内燃机试验台架上的“转速禁区”

本文以轴系扭转振动的观点,分析了某些内燃机试验台架出现水力测功器端盖轴承损坏及弹性联轴器橡胶元件快速磨损的原因。认为这些用弹性联轴器传动的试验台轴系,在发动机的较低转速范围存有一个单节点的共振现象,其节点在弹性联轴器橡胶元件转化的当量轴段上。当发动机起动后的暖车过程中,经常在此共振转速范围运转时,是造成橡胶元件快速磨损和水力测功器端盖轴承损坏的主要原因。     

关于离心机减振中一些问题的探讨

近年来,在离心机的设计和使用中,基础减振的应用逐渐增多。在确定离心机整机的自振频率时,一般设计中,仅考虑了整机的竖向或水平方向直线振动的固有频率,并以此频率作为基础减振设计中的依据。我们认为这种考虑值得商榷。本文探讨了这一问题,进行了计算,并作了实验研究。我们认为应将系统的六个固有频率均计算出来,选其中最高的作为设计依据,使离心机的工作转速大于最高固有频率的1.4倍。     

Dynamics Analysis of Nonlinear Energy Sink for Metal-Rubber Vibration Absorber

基于非线性能量阱的金属橡胶减振元件动力学分析

孔宪仁,熊怀,刘源,杨震国

（哈尔滨工业大学 卫星技术研究所,哈尔滨 50080）

创新点说明：

随着正弦激励作用下的非线性能量阱研究的不断深入,使得金属橡胶元件深入研究成为可能。为航天器仪器安装板提供减振方案,本文用复变量平均法分析了简化金属橡胶减振元件的非线性能量阱系统的定向能量传递问题。理论分析表明,系统存在一种是非线性模态引起的准周期响应,能够实现振动抑制;并用相轨迹的方法讨论了这种振动抑制效率。这些结论通过数值仿真都得到了验证。

研究目的：

用非线性能量阱理论分析金属橡胶减振元件动力学特性,为金属橡胶元件参数设计提供途径。

研究方法：

复变量平均法;分段时程法;相轨迹法。

结果：

1） 在正弦激励下的非线性系统（耦合金属橡胶减振元件）存在两种本质差异的振动响应,一种响应具有振动抑制效果,另一种则没有;

2） 两种振动响应出现与非线性刚度、正弦激励幅值大小有关;关系如正文中式（15）;

结论：

1）金属橡胶元件在受到正弦激励作用时,系统能量会出现局部积聚的现象,及非线性能量定向传递;

2） 金属橡胶元件系统会出现两种特殊响应,通过合理的设计参数可以实现特定响应的发生,从而提升金属橡胶减振元件的减振性能。

关键词：非线性能量阱,定向能量传递,金属橡胶减振元件,复变量平均法

     

波纹环阻尼减振效果的理论分析

以导弹发动机的波纹环弹性支承为例，推导出双层分段挤压油膜的阻尼的计算公式，分析了波纹环的阻尼作用对发动机系统的减振效果。表明使用此类支承能力幅度抑制发动机的振动。     

聚氨酯–橡胶复合阻尼材料减振优化设计

隔离自由阻尼是在传统的自由阻尼结构上建立的一种减振处理方法。以隔离自由阻尼理论为基础,提出以硬质聚氨酯泡沫作为隔离层、橡胶为阻尼层制备用于抑制结构振动的聚氨酯–橡胶隔离复合阻尼材料。利用模态叠加原理和Lagrange方程,在考虑阻尼层剪切变形的基础上,推导出隔离自由阻尼悬臂梁的控制方程。在钢板悬臂梁上敷设隔离层与阻尼层厚度比值为1～3以及具有分段式隔离层的聚氨酯–橡胶复合阻尼材料,并通过单点锤击实验从幅频曲线、复合损耗因子、模态频率等方面对悬臂梁模型的减振性能进行对比分析。结果表明:隔离层与阻尼层的厚度比值由1增加至3时,模型的振动响应峰值降低了13%～62%,同时损耗因子明显升高;当厚度比超过1.5时,材料对模型低阶模态的减振效果持续提高,而高阶模态的减振效果趋于稳定;分段式隔离层的设计降低了隔离层的抗弯刚度,扩大了阻尼层的处理面积,模型振动响应峰值降低了16%以上,且并未显著增加阻尼处理的附加质量。研究结果表明:在聚氨酯–橡胶隔离复合阻尼材料的阻尼层厚度不变的情况下,增大隔离层与阻尼层的厚度比有助于提高复合阻尼材料的减振性能;分段式隔离层的设计能够进一步改善复合材料的阻尼性能。     

