液固混合介质隔振器的响应计算与防跳跃设计

液固混合介质隔振器是一种基于新型机理的隔振装置,主要由波纹管容器与浸于液体中的弹性单元体组成,其轴向刚度可近似为分段双线性刚度。针对具有这种刚度特性的隔振器,主要从动力学角度提出了具体设计方法,解决了系统响应求解及跳跃现象的预防等问题。首先采用平均法及其含直流项的修正方法分析了隔振系统的非线性频响特性及各参数对固有频率的影响,而数值仿真验证了解析方法的正确性。进而为了避免跳跃冲击,基于频响方程给出了单元体数量等参数临界值的计算方法。     

一种新型双腔隔振器动力学特性仿真与试验研究

双腔液固混合介质(SALi M)隔振器是一种适用于低频重载隔振的新型隔振器,它由主腔室、附加腔室、连通管道以及油液和波纹管弹性单元体组成的液固混合介质构成。根据连通管道中流体运动的动量方程建立隔振器非线性动力学模型,将非线性流体阻尼线性化,得出系统的等效刚度和阻尼表达式。理论分析和仿真结果表明,系统的等效刚度和阻尼具有复杂变化特性。连通管道内部油液流动受到流体阻尼力、管道内部液柱惯性力的综合影响,系统等效刚度可能会出现渐软、渐硬、振荡等复杂特性。运用MTS试验机测试隔振器在简谐位移激励下的刚度和阻尼特性,并搭建隔振试验系统。试验结果较好地验证了理论分析和仿真计算所得结论,为下一步的工程设计奠定了基础。     

带局域共振单元液固混合介质隔振器的动力学特性研究

针对被动振动控制技术中大载荷设备的低频振动隔离难点,提出了带有附加质量单元体的液固混合介质隔振方案。基于双质量振子的单元体模型,建立了液固混合介质隔振装置的整体动态方程,推导出隔力和隔幅两种隔振情形下的传递率理论公式,计算出传递率曲线上的解析极值点。在给定隔振器参数下,比对考虑附加质量单元体与仅考虑弹性的一般性单元体对传递率特性的影响,结果表明：附加质量不影响隔振装置的静态承载能力,但会降低共振频率;更重要的,附加质量的存在使得传递率曲线出现了最小极值点,即最佳的隔振频率点,这大幅提升了对应频段的隔振性能;解析结果证实,有效面积比、单元体数量是调控隔振性能的重要参数。     

双腔液固混合介质隔振器刚度阻尼特性分析

双腔液固混合介质隔振器由波纹管式液固混合介质隔振器和附加腔室通过管道联通构成。建立了联通管道内部液柱的运动方程,推导了隔振器非线性动力学模型。为分析隔振器刚度和阻尼特性,将平方阻尼简化成线性阻尼,得到了简谐激励下隔振系统线性简化模型,并求得了隔振系统刚度和损耗因子的表达式。分析了阀门节流开度、振动幅值、激励频率、主腔室刚度对于系统刚度和损耗因子的影响。结果表明,虽然隔振系统刚度和损耗因子受多种因素影响,但是二者上下限只由两个腔室的等效刚度决定。为检验理论模型,进行了动态特性试验,试验结果和理论结果基本一致,证明了动力学模型的可靠性,试验结果还表明液柱共振会造成刚度特性曲线出现峰值,恶化系统的隔振特性。     

液固混合介质的隔振性能分析

液固混合介质以一种全新的工作机理形成优良的隔振系统动力学特性.此介质由一类几乎不可压缩液体和许多可压缩的固体单元混合而成;当振动、冲击发生时,液体将动压力瞬间传递到所有单元体上,使它们同时参与变形,可有效隔离振动,冲击能量也可被大幅度吸收、损耗;若设计得当,这类隔振器可同时具有卓越的隔振、缓冲性能.为研究其隔振机理与隔振性能,以空心橡胶球作为固体单元体,分析了该单元体在有限变形情况下的变形规律以及隔振器的非线性刚度特性,建立了系统的非线性动力学方程;采用精细时程积分方法,计算了主共振的时域响应.并和试验结果进行了对比,两者有较好的一致性;还用此数值方法研究了系统主共振时的稳定性.在一定条件下.液固混合介质隔振系统主共振响应存在多解和跳跃现象;最后分析了液固混合介质隔振器的隔振性能,发现了一些有趣的新现象.     

