钢丝绳隔振器的数学建模与参数识别

以钢丝绳隔振器为研究对象，对钢丝绳隔振器的迟滞模型参数识别方法进行了研究。针对牛顿迭代法识别出的参数不收敛的问题，在原有的识别方法的基础上提出了一种新的识别方法—遗传算法识别法，建立了钢丝绳隔振器的迟滞模型，并得到了该模型下钢丝绳隔振器的理论迟滞回线。通过与钢丝绳隔振器的试验迟滞回线进行对比，结果表明：新的识别方法可以准确的识别出迟滞模型的各项参数，能够描述钢丝绳隔振器的迟滞特性，且理论迟滞回线与试验迟滞回线比较吻合，验证了该方法对于钢丝绳隔振器的参数识别的有效性和准确性。     

采用超弹性-粘弹性-弹塑性本构模型的橡胶隔振器动态特性计算方法

填充橡胶材料的动态特性与激振频率及激振振幅相关.基于本构模型叠加的方法,建立填充橡胶材料的超弹性-粘弹性-弹塑性本构模型.其中,超弹性模型用于表征橡胶材料的弹性特性,粘弹性模型和弹塑性模型分别用于表征橡胶材料动态特性的激振频率和激振振幅相关性.给出模型中参数的识别方法以及橡胶隔振器的动态特性与激振频率及激振振幅相关性的计算方法.由橡胶试件的简单剪切试验数据拟合得到模型参数,利用有限元分析方法计算一橡胶悬置的动态特性并与试验数据进行对比分析.结果表明,所建立的超弹性-粘弹性-弹塑性模型可以较好地表征橡胶材料动态特性的振幅相关性和频率相关性,可用于橡胶隔振器动态特性的预测与优化设计.     

正弦位移激励对编织-嵌槽型金属橡胶隔振系统动态特性的影响

设计、制作了编织-嵌槽型金属橡胶隔振器,并对其进行动态特性试验。通过建立非线性恢复力模型,考察该隔振系统线性刚度系数、三次非线性刚度系数以及一次粘性阻尼系数随正弦位移激励的变化情况,分析振幅和频率对编织-嵌槽型金属橡胶隔振系统动态特性的影响。结果表明:随着振幅或频率的增大,编织-嵌槽型金属橡胶隔振器的刚度逐渐减小,阻尼略有降低,且振幅或频率的增大会使该隔振系统振动响应幅频特性曲线的带宽变窄。     

碟形弹簧隔振器不对称迟滞模型及参数辨识

建立了碟形弹簧隔振器非线性迟滞模型,该模型用修正的Y Q Ni模型描述非对称迟滞特性,用等效粘性阻尼描述阻尼性能。然后,采用分步识别算法对建立的理论模型进行了参数辨识,并根据方程的数值解对碟形弹簧隔振器的隔振特性进行了分析。最后,试验验证了该模型的合理性。     

橡胶钢丝绳复合隔振器动力学建模与参数识别

在电动试验台隔振试验研究的基础上,对橡胶钢丝绳复合隔振器进行了参数识别和动态建模。通过试验测得频响曲线的Hilbert变换,检测了复合隔振器的非线性度。建立复合隔振器的非线性动力学模型,应用分离识别法将非线性动力学方程组转化为关于未知参数的线性方程组,应用最小二乘法对隔振器的刚度和阻尼参数进行了识别。通过数值方法和谐波平衡法分析了识别系统的动态特性,计算与试验结果有较好的一致性。     

非线性迟滞系统建模方法

针对一类迟滞非线性系统的动力学建模,提出了一种新的建模方法。该模型用高次非对称弹性力、粘性阻尼力及双折线记忆恢复力的机理构造,识别时应先采用分离算法识别各刚度和阻尼系数,再建立其与振幅和频率的函数关系。用所建模型重构的恢复力－位移迟滞回线表明：该模型能很好地描述这类非线性振动系统的特性,提出的建模及参数识别方法实用且有效。     

惯容-橡胶复合隔振器动力学建模及参数识别

针对惯容-橡胶复合隔振器已有数学模型不精确的问题,考虑隔振器的恢复力,建立基于力-位移关系的非线性数学模型。在力学特性试验的基础上,将Bouc-Wen模型应用于惯容?橡胶复合隔振器以模拟其迟滞特性,采用遗传算法对数学模型中的未知参数进行识别,利用不同幅值和频率的试验数据对结果进行检验,并应用Simulink工具箱对识别结果进行数值仿真验证。结果表明：遗传算法可以准确识别出模型中的未知参数,激励频率为0.1~5 Hz时,试验值和仿真值的上、下幅值最大偏差分别为7.9%和8.3%;在10 Hz频段内,通过模型得到的传递率与试验传递率之间的平均误差为8%,均与试验数据有较高吻合度,验证了惯容?橡胶复合隔振器Bouc-Wen模型的正确性。     

