分数阶惯容悬架动态特性研究

采用分数阶微分理论描述液力式惯容器的力学特性，建立分数阶惯容悬架系统动力学模型。采用拉普拉斯变换方法研究分数阶惯容悬架系统在简谐激励下的动态响应，分析系统结构参数对悬架动态特性的影响规律，并结合数值解验证解析解的精确性。研究分数阶惯容悬架系统在随机路面激励下的动态特性，并与整数阶惯容悬架系统进行对比。结果表明相较整数阶惯容悬架系统，运用分数阶惯容悬架系统能进一步减小车身振动，提高系统动态特性。研究为将分数阶微分运用于惯容悬架系统提供理论指导。     

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。     

粘弹性阻尼隔振体的非线性振动分析

 研究了由基础振动激励、粘弹性材料隔离的被动隔振体的非线性动力响应.用变形的三次多项式函数表征隔振材料的非线性刚度,用分数阶算子表征阻尼,建立被动隔振体的分数阶非线性动力学方程.用谐波平衡法研究其非线性动力响应特性,得出频率响应方程和幅频曲线,分析了非线性因素对系统的影响.最后,用Floquet理论讨论了周期解的稳态性和稳定区间.分析结果表明,含分数阶算子的动力学模型能够准确地描述粘弹性材料隔振器的动态特性.忽略隔振材料的阻尼非线性、刚度非线性将导致隔振设计和隔振效果分析的明显误差.分析方法和结论为精确进行粘弹性材料的被动隔振设计和隔振效果评价提供理论参考.     

液力式惯容器力学性能仿真与试验研究

针对机械式惯容器力学性能受非线性因素影响较为严重的问题,研制了一种液力式惯容器,阐述了液力式惯容器的基本结构及工作原理。在考虑摩擦和流动压力损失的影响下,根据流体力学理论建立了液力式惯容器数学模型,并在Matlab/Simulink环境下进行了惯容器力学性能的仿真,仿真分析了飞轮转动惯量、马达排量、油液实际作用面积以及回流管等效长度对惯容器力学性能的影响,在此基础上,确定了液力式惯容器的主要设计参数。加工了液力式惯容器试验样机,在数控液压伺服激振试验台上进行了液力式惯容器的力学性能试验,试验结果与仿真结果基本吻合,说明所建仿真模型具有较高的精度,为设计开发液力式惯容器提供了重要依据。     

含有分数阶阻尼的SD振子系统非线性动力学响应特征研究

研究受简谐激励含分数阶阻尼的SD振子系统的幅频响应特性,并与含整数阶阻尼的SD振子系统对比。提出求解系统运动微分方程刚度非线性的傅里叶等效模型,解决了系统运动微分方程刚度非线性不可积问题。使用平均法求解等效系统运动微分方程,得到幅频响应解析表达式,基于Lyapunov稳定性理论与Routh判据建立周期解稳定性判断条件,通过与数值方法结果对比,验证了幅频响应解析方法的正确性。研究表明,SD振子系统非线性刚度项的傅里叶等效模型可以应用于系统大振幅运动的研究,大大提高了计算精度。阻尼系数相同时,分数阶阻尼系统的幅频响应与整数阶阻尼系统相比其共振频率及振幅发生了很大的变化;改变分数阶系数,会改变分数阶阻尼系统幅频响应骨架曲线,整数阶阻尼系统幅频响应骨架曲线不受影响;改变分数阶阶次时,分数阶阻尼系统振幅在分界点两侧变化相反。     

液力惯容器特性研究

阐述了外置螺旋管式液力惯容器的基本结构及工作原理。考虑了液力惯容器的摩擦、流动压力损失、活塞惯性和流体的惯性,建立液力惯容器数学模型,并对该模型进行简化,同时对液力惯容器进行了摩擦力等准静态和动态力学特性试验,通过对其力学特性试验与仿真对比分析、阻尼力与惯性力量化关系分析,验证了螺旋管式液力惯容器数学模型的正确性,揭示了在较高频率激励下,液力惯容器可以等效为一个阻尼器与一个惯容器的并联结构,为后续研究液力惯容器特性参数影响规律以及在悬架中的应用奠定了基础。     