囊式混合介质隔振器的动力学特性试验

为了摆脱气囊的气体泄漏问题,在气囊中填充弹性单元体和液体（混合介质）来替代气体。其带来的优点是消除了泄漏现象,可减少对监测和充气设备需求,从而大幅度降低了隔振系统成本。将充填混合介质的囊式隔振器在试验台架上进行正弦扫频激励的动力学特性试验,试验结果表明：囊式混合介质隔振器的振级落差随填充单元体数量的增加而升高;频响函数曲线表现出不同于气囊隔振器的刚度特性,其刚度特性受到所填充的弹性单元体和液体的力学特性影响,随内压的变化表现特性复杂。     

含液饱和多孔波阻板的地基振动控制研究

基于含液饱和多孔介质中的流-固耦合作用,提出了以含液饱和多孔材料作为隔振屏障的一类新型的地基振动控制体系。考虑在弹性地基内部设置饱和多孔波阻板,基于线弹性理论和Biot多孔介质模型,采用Fourier级数展开的方法,分别建立了地基表面和内部受到条形简谐荷载作用下地基动力响应的计算列式。通过数值算例,与传统的单相固体波阻板的隔振效果进行了比较,并且分析了多孔材料波阻板中固相材料性质、孔隙率、孔隙流体性质等物理力学参数对地基隔振性能的影响规律。结果表明,相对于单相固体波阻板隔振体系,基于含液饱和多孔波阻板的地基隔振体系更加具有优越性,并且更具有可设计性。     

厚度变化对U型波纹管轴向刚度的影响

刚度和工作应力是波纹管的主要特性,它们取决于波纹的几何尺寸,特别是取决于其壁厚。工程上广泛应用的U型波纹管大多具有两个特点,液压成型且环板处变形远大于环壳处。针对这两个特点,考虑到波纹管在加工成型时产生厚度随半径增大而减薄的实际现象,取厚度按半径的幂函数变化规律,对工业上常用波纹管轴向刚度计算公式进行修正。使用MSC公司的有限元软件MSC.Nastran进行仿真计算,并实测一组波纹管刚度数据。通过有限元计算和实测数据的对比,验证考虑厚度变化的必要性和有效性,解释了此公式在计算时出现结果偏大的原因,同时直观的表示出厚度变化对计算结果的影响,对实际工程应用有一定意义。     

滚球型准零刚度隔振器的特性分析

针对工程实践中的低频隔振难题,提出一种紧凑的、带滚球装置的准零刚度隔振器。首先,对隔振器进行了静力学分析,得到了实现准零刚度的参数条件;其次,建立了隔振系统动力学模型,利用谐波平衡法分析了系统频响特性及隔振性能,讨论了激励幅值和阻尼对响应的影响;最后,利用ADAMS对系统动力学特性进行仿真及隔振效果评估。结果表明,与相应的线性隔振系统相比,准零刚度隔振器的起始隔振频率显著降低,且在低频范围内力传递率比线性系统低得多。因此,滚球装置提供的负刚度明显降低了系统竖向总刚度,使系统具有优异的低频隔振性能,更重要的是紧凑的设计使其更易工程化。     

考虑螺栓连接刚度不确定性的带法兰-圆柱壳结构频响函数分析

提出了一种利用Chebyshev多项式代理模型来分析螺栓连接带法兰-圆柱壳结构频响函数不确定性的区间分析法。首先,利用8节点退化壳单元,通过有限元方法建立了带法兰-圆柱壳结构的动力学模型,从而求解系统的频响函数,并与实验测试的频响函数进行对比,验证了所建模型的有效性。然后,基于区间分析法建立了含区间参数的频响函数Chebyshev多项式代理模型。最后,考虑法兰处螺栓连接刚度不确定性,得到了单方向和多方向的连接刚度存在不确定性时的频响函数区间范围,并通过Monte-Carlo抽样法进行了验证。研究结果表明:Chebyshev多项式代理模型具有较高的求解精度和计算效率,轴向连接刚度不确定性对系统的频响函数影响最大;螺栓连接刚度不确定性主要导致频响函数在系统第1阶和第3阶固有频率处形成较宽的共振带。     

