正负刚度并联隔振系统建模与性能分析

针对重型装备低频减振难题,基于正负刚度并联原理,设计一种由矩形弹簧和碟形弹簧相互并联的低频被动隔振系统。建立隔振系统的简化模型并构建其运动微分方程,运用谐波平衡法分析得到其力传递率,分析在简谐力激励下的稳态周期响应。利用MATLAB对正负刚度并联隔振系统在扫频激励和随机激励下的响应特性进行仿真分析,进而搭建力传递率测试平台,验证所建动力学模型的正确性与合理性。仿真与试验的结果表明,所设计的正负刚度并联隔振系统具有良好的隔振性能,该成果可为重型装备低频隔振的研究提供理论和实验依据。     

一种双连杆-弹簧-曲面机构的QZS隔振器设计和研究

基于正负刚度并联原理,运用双连杆-弹簧-曲面作为负刚度机构、竖直弹簧作为正刚度机构,提出了一种准零刚度(quasi-zero stiffness,QZS)隔振器的新构型。针对上述构型,通过静力分析,研究了系统的位移-刚度特性和位移-回复力特性,得到了系统静平衡下的QZS条件。此外,建立QZS系统的非线性动力学方程,应用谐波平衡法和龙格库塔法求解。针对不同的激励幅值、阻尼系数和QZS参数等因素,研究了系统动力学响应和传递率特性。理论研究表明,该QZS构型可以有效降低模型的共振频率与最大传递率幅值。基于隔振器的三维模型进行数值仿真和实验研究,发现提出的QZS构型拥有较好的低频隔振性能,并具备与线性系统相当的高频隔振性能。     

永磁体型高静低动刚度隔振器试验研究

高静低动刚度隔振器是一种将正负刚度弹性元件并联在静平衡位置附近获得零刚度的组合式被动隔振装置,能有效解决低固有频率和小静态变形难以兼得的矛盾。研制并装配双环永磁体型和三磁体型两种高静低动刚度隔振器原理样机,搭建试验台架系统,开展谐波位移激励下的双环永磁体型隔振器和谐波力激励下的三磁体型隔振器的性能测试,并与相应等效线性隔振系统的传递特性进行对比,从而对永磁体型高静低动刚度隔振系统低频隔振的优越性进行验证。试验结果表明,引入磁负刚度能降低系统的固有频率,拓宽系统的隔振频带,降低系统的传递率峰值。     

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。     

新型超低频非线性被动隔振系统的设计

通过分析正负刚度并联隔振机理,设计了一种新型超低频被动隔振系统。该系统采用负刚度机构与正刚度弹簧并联,具有较高的支撑刚度和极低的运动刚度,且系统刚度呈现非线性,解决了传统被动隔振系统存在的超低频隔振难题。通过对该系统力学特性进行分析,给出了系统刚度表达式及在平衡位置处的零刚度条件,为新型超低频非线性隔振器的设计提供了理论指导。     

超低频非线性隔振系统的研究

通过分析正负刚度并联隔振机理,提出了一种新型超低频被动隔振系统。该系统采用负刚度机构与正刚度弹簧并联,具有高的支撑刚度和极低的运动刚度,且系统刚度呈现非线性,解决了传统被动隔振系统存在的超低频隔振难题。通过对该系统力学特性进行分析,给出了系统刚度表达式及在平衡位置处的零刚度条件,为新型超低频非线性隔振器的设计提供了理论指导。     

新型永磁隔振器的隔振性能分析与实验研究

在超精密加工、IC制造、光学、高端的物理及化学试验中,隔振器已经成了许多设备的一个关键部件,隔离来自地面和设备内部的振动。随着稀土永磁材料的迅速发展,永磁隔振器已成为国内外研究的热点之一。本文将采用环形永磁体提出了一种新构型的永磁隔振器;根据环形永磁体的磁力和刚度的解析模型对隔振器的隔振性能进行参数化分析,确定了该隔振器磁环的结构参数。作为新型永磁隔振器的试验研究,搭建了永磁隔振试验台,通过理论计算和试验证实了该磁浮隔振器在其最大承载能力时具有良好的低频隔振性能。     

电梯垂直低频隔振器设计与分析

针对曳引电梯低频振动难以降低的难题。基于准零刚度原理,采用理论建模、有限元分析相结合的方法分析并研制了屈曲弹簧钢板和圆柱橡胶组合式新型轿底低频隔振器,同时对圆柱橡胶、弹簧钢板及其组合低频隔振器分别进行静载力学试验以及动态隔振性能试验。研究表明,该新型低频隔振器平衡位置处的平均刚度小于20 N/mm,电梯轿厢的固有频率降低到1 Hz,隔振起始频率降低81.80%;弹簧钢板的尺寸和屈曲量以及圆柱橡胶的尺寸及其硬度是影响低频隔振器性能的关键参数,通过以上参数的相互匹配,可提高承载能力和降低组合刚度;该新型低频隔振器在保证静态稳定性的同时,实现了轿厢的低频隔振,提高乘坐电梯的舒适性。     

基于可控电磁负刚度的半主动隔振器传递率特性研究EI北大核心CSCD

针对传统隔振器刚度不可调的缺陷,提出了一种新型的基于负刚度调控的半主动隔振器,通过研究绝对位移传递率特性评估其刚度可控性和隔振性能。基于场论和等效磁荷法建立了电磁负刚度的理论计算公式,该公式与激励电流呈现函数关系;由于电磁负刚度计算的复杂性,用最小二乘法对负刚度计算公式进行了近似;基于负刚度的近似表达,建立了正负刚度并联的半主动隔振器,分析了励磁电流对传递率和阻尼率的影响规律。试验验证了线性条件下电流对隔振器传递率作用的规律。     

