几何非线性黏性阻尼隔振系统的传递率特性

针对传统舰载非线性隔振系统中存在的抑制共振峰值和改善高频传递特性相矛盾的问题，首先，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，采用谐波平衡法进行解析求解；其次，对比分析了线性阻尼、库伦阻尼和几何非线性阻尼对隔振系统传递特性的影响规律，进一步研究了激励幅值对不同阻尼隔振系统振动性能的影响；最后，通过振动试验进行了验证。结果表明：增加系统库伦阻尼，虽然能够降低软特性隔振系统共振区传递率，但会导致硬特性隔振系统出现“频率岛”现象，同时高频隔振性能下降，而且随着激励幅值的增加，共振区隔振性能随之变差；增加系统几何非线性黏性阻尼，不仅能够有效降低共振区传递率峰值，而且能够保证高频区良好的隔振性能；几何非线性黏性阻尼拓宽了系统对激励幅值的适用范围，为非线性隔振系统设计提供了指导作用。     

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。     

最优阻尼三参数隔振器设计和试验

通过比较三参数隔振系统在最优阻尼下的共振频率和隔振器最大内耗角对应的频率,得到三参数隔振系统在最优阻尼下的共振频率的物理意义。在三参数隔振原理与参数分析的基础上,给出一种隔振器设计,通过试验测试获得了隔振系统在最优阻尼下的共振频率、最大内耗角对应的频率以及隔振器的最优传递率,测试和理论分析结果吻合,验证了理论模型的正确性。试验也测试了隔振效果的参数依赖性,并且给出三参数隔振系统的设计方法,为后续的微振动减振平台设计提供理论基础。     

可变负载的准零刚度隔振器特性

由于载荷变化会削弱准零刚度隔振器的隔振特性,设计了一种可变负载的准零刚度隔振器。首先,阐述了该隔振器的隔振原理,建立了数学模型,分析了隔振器的静力学特性;其次,采用平均法研究了振动的主共振响应,得到了相对位移的幅频特性及振动的位移传递率,并分析了隔振参数对振动特性的影响。研究结果表明：该隔振器可以通过改变准零刚度弹簧的夹角,来适应负载的变化,而且角度增加能削弱共振,降低起始隔振频率;隔振器同时还具有渐硬-渐软特性,能压缩共振频段,降低向下跳跃频率,可变负载的准零刚度隔振器低频隔振性能优于普通准零刚度隔振器。     

可变负载的准零刚度隔振器特性

由于载荷变化会削弱准零刚度隔振器的隔振特性,设计了一种可变负载的准零刚度隔振器。首先,阐述了该隔振器的隔振原理,建立了数学模型,分析了隔振器的静力学特性;其次,采用平均法研究了振动的主共振响应,得到了相对位移的幅频特性及振动的位移传递率,并分析了隔振参数对振动特性的影响。研究结果表明:该隔振器可以通过改变准零刚度弹簧的夹角,来适应负载的变化,而且角度增加能削弱共振,降低起始隔振频率;隔振器同时还具有渐硬-渐软特性,能压缩共振频段,降低向下跳跃频率,可变负载的准零刚度隔振器低频隔振性能优于普通准零刚度隔振器。     

橡胶钢丝绳复合隔振器的试验

使用电动振动试验台对新型橡胶钢丝绳复合隔振器的隔振性能进行了试验研究.分析不同隔振质量、激励幅值和橡胶材料对复合隔振器传递率的影响,比较了复合隔振器和钢丝绳隔振器在共振频率时的动态特性曲线.研究表明,随着隔振质量、激励幅值和橡胶阻尼的增加,复合隔振器隔振区的频带变宽,且传递率下降明显.通过与钢丝绳隔振器的动态特性曲线比...     