排气系统吊耳动静态特性分析及结构优化

吊耳是汽车排气系统的隔振关键部件,其动静态特性直接影响隔振性能。用非线性有限元数值计算方法研究一种典型吊耳动静态特性,首先建立吊耳有限元模型,选择合适本构模型,模拟吊耳的动静态特性并计算吊耳三向静刚度,再用不同频率正弦信号激励吊耳,模拟其动态特性并用互功率谱的方法计算动刚度和阻尼角;最后运用正交试验方法对吊耳进行结构优化,找出对吊耳动静态特性影响最大结构参数并得到优化方案,使得吊耳动静态特性满足要求,提高隔振性能。     

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。     

Laguerre tessellations for elastic stiffness simulations of closed foams with strongly varying cell sizes

The dependency of the elastic stiffness, i.e., Young’s modulus, of isotropic closed-cell foams on the cell size variation is studied by microstructural simulation. For this purpose, we use random Laguerre tessellations which, unlike classical Voronoi models, allow to generate model foams with strongly varying cell sizes. The elastic stiffness of the model realizations is computed by micro finite element analysis using shell elements. The main result is a moderate decrease of the effective elastic stiffness for increasing cell size variations if the solid volume fraction is assumed to be constant.     

Apparent stiffness tensors for porous solids using symmetric Galerkin boundary elements

Representative volume elements (RVEs) from porous or cellular solids can often be too large for numerical or experimental determination of effective elastic constants. Volume elements which are smaller than the RVE can be useful in extracting apparent elastic stiffness tensors which provide bounds on the homogenized elastic stiffness tensor. Here, we make efficient use of boundary element analysis to compute the volume averages of stress and strain needed for such an analysis. For boundary conditions which satisfy the Hill criterion, we demonstrate the extraction of apparent elastic stiffness tensors using a symmetric Galerkin boundary element method. We apply the analysis method to two examples of a porous ceramic. Finally, we extract the eigenvalues of the fabric tensor for the example problem and provide predictions on the apparent elastic stiffnesses as a function of solid volume fraction.     

基于橡胶隔振器动静态试验的弹性材料参数反演及预测模型研究

本研究根据WH150橡胶隔振器的动静态实测数据,通过Abaqus与Isight联合仿真,反演弹性材料的超弹本构参数和黏弹本构参数。输入反演的橡胶本构参数,建立橡胶隔振器的预测模型,该模型推导出的三向静刚度、动刚度和动态传递率误差均小于10%。将预测模型应用于隔振器实际使用工况的计算中,可快速评估橡胶隔振器的实际共振频率和疲劳寿命。      

GWF型隔振器性能分析与实验验证

GWF型无谐振隔振器利用库伦阻尼和弹簧变形消耗能量,因无谐振峰而广泛应用于电子设备的隔振中。分析了GWF型无谐振隔振器理论模型,得出理论解锁频率和隔振传递率,并通过实验加以验证,为选择合适的刚度和摩擦力提供实验及理论依据。
     

An eight‐node hybrid‐stress solid‐shell element for geometric non‐linear analysis of elastic shells

This paper presents eight‐node solid‐shell elements for geometric non‐linear analysis of elastic shells. To subdue shear, trapezoidal and thickness locking, the assumed natural strain method and an ad hoc modified generalized laminate stiffness matrix are employed. A selectively reduced integrated element is formulated with its membrane and bending shear strain components taken to be constant and equal to the ones evaluated at the element centroid. With the generalized stresses arising from the modified generalized laminate stiffness matrix assumed to be independent from the ones obtained from the displacement, an extended Hellinger–Reissner functional can be derived. By choosing the assumed generalized stresses similar to the assumed stresses of a previous solid element, a hybrid‐stress solid‐shell element is formulated. Commonly employed geometric non‐linear homogeneous and laminated shell problems are attempted and our results are close to those of other state‐of‐the‐art elements. Moreover, the hybrid‐stress element converges more readily than the selectively reduced integrated element in all benchmark problems. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.