空气弹簧隔振性能及试验研究

对隔振用空气弹簧弹性特性及阻尼特性进行了理论上的分析和试验研究,并对一些影响空气弹簧特性的因素做了分析.     

节流孔式空气阻尼系统建模及参数影响分析

考虑空气弹簧橡胶气囊力学特性,采用分数导数Kelvin-Voigt模型和摩擦模型对空气弹簧橡胶气囊进行建模;并基于牛顿力学、热力学、流体力学和黏弹性力学,建立了节流孔式空气阻尼系统非线性模型。在系统工作平衡点附近,建立了该系统的线性化模型,并基于复刚度等效得到了系统的等效刚度和等效阻尼系数方程。以某空气弹簧为研究对象,实验验证了等效模型的有效性。在此基础上,分析了激振振幅、激振频率以及关键设计参数对系统等效刚度和等效阻尼系数的影响规律,这为空气悬架的刚度和阻尼匹配设计提供参考。     

原子力显微镜动力学简化模型的振动参数探讨

欧拉-伯努利梁模型和一维弹簧振子模型是原子力显微镜(atomic force microscopy, AFM)的动力学理论基础。该文章提出了计算等效阻尼的新方法，并分别用挠曲线函数和一阶振型函数两种简化方式计算了由欧拉-伯努利梁模型简化为一维弹簧振子模型的等效质量、等效刚度和等效阻尼，并对两种简化方式进行了比较。在各项参数等效的基础上，进一步对固定端位移激励下悬臂梁的响应振幅进行了探讨。最后设计了无针尖探针远离样品处的扫频实验，实验表明用一阶振型函数简化所得的理论结果和实验吻合较好。该结果为原子力显微镜的动力学特性研究提供了理论参考。     

高黏弹沥青阻尼垫研制及其冲击隔离性能试验研究

针对提高阻尼比可显著降低地板隔震系统首次震动峰值减少震动周次,研制损耗因子大、黏结力强、变形恢复率高、温敏性低的高黏弹沥青。通过阻尼结构设计及室内冲击震动试验等方法研制圆筒式阻尼垫。研究表明,该阻尼垫与钢弹簧并联用于地下工程地板隔震时,系统隔震率达70%,阻尼比高达0.26,可大幅减少地板震动周次、降低工程内部人机累积损伤,为地下工程冲击隔离防护的高阻尼隔震元件。     

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。     

电流变减震器的参数估计与减振性能研究

本文对研制的多层极板式电流变减振器进行了正弦和随机激励实验，发现这种减振器在低频时减振效率非常明显，在高电场时减振器表现出明显的非线性特性，减振器还具有移频移性，即减振器的刚度在电场作用下发生变化，为了比较，对一种滑动极板减振器进行了对比实验，最后用递归最小平方法估计了减振器的粘性阻尼和库仑阻尼，估计时考虑了刚度的变化，估计的结果与实验结果一致。     

电流变减振器的参数估计与减振性能研究

本文对研制的多层极板式电流变减振器进行了正弦和随机激励实验，发现这种减振器在低频时减振效果非常明显，在高电场时减振器表现出明显的非线性特性，减振器还具有移频特性，即减振器的刚度在电场作用下发生变化。为了比较，对一种滑动极板减振器进行了对比实验。最后用递归最小平方法估计了减振器的粘性阻尼和库仑阻尼，估计时考虑了刚度的变化，估计的结果与实验结果一致。     

基于波函数法的附加弹簧阻尼薄板的振动研究

基于Kirchhoff薄板弯曲振动理论和波函数法Wave Based Method(WBM)理论,推导了运用WBM将附加弹簧阻尼结构转化为点激励的方法,构建了基于WBM计算含弹簧阻尼支承薄板振动响应的系统矩阵,得到了含弹簧阻尼支承的薄板弯曲振动响应。以四边简支矩形板为例,计算了50~600 Hz频段内参考点的振动响应,并与解析法和有限元法的计算结果进行了对比。运用该方法对比计算了添加不同弹簧阻尼结构数与无弹簧阻尼结构时薄板在120 Hz的弯曲振动响应。结果表明:通过将弹簧阻尼结构转换成点激励的方法,能有效的将WBM应用于附加弹簧阻尼支承薄板弯曲振动响应的仿真计算,与有限元法相比,有着更高精度和收敛速度。     

RLC电路弹簧耦合系统的级数解

为了研究RLC电路弹簧耦合系统的非线性振动，用统一的能量法考虑机电耦合系统的电场能、磁场能和机械能，应用拉格朗日-麦克斯韦方程建立起一个受到简谐激励的RLC电路弹簧耦合系统的数学模型，该机电耦合系统具有平方非线性。根据线性振动理论对系统运动微分方程组进行分析，得到了一个受简谐激励的Mathieu方程，通过积分变换，得到了Mathieu方程的级数形式解。分别用龙格库塔法和级数法计算了在无外激励的情况下，有阻尼和无阻尼时系统分别对应的时间响应，通过Matlab软件进行模拟分析，发现二者得到的响应曲线吻合，证明了级数法对分析类似系统是个很有效的手段。     

