基于SD振子理论的浮置板几何非线性隔振器研究

基于SD(smooth and discontinuous)振子几何非线性理论,根据城市轨道交通实际载荷条件和隔振需求,对钢弹簧浮置板隔振器的非线性刚度曲线及其浮置板轨道系统的动态性能进行优化设计,研发了一种浮置板用几何非线性隔振器,其同时具有良好的低频隔振性能和振动位移控制能力。对非线性隔振器进行了理论分析、结构参数设计、仿真分析及试验验证,研究表明:非线性隔振器对浮置板的振动位移具有较好的控制能力和低频隔振效果,单隔振器试验表明,相对传统的钢弹簧隔振器,非线性隔振器后浮置板的振动位移可以降低40%以上;隔振器支反力在4 Hz, 6 Hz, 8 Hz, 11 Hz, 15 Hz和20 Hz分别有3.25%,15.47%,18.77%,25.18%,31.27%和37.60%的振动衰减量。     

微重力模拟装置中悬吊弹簧局部模态动力学建模与试验研究

微重力模拟下的地面试验是验证隔振器能否在轨可靠工作的重要措施之一。通常采用悬吊法进行微重力模拟时,悬吊弹簧局部模态处的振动很容易引入隔振上平台。针对悬吊弹簧阻尼低,局部模态振动限制主动隔振控制性能的问题,采用PVC胶带与悬吊弹簧并联的方式提高弹簧阻尼;建立了微重力模拟装置中加胶带悬吊弹簧的连续动力学模型,对比研究纯悬吊弹簧模态振动和加胶带悬吊弹簧模态振动对隔振上平台的影响;搭建了地面试验验证系统并通过试验验证了悬吊弹簧动力学模型的准确性。试验结果表明,粘贴PVC胶带能够起到增加悬吊弹簧阻尼的效果,可以将弹簧的模态振动降低到1μg以下,从而减小模态振动对被动隔振的影响,并有效缓解模态振动对主动隔振控制性能的限制,这种状态能够更准确地反应在轨工作状态。     

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。     

负电阻电磁分支电路阻尼隔振系统试验技术研究

给出了一种负电阻电磁分支电路阻尼隔振器,并开展了板结构的隔振试验技术研究。首先,分析了该隔振器的工作原理,给出了负电阻分支电路原理图,建立了板隔振系统的控制方程。其次,设计了板结构隔振试验测试系统,开展了板结构在正弦扫频,正弦定频,以及半正弦冲击载荷作用下的振动控制特性试验研究。测试结果表明,负电阻电磁分支电路阻尼隔振器能够有效地抑制结构的振动。     

带耗能减震层框架-核心筒结构的简化模型与减震机理研究

提出带耗能减震层框架-核心筒结构的简化模型,将减震层等效为抗转刚度弹簧和抗转阻尼弹簧,构造减震层上部和下部的振型函数,采用假定振型法和虚功原理,推导带耗能减震层框架-核心筒结构在地震作用下的振动控制方程。以典型带耗能减震层框架-核心筒结构为例,采用MATLAB语言编制该简化模型的振动控制方程程序,并与ETABS软件建立的有限元模型进行相互验证,研究带耗能减震层框架-核心筒结构的地震反应和减震机理。研究结果表明:提出的带耗能减震层框架-核心筒结构简化模型有效、可行;利用振动方程的显示表达式揭示了带耗能减震层框架-核心筒结构的减震机理;由复模态分析方法进一步确定了不同减震层位置时结构阻尼的变化规律,优化设计的复模态阻尼比及阻尼器的优化阻尼系数可用于该类结构的初步设计。     

阻尼钢弹簧浮置板轨道结构隔振性能分析

阻尼钢弹簧浮置板轨道结构已证实是一种有效的减振降噪轨道结构。为分析其隔振性能,通过建立阻尼钢弹簧浮置板轨道结构动力分析模型,对其进行谐响应分析,模拟列车运行时轮轨间实际冲击,研究其在简谐激励下的动力传递特性,并分别考虑浮置板长度、隔振器刚度和阻尼,以及不同载荷作用位置对浮置板隔振性能的影响。计算和分析对于今后轨道结构的进一步改善具有参考的价值。     

杠杆式隔振器的理论模型及隔振特性研究

提出一种可通过调节杠杆比来提高隔振性能与隔振带宽的新型杠杆式隔振器,由杠杆子结构和质量-弹簧-阻尼单元构成。建立了杠杆式隔振器的理论模型,基于拉格朗日方程得到了运动微分方程,推导了位移传递率表达式。研制了杠杆式隔振器原理样机,研究了杠杆自由端配重质量、杠杆比以及非线性阻尼对杠杆式隔振器隔振性能和隔振带宽的影响规律,试验结果验证了理论建模与仿真结果。研究结果表明,杠杆自由端质量可提高隔振性能与隔振带宽,通过调节杠杆比可方便调节隔振带宽和性能。增大阻尼可有效地降低隔振器传递率。该研究对杠杆式隔振器的设计与应用具有一定的指导意义。     

