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。     

主动隔振作动器刚度放大与控制误差分析

研究了主动隔振系统中作动器的刚度放大与控制误差问题。主动隔振系统中作动器的刚度应与其负载刚度相匹配,如果负载较大或者作动器刚度较小,可以利用作动器与小刚度弹簧串联的方式放大输出刚度。分析了控制器的输出误差均匀分布时主动隔振系统的隔振性能,分析表明,对作动器刚度放大时,需要同时提高控制器的相对精度与作动器的行程才能保证原有的隔振效果,作动器的输出刚度与控制器相对精度、作动器的输出行程两参数具有等效性与替代性。这为设计主动隔振系统时控制器与作动器在更广阔的范围内选择提供了依据。     

具有刚度非线性双层隔振系统冲击响应数值分析研究

对双层隔振系统中的弹性元件即隔振器采用非线性立方刚度模型描述,在此基础上建立了双层隔振系统的动力学方程。应用Runge-Kutta数值法求得系统的冲击响应,分析了双层隔振系统上下层质量之比、刚度之比以及隔振器阻尼和硬特性刚度系数对系统抗冲击性能的影响,对双层隔振系统的抗冲设计具有一定的参考意义。     

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。     

复合作动器复合方式对平台主动隔振影响分析

为实现微隔振平台在较宽频带内的主动控制,将一弹性体和第三代压电致动器相串联,设计了一种复合式压电致动器。将复合致动器应用到微隔振平台,并对其整体建模、控制仿真时发现：弹性体相对于作动器位置不同时,在不同的外扰下对控制力的影响不同。为此,设计了一个针对不同外扰对控制力影响的评价函数,通过不同位置对评价函数影响的仿真,结果表明：当隔振平台系统受直接干扰时,弹性体位置对控制力的影响较大;当平台受地基扰动时,弹性体位置对控制力影响不显著。所以,复合作动器的布置形式取决于外扰的类型,且在实验室环境中,两种布置要达到相同的隔振效果,弹性体在上布置所耗费的能量小于其在下布置时的状态。     

松弛型阻尼隔振模型的动刚度试验研究

针对松弛型阻尼隔振模型,从动刚度角度分析其与传统隔振模型的区别。通过求解松弛型阻尼隔振模型的传递率,说明系统最优传递率和动刚度的联系。使用波纹管提供刚度及密封,采用小孔阻尼结构形式,设计松弛型阻尼隔振器并对系统的阻尼系数求解。对所设计的松弛型阻尼隔振器进行了动刚度的测试,实验结果和理论预测吻合较好。研究对松弛型阻尼隔振器的优化设计具有很强的指导作用。     

具有非线性减振器的弹性双层隔振系统建模

运用多体动力学理论、动态子结构方法,同时考虑中间质量弹性和隔振器刚度与阻尼非线性,建立一个弹性双层隔振系统动力学新模型。对所建模型进行编程计算,求出其在冲击激励下响应,并与有限元计算结果比较分析,验证所建力学模型正确性与合理性,在此基础上进一步分析中间质量弹性和非线性隔振器对双层隔振系统冲击响应影响。     

滚球型准零刚度隔振器的特性分析

针对工程实践中的低频隔振难题,提出一种紧凑的、带滚球装置的准零刚度隔振器。首先,对隔振器进行了静力学分析,得到了实现准零刚度的参数条件;其次,建立了隔振系统动力学模型,利用谐波平衡法分析了系统频响特性及隔振性能,讨论了激励幅值和阻尼对响应的影响;最后,利用ADAMS对系统动力学特性进行仿真及隔振效果评估。结果表明,与相应的线性隔振系统相比,准零刚度隔振器的起始隔振频率显著降低,且在低频范围内力传递率比线性系统低得多。因此,滚球装置提供的负刚度明显降低了系统竖向总刚度,使系统具有优异的低频隔振性能,更重要的是紧凑的设计使其更易工程化。     

