新型准零刚度隔振系统的设计与研究

通过并联具有负刚度特性的碟形弹簧与线性正刚度弹簧,设计了一种新型准零刚度隔振系统。通过静力学特性研究,建立了系统的力-位移和刚度-位移关系表达式,获取了系统在平衡位置具有准零刚度的参数条件;通过动力学特性研究,建立了系统分别在简谐力和简谐位移激励下的非线性动力学方程,应用平均法分析了系统参数和激励幅值对系统力传递率和位移传递率的影响,并与其等效线性系统进行了比较,证明了该系统在隔离低频和超低频振动时具有优异的隔振性能,为该新型准零刚度隔振系统的设计应用提供了理论指导。     

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。     

囊式空气弹簧载荷建模与实验研究

以囊式空气弹簧为研究对象,在深入分析囊体受力及材料特性的基础上,建立了空气弹簧载荷模型。采用几何图解的方法对该模型进行了仿真计算,并设计实验系统对空气弹簧的特性进行测试。实验和仿真结果有较高的吻合度,验证了模型正确性。研究表明,囊体材料特性对空气弹簧的载荷力尤其是拉伸状态下的输出力有较大影响;模型中通过引入囊体材料特性系数,能够更准确的描述空气弹簧载荷特性。该模型为空气弹簧载荷计算提供一种简单准确的方法。     

含有橡胶隔振器振动系统时域响应的测试与计算分析

建立了基于超弹性、分数导数和摩擦模型的炭黑填充橡胶隔振器（以下简称“橡胶隔振器”）动态特性的非线性模掣，用于描述橡胶隔振器的动态特性与预载、频率及振幅的相关性，模型的参数由橡胶隔振器动态特性的实验数据辨识得到：实测了在随机位移激励和阶跃位移激励下，含有橡胶隔振器的单自由度系统中质量块的时域响应；建立了在不同的激励下，含有橡胶隔振器的单自由度系统中质量块响应的求解方法，对一实际的系统进行了计算分析，与实验值进行的对比分析结果表明，所建立的模型和预测含有橡胶隔振器振动系统中质量块时域响应的力法，可以用于含有橡胶隔振器的复杂系统的时域响应分析。     

数控机床进给单元滚动结合部轴向动态特性参数识别

针对现有结合部参数识别方法不能精确识别装配状态下数控机床进给单元滚动结合部动态特性参数问题,提出进给单元装配状态下滚动结合部轴向动态特性参数识别方法。将丝杠简化为弹性杆件以建立简谐力作用下丝杠及工作台的轴向振动方程,基于该方程建立结合部轴向刚度与阻尼参数识别模型;通过实验测量丝杠支撑点间距离、简谐激振力频率及幅值、丝杠轴端截面轴向振动速度幅值等参数建立识别方程组;基于遗传算法优化求解该方程组,识别出滚动结合部轴向动态特性参数。以自行研制的滚珠丝杠进给实验台为研究对象,基于该方法对其左、右端轴承组及滚珠丝杠副结合部轴向刚度、阻尼参数进行识别,并对识别结果的正确性进行实验验证。结果表明所提方法正确、有效,丝杠轴端截面轴向振动速度幅值的理论计算值与实验测试值绝对误差在7.7μm/s以内,参数识别精度较高。     

橡胶隔振器高频动态特性的计算方法

该文采用一种由Mooney-Rivlin模型和多个Maxwell模型叠加组成的非线性粘弹性本构模型,用于计算橡胶隔振器的高频动态特性。该文给出了在时域和频域范围内拟合本构模型中粘弹性参数的方法,利用拟合得到的本构模型参数,对某款橡胶悬置跨点动态特性进行计算,并与实验结果进行对比。该文还建立了橡胶隔振器等效力学模型,分析了原点动刚度和跨点动刚度的区别,分析表明:使用跨点动态特性测试法可消除测试中附加惯性力的影响,适用于橡胶隔振器高频动特性的测试;同时,该文搭建了橡胶隔振器有限元模型,分别用于分析其跨点动刚度与原点动刚度,并将分析结果与实验结果进行对比,分析结果验证了有限元模型和力学模型的正确性。除此之外,该文还分析对比了时域（松弛、蠕变）和频域（简谐动态试验）拟合粘弹性参数方法的优缺点。     

基于超弹性、分数导数和摩擦模型的碳黑填充橡胶隔振器动态建模

碳黑填充橡胶隔振器（以下简称＂橡胶隔振器＂）的动态特性与预载、激振频率和激振振幅相关。实验测试了一橡胶隔振器的动态特性,建立了基于超弹性、分数导数和摩擦模型的橡胶隔振器动态特性的非线性模型,其中超弹性模型用于描述橡胶隔振器的弹性,分数导数模型用于表征橡胶隔振器动态特性的激振频率相关性,摩擦模型用于表征橡胶隔振器动态特性与激振振幅相关的特性,文中论述了建模方法和参数辨识方法。有限元分析获得橡胶隔振器的静态力-位移曲线,利用测试得到的橡胶隔振器在大振幅、低频激励下的力-位移关系,拟合得到橡胶隔振器动态模型中摩擦模型的参数,利用测试得到的橡胶隔振器在小振幅、高频激励下的力-位移关系,拟合得到橡胶隔振器动态模型中分数导数模型的参数。利用建立的模型和拟合得到的参数计算分析了橡胶隔振器动态特性的振幅相关性、频率相关性和预载相关性,并与实验结果进行了对比分析。分析结果表明,建立的模型可以较好的描述橡胶隔振器的动态特性。     

