新型准零刚度系统的设计、分析与仿真

采用拉伸弹簧组成的负刚度机构与正刚度线性弹簧并联,设计出一种新型的拉伸式准零刚度隔振系统,可用于隔离低频或超低频振动。建立该系统的静力学模型,得到系统具有准零刚度特性时所需满足的条件;与一种压缩式隔振系统的力-位移曲线进行对比;分析垂向弹簧的调节对系统的影响;建立该系统在简谐位移激励下的非线性动力学方程,利用谐波平衡法求得系统的近似响应;与压缩式隔振系统的位移传递率曲线进行对比;探索系统各主要参数对响应的影响;建立Adams动力学模型,通过仿真结果来证明静力学模型的正确性,并模拟基座激励振动,证明了拉伸式准零刚度系统在低频或超低频隔振中的性能远优于线性系统。     

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。     

康复机器人准零刚度隔振特性分析与实验

为了解决康复机器人低频振动对人体的影响问题,提出并设计一种具有准零刚度特性的新型被动隔振机构,它由两个对称的具有负刚度特性的拉伸弹簧并联一个线性正刚度弹簧实现。首先,通过静力学特性,建立此隔振机构的力-位移和刚度-位移关系式,得出机构在静态平衡位置处具有准零刚度特性的参数条件;其次,通过动力学特性,建立其分别在简谐力和简谐位移激励下的非线性微分动力学方程,采用谐波平衡法分析机构参数与激励对系统力传递率、位移传递率的影响;最后,通过实验验证在有、无负刚度情况下,输入与输出的曲线。结果表明,在有负刚度机构的情况下,隔振系统具有一定范围的准零刚度特性,且低频隔振性能较好,达到了高静态、低动态刚度的效果。本研究对机器人低频隔振具有创新性和指导意义。     

柔性基础上迟滞干摩擦隔振系统的简化分析

工程实际中,柔性基础上非线性隔振系统广泛存在,而振动特性的分析却严重制约着其应用与研究。基于柔性基础上含有三次非线性刚度的迟滞干摩擦隔振系统,首先采用振型分离的方法建立了系统的动力学方程,并结合增量谐波平衡法求解了系统在发生任意阶主振动情况下的响应;随后,以基频谐波项为基础,推得了系统力传递率的计算公式,并根据公式定性分析了隔振器各参数对系统力传递率的影响。发现,适当减小刚度系数,增大阻尼系数,增大静摩擦极限均可有效降低系统的力传递率。研究为该类系统的工程实际应用提供了可靠借鉴。     

低频非线性隔振器的动力学分析

针对低频隔振效果较好的一种具有负刚度机理的无源隔振系统,给出了隔振系统的基本结构模型,对其进行了力学分析,建立了强非线性动力学微分方程.分别利用谐波平衡法和切比雪夫逼近法对该方程进行非线性近似求解和线性近似求解,并进行数字模拟仿真,通过对比得出了非线性较线性分析具有较高的精度,且在0.5Hz时可以纠正线性求解的错误,对低频隔振器的设计有着一定的指导意义.     

被动隔振的非线性动力学研究

研究了由基础振动激励的被动隔振体的非线性振动特性和振动稳定性。考虑隔振系统的非线性刚度和隔振材料的非线性阻尼,建立了被动隔振体的非线性动力学方程;用谐波平衡法研究了其非线性振动特性,导出了频率响应方程;讨论了非线性因素的影响;分析了隔振体振动的稳定性,得出了稳定区和不稳定区的分界线方程。     

正负刚度并联机构动力学分析及隔振仿真

正负刚度并联,可使系统的总刚度在平衡点附近趋近于零,从而有效降低系统的固有频率,实现超低频隔振。文中对一种正负刚度并联机构进行了分析,建立了其非线性动力学模型,采用谐波平衡法进行近似求解,并与数值方法求解进行比较,证明谐波平衡法对于该非线性系统的求解足够精确。文中还对该系统隔振效果进行了仿真,证明采用正负刚度并联的机构可以实现超低频的微幅精密隔振。     

离散型整星隔振系统的动力学参数设计

研究离散型整星隔振系统的动力学参数设计问题。通过建立整星隔振系统的动力学模型,得到从隔振器底端到卫星质心的振动传递率。用理论和仿真方法对此动力学模型进行有效验证,表明该动力学模型能较好地体现离散型整星隔振系统前两阶的振动传递规律。通过衰减不同的共振峰值的内在规律,讨论该隔振系统动力学参数对振动传递特性的影响,提出离散型整星隔振系统的动力学参数设计原则,为整星隔振器的结构参数设计提供理论指导。利用振动台对离散型整星隔振系统进行振动试验,表明该隔振器具有很好的隔振性能,验证了动力学参数设计的正确性。     

被动隔振体的hopf分岔分析

本文建立了被动隔振体的非线性动力学方程。根据非线性振动理论,设立系统在弱非线性情况下的一次谐波解,通过平均法先求得系统的一次谐波的振幅随时间的变化方程,然后通过分析一次谐波的振幅发生hopf分岔的条件得到了被动隔振体系统发生hopf分岔的条件。     