聚氨酯-橡胶复合阻尼材料减振优化设计

隔离自由阻尼是在传统的自由阻尼结构上建立起来的一种减振处理方法。本文以隔离自由阻尼理论为基础,提出以硬质聚氨酯泡沫作为隔离层、橡胶为阻尼层制备成用于抑制结构振动的聚氨酯-橡胶隔离复合阻尼材料。利用模态叠加原理和Lagrange方程,在考虑阻尼层剪切变形的基础上,推导出了隔离自由阻尼悬臂梁的控制方程。在钢板悬臂梁上敷设隔离层与阻尼层厚度比值为1～3以及具有分段式隔离层的聚氨酯-橡胶复合阻尼材料,并通过单点锤击实验从幅频曲线、复合损耗因子、模态频率等方面对悬臂梁模型的减振性能进行了对比分析。结果表明：隔离层与阻尼层的厚度比值由1增加至3时,模型的振动响应峰值降低了13%～62%,同时损耗因子明显升高;当厚度比超过1.5时,材料对模型低阶模态的减振效果持续提高,而高阶模态的减振效果趋于稳定;分段式隔离层的设计降低了隔离层的抗弯刚度,扩大了阻尼的层的处理面积,模型振动响应峰值降低了27%以上,且并未显著增加阻尼处理的附加质量。研究结果揭示出：在聚氨酯-橡胶隔离复合阻尼材料的阻尼层厚度不变的情况下,增大隔离层与阻尼层的厚度比有助于提高复合阻尼材料的减振性能;分段式隔离层的设计在此之上能够进一步改善复合材料的阻尼性能。     

统计能量分析法在发动机噪声控制中的应用

本文采用统计能量分析法(Statistical Energy Analysis,简称 SEA)对汽车发动机振动能流进行分析和控制.首先建立汽车发动机的 SEA 模型,根据理论分析,确定汽车发动机油底壳阻尼结构参数,从而控制发动机油底壳辐射噪声,并通过对发动机油底壳进行正弦激振,阻尼损耗因子测定和全息测量等实验,SEA 理论分析结果得到很好的验证.     

径向磁轴承的稳定性研究

本文在简要介绍磁轴承的原理与发展概况之后,着重分析了径向永磁轴承的稳定问题,并提出采用磁推力轴承和机械辅助并用的轴向稳定结构,从而实现了系统的稳定。实验证明,这种结构效果非常好,可应用到一些回转机械中。     

高阻尼橡胶剪切型阻尼器的拉索减振试验

利用高阻尼橡胶剪切耗能优于挤压耗能的特性,开发了一种外置式高阻尼橡胶剪切型拉索阻尼器对拉索进行减振控制。利用DASTLab5.0系列软件平台对拉索-阻尼器系统进行振动控制试验。试验工况分别考虑了有无阻尼器、阻尼器刚度、阻尼器安装位置等对振动控制效果的影响。试验结果表明:该阻尼器设计方法可靠,安装阻尼器后拉索阻尼有了很大提高;频率对阻尼器减振性能的影响很小;阻尼器安装位置对拉索减振效果影响很大;刚度一定时对橡胶构件的面积和厚度需进行合理取值;高阻尼橡胶剪切型阻尼器具有较好的制振效果。     

M2052高阻尼合金在结构件减振中的应用研究

利用动态热机械分析仪(DMA)、有限元分析软件PatranNastran和振动测试设备(DH5981),研究了M2052合金的阻尼性能及应用在支撑底座中的减振性能.振动测试结果与有限元分析结果比较吻合.结果表明:在频率响应分析中,M2052的应用能够有效降低振动,明显减小振动源产生的振动经支撑底座的传递;在瞬态响应分析中,通过振动衰减曲线对比看出,阻尼合金应用到工字型支座能更快的耗散振动能量,在一定范围内阻尼合金的应变越大,阻尼性能越好,所以S型支座能提供更大的减振性能;同时,通过力锤敲击实验验证了M2052合金在结构件中的应用能有效降低机械振动,且应变越大支座的减振效果越好.     