弹性支撑微颗粒阻尼的时效性研究

弹性支撑微颗粒阻尼器具有双层减振结构,外部为弹簧支撑,内部为微颗粒碰撞阻尼,将弹性变形与微颗粒碰撞耗能有效结合。对弹性支撑微颗粒阻尼器进行了持续50 h的正弦激励实验,实验结果表明弹性支撑微颗粒阻尼器能稳定消耗系统至少80%的能量。通过与单体碰撞阻尼,颗粒阻尼和弹性阻尼的实验比较揭示了弹性支撑微颗粒阻尼器的减振机理:内部微颗粒塑形变形,自由质量与阻尼器腔体的动量交换和外部弹簧吸振的共同作用,弹性支撑微颗粒阻尼器的外部弹簧能够消耗系统约50%的能量,使弹性支撑微颗粒阻尼器得阻尼效果随时间不断强化。根据上述减振机理,建立了弹性支撑微颗粒阻尼器的动力学模型,理论计算结果与实验结果进行比较,验证所建模型的正确性。运用该动力学模型对弹性支撑微颗粒阻尼器进行了优化,得到了该阻尼器的最优结构参数。     

自复位支撑-钢框架结构直接基于位移的支撑参数设计与分析

该文提出了预压碟簧自复位耗能（PS-SCED）支撑-钢框架结构的等效阻尼比公式并验证其合理性,在此基础上,采用直接基于位移的抗震设计方法对一6层PS-SCED支撑-钢框架结构的支撑参数进行设计并分析。结果表明,不考虑等效阻尼比设计的支撑刚度偏于保守,支撑承载力需求偏大,而考虑等效阻尼比设计的支撑刚度和承载力需求更小且能使结构满足预定的性能目标;在相同性能目标下,支撑刚度比对结构的位移响应影响不大,按照所提出的刚度比区间设计的支撑参数能使结构满足变形限值要求。     

基于马歇特锤实验的聚氨酯缓冲性能分析

目的为了测试聚氨酯材料的缓冲性能,设计合适的环阻尼缓冲防护结构,从而使系统有更好的缓冲性能和稳定性。方法以某高过载测试电子记录器中环阻尼缓冲防护结构为例,建立了有阻尼的质量弹簧系统数学模型,通过动态马歇特锤实验对钢壳内侧壁与内胆盖外侧壁、内胆外侧壁之间灌封的聚氨酯材料的缓冲性能进行了分析研究。结果马歇特锤分别打10个、17个和20个齿时,均是直径为46 mm的内胆最大加速度值最小。结论螺距相同时,直径为46 mm的内胆相对于钢壳运动的位移幅值最小,为最优设计方案。     

稀土氧化物填充丁基发泡橡胶阻尼性能的研究

制备了一种具有较好阻尼性能的丁基发泡橡胶,研究了发泡、补强剂种类、稀土氧化物种类对丁基橡胶阻尼性能的影响,并对其泡孔形貌进行了表征。结果表明,发泡后丁基橡胶的阻尼性能优于未发泡的丁基橡胶;加入白炭黑后丁基发泡橡胶的损耗峰明显高于加入炭黑后丁基发泡橡胶的损耗峰,但加入炭黑的丁基发泡橡胶具有较宽的有效阻尼温域;稀土氧化钆(Gd_2O_3)由于具有磁性,其作为填料时,丁基发泡橡胶的阻尼性能较好,泡孔形貌均一、分布均匀,且多为闭孔。     

振动台试验新型叠层剪切模型箱的设计与性能测试

振动台模型试验是开展地震作用下土-地下结构动力相互作用研究的重要手段,而模型箱的性质将直接影响到试验结果的准确性。基于结构动力学的基本原理,设计研制了设有可调节弹簧和阻尼装置的层状剪切模型箱,并对其有效性进行了试验验证;同时,基于ANSYS软件对模型箱的动力性能开展了模拟分析。试验和分析结果表明,研制的设有可调节弹簧和阻尼装置的全仿真层状剪切模型箱具有良好的真实场地无限边界条件的模拟效果,可体现土-地下结构相互作用体系的动力反应是由速度和位移控制的特点;针对不同试验中所选择的模型土种类的不同,该模型箱可调整其自身性能,以满足试验对降低模型箱边界效应的要求。该模型箱的研制为今后其他岩土地震工程问题研究中试验箱的选择提供了新思路。     

斜支承系统关键件的跌落破损评价

建立考虑关键件的斜支承系统模型,基于系统跌落冲击动力学方程,利用四阶Runge-Kutta法,以系统参数、跌落冲击初始速度、支承角或频率比或系统阻尼比作为三个基本参量,获得关键件跌落破损边界,探讨支承角、频率比、系统阻尼比等对关键件跌落破损边界的影响规律。评价结果显示：较小的支承角或较大的频率比有利于扩大系统关键件的未损坏区;系统阻尼比存在最优值,恰当地选择阻尼比可改善斜支承系统的抗跌落冲击性;为使斜支承系统获得理想的减振和抗跌落冲击性能,需综合考虑内装物主体等效刚度系数、弹簧原长等参数。     