基于正负刚度并联的新型隔振系统研究

分析了正负刚度的概念，提出了通过正负刚度弹簧并联实现超低频隔振的新方法．并联负刚度弹簧不但显著降低了隔振系统的固有频率，同时也改善了系统的阻尼特性，提高了隔振系统产生高频内共振的频率．对所研制的正负刚度并联隔振系统进行的大量试验研究表明：由于并联了负刚度弹簧，隔振系统固有频率从6Hz降低到0．75Hz。隔振能力明显提高．     

分子弹簧隔振器的动力学特性研究

分子弹簧隔振器是一种以水和疏水沸石颗粒为工作介质的新型隔振器,该隔振器具有高静低动的分段刚度特性。首先以Laplace方程为基础模拟水侵入疏水微孔的过程,建立了分子弹簧刚度的力学模型,并通过准静态试验验证了该模型的有效性。随后在刚度的力学模型的基础上建立了分子弹簧隔振系统运动方程,采用平均法计算了分子弹簧隔振器的主共振幅频响应,采用基于等效线性化方法的接缝法计算了大振幅情况下的幅频响应。最后,以能量传递率为指标评价了分子弹簧隔振系统的隔振性能。研究表明分子弹簧隔振器具有优于传统的线性隔振器的隔振性能。     

含三次非线性阻尼特性的分子弹簧隔振系统

对含有三次非线性阻尼特性的分子弹簧隔振系统的隔振性能进行了仿真研究和理论分析。分子弹簧隔振器是一种具有高静低动刚度特性的新型隔振器,将MR阻尼器和分子弹簧隔振器并联,并对MR阻尼器实施PI反馈控制来模拟指定的三次非线性阻尼特性,得到兼具高静低动刚度特性和非线性阻尼特性的隔振系统。通过动力学仿真和理论分析研究了三次非线性阻尼特性对分子弹簧隔振系统的隔振性能的影响,通过谐波平衡法深入分析三次阻尼特性的隔振机理。结果表明:三次非线性阻尼特性适用于隔力,可有效抑制共振峰值同时不改变隔振频率区的隔振性能,而三次阻尼特性不适合于隔幅。     

一种非线性隔振器的静力分析与实验研究

研究一种变刚度非线性隔振器,使该隔振器具有高静刚度低刚度的效果。根据水平铰支梁受水平力弯曲理论、刚度并联理论,分析斜薄壁梁在竖直方向力的作用下的力位移以及刚度位移特性,得到斜薄壁梁结构在竖直力作用下具有负刚度特性。通过与弹簧（正刚度）结构并联,理论结合实验验证一种并联结构隔振器样机,得到该样机具有高静刚度－小静变形,低动刚度－力的变化率很小。     

超低频非线性隔振器的对比分析

简要介绍两种典型的基于正负刚度并联的超低频非线性隔振器(纯弹簧机构隔振器和凸轮-滚轮-弹簧组合机构隔振器)的机理,深入研究两种隔振器的非线性刚度参数对隔振器的准零刚度特性的影响,以及外部激励幅值对隔振器的隔振效率的影响。通过参数配置基本相同的两种非线性隔振器和相应的线性隔振器的性能对比研究,验证凸轮-滚轮-弹簧组合的非线性隔振器在准零刚度特性范围和外部激励幅值范围上均有明显优势。研究结果对于超低频非线性隔振器的工程应用开发具有一定的指导意义。     

双稳态余弦梁非线性隔振器的动力学与隔振特性研究

为了隔离航空器上的低频振动,提出一种具有准零刚度特性的非线性隔振器,由线性正刚度弹簧并联双稳态余弦梁负刚度元件而成。首先,通过对余弦梁非线性隔振器的静力学分析,给出了隔振器在准零刚度平衡点时的结构参数需要满足的条件。其次,建立谐波力作用下的系统动力学模型,通过未扰系统的分析,得到其存在平衡点分岔行为和满足稳定准零刚度的条件。最后,通过数值方法和有限元软件动力学仿真分析扰动系统的隔振性能,得到余弦梁非线性隔振器的起始隔振频率。进一步与线性隔振系统相比可知,引入余弦梁的非线性隔振系统有效降低了起始隔振频率。因此,余弦梁非线性隔振器具有优异的低频隔振性能,这为低频非线性隔振器设计提供了理论基础。     

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。     

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。     

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。     

双环永磁体型高静低动刚度隔振器设计、建模与试验研究

为了改善机械设备的低频隔振效果,设计了一种具有高静低动刚度(HSLDS)特性的隔振器。该隔振器由提供正刚度的机械弹簧与提供负刚度的双环永磁体(DRPMS)结构并联而成,其中,双环永磁体结构由两个径向磁化的磁环同轴嵌套组成。首先利用等效磁荷法推导了双环永磁体结构的轴向磁力解析计算模型,然后利用Ansoft软件对双环永磁体结构进行有限元分析,验证了解析计算模型的正确性,进一步讨论了结构参数对负刚度特性的影响规律并对磁环参数设计流程进行了分析,在此基础上,设计了隔振器原理样机,并开展了试验研究。试验结果表明:与无双环永磁体结构的等效线性隔振器相比,所设计隔振器能有效降低隔振系统固有频率,拓宽隔振频带,具有更优越的低频隔振性能。     

新型非线性低频被动隔振系统设计及实验研究

研制一种新型非线性低频被动隔振系统,由三个特定形状的片弹簧对称分布构成,具有较高静承载力和较低的动态刚度,可以显著的降低了系统的起止隔振频率;通过隔振系统弹性元件的一维无量纲模型,分析了其非线性行为,且对隔振器的力学特性进行了实验研究;建立了一个两自由度的隔振实验平台,在实验平台上对隔振系统进行了隔振性能研究,结果显示该隔振系统的隔振效果明显。