粘性阻尼在硬特性刚度隔冲系统中的作用

长期以来,一直认为对于持续时间很短的(毫秒范围内)的冲击,阻尼对最大的结构响应没有显著的影响,因此隔冲系统通常都只是从刚度上进行设计.随着磁流变/电流变阻尼器等的出现,在冲击隔离中使用阻尼或半主动阻尼逐渐成为研究的热点.但主要集中在地震防护等冲击持续时间较长或只关心相对位移幅值的应用中.而对于舰船设备这类,遭受持续时间很短(十毫秒量级)的冲击,但又对冲击隔离效率和相对位移幅值都有严格要求的冲击隔离问题,这方面的研究很少,通过对粘性阻尼在硬特性刚度隔冲系统中的作用的研究,表明阻尼可以明显改善隔冲系统的隔冲性能,同时也发现刚度的硬特性的增强可以提升阻尼在冲击隔离中的作用.     

金属橡胶的刚度特性和阻尼试验研究

基于金属橡胶内部微元螺旋卷结构,并以弹簧理论建立其力学模型,分析了在螺旋卷之间不同接触("未接触、滑动、压缩")形式下的刚度公式并解释载荷作用下刚度曲线不同阶段的特性。基于金属橡胶的非线性对阻尼进行计算,通过试验研究金属橡胶构件的密度、厚度对静态刚度曲线不同阶段的影响,及在不同振幅、频率下比阻尼随密度和厚度的变化规律,为金属橡胶的设计及工程应用有重要的指导意义。     

磁流变阻尼器阻尼特性试验与改进阻尼模型研究

对SG-MRD40和RD-1005-3两种型号磁流变阻尼器进行了阻尼特性试验。针对已有的非线性滞回双粘性模型不能准确模拟低频段的阻尼力,提出了一种新的改进的非线性滞回双粘性模型。改进后模型将原模型中单一的屈服后阻尼系数分解为 和 ,分别用来表征速度绝对值增大时对应的屈服后阻尼系数和速度绝对值减小时屈服后阻尼系数,并引入相应的屈服力 ,分段描述磁流变阻尼器屈服后的受力行为。对两种磁流变阻尼器进行的试验建模表明,改进后的模型明显优于改进前的模型,可以较好地表征磁流变阻尼器在屈服后的受力行为,具有更大的适用范围。     

含转动干扰粘性阻尼墙的阻尼特性试验研究

通过粘性阻尼墙的非线性动力学试验建立阻尼参数力学模型，研究阻尼参数在具有旋转运动剪切模式的非线性特性及随振动幅值和振动频率的变化规律，给出了适合工程应用参考经验拟合公式，研究显示粘性阻尼墙在剪切模式下可提供高层建筑较大的阻尼特性，旋转运动对阻尼常数有较大的影响，研究结果可以为工程应用提供参考。可为高层建筑抵制地震和风振提供有效的动力学设计手段。     

刚度特性对八连杆隔离器隔振、隔冲性能的影响分析

为提高惯导设备隔离器的防护能力,设计了一种能够大幅度卸载任意方向冲击载荷的多杆并联隔离器,并选择能以小变形承受大载荷的碟簧作为弹性元件。同时,为分析隔离器的刚度特性及其对隔离器隔振、隔冲性能的影响,进行了准静态压缩实验、振动试验和冲击试验。研究发现,随着隔冲杆中碟簧数量增加,预紧力增大,弹性元件的准零刚度特性渐强,垂向及水平向隔振能力产生不同程度的削弱。在隔冲性能上,当准零刚度特性较为明显时,试验和仿真计算得到的加速度响应峰值更大,但随冲击载荷增加,隔离率趋于稳定。最后得出,当弹性元件具有较弱的准零刚度特性时,有利于保证隔离器在复杂冲击环境下,保持较好隔振、隔冲能力,为多杆并联隔离器的优化设计提供了参考。     

摆杆式操作机钳杆平升降缓冲刚度与阻尼研究

针对摆杆式锻造操作机钳杆吊挂系统的液压缸与蓄能器组合缓冲装置,以平升降运动为例,提出基于动力学理论分析获得缓冲刚度与阻尼的思路,据设备结构形式简化吊挂系统的物理模型,利用拉格朗日法分析平升降运动的动能及势能,建立吊挂系统平升降动力学模型。以50 kN操作机为例,在Matlab中求解动力学方程,获得缓冲装置刚度及阻尼对吊杆摆动角、工件质心位置、钳杆摆角的变化规律,分析刚度及阻尼对平升降运动的影响,提出确定缓冲装置刚度及阻尼的方法,为摆杆式锻造操作机缓冲装置油缸与蓄能器设计提供理论依据。     