黏弹性阻尼隔振系统动力分析与优化设计

旨在研究具有频率依赖性的黏弹性阻尼隔振系统的动力特性及优化设计。引入分数阶导数开尔文模型建立能够考虑黏弹性阻尼材料频率依赖性的隔振系统数学模型;提出无量纲黏弹性影响系数,基于泰勒级数求解特征方程,得到激励频率影响下的隔振系统自振频率和等效阻尼比;最后,优化弹性单元与黏弹性单元的刚度比,实现隔振系统在宽频带和峰值频率下的较优隔振效果。研究结果表明:相比于具有同等静态刚度的线性隔振系统,黏弹性阻尼隔振系统具有更高的阻尼比,较宽的隔振曲线放大区,相对较高的自振频率;可通过优化弹性单元与黏弹性单元的刚度比获得较优的系统隔振效率,最优数值取决于隔振目标。     

一种具有几何非线性的斜置式惯容隔振器动态特性研究

提出一种具有几何非线性的斜置式惯容隔振器,表现在惯容器在承载质量运动方向上的力是非线性的以及动力学方程中的加速度项是非线性的,采用谐波平衡法求得系统的动力学响应,并与数值解进行对比。用动态位移峰值,传递率峰值和隔振频带来评价斜置式惯容隔振器的隔振性能,并与线性隔振器进行对比分析。研究表明当激励力幅值较小时,与线性隔振器相比,斜置式惯容隔振器的力传递率峰值较小,隔振频带较宽,而动态位移峰值较大。     

天棚半主动惯容隔振器动态特性研究

基于"惯容-弹簧-阻尼"的三元件并联式被动惯容隔振器能进一步拓宽传统线性隔振器的隔振频带,但高频隔振性能显著恶化,为此提出基于天棚惯容控制的半主动惯容隔振器以改善高频隔振性能。天棚惯容控制策略采用基于绝对-相对加速度切换控制来调整半主动惯容器的惯质系数在最大与最小值之间切换,以近似模拟理想天棚惯容器的力学特性。研究天棚半主动惯容隔振器在基础简谐位移激励下的动态特性,通过平均法求解系统的近似解析解,并用数值解进行验证。结果表明与被动惯容隔振器相比,天棚半主动惯容隔振器的绝对位移峰值和传递率峰值更低,隔振频带更宽,高频绝对位移传递率明显降低,具有显著优势。     

惯容-橡胶复合隔振器在船舶动力机械中的应用分析

建立柴油发电机组隔振系统简化模型,介绍含惯容器的柴油发电机组隔振系统的动力学方程,对6L23/30H型柴油发电机组进行数值分析及台架试验。结果表明,使用惯容-橡胶复合隔振器后,柴油发电机组积极隔振系统的最低共振频率降低;柴油发电机组的振动加速度以及位移响应降低;基座结构的垂向振动减弱,同时发现惯容-橡胶复合隔振器能够实现更大的振级落差。分析试验数据可知,惯容-橡胶复合隔振器拥有良好的减振隔振效果,在低频隔振场景中有广泛应用前景。     

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。     

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。     

列车垂向振动的半主动随机隔振研究

依据拉格郎日方程,建立了六自由度铁路客车半主动隔振系统的垂向振动模型;应用MATLAB软件编制了“铁路客车被动、半主动随机隔振分析”仿真系统,对铁路客车随机隔振进行计算机仿真。计算在不同的输入参数下,车辆的时域响应和位移与加速度响应方差,讨论了弹簧刚度、阻尼、车速等对隔振性能的影响。应用非线性随机振动理论对比分析了铁道客车的被动、半主动随机隔振的隔振效果,对铁道客车半主动随机隔振系统进行了参数优化。结果表明：半主动悬架的隔振性能比被动悬架有显著提高,在设计半主动悬架隔振系统时,可以在许可范围内适当增大阻尼、减小弹簧刚度,以达到最佳的隔振效果。     

非线性隔振器阻尼特性研究

对一类迟滞非线性隔振器进行研究,提出了动力模型的建模方法,用此方法建立了钢丝绳隔振器的动态模型,由所建模型重构恢复力－位移回线并与试验回线比较,结果表明：理论回线与试验回线吻合好,用此模型研究这类隔振器的非线性阻尼特性,研究表明：这类隔振器的阻尼随振幅和频率变化,阻尼成分丰富,既有粘性阻尼,又有干摩擦阻尼和“高阶”阻尼。该模型能很好地描述这类非线性隔振器的阻尼特性,这为设计多个宽频工作区来兼顾缓冲、隔振奠定了动力学基础。文中提出的建模方法适用于有非线性特性的隔振、减振器材的建模和刚度及阻尼特性的研究。     