天然橡胶与其环氧化物并用胶基复合材料的黏弹阻尼性能

为改善天然橡胶（NR）的阻尼性能,在密炼机中以质量比20：80混合不同环氧度环氧化天然橡胶（ENR）与天然橡胶制备ENR-NR并用橡胶基体,在橡胶基体的混炼与开炼过程加入其他填充组分（硫磺、促进剂2,2'-二硫代二苯并噻唑（DM）、促进剂N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺（CZ）、ZnO、硬脂酸、炭黑）得到了宽温域阻尼ENR-NR基复合材料。采用橡胶加工分析仪和动态力学热分析仪,研究了ENR-NR混炼胶和硫化胶的动态力学和阻尼性能。结果表明：NR环氧化增强了分子链局部刚性,改善了胶体与填料的黏结性,但ENR吸附较多炭黑后不易均匀分散于连续相NR中。因此,ENR-NR并用混炼胶的黏度和储能模量随ENR环氧度增大而增加;在NR中加入ENR可改善硫化胶的弹性和阻尼性能。ENR-NR并用胶的有效阻尼温度范围拓宽到较高温度,环氧度为25的ENR与NR并用后,有效阻尼温度范围为-57~1℃,明显宽于NR的-57~-20℃,但高环氧度并用胶则出现阻尼失效区。加入少量ENR对NR的硬度、模量和断裂伸长率影响不大。     

聚氯乙烯基隔声材料中填充炼钢炉渣粉

将炼钢炉渣粉填充到玻璃纤维织物/聚氯乙烯复合材料中制备了一种隔声材料 , 并利用双声道分析仪 ,分析研究了面密度与复合材料隔声性能的关系 , 比较了填充炼钢炉渣粉前后复合材料隔声量的变化 ; 利用动态热力学分析仪、SEM、 万能材料试验机等对材料的动态力学性能、 结构形态、 力学性能等进行了测试。结果表明 :复合材料的隔声性能在中低频段 (500～1000 Hz) 随着面密度的增加而增加 , 在高频段 ( > 1000 Hz) 变化不明显; 炼钢炉渣粉填充到复合材料中提高了材料在中低频段 (500～1000 Hz) 的隔声性能 ; 炼钢炉渣粉的填充对聚氯乙烯隔声材料的阻尼性能和力学性能也有一定的影响。     

可控阻尼半主动冲击隔离技术研究

传统的冲击隔离系统通常都只是从刚度上进行设计，因此在提供较高冲击隔离效率的同时，往往带来很大的相对位移。针对那些遭受持续时间很短的冲击，但又对冲击隔离效率和相对位移有严格限制的冲击隔离问题，提出了可控阻尼的半主动冲击隔离技术。在不遭受冲击时该半主动冲击隔离系统工作于最小阻尼状态，不影响隔振性能。在遭受冲击时，通过分两个阶段的半主动控制策略控制阻尼比的变化，可以自动地在保证冲击隔离效率的前提下，使用尽可能大的阻尼比，从而大幅降低相对位移幅值。仿真研究表明该可控阻尼半主动冲击隔离技术可以取得优异的冲击隔离性能。     

振动特性参数对单自由度系统振动响应的影响

目的 为研究弹簧刚度、阻尼比和振动偏心距离不同振动特性参数对单自由度线性系统振动响应幅值的影响。方法 首先采用单因素实验,研究弹簧刚度、阻尼比和振动偏心距离对单自由度线性系统振动响应幅值的影响;在此基础上,通过采用Design Expert 11.0软件的响应面法实验（三因素三水平实验）研究不同振动特性参数交互作用对振动响应幅值的影响,建立振动响应幅值的二次多项式回归数学模型,并对减振幅值进行优化。结果 通过实验分析得到,各因素对振动响应幅值的影响强弱顺序,阻尼比>弹簧刚度>振动偏心距离;建立了检测点的响应方程,检测点的回归方程决定系数为0.981;得到多目标参数优化结果,弹簧刚度为2.009 N/mm,阻尼比为0.1,振动偏心距离为12.38 mm。结论 实验结果与预测值接近,说明此响应面法得到的数学回归模型具有一定的可靠性,该研究可为缓冲包装参数设计提供参考。     

滞回阻尼吸振器和粘滞阻尼吸振器的吸振性能比较

针对四种不同阻尼形式的主结构-动力吸振器模型,即(a)主结构滞回阻尼,吸振器滞回阻尼;(b)主结构滞回阻尼,吸振器粘滞阻尼;(c)主结构粘滞阻尼,吸振器滞回阻尼;(d)主结构粘滞阻尼,吸振器粘滞阻尼,详细推导了动力放大系数的表达式,然后采用范数优化准则得到了各个模型的最优参数。在最优参数下,比较不同阻尼形式的吸振器对于同样形式阻尼的主结构吸振性能的差异,以及这些差异在不同质量比和不同的主结构阻尼因子下的变化趋势。分析结果表明,滞回阻尼吸振器和粘滞阻尼吸振器在质量比较小或主结构阻尼因子较小的情况下差别较小,但对于共振区的抑振效果,两者还是存在一定的区别。