基于锰铜高阻尼合金弹簧的反作用轮隔振器性能研究EI北大核心CSCD

为解决反作用轮微振动引起卫星成像质量下降问题,依据反作用轮微振动特性,设计了一种汇聚式六自由度被动隔振系统。隔振系统通过弹簧刚度设计降低系统整体模态频率,结合高阻尼特性的锰铜合金作为隔振元件材料来提高振动能量衰减。首先,采用拉格朗日方程建立隔振系统动力学模型,考虑刚度对隔振性能影响,设计不同结构参数弹簧进行对照,分析弹簧径轴刚度比与系统基频关系,并确定最佳隔振结构参数;其次,利用有限元法分析隔振系统模态及振动传递特性,讨论各自由度下振动抑制性能;最后,搭建Kistler微振动试验平台对隔振前后的反作用轮微振动进行测量,分析与验证隔振器的减振效果。结果表明:隔振系统在六个扰动方向和中高频范围内隔振效果显著,在1000 Hz主频振动处隔振效果超过40 dB;在0~2500 r/min转速内F z方向上最大振动幅值的减振百分比达到92.42%。     

发动机试验站的防振设计

为了正确测定发动本体的振动和噪声，就必须对外界的振动和噪声采取隔离措施。本设计选择了大质量、大刚度钢弹簧阻尼隔振体系，外加油阻尼装置和空气阻尼装置，其频率、阻尼和振动控制值均满足参数的要求。     

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。     

舰船用高内压气囊隔振器理论与设计

对国内首次研制的高内压重载气囊隔振器的理论、设计和试验问题进行了系统研究。建立了高内压气囊隔振器的耐压安全性、刚度和固有频率等性能参数的准确计算方法,分析了结构和工艺参数等对该气囊隔振器性能的影响,提出了控制措施,通过产品设计和性能试验验证了理论方法的正确性、控制措施的有效性。研制的系列舰用高内压重载气囊隔振器性能完全满足舰船使用要求,已在舰船数十吨和数百吨级的高性能隔振装置上大量应用。     

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。     

MTMD-耗能框架填充墙减震数值分析

在多功能围护墙减震结构体系中,围护墙作为一个质量调谐减震阻尼器（TMD）中的质量块,可以克服传统框架结构在动力荷载作用下不能持久耗能的缺点。为了研究新型围护墙减震结构的减震性能,使MTMD减震技术更好的应用于结构设计,结合MTMD体系的减震原理、参数优化设计方法,对MTMD-钢框架结构系统的减震装置参数进行分析;应用SAP2000数值分析软件对结构的振动特性进行计算;采用时程分析法分别对普通钢框架、MTMD减震钢框架的地震反应进行对比分析。计算结果表明：基于多功能围护墙减震结构体系的MTMD钢框架具有显著的减震效果。模态分析得出各阶振动周期相应增大2-3倍;从时程分析结果来看,能够有效地减小结构地震反应峰值,减震效果一般在5%-40%之间。为MTMD在结构抗震方面的设计提供理论依据     

流体微振动隔振器的热振耦合特性研究

隔振是一种航天器振动控制的重要方法,隔振器动力学特性的理论研究是隔振设计的重要基础。针对一种航天新型黏性流体微振动隔振器,基于非牛顿流体物理属性、隔振器宏观传热特性、运载火箭-卫星轴向振动特性,提出了发射段的隔振器及运载火箭-卫星-隔振器系统的非线性热-振耦合模型;通过自行设计基础激励试验测试平台,对不同环境温度下的流体阻尼系数和体积刚度系数进行测试,并将试验得到的阻尼、刚度数据输入隔振模型中进行仿真分析。研究结果表明,隔振系统具有时变性和非线性,流体黏性热导致共振频率漂移、共振幅值变化,隔振器性能与激励幅值、激励频率相关,需要采用新的"共振带"和"隔振带"的概念进行设计;理论模型和研究方法可为隔振器热振耦合特性评估、优化设计及工程应用提供理论依据和参考。     

