含有时滞控制的准零刚度隔振器动力学分析

准零刚度隔振器可以通过正负刚度并联来实现。研究了一种由三弹簧系统并联而成的准零刚度隔振器在简谐力激励下的动力学特性,并引入线性位移时滞控制策略。通过平均法分析得到系统在简谐力激励下的响应特性,并利用一阶李亚普洛夫近似稳定理论和劳斯-赫尔维茨准则分析了受控系统的稳定性和跳跃现象以及Hopf分叉现象。研究结果表明,时滞控制可以有效地改善准零刚度系统的稳定性,并且能够抑制系统跳跃现象的发生;通过选择合适的控制参数,可以避免系统发生Hopf分叉现象。     

一类准零刚度橡胶隔振器研究

设计具有准零刚度特性的碟形橡胶隔振器,分别从模型试验和数值模拟两方面对该系统的刚度特性进行研究。试验包括:利用邵氏硬度为60的天然橡胶制作隔振器和标准拉伸试件,通过单轴试验得到橡胶材料参数;采用静压试验分析隔振器的刚度特性并进行刚度补偿,有效拓宽低刚度区域;构造一个单自由度系统并进行振动试验,比较底直径、厚度、倾角对橡胶隔振器固有频率的影响,指出单个隔振器有效隔振的工作条件。通过刚度补偿解决单个橡胶隔振器失稳的问题,提高承载力并降低系统的固有频率达50%,有效拓宽隔振区间。数值模拟包括:模拟静刚度,即通过位移加载模拟出与实验比较接近的结果,证明有限元建模的有效性;同时验证有关文献中简化公式的有效性,可将其用于前期设计。     

一种准零刚度隔振器的特性分析与实验研究

将五个线性弹簧并联组合,设计出一种具有高静态刚度、低动态刚度的非线性低频隔振器。分析了系统的刚度特性,给出了系统的准零刚度(QZS)条件。利用谐波平衡法分析了系统的动力学特性,得出了系统的力传递率,并分析了阻尼及激励力对系统传递率的影响。为了验证QZS系统的隔振性能,进行了一系列的实验研究。实验结果表明,QZS隔振器的低频隔振性能明显优于相应的线性系统。     

适应负载变化的准零刚度扭转隔振器设计与分析

针对现有准零刚度扭转隔振器仅适用于恒定负载的问题,设计了一种通过调节正刚度来适应负载变化,同步调节负刚度使隔振器始终工作在准零刚度状态的新型准零刚度扭转隔振器。该隔振器由提供负刚度的扭转磁弹簧和提供正刚度的弹簧片组成,其中扭转磁弹簧由径向磁化的内、外环磁铁组成,通过调节内、外环的轴向相对位置改变负刚度,利用等效磁荷法得到了磁弹簧的扭矩计算模型,分析了弹簧片参数对正、负刚度匹配后刚度特性的影响。建立了系统的动力学模型,采用谐波平衡法求解了隔振器的动态响应,分析了激励幅值和阻尼比对隔振器隔振性能的影响,结果表明,扭转隔振器在不同载荷状态下均具有良好的低频隔振效果。设计制造了隔振器样机,并进行了不同静载荷状态下的静力学试验,试验得到的扭矩-角位移曲线与理论计算结果吻合良好,试验结果表明,该隔振器可以通过调节磁弹簧的轴向相对位置和弹簧片的有效作用长度,实现正、负刚度的同步调节。     

准零刚度微振动隔振器的原理和性能研究

使用屈曲欧拉梁负刚度调节机构和线性隔振器并联,设计了一种准零刚度隔振器。该隔振器的特点是加载后,系统在平衡点位置的动态刚度为零,同时保留原线性隔振器的承载能力。使用更高阶的泰勒展开来简化系统的回复力,在激励幅值较大时提高了谐波平衡法的响应求解精度。通过求解零刚度隔振器和线性隔振器的力传递率,比较了两种隔振器的性能。结果显示,准零刚度隔振器具有比线性隔振器更宽的隔振频带以及更小的共振放大系数。随着激励幅值的减小,准零刚度隔振器性能变得更好,甚至出现无共振峰的全频段振动衰减。本文所设计的准零刚度隔振器为小幅值振动甚至微振动的隔离提供了新的思路。     