串联节点刚度对隔振系统传递率的影响研究

目前针对动力机械隔振系统传递率的研究主要集中于隔振器本身刚度或阻尼对系统的影响,但在部分实际应用的隔振系统中,阻尼减振器作为独立元件,其端部节点的刚度对隔振系统传递率有着不可忽视的影响。为了讨论阻尼减振器的节点刚度对动力机械隔振系统传递率的影响,采用理论分析与实验验证相结合的方式,对其进行了研究。研究结果表明:在一个质量、隔振器刚度和减振器阻尼都一定的系统中,当动力机械设备工作在低频共振区时,随串联节点刚度增大,传递率明显下降,串联刚度大于一定值后,传递率趋于稳定;当动力机械激励频率远高于固有频率时,随串联节点刚度减小,传递率明显下降。研究可为变刚度隔振系统提供理论依据,也可为应用于隔振系统的减振器性能优化设计提供参考。     

基于压电摩擦阻尼的四参数隔振系统等效建模与频变阻尼特性分析

在轨卫星搭载的高精度有效载荷对环境微振动异常敏感,从而对隔振系统的振动衰减性能提出了更高的要求。传统两参数被动隔振系统提高隔振性能时,常采用添加定常阻尼进行能量耗散的方式,但存在低频共振峰抑制与高频快速衰减不能兼顾的固有矛盾问题。为了解决这一问题,一种能够实现阻尼特性基于频率变化的四参数隔振系统被提出,采用归一化方法建立其系统传递率与等效阻尼理论模型,并与两参数和三参数隔振系统进行对比分析。基于四参数系统的频变阻尼等效理论,设计一种基于压电陶瓷致动器产生摩擦阻尼的具象化四参数隔振系统,考虑非线性摩擦阻尼的融合问题,并分析中间等效质量参数对阻尼频变特性的影响规律,最后对其频变阻尼特性和隔振性能进行了仿真与实验验证。结果表明：时域上,四参数隔振系统对随机信号的隔振率达到91.1%;频域上,相较常值小阻尼系统,四参数隔振系统在低频共振处的峰值性能提升5.46dB,且高频段保持相近的快速衰减,表现出低频大阻尼、高频小阻尼的频变阻尼特性。仿真与实验结果均表明,系统能够解决被动隔振系统中存在的高低频隔振性能之间的矛盾问题。     

滑模控制在磁悬浮隔振器中的隔振特性研究

针对磁悬浮准零刚度隔振器刚度非线性强的特点，设计了滑模控制器控制磁悬浮隔振器的电磁力输出。首先基于简化的2自由度系统的仿真动力学模型在MATLAB/Simulink环境下验证了滑模控制算法对磁悬浮隔振器与常规型隔振器并联后在扫频激励工况下的有效性，对比分析了磁悬浮隔振器在一级以及二级隔振位置对于隔振系统的影响，并与传统的常规隔振系统进行了隔振效果对比。仿真结果表明：采用滑模控制算法控制磁悬浮隔振器同一级橡胶隔振器并联，增加了低频机组振动烈度，大幅度减小全频域范围构架的动反力和振动烈度，降低隔振系统传递率，对于工程实践有很好的借鉴效果。     

电流变隔振器工作特性的理论分析

阐述了电流变隔振器的工作原理，通过建立系统的物理杠杆模型，对电流变隔振器的隔振性能作了理论分析与动态仿真，确定了影响其特性的主要因素。从理论的角度证明了电流变隔振器在低、高频段均有良好的隔振效果，能有效地避免系统的共振并降低传递力的幅值，适用于发动机的宽频带振动的隔离。     

考虑载荷变化的准零刚度隔振器动态特性

为了研究载荷变化对准零刚度隔振器动态特性及隔振性能的影响,首先,分析具有分段非线性特性的准零刚度隔振器静力学特性;其次,引入光滑函数,应用增量谐波平衡法得到准零刚度隔振器的周期解,分析载荷与激励幅值对隔振器动态特性的影响;最后,定义准零刚度隔振器的力传递率,分析载荷与激励幅值对其隔振性能的影响。研究结果表明:当激励幅值较大时,载荷变化会导致响应的常数项在共振区附近出现交叉折叠的现象;载荷与激励幅值的变化会改变隔振系统的共振频率、传递率峰值以及有效隔振频带,但该准零刚度隔振器的隔振性能仍优于线性隔振器。     

A negative stiffness vibration isolator using magnetic spring combined with rubber membrane

The most important characteristic of a passive vibration isolator is its natural frequency and load capacity. The vibration isolation performance of a passive vibration isolator in low input frequencies is considerably improved by reducing its natural frequency. This paper presents a negative stiffness magnetic suspension vibration isolator (NSMSVI) using a magnetic spring combined with rubber membranes to obtain lower natural frequency. To study the vibration isolation performance of the NSMSVI, the stretching force of the rubber membrane is measured through experiments. The stiffness of the rubber membrane comes from the derivative of the stretching force. A parametric study of load capacity, axial magnetic stiffness, and natural frequency of the magnetic spring is also performed. Consequently, as a case study, the size dimensions of the magnetic spring are determined. An NSMSVI table is set up for experimental validation, after which the transmissibility curves of the NSMSVI are calculated and tested. Experimental results show that the lowest natural frequency of the NSMSVI reaches 1.5 Hz with a maximum attenuation of -40 dB between 0 Hz and 100 Hz, whereas the NSMSVI has the maximum load capacity at the lowest stiffness. This paper essentially provides an efficient method to construct a negative stiffness vibration isolator for practical applications.     

