系统同步能力系数越大。当支撑刚体作为物料箱时,同步能力系数随工作质体与激振器安装刚体的质量比的增加而增大。系统结构能够满足两激振器自同步运行的稳定性要求,计算机仿真结果验证了理论研究的正确性。     

非线性刚度非线性阻尼隔振系统功率流研究

针对非线性阻尼、非线性刚度隔振系统效果评价问题,引入功率流作为评价非线性隔振系统的关键参数。水平弹簧提供负刚度使得隔振系统具有高静态低动态刚度特性,水平阻尼提供系统的非线性阻尼。运用谐波平衡法分析系统强非线性振动的功率流,探讨非线性刚度和非线性阻尼对隔振系统功率流的影响。研究表明,非线性刚度能够拓宽系统隔振频带,非线性阻尼能够保持较优高频隔振性能。最后,在单层隔振基础上,展开双层非线性隔振系统功率流特性研究。结果表明:系统中每一层非线性刚度的加入均可以有效拓宽隔振频带,降低高频处功率流传递率。系统中每一层非线性阻尼的引入均可以降低第一阶共振峰峰值,得到更好的隔振效果。     

几何非线性黏性阻尼隔振系统动力学特性研究

针对舰船设备用隔振系统中普遍存在的非线性特性，建立了包含非线性刚度、库伦阻尼和几何非线性黏性阻尼的非线性隔振系统数学模型，采用平均法进行解析求解，根据 Routh?Hurwitz 判据得到系统稳定性边界条件，综合研究了线性阻尼、库伦阻尼和和几何非线性黏性阻尼对系统幅频响应和稳定性的影响规律；对非线性隔振系统进行了避跳参数设计，分析了系统参数对避跳边界的影响；通过振动试验进行验证。结果表明：线性阻尼、库伦阻尼和几何非线性黏性阻尼对降低软、硬隔振系统幅频响应峰值，提高系统稳定性都有积极作用，但由于库伦阻尼的“锁定”特性导致硬特性隔振系统幅频响应出现“频率岛”现象，系统稳定性未能得到有效改善，但库伦阻尼有效降低了软特性隔振系统幅频响应峰值，提高了系统稳定性；几何非线性黏性阻尼对降低幅频响应峰值，提高系统稳定性均具有显著作用，同时不会出现“频率岛”现象。     

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。     

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。     

非线性隔振理论初探

本文以线必阻尼，立方刚度非线性系统为例，对非线性隔振理论进行了初步探讨，导出了系统的无量纲运动响应和传递率，并与线性隔振系统进行了比较，着重讨论了非线性对它们的影响，获得了一些有用的结论。     

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。     

含分数阶惯容器隔振系统的临界阻尼设计

为了研究用含分数阶导数描述的液力惯容器的非线性隔振系统特性,建立无量纲动力学模型。在无阻尼控制时,通过对比力传递率特性指标讨论参数对隔振系统性能的影响。结果表明分数阶惯容器能够反映液力式惯容器的多相特性,既有惯性作用又有一定阻尼作用,相比整数阶惯容器在隔振效果上有一定优势,但同样不能有效抑制非线性效应。在忽略非线性项的前提下,考虑系统含分数导数的特殊情况,详细介绍分数阶临界阻尼设计过程。仿真试验结果表明,所设计临界阻尼可以保证系统在自由振动时单调递减,而且考虑非线性项后,相比整数阶惯容器能够更好抑制非线性效应。     

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。     

广义分数阶van der Pol-Duffing振子的动力学响应与隔振效果研究

用平均法研究了含分数阶导数项的van der Pol-Duffing振子的动力学行为和力传递率.得到了主共振时振子的一阶解析解、定常解幅频曲线和相频曲线的解析表达式,进一步通过与数值解作对比,验证了解析解的正确性,分析了不同参数对幅频曲线和力传递率的影响.结果 表明:解析解与数值解吻合良好;在无量纲情况下,共振区分数阶...     