车辆非线性随机响应的统计线性化研究

建立了计及悬架系统钢板弹簧刚度和减振器阻尼非线性的整车八自由度模型。用统计线性化方法求出了系统在路面随机激励下的响应，并将计算结果与实验值和时域法模拟结果进行了比较。结果表明统计线性化方法与实验值吻合较好，比时域法的精度高，是进行车辆非线性分析的有效方法。     

基于频响函数综合法的飞轮-轴承-壳体耦合系统扰动力特性研究

为获取飞轮-轴承-壳体耦合系统的动力学特性及工作时由不平衡质量激励传递给壳体的扰动力,采用三维实体单元建立旋转状态下系统的动力学模型,获得考虑陀螺效应、预应力时的模态特性。采用基于频响函数子结构综合方法建立飞轮-轴承-壳体耦合系统的动力学模型,获得不同转速工况下单位简谐力激励时的扰动力输出特性。研究表明,研究飞轮系统的动力学特性应考虑陀螺效应和预应力的影响。利用频响函数子结构综合法可获得飞轮在简谐力作用下的扰动力特性。扰动力特性包含飞轮的刚体模态、弹性体模态以及其与轴承组件、壳体相互作用的耦合模态。飞轮径向模态对飞轮的径向扰动力影响显著,飞轮以轴向变形为主的弹性模态对轴向扰动力影响显著。     

基于Winkler地基理论的横向受荷长桩非线性动力响应模型试验

基于Winkler模型,将弹性地基离散化为线性弹簧,建立长桩-弹簧动力相互作用模型试验系统,研究了桩顶横向简谐激励下桩基的非线性动力响应.通过两组共12种工况模型试验,分析了桩身参数、地基约束、桩顶配重和激励特征等对桩基动力响应幅值、共振和空间运动的影响.试验结果表明:随激励幅值增大,桩基动力响应的非线性特征显著;在特...     

小半径竖曲线上磁浮车辆空气弹簧动态响应分析

以某高速常导磁浮车辆新型悬浮架为研究对象。建立了包括非线性空气弹簧模型和主动电磁悬浮控制的磁浮车辆动力学模型,模拟计算了车辆低速通过小半径凸竖曲线时的动力学响应,并与采用空气弹簧线性等效模型的计算结果进行了对比。结果表明,基于空气弹簧等效模型和非线性模型得到的车体和电磁铁动态响应差别不大,但空气弹簧等效模型的伸缩量计算值显著小于非线性空气弹簧模型;磁浮车辆单侧8个空气弹簧的垂向伸缩变形、橡胶气囊内压变化和垂向力变化规律符合线性关系,基于空气弹簧非线性模型的仿真结果为高速磁浮车辆二系悬挂系统设计提供了依据。     

大跨越导线在局部激励下微风振动的格林函数解

架空线路的微风振动是引起导线疲劳断股、断线的直接原因。随着线路跨距的增大,架空导线呈现出长柔性、小阻尼的结构特点,其微风振动也出现了许多刚性结构中未曾出现的新现象,如锁定区的多模态竞争、涡致波响应以及流体激励力的三维特性等,然而大跨越导线微风振动的本质机理尚不明确。为掌握大跨越架空导线的微风振动机理,建立了在局部横向简谐激励下无限长有阻尼张紧弦强迫振动的线性模型,推导了模型稳态响应的显式格林函数解,得到大跨越导线系统的简化解,讨论了阻尼比和频率比对导线系统响应的影响规律,并依据大跨越导线微风振动参数特性绘制了模型响应的时空演化特性图。研究表明,大跨越导线系统模型在局部横向简谐激励下的响应表现为向激励两端传播的空间衰减的简谐行波,行波特性与激励参数k和系统阻尼比ξ关系密切。     

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。     

中低速磁浮车辆空气弹簧动力学建模及其应用研究

建立合理的适用于中低速磁浮车辆的空气弹簧动力学模型是预测中低速磁浮车辆动力学性能的必要条件。基于振动力学与弹性力学基本原理，建立了中低速磁浮车辆空气弹簧系统非线性动力学模型，依据测试结果辨识了系统参数，试验验证了模型的准确性，并结合线路动态测试结果对比了线性模型与非线性模型的差异。结果表明：空气弹簧在±70 mm有效行程范围内，其垂向载荷-内压-位移之间呈三次函数关系，行程大于70 mm时，载荷-位移呈线性关系；磁浮车辆空气弹簧横向刚度极大，可以分段线性近似表示；直线线路车辆速度大于30 km/h以及曲线线路半径小于100 m时，线性模型计算结果偏差较大，非线性模型计算精度显著高于等效线性模型。研究结果可为中低速磁浮车辆设计、动力性能预测提供理论依据。     