汽车双层隔振系统的随机振动隔离及参数优化

以1/4车体的垂向振动作为研究对象，建立汽车双层隔振系统的垂向振动模型，导出在白噪声输入情况下系统随机响应方差及最优阻尼比的解析式。分析隔振系统动力参数对响应方差的影响，应用MATLAB软件对双层隔振系统的隔振效果进行比较，优化得出系统的最优阻尼比等参数。     

具有非线性刚度动力吸振器的隔振系统半主动控制

研究带有非线性刚度吸振器的隔振系统振动稳态响应的半主动控制。动力吸振器和隔振系统（主系统）的刚度均为Duffing类型的非线性刚度。对吸振器的阻尼采用了两种半主动控制策略以减少主系统的振动，并讨论了吸振器刚度的非线性程度，吸振器质量与主系统质量之比及主系统刚度的非线性程度对主系统稳态响应的影响。数值分析结果表明，采用适当的系统参数和控制策略可以有效地改善主系统的稳态响应。     

新型车载医疗救护隔振平台设计及仿真

车载医疗救护隔振平台是一种以车辆为载体的伤病员专用救护装备。为了最大程度地避免伤病员在运送中因车辆振动而造成的二次伤害,获得最佳减振效果,设计了一款新型车载医疗救护隔振平台,它具有大长宽比、多层串联的结构特点。为了获得该平台的关键隔振参数,建立了隔振平台的物理模型,并采用基于分析力学的拉格朗日法建立了平台的状态方程,应用MATLAB软件对在典型激励作用下的隔振参数进行了优化,得到了最优的平台减振弹簧刚度和阻尼。最后,为了研究该新型隔振平台在车辆运行过程中的减振效果,建立了基于被动悬架的隔振平台全系统动力学模型,并采用ADAMS软件仿真分析了在斜坡路面和正弦起伏路面两种典型激励下的隔振平台的输出响应。结果表明,该隔振平台能够极大地衰减来自地面的冲击和振动,尤其对于恶劣路况,其减振效果更佳。该隔振平台结构及参数设计符合工程实际,所采用的优化方法和全系统建模及仿真方法正确、有效。     

惯容减震(振)系统及其研究进展

惯容是一种两端点加速度相关型新型结构控制元件。惯容减震（振）系统是包含惯容元件的结构振动控制系统。该文整理并总结了国内外学者在惯容及惯容减震（振）系统方面取得的大量研究成果,从惯容的实现机理、惯容减震（振）系统性能、惯容减震（振）结构体系的分析设计三个方面介绍、论述惯容的原理及其在减震（振）控制领域的发展历程与研究现状。相比于传统减震（振）系统,惯容减震（振）系统具有如下优势:能够实现惯性的灵活调整和频率的调节、改变结构惯性同时基本不改变结构的物理质量、提高惯容系统中消能器的耗能效率。该文旨在梳理惯容减震（振）系统的发展脉络与现状,为惯容减震（振）系统在结构振动控制中的应用提供理论依据和设计参考,以推进惯容减震（振）系统理论与实践的持续发展。     

基于惯容负刚度动力吸振器的梁响应最小化

提出了两种新型的被动振动控制结构,即含有惯容器和负刚度的动力吸振器振动控制结构,并抑制梁的横向振动。在只考虑一阶模态函数情况下,使用固定点理论推导出了这两种新型动力吸振器的最优控制参数解析表达式。在此基础上,将两种不同的基于惯容负刚度的新型动力吸振器(模型1和模型2)分别与传统动力吸振器在不同质量比下进行了对比分析,数值结果表明,基于惯容负刚度的动力吸振器比传统动力吸振器对梁的振动控制更有效。对于质量比小的情况,模型2比模型1具有更好的减振效果。但是,质量比或者惯容质量比较大时,会导致模型2的最优负刚度比大于0,此时模型2的最优参数不适用。此外,还简要讨论了质量比和惯性质量比对最优系统参数的影响。     

螺栓连接非线性振动特性研究

摘要：在不同的外界激励下,螺栓连接常常表现出一定的非线性。为研究螺栓连接的非线性特性,设计了一个螺栓连接系统,并对其进行不同基础激励下的正弦扫频实验。通过实验数据的分析得到了螺栓连接的共振频率和相对阻尼系数,发现其随着激励量级的不同呈现出较明显的非线性特性。在理论模型研究中,将系统简化为非线性弹簧、非线性阻尼器、质量块的单自由度模型,并利用实验数据对非线性方程中的系数进行了识别。利用此非线性模型,求出系统的主共振频率和相对阻尼系数,它们与实验结果相比差别较小,说明文中所给的非线性方程能较好描述螺栓连接的振动特性。