船舶设备半主动单层隔振系统传递特性分析

为了提高船舶动力设备单层隔振系统的隔振性能,研究半主动磁流变(magnetorheological,简称MR)阻尼器和基础质量对系统传递特性的影响规律,采用通过试验验证的改进的Bingham模型描述MR阻尼器的力学特性,建立考虑基础质量影响的二自由度无约束隔振系统的动力学模型。通过平均法得到了隔振系统主共振时的解析解,并通过数值方法验证了理论解的正确性。以力传递率为评价指标,研究了半主动隔振系统主要参数对系统主共振的影响。结果表明:基础质量增加可降低系统的固有频率及隔振区域的减振效果;MR阻尼器控制力和零力速度的增加可提升隔振性能;MR阻尼器的阻尼增加可提高共振区域的隔振效果,但降低了隔振区域的隔振效果。     

On the characteristics of an ultra-low frequency nonlinear isolator using sliding beam as negative stiffness

A novel structured ultra-low frequency nonlinear passive isolator is presented. The isolator is composed of a knife-edge supported sliding beam which offers negative stiffness and a vertical mechanical spring in parallel to get quasi-zero dynamic stiffness. The static characteristics of the isolator are studied. Assuming light viscous damping, the dynamic behavior is investigated and the response under harmonic excitation is derived using a simple approximation. Frequency response curves (FRCs), which exhibit complex double jump phenomenon, are obtained by harmonic balance method (HBM). The limitation of the excitation force level is obtained. The force transmissibility is derived and compared with an equivalent linear system with the same damping ratio. The isolation performance of the nonlinear isolator is shown to outperform the linear system for providing a wider isolation region. The influence of system parameters on the transmissibility is examined and some useful guidelines are given.     

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。     

基于无量纲分析的磁流变隔振器阻尼参数优化

针对被动隔振器件不能自适应调整自身参数以及大型工程隔振项目实物研究成本高且难以实现的缺点,提出了采用无量纲的磁流变隔振器阻尼参数优化的方法。从无量纲的角度对隔振系统进行优化建模。在降低力传递率的同时,兼顾振动位移和加速度,根据隔振系统的动态响应特性对多目标问题进行全局寻优,求得磁流变隔振器的最佳阻尼及其驱动电流。对多频多振幅激励作用下的磁流变隔振器进行阻尼优化仿真,结果表明,优化后的振动加速度有效值减少31.41%,传递到地基上的力有效值减少58.75%。根据无量纲相似理论搭建小尺度台架进行试验,试验表明阻尼参数优化后的振动加速度和传递到地基上的力均得到明显降低。通过仿真和台架试验的相互验证表明了无量纲化参数优化方法的有效性和可行性。     

可变负载的准零刚度隔振器特性

针对风机滚动轴承微弱故障信号所具有的非线性和非平稳特征及易被强背景噪声掩盖的特点,提出了一种变分模态分解(variational modal decomposition, 简称VMD)和最大相关峭度解卷积(maximum correlated kurtosis deconvolution, 简称MCKD)相结合的滚动轴承微弱故障诊断方法。为实现VMD和MCKD的参数自适应选择,采用粒子群优化算法(particle swarm optimization, 简称PSO),对两种算法中的参数进行优化。首先,利用PSO优化VMD算法中的α和K,再基于VMD对微弱故障信号分解后的结果,选取最优模态分量;其次,利用PSO优化MCKD算法中的L和T,再基于MCKD算法加强最优分量信号中的故障冲击成分;最后,通过包络谱提取出轴承微弱故障特征。仿真和试验均表明,此方法能够自适应增强轴承微弱故障中的冲击成分,有效提取出被强噪声淹没的轴承微弱故障特征。