用于整星隔振效果评价的隔振器影响系数指标研究

对整星隔振系统的隔振效果评价指标（振动传递率、隔振器振级落差、功率流等）进行分析,通过实例证明采用隔振器底端到顶端的传递率来评价隔振效果是不充分的,而采用隔振器振级落差、功率流等指标也在实际应用中存在各自的局限性。在分析隔振器影响系数的基础上,提出一种改进的隔振器影响系数指标,并采用位移导纳表达改进的隔振器影响系数。以自行设计的新型整星隔振平台为例,采用改进的隔振器影响系数指标进行隔振效果预测,结果表明：改进的隔振器影响系数指标可以更加简单直观地表现出整星隔振平台的隔振性能。     

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。     

声振耦合声场分析与结构隔振降噪

以实测某鼓风机组管路振动载荷为激励源,应用ANSYS有限元软件和Virtual Lab声场模拟软件模拟楼板振动所产生的室内声场和声场在不同频率下的声振强弱耦合状态。模拟结果表明,声场在400 Hz以下的区域声振耦合不明显,400 Hz以上存在声振强耦合现象,声振强耦合模型的模拟结果与实测结果比较吻合。通过分析载荷谱和噪声频谱的频带特性,选用常见的阻尼隔振器和中间小质量块组成二级隔振系统,计算系统的振动传递系数,达到理想的隔振降噪效果。     

多点双层主被动一体化隔振器设计与仿真

为保证飞行器敏感仪器的精度,提出一种压电堆橡胶组合隔振器。对压电堆作动器和橡胶隔振器进行设计,提出一个多点支撑双层主被动一体化隔振系统,建立隔振系统的动力学模型,应用改进后的线性二次型（LQR）经典最优理论对双层隔振系统进行主动控制算法设计,并基于Simulink对正弦激励和随机激励情况分别进行了数值仿真分析。仿真结果表明,所设计的隔振器能够大幅度隔离源自基础的激励,证明所研究的隔振方法在理论上是有效的和可行的,从而为进一步的实验研究奠定基础。     

基于主动阻尼的屈曲梁准零刚度隔振技术研究

准零刚度(QZS)隔振系统具有高静刚度-低动刚度的特性,能够对低频振动进行有效抑制,而主动阻尼能够显著降低系统的共振峰值同时保持系统高频传递特性不变。因此,将准零刚度隔振系统与主动阻尼相结合,可以有效提升系统的超低频隔振性能。以屈曲梁准零刚度隔振器为研究对象,基于系统动力学模型,引入主动阻尼控制策略,通过理论分析研究了主动阻尼对屈曲梁准零刚度隔振系统传递率的影响,并利用SIMULINK工具开展扫频、正弦和随机扰动条件下的屈曲梁准零刚度-主动阻尼隔振系统仿真研究。仿真结果表明:在超低频段(≤0.1 Hz)该系统能够产生8~32 dB的隔振效果;在高频段(≥10 Hz)隔振效率不低于36 dB,且对随机扰动响应的隔振效率为36 dB。     

新型整星隔振系统动力学分析

在卫星的服役周期中,发射阶段的动力学环境最为恶劣,期间受到多种复杂载荷的作用。传统的星箭连接适配器由于刚度较大,给航天器的参数设计及生产带来了极大的困难。为了达到多轴隔振的目的,基于粘弹性材料受到剪切力作用时产生较大阻尼损耗的原理设计了一种新型整星隔振器。针对该隔振系统进行了简化,以质量刚度阻尼耦合的形式来模拟卫星和隔振器之间的关系,对其进行了隔振效果的分析。其中,重点对仿真中出现的隔振系统的一阶模态结构阻尼系数的饱和现象提供了详尽的理论和数值分析。最后,针对新型整星隔振器的工程具体应用提出了两点参考准则。     

