基于负刚度机构的高刚度-超阻尼隔振器设计与研究

为能够隔离作用在负载上的直接扰动并提高系统的阻尼特性以避免产生共振,提出一种采用磁性负刚度机构设计的超阻尼隔振系统,其由磁性负刚度机构和两对相互对压的机械弹簧并联构成;磁性负刚度机构由五块沿轴向磁化的环形永磁体构成,倾斜环形永磁体被对称地固定在基础上,运动的环形永磁体由对压的机械弹簧约束,并沿轴向发生相对运动;根据电流模型,推导了磁性负刚度机构的磁性恢复力以及磁性负刚度解析表达式;通过将隔振系统中的刚度单元和阻尼单元重新布置并引入一个内部隐性自由度,该系统被设计成与线性参考系统具有相同静刚度、相同质量以及相同阻尼的超阻尼装置;分析了该装置中刚度单元、阻尼单元以及永磁体附加质量对所设计系统阻尼、固有频率和主系统振动响应的影响。研究结果表明,所提出的隔振系统具有高刚度和超阻尼特性,能够有效抑制主系统的振动;在高频段,主系统的响应将收敛于线性参考系统。

新型橡胶隔振器参数辨识及动力学特性研究

采用粘弹性-超弹性-弹塑性材料本构模型,对一种新型的橡胶隔振器进行了动态特性研究,并与已有实验结果进行了对比。根据所得到的恢复力-位移迟滞回线,研究了频率、动态位移幅值对橡胶隔振器的动刚度的影响。在此基础上,给出了这种新型橡胶隔振器的非线性恢复力模型并进行了参数辨识。根据所得恢复力模型对隔振器系统进行了动力性能研究,发现此橡胶隔振器在低频时隔振作用很小,但在高频时隔振效果明显且随频率增加力传递率逐渐减小,隔振效果最大可达到96%。该隔振器的建模和参数辨识方法为这类隔振器的优化设计和工程应用提供了理论依据和分析方法。

三轴离心机运动学模型及变加速度模拟算法

针对开展加速度过载模拟试验中确定离心机运动参数存在困难的问题,通过构造对称过载,采用逆向求解运动参数的方法进行处理,然后确定系统输入。结合运动合成法和矩阵旋转法建立了离心机的运动学数学模型,该模型是求解运动参数的基础。基于运动学模型推导得到模拟预期加速度过载的相关运动参数计算公式,由递推法得到各级转子转角、角速度以及角加速度参数时间变化历程。以两种典型过载作为预期过载,采用运动学逆问题求解运动参数,并将求解结果作为系统输入,采用RecurDyn仿真离心机产生的加速度过载。与预期过载对比进行验证,结果表明,求逆算法能精确地模拟预期加速度过载,算例中最大绝对误差控制在0.1g以内。此项工作可为三轴离心试验中试验载荷的设计提供理论依据和设计方法。

三维自由空间中指向性信息未知偶极声源的等效源识别方法

偶极声源的指向性是影响声源识别结果的关键因素。目前,偶极声源的识别方法通常是基于声源的指向性信息先验假设,然而在实际偶极声源识别中,很难事先获得声源的指向性信息;此外,声源分布在二维平面上的假设通常不适用于实际的气动系统。为了准确识别指向性信息未知的偶极声源,并获得声源的三维成像结果,提出了一种基于加权迭代L1最小化算法的等效源方法。该方法将声源指向矢量作为未知参数,从测量声压与等效源源强的传递函数中分离出来,并通过加权迭代L1最小化算法将声源指向矢量与等效源源强一起求解出来,进而利用这些求解获得的声源信息进一步预测声场。与以往的偶极声源识别方法不同,该方法可以实现指向性信息未知偶极声源的三维成像。指向性信息未知偶极声源的三组仿真案例和自制类偶极声源的实验研究验证了该方法的有效性和鲁棒性。