敷设约束阻尼薄壁圆柱壳的振动特性

为分析约束阻尼对薄壁圆柱壳振动特性的影响,应用哈密顿原理结合瑞利-李兹法求解敷设约束阻尼圆柱壳的动力学方程.得出自由振动时的固有频率、损耗因子的计算公式;应用模态叠加法计算圆柱壳上任意一点的频率响应.提出能量耗散系数,将其作为阻尼效果的评价标准,用来分析约束阻尼结构各参数对阻尼效果的影响,并与损耗因子进行比较.结果表明:约束阻尼可以有效地抑制薄壁圆柱壳振动的传递;在指定频带范围内能量耗散系数能够作为阻尼效果的评价标准;阻尼材料阻尼系数、约束层弹性模量、约束层厚度、阻尼层厚度均会对阻尼效果产生影响.     

高速回转下的两个园柱形过盈配合另件的过盈量计算

本文主要内容是从轴对称形式的弹性力学基本公式出发,导出高速回转下的两个园柱形过盈配合另件的过盈量计算公式,可用于设计计算高速回转机械如透平机、离心机、高速泵等过盈联接结构.文中分别导出由不同材料和同种材料组成的过盈配合组合园盘及组合园筒的过盈量计算公式.     

基于分段声学黑洞板件的振动特性分析

非理想声学黑洞结构由于截断的存在,弯曲波在到达截断处会形成反射,导致对振动的抑制效果减弱。针对弯曲波反射问题,本文提出一种分段声学黑洞结构,并采用有限元法进行谐响应分析,计算不同频率下的振动速度响应。结果显示,与传统声学黑洞结构和均匀板件结构相比,分段声学黑洞板件在黑洞布置处具有更强的能量聚集效应,弯曲波的反射问题得到有效解决,在远离黑洞结构的均匀处表现出更好的振动抑制效果。同时,探究贴敷阻尼层以及不同黑洞材料对振动控制的影响效果,结果表明,阻尼层尺寸以及厚度的增大均能提升减振效果。材料刚度的提升亦能进一步增强结构的减振能力。本文的研究可为新型声学黑洞的结构设计提供一种思路。     

基于Pulse的船舶尾轴承振动监测

针对船舶尾轴承的减振降噪提出了一种基于Pulse的振动测试方案。通过该振动分析平台对实验尾轴台架的振动情况进行了数据采集和分析,利用FFT频谱分析法得出尾轴承在采用橡胶轴承材料时,其低速下由自身特性导致的水平和垂直方向上的振动主要集中在2 kHz以下。     

基于锰铜高阻尼合金输流管路减振设计实验研究

输流管路的关键部件对管路振动有很大影响。首次将锰铜高阻尼合金材料应用于管路减振设计中,制作了锰铜阻尼合金三通管件,搭建了实验测试平台,实验研究了在简谐激励作用和工作状态下锰铜阻尼合金材料三通管件对输流管路振动幅频响应及加速度频响的振动特性的影响。研究发现高阻尼合金材料能够使结构振动的位移和加速度响应均有所降低。实验结果表明,通过合理的设计,将高阻尼合金材料合理应用输流管路系统,能够达到减振效果,研究结果可为高阻尼合金材料在输流管路减振设计应用提供参考。     