移动凸轮变阻尼隔振装置动态性能研究EI北大核心CSCD

针对线性隔振器在共振区需要大阻尼才能抑制共振峰,但在高频区大阻尼不利于隔振的问题,提出了基于移动凸轮的变阻尼隔振装置,该装置主要由水平对称布置的线性阻尼器及移动凸轮组成。将该变阻尼装置用于消极隔振系统,推导了变阻尼装置的等效阻尼系数,建立了隔振系统的动力学方程,采用谐波平衡法得到了方程的近似解析解;通过盛金法及数值仿真得到了其位移传递率曲线,分析了主要参数对系统隔振性能的影响。与传统的线性隔振器相比,选取合适的设计参数的变阻尼隔振系统,能更有效地抑制共振峰,同时还可以在中、高频区取得很好的隔振效果,最后以车辆为例,验证了前述结论。     

城市轨道交通临近建筑的隔振分析

基于车辆-轨道垂向耦合模型获得的地铁轨道路基振动激励,建立了采用粘弹性边界平面有限元地层模型,分析了地面振动响应特点;分析了叠层橡胶垫、圆柱形螺旋港弹簧和碟形弹簧三种隔振元件的力学性能,讨论了建筑基础隔震技术在城市轨道交通领域减振应用的可能性;采用一四层框架作为研究模型,分析了基础隔振框架随结构竖向自振特性变化的振动响应规律,并提出设计建议.分析结果表明:地铁路基荷载一般在10 Hz以下,集中在5 Hz以内,主要表现在低频段;水平与竖向结构动力响应均应考虑;现有隔振元件竖向刚度经过适当调整,或者采用适当的组合形式,是可以满足对城市轨道交通引起的建筑结构振动控制的要求;隔振结构竖向第一自振频率控制在3 Hz-5 Hz范围内.并在隔振层附加5%-10%的阻尼,可以获得70%竖向减振效果.     

隔振器动力学参数的测试方法研究

阻尼系数和刚度系数是隔振设计中分析隔振器性能的重要参数,其测试技术是确定相应数值的有效途径。针对大阻尼粘性流体微振动隔振器,提出一种测试多参数模型阻尼系数和刚度系数的简化测试方法。应用机械阻抗等效将多参数模型简化为便于测试的两参数模型,通过自行设计相应的试验测试平台,对等效参数及隔振器各组件刚度系数进行测试。将数据处理所得振动模型数据输入到Simulink仿真模型中,得到隔振器整体等效阻尼系数和等效刚度系数,并与试验直接采用迟滞环法得到的对应参数进行比较,二者相对误差均在5%以内,有效地证明了本方法的可行性与可用性。本方法突出的优点为它还可以得到阻尼系数和刚度系数随频率的变化规律,对于隔振设计具有重要的参考价值。     

电梯垂直低频隔振器设计与分析

针对曳引电梯低频振动难以降低的难题。基于准零刚度原理,采用理论建模、有限元分析相结合的方法分析并研制了屈曲弹簧钢板和圆柱橡胶组合式新型轿底低频隔振器,同时对圆柱橡胶、弹簧钢板及其组合低频隔振器分别进行静载力学试验以及动态隔振性能试验。研究表明,该新型低频隔振器平衡位置处的平均刚度小于20 N/mm,电梯轿厢的固有频率降低到1 Hz,隔振起始频率降低81.80%;弹簧钢板的尺寸和屈曲量以及圆柱橡胶的尺寸及其硬度是影响低频隔振器性能的关键参数,通过以上参数的相互匹配,可提高承载能力和降低组合刚度;该新型低频隔振器在保证静态稳定性的同时,实现了轿厢的低频隔振,提高乘坐电梯的舒适性。     

某型液压阻尼式隔振器的隔振效果评价

通过振动试验,对某型液压阻尼式隔振器的隔振效果进行评价.通过振动试验台产生正弦振动信号,在0.5～31.5 Hz频率范围内扫频,用两个加速度传感器分别拾取输入、输出加速度信号.运用DASP软件进行数据处理,获得从输入到输出的幅频特性曲线.运用半功率法对隔振器参数进行了估算,并对隔振器隔振效果进行了评价,认为选用该隔振器可行、有效.     

约束阻尼型隔振器粘弹材料振动温升研究

从非线性粘弹材料的动态耗能特性出发,运用渐进积分方法建立的数学模型分析了约束阻尼型隔振器在正弦载荷作用过程中的粘弹材料剪切温升历程,并对设计的剪切型约束阻尼隔振器进行正弦扫频实验。用压电传感器记录其加速度变化历程,同时使用红外线测温仪测定隔振器中粘弹材料的温升历程。通过理论曲线与试验曲线的对比,二者相似度达到90%以上,验证了温升理论模型的正确性。研究结论合理解释了不同量级下隔振器固有频率的变化以及隔振系统隔振效果的变化,振动温升变化对研究非线性粘弹性材料阻尼性能贡献、材料热损伤和破坏提供了参考依据。