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。     

时滞立方位移反馈控制的高静低动刚度隔振器动力学分析

为了克服增加线性阻尼能够抑制共振但会导致隔振系统高频性能变差的矛盾,提出时滞立方位移反馈控制策略。建立反馈控制的高静低动刚度隔振器动力学方程,采用多尺度法得到控制系统的稳态响应。分析反馈增益与滞后时间对控制系统动态特性的影响,并分析不同滞后时间下稳态响应的稳定性。定义控制系统的位移传递率,分析反馈参数对系统位移传递率的影响并和被动隔振系统的性能进行比较。结果表明:合适的反馈参数能够有效减小隔振系统共振区的位移传递率,却不影响高频区域的隔振性能;该控制策略对改善高静低动刚度隔振器的隔振性能具有理论指导意义。     

基于准零刚度隔振器的车-座椅-人耦合模型动态特性研究

准零刚度隔振器能克服线性被动隔振器中存在的降低固有频率与提高承载力之间的矛盾,将准零刚度隔振器运用到汽车座椅的隔振中,建立了考虑准零刚度隔振器的8自由度车-座椅-人耦合动力学模型,采用数值法分析了此耦合动力学模型在受到路面冲击激励及随机激励下的动态特性。结果表明,当采用准零刚度隔振器作为汽车座椅悬架时,整车乘坐舒适性得到有效改善,汽车悬架行程及座椅行程在允许的行程取值范围内。研究内容对将准零刚度隔振器设计成汽车座椅悬架具有理论指导意义。     

准零刚度悬架的低频隔振仿真分析

为提高低成本新能源两座汽车在受到低频段外部激励时的隔振性能,基于准零刚度原理,并在麦弗逊悬架的基础上,设计一种新型准零刚度悬架.该新型悬架利用膜片碟簧的变刚度特性,采用对合膜片碟簧组与螺旋弹簧串联的结构形式并对其静力学特性进行分析,结果表明此结构能有效降低系统的刚度,在到一定条件下能具有准零刚度特性.建立1/4汽车悬架...     

一种拉伸式准零刚度隔振系统的设计和特性分析

针对低频隔振,采用正负刚度并联的原理构造一种拉伸式准零刚度隔振器。通过静力学分析,确定系统在平衡位置实现准零刚度的参数条件;采用谐波平衡法求解系统在简谐力作用下的幅频响应和多稳态区域;利用马蒂厄方程进行稳定性判别,并与数值结果进行对比;利用胞映射验证多态共存,分析系统参数对幅频响应和力传递率的影响。研究表明,在满足准零刚度条件下,准零刚度隔振系统起始隔振频率比为0.73左右,相对于线性系统,起始隔振频率比降低50%左右,隔振性能更好,实现了低频隔振。     

新型准零刚度果蔬运输隔振系统设计

目的 为避免果蔬在运输过程中因振动造成损伤,导致价值下降,基于准零刚度隔振技术,提出一种采用紧凑、高效的弹簧–滚轮–滚珠负刚度机构的新型果蔬运输隔振箱装置。方法 首先,基于弹簧–滚轮–滚珠负刚度机构与垂向正刚度弹簧并联的方式设计准零刚度果蔬运输隔振系统结构;其次,分析其静力学特性,推导该非线性隔振装置的刚度特性;最后,在果蔬运输系统模型运动微分方程基础上建立Simulink仿真模型,研究在C级路面激励下,该新型运输隔振系统的动态隔振特性。结果 研究结果表明,通过合理的结构参数设计,该隔振装置在平衡点附近将具有高静态刚度、低动态刚度的准零刚度特性。在C级路面激励下,该新型运输隔振系统的振动位移峰的峰值相较于对应线性系统的衰减约29.3%,加速度均方根值衰减约97.3%。结论 设计合理的新型果蔬运输系统的隔振效率优于对应的线性隔振系统的。     

柔性基础准零刚度隔振系统全局性态分析

以具有柔性基础的准零刚度隔振系统为对象,建立非线性隔振系统的动力学模型,并在大参数范围内分析其分岔特性。利用点映射方法并选取多个分析平面研究系统吸引子及其吸引域等全局特性,分析周期吸引子共存现象。研究表明,准零刚度非线性隔振系统随激励力幅值的变化呈现出非常复杂的动力学特性,多处出现吸引子共存现象,周期3运动的出现使得系统已经对初始条件具有了一定的敏感性。     

基于遗传算法的准零刚度隔振系统优化设计

针对一种准零刚度隔振系统,建立其力学模型,求得准零刚度条件,分析系统在平衡位置的刚度特性。根据系统特点,提出将无量纲刚度K1所对应的位移区间长度作为优化的目标函数。建立优化数学模型,结合遗传算法,提出一套准零刚度隔振系统的优化设计方法。建立隔振系统的Adams仿真模型,仿真结果表明优化后系统的隔振性能有很大的提升,验证优化方法的有效性和可靠性。为此类隔振系统的优化设计提供思路和参考。     