泡沫材料厚度对其刚度及阻尼系数的影响

根据隔振分析模型,建立了相应的实验测量系统,测量并分析了泡沫材料的刚度及阻尼系数。采用激振台对泡沫材料施加激励,由2个加速度计拾振,获得了由泡沫材料组成的缓冲包装系统的振动传递比曲线,应用非线性拟合方法计算得到了阻尼比,并求得了刚度和阻尼系数。实验结果表明:泡沫材料刚度随其厚度增加而递减,阻尼系数则在一定范围内随厚度增加而降低;泡沫材料厚度的增加会降低缓冲包装系统隔振的下限频率,在一定范围内越厚,隔振效果会越好,但当厚度超过了特定值,隔振效果反而有所下降。     

具有时滞反馈控制的非线性主动悬架系统的稳定性、分岔和混沌

研究了具有时滞反馈控制的非线性主动悬架系统模型,该模型考虑了悬架弹簧和阻尼的非线性特性。运用广义Sturm准则推导了时滞无关稳定区域的临界增益和稳定性开关的临界时滞。在不同稳定性区间内选取参数组合进行数值模拟,验证理论分析的有效性。在动力学方程的基础上,利用分岔图、庞加莱映射图和时域图,研究了在路面激励下的悬架系统的非线性动力学行为。结果表明,在增益系数和阻尼系数g~ζ1平面内存在一个小的参数区间来实现时滞无关稳定性,并且区间范围随着悬架阻尼系数的增加而增大。当受控系统不具有时滞无关稳定性时,系统会随着时滞的变化而发生稳定性切换,这些稳定性开关对应时滞跨越临界值时发生的Hopf分岔。数值仿真验证了理论分析的正确性。时滞作为分岔参数,观察到系统由准周期运动通往混沌运动的途径:准周期环面破裂。     

斜支承系统包装物体的跌落破损边界研究

以斜支承系统为研究对象,建立系统无量纲跌落冲击动力学方程。应用龙格-库塔数值分析方法,以系统特征参数、无量纲跌落冲击速度以及支承角或阻尼比为基本评价量,构建系统的二维跌落破损边界曲线和三维跌落破损边界曲面,讨论系统阻尼比、系统支承角以及系统特征参数等对跌落破损边界的影响。研究表明,系统特征参数、无量纲跌落冲击速度以及系统阻尼比对破损边界影响显著,系统存在最佳阻尼匹配,当系统阻尼比接近最佳匹配值时,系统对产品具有良好的保护性能,降低系统的特征参数或减小系统支承角可改善对产品保护性能。研究结论可为斜支承系统设计提供理论依据。     

斜向三维隔震支座的非线性力学性能试验及数值模拟研究

该文针对三维隔震结构较高竖向承载力和减震效果的需求,基于铅芯橡胶支座提出了斜向三维隔震支座,并基于铅芯橡胶支座的非线性力学本构模型,建立了考虑压缩应力及刚度衰减影响的三维隔震支座非线性竖向刚度计算模型。进行了倾斜角度分别为12°和15°的三维隔震支座模型力学性能试验,试验结果得到了该三维隔震支座滞回模型呈现出加载和卸载非平行特征,竖向刚度呈现非线性变化,以及角度和竖向位移对力学性能的影响规律。进一步对理论与试验结果进行对比分析,三维隔震支座的试验结果与理论计算值吻合。最后利用通用有限元软件建立不同倾斜角度的三维隔震支座数值分析模型,基于计算理论、静力试验及数值仿真结果分析了摩擦系数、剪应变、倾斜角度对三维隔震支座非线性竖向刚度的影响。     

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。     

正交面齿轮传动非线性振动特性分析

以正交面齿轮传动系统为研究对象,建立了包含时变啮合刚度、啮合阻尼、齿面误差、齿面摩擦、齿侧间隙、轴承间隙等因素的弯-扭耦合非线性动力学模型,采用4-5阶变步长Runge-Kutta法对系统的无量纲动力学微分方程组进行求解。计算结果表明：在不同转速时系统会出现单周期非谐响应、多周期次谐响应、拟周期响应及混沌响应,并伴随着跳跃现象;随着负载转矩的增大,系统响应呈现混沌-多周期次谐-单周期非谐的变化趋势,轻载时齿轮副易出现单边和双边冲击现象,当载荷增大到一定程度后齿轮副处于无冲击状态;摩擦系数较小时,对系统非线性振动特性影响不大,当其逐渐增大时,系统运动状态由单周期经倍周期分叉进入混沌运动     

Approximate solution for nonlinear random vibration problems by partial stochastic linearization

The accuracy of the stochastic linearization methods is improved by the proposed method of partial stochastic linearization, in which only the nonlinear damping force in the original system is replaced by a linear viscous damping, while the nonlinear restoring force remains unchanged. The replacement is based on the criterion of equal mean work, performed by the nonlinear damping force in the original system and its linear counterpart. The resulting nonlinear stochastic differential equation is then solved exactly, keeping the equivalent damping coefficient as a parameter, which can be determined for a specific system by solving a nonlinear algebraic equation.