基于H2范数的弹性基础上接地负刚度动力吸振最优参数研究

针对实际工程中弹性基础上接地负刚度动力吸振器的最优参数设计,建立了以无阻尼单自由度系统代表弹性基础的动力学模型,采用H₂范数优化准则获得了以外激励到基础的力传递率最小时关于质量比和负刚度比的最优参数解析表达式,开展了简谐激励和随机激励下的效果验证以及不同基础参数下的参数影响分析。结果表明：以控制外激励到基础的力传递率为目标时,最优参数仅取决于吸振质量比和基础与主系统的刚度比,而与基础的质量比无关;当基础与主系统耦合强时,接地负刚度动力吸振依然能实现有效控制,但此时Voigt动力吸振已基本失效。     

液压阻尼型橡胶隔振器动态特性建模方法EI北大核心CSCD

从液压阻尼型橡胶隔振器的集总参数模型出发,推导并分析了其统一的复刚度线性模型。基于推导的线性模型,同时考虑了液压阻尼型橡胶隔振器惯性通道阻尼的非线性以及上液室刚度的非线性,建立一种新的非线性模型。该模型能反映液压阻尼型橡胶隔振器动态特性的幅值、频率相关性。最后,在简谐激励和随机激励下,利用建立的非线性模型分析液压阻尼式橡胶隔振器的动态响应,并和试验结果进行了对比分析。     

动力总成悬置系统隔振率的计算方法

基于动力总成为刚体的假设,根据A车型悬上、悬下点的加速度的实测值,建立了动力总成激励力的识别方法。由动力总成激励力计算结果,和悬下点IPI数据,给出了悬上、悬下点加速度和悬置的隔振率的计算方法。B车型的动力总成与A车型相同,但悬置系统与车身不同。由建立的模型计算了B车型悬置系统悬上点加速度,与实测值进行了对比分析,证明了动力总成激励力识别模型的有效性。利用识别的动力总成激励力,和测试得到的B车型悬下点的IPI参数,计算得到了B车型各个悬置的隔振率,与实测结果的对比分析证明了该研究建立的悬置隔振率计算方法的有效性。该研究识别得到的动力总成的激励力,可以用于评价动力总成振动。根据动力总成的激励力和悬下点的IPI参数,计算得到的悬置的隔振率,为悬置系统的优化设计提供了分析方法。     

橡胶阻尼式扭转减振器固有频率计算与测试方法的研究EI北大核心CSCD

设计了橡胶试片静动态剪切特性实验夹具,测试得到了橡胶试片在不同压缩比下的静动态剪切特性。建立了表征橡胶试片静动态剪切特性的Kelvin-Voigt本构模型、Maxwell本构模型和分数导数本构模型,提出了由实验测得的橡胶试片剪切特性曲线来识别各模型参数的方法。给出了基于这3种本构模型计算橡胶阻尼式扭转减振器固有频率的方法,计算了一扭转减振器固有频率,并与测试值进行对比。结果表明:基于Kelvin-Voigt模型计算得到的固有频率不随激振振幅的变化而变化,不能表征振幅相关性,而Maxwell模型和分数导数模型计算固有频率能表征振幅相关性。大振幅激励时,利用Maxwell模型计算的固有频率与实测值的误差较大;在各种激励振幅下,利用分数导数模型可较准确计算出减振器的固有频率。     

离合器轴向非线性特性对离合器分离力-分离位移的影响研究

分析了离合器分离力-分离位移曲线与踏板力-位移特性曲线的关系。建立了离合器分离力-分离位移特性计算的有限元模型。在建立的有限元模型中,包含离合器压盘总成和从动盘总成的有限元模型。建模中,考虑了膜片弹簧和波形片的轴向非线性特性。利用建立的模型,计算得到了离合器的分离力-分离位移曲线,通过台架测试了离合器的分离力-分离位移特性,计算结果与实测结果的对比分析,验证了模型的正确性。分析了膜片弹簧工作点位置和波形片轴向刚度对分离力-分离位移曲线的影响,并依据分析结果进行离合器踏板力-位移特性的改进。利用离合器操纵系统试验台进行了离合器踏板力-位移特性测试,验证了计算结果的正确性。该研究结果建立了膜片弹簧的工作位置和波形片的轴向刚度与离合器分离力-分离位移特性的关系,可为改善离合器踏板操纵舒适性提供计算分析方法。     

汽车悬架液压衬套非线性动特性的实验与建模方法研究

在不同振幅位移激励下,测试了一汽车液压衬套的动刚度、滞后角随频率的变化特性。建立了液压衬套动态特性分析的非线性集总参数模型,基于模型,探讨了液压衬套橡胶主簧、惯性通道与液压衬套动特性之间的关系,计算结果与实验结果的一致,验证了计算模型分析的正确性。分析建立的集总参数模型,表明液压衬套在不同位移振幅激励下,存储动刚度具有不动特征点及在高频激励下动刚度趋于定值的特性。基于这种特性发展了模型参数的辨识方法,并对液压衬套集总参数模型中的参数进行了识别,利用识别得到的参数对液压衬套的动特性进行了计算,验证了识别得到的参数的正确性。