基于LQG的混合电磁悬架阻尼-刚度设计及试验研究

提出了一种具有三种模式的混合电磁悬架,三种模式分别侧重于悬架的平顺性、轮胎接地性和综合性能,协调了悬架平顺性与轮胎接地性之间的矛盾。建立了混合电磁悬架的动力学模型,确定了各个模式下LQG控制策略的加权系数。在不同的模式下分析了刚度、阻尼对于悬架动力学性能以及悬架能耗特性的影响,确定了不同模式下刚度和阻尼的取值,并进行了仿真分析。结果表明:混合电磁悬架相比于传统被动悬架能够有效改善悬架动力学性能,且相比于主动悬架能明显减少能量消耗。最后进行了试验研究,试验结果与仿真结果基本一致,验证了仿真结果的正确性,表明混合电磁悬架能够减少悬架主动控制时的能量消耗。     

阻尼环对齿轮系统轴向振动的减振特性研究

分析了齿轮系统的振动机理与阻尼环减振原理。建立了齿轮—阻尼环系统的轴向振动的动力学方程组,采用谐波平衡法求解动力学方程,得到了近似解析解,并与数值解进行了比较。在此基础上,采用一组典型参数,讨论了系统的幅频特性,并探讨了齿轮—阻尼环系统减振效果与阻尼环参数的关系。     

非线性振冲隔离器油阻尼特性模型及参数识别

为研究油阻尼特性从而实现非线性油阻尼振冲隔离器的自主设计及优化,运用理论建模与实验建模相结合的方法,通过大量科学实验和合理的数据处理,根据数据处理所得数据及显示的图形结果进行油阻尼特性的非线性分析与建模,提出了用于小型电子设备的振冲隔离器的油阻尼特性模型,并进行了部分参数识别。由于体积小,在忽略位移影响的情况下,油阻尼特性模型是按频率分区的,按速度分段的。实验证明,所建模型计算结果比传统线性理论模型计算结果更接近实验数据。     

双筒式液力减振器低速阻尼特性研究

通过对减振器内部阀系低速节流特性的分析,建立了低速时阻尼特性的数学模型.应用小间隙节流理论对节流片节流槽口的节流特性进行分析,确定了影响低速阻尼特性的主要参数.通过把缝隙节流等效为小孔节流的设计方法得到的结果与试验得到的结果的比较,验证了本方法的正确性和精确性.     

负刚度摩擦阻尼装置的开发及应用研究

消能减震技术通常需要在多个楼层布置减震装置才能有效降低结构的地震响应,占用了较多的结构空间.针对此种问题提出在底部楼层布置负刚度阻尼装置的减震方案,形成力学上的隔震层,用减震实现类似隔震的效果,以减少阻尼器的布置数量.为实现该减震方案,研发了一种基于氮气弹簧的负刚度摩擦阻尼装置,该装置具有行程大,力学性能稳定等优点.性...     

半主动干摩擦阻尼器在隔振系统中的抗冲击优化设计研究

建立了吸力型电磁铁的电磁和动力学模型,得到了控制电压与电磁力的关系,通过调节施加在摩擦片上的电磁力,达到控制干摩擦力的目的,从而得到了一个新型半主动式的干摩擦阻尼器。根据最优抗冲力理论,设计了半主动式干摩擦阻尼器与隔振器并联的隔振抗冲系统。通过PID控制,该设计可以在不影响隔振性能的同时,极大的提高系统的抗冲击性能。冲击响应和极限性能分析的结果均表明：该优化设计比传统的抗冲设计具有更高的抗冲击性能。     

传感器固有频率和阻尼对冲击加速度检测的影响

研究了硅微机械高g(g为重力加速度)加速度传感器的固有频率和阻尼特性对冲击响应的影响。传感器固有频率低,阻尼小时,冲击加速度的响应波形包含传感器共振波,造成测量干扰。采用有适当阻尼,固有频率高的双质量块结构高g加速度传感器,进行接近2万g加速度峰值的一系列落杆冲击实验,都未见共振响应。同样的传感器制作成欠阻尼,进行实验时,发现共振干扰。该实验所用的传感器芯片面积小,固有频率高,调整该结构的弹性梁厚度,可制作量程为2×103g～2×105g的加速度传感器。     