被动隔振体的非线性振动分析

研究了由地基振动激励的隔振体的非线性动力响应。用变形的三次多项式函数表征隔振材料的非线性刚度特征 ,建立了被动隔振体的非线性动力学方程 ,分别用谐波平衡法和直接数值积分法研究了其非线性动力响应特性 ,得出了频率响应方程和幅频曲线 ,揭示了忽略隔振材料刚度的非线性将会导致隔振设计和隔振效果分析的显著误差。分析方法和结论对于精确进行被动隔振设计和隔振效果评价具有积极意义。     

复杂激励环境下精密隔振系统的振动传递率研究

在分析基础干扰单独作用下被动隔振系统和主动隔振系统振动传递率的基础上,定义了基础干扰和直接干扰同时作用的复杂激励环境下隔振系统的振动传递率概念,推导了复杂激励环境下被动隔振系统和主动隔振系统振动传递率的有关计算公式。系统研究了复杂激励环境下加速度反馈、速度反馈和位移反馈对隔振系统振动传递率的影响。     

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。     

汽车双层隔振系统的简谐振动隔离及参数优化

对汽车双层隔振系统的简谐振动隔离进行了深入研究,建立了含Ruzicka隔振器的汽车双层隔振系统的垂向振动模型,推导出隔振系统的绝对传递率公式.分析隔振系统动力参数对传递率的影响,应用MATLAB软件对双层隔振系统进行参数优化,确定了系统的最优阻尼比.结果表明:含Ruzicka隔振器的双层隔振系统隔振效果优于简单双层隔振系统.     

基于欧拉梁的准零刚度隔振系统动力特性分析

将两端受轴向压力的欧拉梁和线性弹簧并联,组成一个具备高静刚度和低动刚度的准零刚度隔振器。通过对隔振系统进行静力分析,给出系统具备准零刚度特性所需的条件。利用谐波平衡法求解系统的振动微分方程,分析系统的幅频特性,给出了系统的力传递率,讨论了阻尼、激励力等参数对系统传递率的影响。最后分析了该隔振系统的跳跃频率。研究结果表明：激励力以及初始偏移量的增大会使系统的隔振效果变差,因此要控制激励力的大小并尽量避免超载;阻尼比的选取需要综合考虑高频的隔振效果和有效隔振频率范围。     

双层隔振系统模态匹配分析及其振动特性

针对出口内燃动车动力包的双层隔振问题,根据双层隔振系统的结构参数,建立双层隔振系统的有限元模型。对双层隔振系统进行了模态计算,掌握了系统的频率特性。根据柴油机组激振力的频率特性,定量对双层隔振系统进行模态匹配分析。对双层隔振系统进行谐响应计算,准确判断构架和机组是否发生共振,验证模特匹配的合理性。施加怠速工况下的各个激振力,对双层隔振系统进行了强迫振动计算,计算双层隔振系统的振动烈度和传递率。结果表明：双层隔振系统的隔振性能良好,能满足实际工程需求,研究结果可为实际工程提供参考。     

谐波齿轮传动系统非线性扭转振动分析

考虑传动误差、非线性扭转刚度以及间隙等非线性因素,建立了新的谐波齿轮传动系统非线性微分方程。传动误差采用了新的计算公式。建立了对转矩转角实验曲线采用3阶多项式拟合,然后求导得到刚度公式的方法。开发了非线性动力学特性仿真分析软件。实验和仿真研究系统的动力响应,以及不同频率的误差分量对系统动态响应的贡献,明确了设计、制造及装配中主要的误差控制对象。     

机载光电侦察平台复合减振设计

为减小振动对机载光电侦察平台成像质量和稳定精度的影响,对光电平台进行了复合减振设计.分析了复合减振原理,针对以往单级隔振系统存在的缺点在平台内框架和外框架之间设计了二级减振系统,更加有效地隔离了外框架传递到内框架上的振动.采用二维参数优化方法计算出了复合减振系统的最优固有频率比fopt为1.43,最优阻尼比ζopt为0...     

船舶设备半主动单层隔振系统传递特性分析

为了提高船舶动力设备单层隔振系统的隔振性能,研究半主动磁流变(magnetorheological,简称MR)阻尼器和基础质量对系统传递特性的影响规律,采用通过试验验证的改进的Bingham模型描述MR阻尼器的力学特性,建立考虑基础质量影响的二自由度无约束隔振系统的动力学模型。通过平均法得到了隔振系统主共振时的解析解,并通过数值方法验证了理论解的正确性。以力传递率为评价指标,研究了半主动隔振系统主要参数对系统主共振的影响。结果表明:基础质量增加可降低系统的固有频率及隔振区域的减振效果;MR阻尼器控制力和零力速度的增加可提升隔振性能;MR阻尼器的阻尼增加可提高共振区域的隔振效果,但降低了隔振区域的隔振效果。