一种六自由度准零刚度隔振平台

针对多向低频隔振难题,提出了一种六自由度准零刚度隔振平台。设计了一种含凸轮-滚珠-簧片梁负刚度机构的压杆,通过静力学分析和参数设计实现了准零刚度特性。基于准零刚度压杆构造了六自由度隔振平台,并分析了其静力学特性,结果表明,隔振平台在六个自由度上均具有准零刚度特性。建立了隔振平台的动力学模型,分析了各方向上的力传递率,评估了平台的隔振性能,并讨论了压杆倾角对隔振性能的影响。结果表明,准零刚度平台在各方向上的隔振性能明显优于相应的线性隔振平台,实现了六自由度低频隔振。     

两端固支屈曲梁准零刚度隔振器的微振动隔振性能分析

航天器微振动具有幅值低、频带宽的特点,传统的被动隔振器难以对其有效隔离,两端固支屈曲梁准零刚度隔振器具有高静刚度低动刚度特性,且避免了铰接引入的间隙和摩擦,可适用于微振动隔振;对该隔振系统的动力学特性和隔振特性进行了分析;推导了屈曲梁正负刚度并联系统的零刚度条件,利用谐波平衡法得到系统阻尼、扰动幅值对系统隔振性能的影响;通过SIMULINK仿真对隔振系统的性能进行了验证。结果表明,该隔振系统低频隔振性能优于线性系统,可有效隔离微振动。     

新型准零刚度隔振系统的设计与研究

通过并联具有负刚度特性的碟形弹簧与线性正刚度弹簧,设计了一种新型准零刚度隔振系统。通过静力学特性研究,建立了系统的力-位移和刚度-位移关系表达式,获取了系统在平衡位置具有准零刚度的参数条件;通过动力学特性研究,建立了系统分别在简谐力和简谐位移激励下的非线性动力学方程,应用平均法分析了系统参数和激励幅值对系统力传递率和位移传递率的影响,并与其等效线性系统进行了比较,证明了该系统在隔离低频和超低频振动时具有优异的隔振性能,为该新型准零刚度隔振系统的设计应用提供了理论指导。     

飞轮微振动的准零刚度多向隔振方法

针对航天器飞轮微振动的低频隔振难题,提出了基于准零刚度机理的多自由度非线性隔振方法.建立基于准零刚度支杆的Stewart隔振平台的动力学模型,通过增量谐波平衡(incremental harmonic balance,IHB)法分析了支杆刚度、激励力和力矩幅值对隔振性能的影响.在四自由度飞轮线性扰动模型的基础上,建立飞...     

含凸轮-滚轮机构的准零刚度系统隔振特性实验研究

提出了一类含凸轮-滚轮机构的准零刚度隔振器,进行了静力学分析,给出了具有分段非线性的回复力;建立了隔振系统的运动方程,并利用谐波平衡法得到了主共振响应的一次近似解析解,给出了凸轮-滚轮保持接触的参数条件,并分析了保持接触情况下的力传递率;最后,对准零刚度隔振系统进行了激振实验分析,测定了不同工况下的力传递率,并与相应的线性系统进行了对比。结果表明：通过引入凸轮-滚轮负刚度机构,有效降低了起始隔振频率,抑制了共振,提高了隔振效果,因此,该准零刚度隔振器具有良好的低频隔振性能;凸轮-滚轮保持接触的前提下,激励幅值越大,负刚度机构越易发挥作用,隔振效果更显著。     

准零刚度隔振系统吸引子迁移控制研究

以准零刚度隔振系统为对象,建立动力学模型,画出分岔图研究吸引子共存现象,并利用点映射方法分析共存吸引子的吸引域。在共存吸引子的吸引域之间建立一条目标轨道,分别采用开环、闭环和开环加闭环控制方法使系统迁移至目标轨道,实现系统吸引子迁移控制。同时,对开环加闭环控制方法的稳定性和可行性进行了分析。仿真结果表明:该系统同时存在两个稳定的不同振幅的周期1吸引子,开环和闭环控制方法难以使系统迁移至目标轨道,无法实现吸引子迁移控制;开环加闭环控制可使系统沿着目标轨道在两个周期1吸引子的吸引域之间进行迁移,当其运行在较大振幅的周期1吸引子上时,可控制系统迁移至较小振幅的周期1吸引子上,从而实现减振降噪。该方法为提高非线性隔振系统的隔振效果提供了新的思路。     

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。