钢丝绳隔振器静态与动态特性分析

从试验角度研究非线性振动系统的稳态与瞬态响应是一种切实可行的方法。本文着重借助试验对钢丝绳隔振器的准静态迟滞特性、频响特性、峰值响应频率与放大因子随外激励的变化规律,隔冲与抗冲性能等进行了系统分析。揭示了隔振系统的“软化”非线性刚度特征和在恶劣的动态环境下对振动、冲击的综合治理性能。为工程应用提供了理论参考依据。     

一类迟滞非线性振动系统建模新方法

用理论和试验相结合的手段研究一类迟滞非线性振动系统的动力建模, 提出一种新的建模方法, 用此方法建立非线性模型用来描述这类系统的动态特性。该模型用非线性刚度和非线性阻尼机理构造, 刚度和阻尼机理由理论和试验推出, 模型中的参数由试验数据辨识。用所建模型重构恢复力——位移迟滞环, 结果表明, 该模型能很好描述这类非线性振动系统的特性, 模型中各参数的重要性得到展示, 提出的建模方法实用且有效。     

电子设备橡胶隔振器静动态特性分析方法研究

橡胶隔振器采用粘弹性阻尼材料进行振动、冲击防护与控制,传统做法是依靠大量的经验公式和试验数据进行试错设计,效率低,成本高.文中针对电子设备中橡胶隔振器的静动态特性分析方法问题,系统建立了一套基于非线性有限元方法的求解策略.以某型橡胶隔振器为例,获得了其静刚度、蠕变和松弛特性等静态特性以及迟滞回环、谐响应和冲击响应等动态特性,并对橡胶隔振器设计和选型中的2个关键参数(橡胶超弹性和匹配质量)进行了讨论,可供橡胶隔振器设计方法研究参考.     

准零刚度扭转隔振器振动传递特性研究

针对一种应用连杆弹簧负刚度结构所设计的正负刚度并联扭转隔振器,通过分析其设计参数,得到了其在静平衡位置达到准零刚度的条件。针对所述系统,建立二自由度非线性动力学微分方程,应用谐波平衡法求解了准零刚度隔振器的振动响应。考虑激励幅值、系统阻尼和转动惯量等因素,从扭转振动力矩传递和扭转振动功率流传递两个角度分析了准零刚度隔振系统的非线性振动传递特性。结果表明,此隔振系统具有良好的低频隔振效果,且表现为振动传递的硬特性;从功率流角度的分析还表明,系统的瞬时传递功率流峰值与输入功率流和耗散功率流的变化趋势保持一致。在低于共振区域的低频区间内,隔振系统前后两端的转动惯量对系统振动具有较大影响。最后,对扭转隔振器的振动隔离特性进行了试验验证,试验结果表明,隔振器具有良好的低频振动隔离特性。     

斜向激振模式下振动轮的滞回响应特性分析

考虑物料在斜向激振模式下压实进程中的弹塑性变形,提出一种仅依据土壤特性参数的水平对称及垂直不对称滞回动力学模型。在一次近似的前提下,利用渐进法(krylov-ogoliubov mitropolsky,简称KBM)将非线性作用力线性化为等效刚度和等效阻尼,并推导出系统的频响方程及响应解。数值仿真结果表明,由于非线性滞回力作用,压实进程中系统出现"软化"趋势,振动轮波形发生畸变,稳态下水平方向上呈现只含基波和奇次倍谐波的响应谱,垂直方向上呈现含除基波外明显的各奇、偶次倍谐波的谱特征。土壤现场压实试验分析结果与仿真结果基本吻合,滞回响应特性的研究为压实工况的实时监测和提高压实性能提供了理论依据。     

多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法

提出一种多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法。首先,通过循环计数方法确定多轴变幅载荷历程的计数循环(反复);其次,通过材料的循环应力应变关系和Neuber法推导出虚拟等效应变与真实等效应力之间的关系,并且分别将拉伸型和剪切型Shang-Wang多轴疲劳损伤参数替换虚拟等效应变幅来求解临界面上的真实等效应力幅;然后,通过真实等效应力幅和Neuber法则计算临界面上真实的拉压和剪切等效应变幅,并运用Manson-Coffin方程分别计算缺口部件的拉压和剪切疲劳寿命;最后,选择拉压和剪切疲劳损伤值中的较大值作为每个计数反复的疲劳损伤,并采用Miner法则进行疲劳损伤累积。缺口件多轴疲劳试验结果表明,采用基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法具有较高的预测准确度。     