粘滞性阻尼器的设计方法研究

分析了冲击载荷作用下粘性流体阻尼器的工作原理，推导了阻尼力公式的表达式，运用落锤冲击试验确定了其中的参数。基于参数已知的阻尼力表达式选择了满足指标要求的阻尼器结构尺寸。由试验验证了所选样机结构尺寸的准确性并验证了理论推导的阻尼器数学模型的合理性，该模型提供了粘滞性阻尼器设计的理论方法。     

下部减震层间隔震结构振动台试验研究

层间隔震体系是基础隔震体系的发展与延伸,作为一种复杂结构体系,以往的研究仅限于探讨隔震层参数对地震响应及减震效果的影响,本文首次进行了下部结构附加黏滞阻尼器的层间隔震结构振动台试验研究。设计了1个四层的钢框架模型,首先进行了基础固接及1层顶隔震的振动台试验研究,其次,在1层顶隔震的基础上,在下部结构附加了黏滞阻尼器进行下部减震层间隔震结构的振动台试验研究,测定结构的加速度、层间位移及层剪力系数。试验结果表明,下部减震是在层间隔震基础上进一步提高隔震减震效果,降低结构地震响应行之有效的策略。本文还建立了层间隔震结构的有限元模型,将有限元分析结果与试验结果进行了对比。     

高刚度高阻尼结构试验研究

利用预置变形碳纤维梁、螺旋弹簧、碟簧和橡胶块构成一种高刚度高阻尼结构,其承载刚度和阻尼均较大。为了便于对高刚度高阻尼结构的力学性能进行评价,提出技术指标,即:等效弹性模量、等效阻尼系数和等效刚度系数。在此基础上,设计静动态力学试验,验证高刚度高阻尼结构设计方法的有效性并评价其力学性能。试验结果表明,高刚度高阻尼结构的等效弹性模量显著大于单个预置变形碳纤维梁;等效阻尼系数随着频率增大而减小,等效刚度系数随着频率增大而增大,分别大于104 Ns/m和107 N/m。由此证明,高刚度高阻尼结构的设计方法有效,且实现了输出刚度和阻尼均较大的设计目标。     

桩与粘性阻尼土耦合扭转振动时域响应研究

假设桩周土层为均质粘弹性体,土材料阻尼为粘性阻尼,从轴对称角度出发,对任意激振扭矩作用下弹性支承桩与土耦合扭转振动时的桩顶时域响应进行了理论研究,求得桩顶扭转角阻抗函数解析解,给出半正弦脉冲激振扭矩作用下桩顶速度时域响应半解析解.基于所得解对桩土系统的扭转振动特性进行了分析,讨论了桩土耦合扭转振动条件下长径比、波速比、桩底支承条件等因素对桩顶时域响应的影响,探讨了桩侧土粘性阻尼的特殊影响,得到若干新的结论.     

主动式冲击隔离的快速回复性理论研究

对主动式抗大冲击隔离器快速回复性进行了理论描述,建立了其数学模型。利用Pontyagin最大值原理对模型进行了求解,得出快速回复性隔离器的隔离力控制是一个最大力量控制,在此基础上给出了主动式快速回复冲击隔离器的特征参数,指明了其工程实现方法。研究填补了主动式冲击隔离理论在快速回复性方面的空白。     

用不完全模态试验数据修正粘性阻尼矩阵

假定质量矩阵、刚度矩阵、复振型是精确的或已修正的，研究用不完全复模态试验数据修正粘性阻尼矩阵。依据特征方程、粘性阻尼矩阵的对称性和半正定性，利用代数特征值反问题的理论和方法，给出了问题解的存在性和唯一性，提出了修正粘性阻尼矩阵的一个新方法。用这个方法修正的粘性阻尼矩阵不仅满足特征方程，而且是唯一的最优对称半正定矩阵。最后用两个例子说明本文方法的有效性。     

Anomalies in stiffness and damping of a 2D discrete viscoelastic system due to negative stiffness components

The recent development of using negative stiffness inclusions to achieve extreme overall stiffness and mechanical damping of composite materials reveals a new avenue for constructing high performance materials. One of the negative stiffness sources can be obtained from phase transforming materials in the vicinity of their phase transition, as suggested by the Landau theory. To understand the underlying mechanism from a microscopic viewpoint, we theoretically analyze a 2D, nested triangular lattice cell with pre-chosen elements containing negative stiffness to demonstrate anomalies in overall stiffness and damping. Combining with current knowledge from continuum models, based on the composite theory, such as the Voigt, Reuss, and Hashin-Shtrikman model, we further explore the stability of the system with Lyapunov's indirect stability theorem. The evolution of the microstructure in terms of the discrete system is discussed. A potential application of the results presented here is to develop special thin films with unusual in-plane mechanical properties.