基于非线性动态特性的轴承–转子系统振动分析

随着空气静压主轴在超精密加工过程中的广泛应用,对主轴的运动精度的要求不断提高,如何准确预测和提高主轴运动精度是十分必要的。基于空气静压轴承的非线性动态特性,研究空气静压主轴的振动特性和预测模型,探索非线性动态特性分析对主轴回转精度的影响。首先,对空气静压径向轴承的动态特性进行分析,建立气膜动态流动模型,采用扰动法求解模型得到轴承的非线性动刚度与动阻尼系数。将空气静压轴承内的气膜作为弹簧阻尼系统建立轴承–转子系统,并通过动力学分析建立了轴承–转子的动态振动模型。将轴承的非线性动态特性参数引入振动模型,结合MATLAB对模型进行求解,得出了空气静压主轴径向跳动误差曲线、偏转误差曲线和径向总振动误差曲线,并通过FFT数据处理对振动进行频域分析。通过对比分析得到非线性分析对空气静压主轴径向振动误差的影响。最后,搭建了空气静压主轴径向回转误差测量试验台,得到主轴实时回转误差信号,实现轴承–转子系统的振动动力学模型分析的实验验证。从空气静压径向轴承的动态分析可以看出,轴承的动刚度和动阻尼均呈非线性变化,随着偏心率的增加动刚度不断增加,而动阻尼不断减小。从轴承–转子系统的振动分析可以看出：1）非线性分析对主轴偏角振动误差有明显影响,而对径向跳动误差的影响不明显,说明非线性分析主要通过影响主轴的偏角误差从而影响径向总误差。2）定值分析时偏角误差的最大振幅基本稳定,而非线性分析时偏角误差的最大振幅存在一个增加过程并最终趋于稳定,并且非线性分析时最大振幅明显大于定值分析时的振幅。3）在供气开始一段时间内,非线性分析与定值分析下的径向总误差基本一致,但随着时间的增加,非线性分析下的最大振幅大于定值分析下的最大振幅,说明开始供气时非线性分析对径向跳动误差和偏角误差没有造成明显影响,当供气稳定时非线性的动刚度与动阻尼会对主轴转子振动幅度产生明显影响。4）从频域上看,非线性分析最大振幅处的共振频率为964 Hz,定值分析最大振幅处共振频率为986 Hz,非线性分析使最大振幅处的共振频率有所下降。5） 非线性分析和定值分析在频率高于1 500 Hz时,转子的振幅变化都很小,说明频率大于1 500 Hz之后,转子振动比较稳定,此时气膜的振动频率与固有频率不容易发生共振。空气静压主轴回转误差实验的结果表明,基于非线性分析所得的主轴径向回转误差的误差率比定值分析所得主轴径向回转误差的误差率降低了1.43%～6.54%。因此,将空气静压径向轴承内气膜作为弹簧阻尼系统施加于转子之上可以实现轴承–转子系统的耦合振动分析,轴承非线性动态特征参数的引入实现了轴承动态性能对主轴动态振动的影响,通过基于非线性动态特性的轴承–转子系统的振动分析可以更加准确地研究和预测空气静压主轴的径向振动误差。     

地铁列车引起的振动对城市敏感建筑结构的影响

以某相对地铁线路水平距离较近的市级文物保护敏感建筑为研究对象,设线路时速70km／h,分析地铁列车运行时产生的振动对该建筑结构的动力影响。针对整体道床和橡胶减振垫浮置板道床,建立车辆-轨道耦合模型,采用Newmark方法计算列车载荷;建立轨道-土层耦合模型,利用有限元方法分析地铁列车引起的振动在地表面的传播特性,并计算地铁列车振动对敏感建筑结构及周围环境的影响。研究结果表明:采用整体道床时,敏感点的垂向Z振级和敏感建筑结构的水平速度都大于标准值;采用橡胶减振垫浮置板道床时,敏感点的垂向Z振级和敏感建筑结构的水平速度都低于标准值;同时说明橡胶减振垫浮置板道床具有很好的减振效果。     

两种剪切型拉索减振器的振动试验

利用DASYLab5.0系列软件平台,对高阻尼橡胶阻尼器和黏性剪切型阻尼器进行拉索-阻尼器系统振动试验,分析比较了两者的减振特性。试验结果表明:安装高阻尼橡胶剪切型阻尼器后拉索阻尼有了很大提高,能达到制振要求;黏性剪切型阻尼器制振效果更为突出。     

一种具有三类阻尼特性的复合阻尼结构

综合运用材料阻尼、碰撞阻尼和库仑阻尼理论,研究设计了一种新型的减压服和噪 事阻尼结构－－具有三类阻尼特性的复合阻尼结构,并对其进行了振动和噪声测定实验。结果表明,该结构较普通三夹层阻尼结构阻尼能力显著提高,具有优良的减振降噪效果。     

船用智能抗冲击隔离器动力学数值试验分析

目前我国使用的船用减振元件多为被动式减振元件,如橡胶减振器、钢丝绳减振器等．而被动式减振元件都有在低频激振力作用下减振效果差的缺点．基于将传统的减振元件与智能元件相结合的思想,提出了全新的船用抗冲击隔离器设计理念．应用现有较成熟的减振元件钢丝绳弹簧和智能出力元件磁流变阻尼器设计了智能抗冲击隔离器,并进行了有限元仿真分析．计算结果表明,智能隔离器在各个频段都有较好的减振性能,尤其是在低频段,减振效果明显优于传统减振元件．同时也具有良好的抗冲击特性,尤其是在冲击载荷较强,系统会发生二次碰撞时,智能隔离器的抗冲效果明显优于传统减振元件．