GENERALIZED ASYMMETRIC HYSTERESIS MODEL OF CONTROLLABLE MAGNETORHEOLOGICAL DAMPER FOR VEHICLE SUSPENSION ATTENUATION

A generalized model is synthesized to charaterize the asymmetric hysteresis force-velocity(F-v) properties of the magneto-rheological (MR fluids damper. The model is represented as afunction of the command current, excitation frequency, and displasement amplitude, based on thesymmetric and asymmetric sigmoid functions. The symmetric hysteresis damping properties of thecotrollable MR.damper and properties of the conventional passive hydraulic damper can also bedescribed by the proposed model. The validity of the model is verified by experiments, which showthat the results calculated from the model are consistent with the measured data. In addition, it isshown that the model applies to a wide vibration frequency range. The proposed model has potentialapplication in vehicle suspension design employing the symmetry MR-damper, and also in developingtie asymmetry MR-Damper especially for the vehicle suspension attenuation.     

迟滞非线性系统辨识与补偿控制研究

针对智能材料中存在的迟滞问题,对其开展了迟滞非线性特性分析,建立了迟滞系统。该迟滞系统由两个部分串联构成:一部分是滤去传递函数影响的Preisach模型;另一部分是不考虑迟滞影响的系统传递函数。将离线和在线辨识方法应用到辨识迟滞系统中,应用最小二乘法离线辨识得到了辨识传递函数参数,再用此辨识传递函数参数作为神经网络辨识的初始权值,得到了神经网络在线辨识的辨识模型;建立了辨识传递函数的逆模型控制系统和前馈逆模型PID控制系统,并对辨识系统进行了迟滞非线性补偿。研究结果表明,模型辨识方法的可行性和补偿控制的有效性在仿真中得到了验证。     

Experimental investigation on the hysteresis behavior of the wire rope isolators

Vibration isolation has been widely applied to filter the external excitation energy and impact forces in building structures and equipment. Wire rope isolator (WRI), a kind of isolator for vibration and shock isolation, shows a better performance in attenuating these forces. WRIs are able to deviate these external forces through their mechanical configuration and high-energy dissipative capabilities. The application of WRI demands knowledge of its behavior and the relation between various geometrical properties and input force. The present work investigates the influence of geometrical parameters, such as wire rope diameter, number of coils, and displacement amplitude on the hysteresis behavior of WRI under quasi-static loading in both vertical and horizontal directions. The hysteresis behavior of different WRIs was evaluated using the calculated parameters from hysteresis force-displacement curves: energy loss ratio (ELR), and effective stiffness. The study indicates that the geometric properties significantly influence the effective stiffness than the energy loss ratio. It is observed that, increased displacement amplitude results in decreased ELR and hence damping capabilities. The study also confirms that the wire rope isolator possesses a good ability in damping through its stiffness and high-energy dissipation capability.     

磁流变减振器滞环特性试验及建模方法

由于磁流变减振器数学模型滞环特性描述通常不能兼顾简洁、精确,而限制其实际工程应用,因此,设计用于数学模型,参数辨识和验证的几组不同的连续变化的激励振幅、频率和电流强度,并应用实物磁流变减振器进行动态特性测试。根据测试结果分析无电流输入以及激励位移、速度和电流强度变化时,磁流变减振器的弹性、阻尼、电流饱和等基本特征的动态非线性特性。依据试验分析结合非线性粘塑性模型和简单非线性Bingham模型,提出应用神经网络理论中神经元S型传递函数,实现减振器活塞运动方向发生变化时力―速度特性模型中阻尼力的平滑过渡;同时借鉴非线性滞环双粘性模型以活塞加速度方向的变化,判断压缩屈服和拉伸屈服两个不同过程的方法,建立描述磁流变减振器滞环特性的数学模型。进一步分析所建模型中可控阻尼力部分各个参数的物理意义。通过试验数据对S型滞环特性数学模型进行参数辨识,并重点分析速度―力特性曲线所形成滞环的斜率及宽度相关参数的可控特性,最后以试验数据验证S型滞环模型的正确性。     

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。