变压器准零刚度隔振平台非共振响应

为了降低变压器低频振动噪声对小区居民生活的不利影响,基于准零刚度技术和并联机构设计了可用于变压器减振降噪的准零刚度隔振平台。该平台由上下平台、防摇套筒和六个相同的准零刚度支腿构成。其中,准零刚度支腿由磁性负刚度弹簧与折叠梁并联组成。根据分析电流假说分析了磁性负刚度弹簧的磁力和负刚度性能,并利用有限元循环加载研究了折叠梁的力学特性。考虑防摇套筒引入的摩擦,采用谐波平衡法分析了平台在力激励下的宽频隔振性能。结果表明:磁性负刚度弹簧可降低平台共振频率,拓宽隔振频带,高效抑制了变压器的振动和噪声传递;摩擦阻尼约束力传递率在所有频带内均小于1,避免产生共振。

双非线性变压器基础隔振降噪研究

为降低居民区内变压器的振动和噪声对居民生活舒适性的不利影响,基于新型磁性负刚度和几何非线性阻尼设计了一种应用于变压器减振降噪的双非线性隔振系统。采用分子电流方法建立了磁性负刚度弹簧的理论模型,开展了磁力和磁性负刚度性能仿真分析。基于电磁分支电路阻尼提出一种位移-速度依赖的几何非线性阻尼,结合等效磁荷法研究了几何非线性阻尼的机电耦合特性,开展了相应的参数优化设计。应用谐波平衡法仿真分析了应用于变压器减振降噪的双非线性隔振系统的动力学特性,开展了变压器的低频减振降噪性能分析。结果表明:磁性负刚度降低了系统的共振频率,拓宽了隔振频带,有效隔离了变压器低频振动在固体结构中的传播;同时,几何非线性阻尼抑制共振而不影响非共振区振动的衰减,高效抑制了变压器振动噪声的传播。

基于正负刚度并联的低频隔振器研究

为了能够抑制微振动对在轨运行航天器造成的不利影响,提出了一种由螺旋柔性弹簧(SFS)与磁性弹簧并联构成的低频隔振器;其中,螺旋柔性弹簧作为正刚度元件为系统提供承载能力,并通过有限元建模对其轴向刚度特性进行了数值分析;由两两相吸、同轴配置的3块环形永磁体构成的磁性弹簧为该隔振系统沿轴向提供负刚度以降低系统的固有频率;基于等效电流模型分析讨论了该磁性弹簧的磁刚度特性,并在平衡位置附近对磁刚度作了线性近似。通过分析所设计的低频隔振器与其相应线性隔振系统的位移传递率,比较了2种隔振器的隔振性能。研究结果表明:所提出的低频隔振系统能够有效地隔离低频微幅振动,降低系统的固有频率,进而拓宽了隔振频带;同时,进一步改善了隔振系统在共振区域附近的阻尼特性,有效地降低了共振峰值。

一种磁性并联低刚度隔振器

为了能够抑制低频微幅振动,提出了一种磁性并联低刚度隔振器,其由固支的承载梁和磁性弹簧并联构成.其中,磁性弹簧由4个永磁体对组成,每个永磁体对中的两块永磁体相吸配置,并在梁上对称均布;利用等效电流法对永磁体进行建模,根据安培定律给出了永磁体之间磁力的计算表达式,最后通过曲线拟合得到了其近似表达式;分析讨论了梁的等效刚度计算方法,进而得到了所提出的隔振系统的等效刚度计算方法;在不考虑系统非线性影响时,对该隔振系统进行了隔振特性分析及数值仿真.结果表明:与传统的线性隔振器相比,该隔振器能够有效地隔离低频振动,降低隔振系统的固有频率,从而拓宽了隔振器的隔振频带,并改善了系统的阻尼特性,有效地降低了共振区域的共振峰值.

新型可调动力吸振器设计及参数优化

为有效抑制航天设备中由干扰源诱发的低频/超低频振动,提出了一种新型可调动力吸振器(NDVA)。该动力吸振器主要由柔性螺旋弹簧(SFS)及磁性负刚度弹簧(MNSS)组成。将所设计动力吸振器应用于振动控制时,采用平均法推导出系统在简谐激励下的稳态频响方程组及稳定性判据。基于稳定性分析,提出一种优化方法,通过简单迭代获得吸振器最优参数。最后,对提出吸振器的鲁棒稳定性进行分析。结果表明,除可实现低频振动有效抑制外,提出吸振器优越的鲁棒稳定性使得其在实际应用中能取得比线性吸振器更佳的振动控制效果。