车用柴油机电控器金属橡胶隔振器设计与试验

针对车用柴油机电控器振动损坏难题,设计一种适用于发动机电控器减振缓冲的金属橡胶隔振器。隔振器采用金属橡胶作为减振元件,与现有隔振器相比,具有不惧高低温、性能稳定、使用寿命长、结构简单、占有空间小等优点。同时,开展金属橡胶隔振器的试验研究,重点探讨几何尺寸、成型压力、毛坯质量相同时,金属丝直径、热处理状态对金属橡胶隔振器弹性阻尼性能的影响规律。     

温度对橡胶隔振器力学性能的影响

在隔振器的设计选用中,有必要考虑温度对分动箱隔振器的力学性能影响。开发一套安装橡胶隔振器的试验夹具,把夹具和隔振器都安装在带有温控箱的疲劳试验机上,直接测试隔振器在不同温度下的力学性能。开展3个环境温度下的试验,研究环境温度和橡胶垫振动中的温升对隔振器的动刚度和阻尼系数的影响。结果表明温度对隔振器力学性能有较大影响,温度的升高,分动箱隔振器的动刚度和阻尼系数逐渐减小。该方法可广泛应用于测试不同温度下各类橡胶隔振器的力学性能。     

柔性基础混合隔振系统建模与控制研究

实际的混合隔振系统一般由刚体振源、弹性安装基础以及连接它们的隔振器、作动器构成,是一个复杂的具有刚柔耦合特性的无限维分布参数系统。为了兼顾系统建模的准确性和控制器设计的方便性,采用子结构模态综合法对柔性基础混合隔振系统进行了建模,并与ANSYS建立的有限元模型进行了对比,在验证了模型有效性的基础上,基于修正的独立模态控制算法对混合隔振系统进行了控制设计和仿真分析,结果表明设计的混合隔振系统能够有效地减小基础的振动响应,且隔振效果优于被动隔振系统。     

柔性基础混合隔振系统建模与控制

实际的混合隔振系统一般由刚体振源、弹性安装基础以及连接它们的隔振器、作动器构成,是一个复杂的具有刚柔耦合特性的无限维分布参数系统。为了兼顾系统建模的准确性和控制器设计的方便性,采用子结构模态综合法对柔性基础混合隔振系统进行建模,并与ANSYS建立的有限元模型进行对比,在验证模型有效性的基础上,基于修正的独立模态控制算法对混合隔振系统进行控制设计和仿真分析,结果表明设计的混合隔振系统能够有效地减小基础的振动响应,且隔振效果优于被动隔振系统。     

一种新型双腔隔振器动力学特性仿真与试验研究

双腔液固混合介质(SALi M)隔振器是一种适用于低频重载隔振的新型隔振器,它由主腔室、附加腔室、连通管道以及油液和波纹管弹性单元体组成的液固混合介质构成。根据连通管道中流体运动的动量方程建立隔振器非线性动力学模型,将非线性流体阻尼线性化,得出系统的等效刚度和阻尼表达式。理论分析和仿真结果表明,系统的等效刚度和阻尼具有复杂变化特性。连通管道内部油液流动受到流体阻尼力、管道内部液柱惯性力的综合影响,系统等效刚度可能会出现渐软、渐硬、振荡等复杂特性。运用MTS试验机测试隔振器在简谐位移激励下的刚度和阻尼特性,并搭建隔振试验系统。试验结果较好地验证了理论分析和仿真计算所得结论,为下一步的工程设计奠定了基础。     

船舶推力轴承纵向橡胶减振器设计

介绍设计一种嵌入式船舶推力轴承纵向橡胶减振器,以隔离由于螺旋桨脉动推力激励而引起的船舶轴系纵向振动。首先,建立减振系统的动力学简化模型,通过计算分析对减振块刚度参数进行优化设计;其次,根据刚度优化结果和相关经验公式对橡胶减振块的外形尺寸进行设计;最后对减振块的强度特性进行校核分析。结果表明所设计的减振器满足强度指标要求;在此基础上,提出橡胶减振块在推力轴承上的具体布置形式、开槽及装配固定方案,为船舶推力轴承纵向减振器的设计计算提供参考。