一种电磁式高静-低动刚度隔振系统建模与特性分析

为改善传统线性隔振系统尺寸参数确定后就无法取得更低起始隔振频率的缺陷,基于电磁线圈嵌套永磁体结构,提出一种具有高静-低动刚度特性的电磁式可变刚度隔振系统.采用分子电流法建立隔振系统磁力的数学模型;充分考虑隔振系统力学模型中二次与三次非线性刚度项的影响,建立单自由度被动隔振系统强非线性动力学模型;采用增量谐波平衡法(IHB)求解动力学模型,分析激励、电流等对隔振系统位移传递率的影响规律;构建实验测试系统,验证所提出新型隔振系统的有效性.实验结果和理论计算表明:通入电流比未通入电流时隔振系统的起始隔振频率降低了19.25%,拓宽了隔振频带,实现了其对不同振源的适应性.

双对斜杆负刚度机制的恒值QZS隔振器研究

针对隔振质量偏离静态平衡位置导致准零刚度(quasi-zero stiffness,QZS)隔振器动态刚度增大而影响低频隔振性能的问题,基于双对斜杆负刚度机制,构造了恒值QZS隔振器,推导了隔振器的力和刚度表达式,通过静态平衡点处刚度及刚度二阶导数等于零的QZS条件,研究了参数影响下的力和刚度特性,获得了非线性刚度、恒值QZS和零刚度的参数条件。根据静态分析,设计了恒值QZS试验模型,通过万能试验机测得试验模型的力位移曲线,与理论值具有较好的一致性。进而采用激光测振仪和振动台开展谐波激励的动态试验,获得了恒值QZS和线性刚度隔振器的位移响应及传递率。动态试验结果表明,恒值QZS隔振器的起始隔振频率小于1.5 Hz,且传递率整体小于线性隔振器的位移传递率,而线性隔振器的起始隔振频率为4.5 Hz。综上,提出的恒值QZS隔振器不仅能实现任意恒值的QZS,并且可采用杆、弹簧方便地获得所需的恒值QZS,具有优越的低频隔振性能。

准零刚度隔振座椅的理论与实验研究

针对车辆座椅的低频隔振问题,基于经典三弹簧准零刚度(Quasi-zero Stiffness,QZS)模型,建立座椅隔振实验模型,采用仿真和实验方法评价座椅模型的隔振性能。首先,对于三弹簧QZS模型,讨论参数对QZS的影响,获得QZS条件。其次,采用ADAMS仿真分析三弹簧QZS座椅模型,仿真和理论位移传递率具有较好的一致性。然后,制作三弹簧QZS座椅实验模型,通过静态实验调整实验模型获得QZS特性。最后,采用振动台对QZS座椅在1~10 Hz频率范围内开展大幅谐波位移激励隔振实验,同时采用Polytec激光测振仪分别获得振动台和座椅的位移响应,通过实验位移传递率评价QZS座椅隔振性能并验证理论分析正确性;相比对应的线性刚度隔振座椅,三弹簧QZS座椅具有较宽隔振频带和较小传递率。研究三弹簧QZS座椅的隔振性能可为后续可供实际工程应用的QZS座椅研究提供参考,同时也指出QZS座椅研究中存在的困难。

圆环非线性恢复力的梁约束模型建模

圆环隔振器是一种以圆环结构为基础的非线性隔振器,圆环结构在压缩变形过程中会受到压力和环面拉伸的耦合作用,从而产生非线性恢复力,对圆环结构非线性恢复力的精确建模是研究隔振器性能的关键。将圆环结构等分为多段曲梁,利用梁约束模型对每段曲梁建立计及几何非线性的力-位移关系模型,结合曲梁间的力传递关系和几何约束关系,建立了圆环整体在压缩过程中的非线性恢复力模型,并计算了圆环变形过程中所有分段点处的正应力。通过电子伺服疲劳试验机对圆环结构在压缩过程中的恢复力进行了测量,验证了梁约束模型的建模精度。研究结果表明,利用梁约束模型可以表征圆环结构非线性恢复力特性,其建模精度与椭圆积分法相当,而模型表达式和求解过程都比椭圆积分法简洁。圆环在压缩量最大时正应力最大,此时最大正应力在圆环的上下端点。梁约束模型的建模精度随着分段数的增加而提高,当分段数大于12时,梁约束模型的恢复力计算误差小于2%。

紧邻地铁大型博物馆隔振技术应用

首都博物馆东馆建设是北京城市副中心的一项重要的地标性建筑。首都博物馆东馆为特大型博物馆,抗震等级为8级,紧邻M101、M104号线,其中序厅入口处的椭圆厅结构落于地铁结构顶板之上,地铁在行驶过程中,伴随振动及噪声,对博物馆中的文物具有一定影响。通过对隔振垫厚度进行计算,描述隔振垫施工工艺以及对结构位移传递率进行验算,介绍紧邻地铁博物馆隔振应用技术。

移动凸轮变阻尼隔振装置动态性能研究

针对线性隔振器在共振区需要大阻尼才能抑制共振峰,但在高频区大阻尼不利于隔振的问题,提出了基于移动凸轮的变阻尼隔振装置,该装置主要由水平对称布置的线性阻尼器及移动凸轮组成。将该变阻尼装置用于消极隔振系统,推导了变阻尼装置的等效阻尼系数,建立了隔振系统的动力学方程,采用谐波平衡法得到了方程的近似解析解;通过盛金法及数值仿真得到了其位移传递率曲线,分析了主要参数对系统隔振性能的影响。与传统的线性隔振器相比,选取合适的设计参数的变阻尼隔振系统,能更有效地抑制共振峰,同时还可以在中、高频区取得很好的隔振效果,最后以车辆为例,验证了前述结论。

非连续弹性圆柱实心桩屏障对弹性波的隔离

采用波函数展开法和Graf加法定理,根据桩土界面处位移和应力连续的边界条件,得到了非连续弹性圆柱实心桩屏障对入射平面P波和SH波散射系数的理论解,通过引入无量纲位移,即屏障后某处土体内由入射波和散射波引起的总的纵向位移和水平位移与未设屏障时由入射平面P波和SH波在该处土体内单独引起的位移幅值的比值,根据求得的散射系数的理论解,绘制了平面P波和SH波单独入射情况下,弹性圆柱实心桩屏障后不同位置的无量纲位移、不同剪切模量的弹性圆柱实心桩屏障后的无量纲位移等值线和透射系数随桩间距的变化曲线,通过研究这些图件进而分析了屏障后不同位置、剪切模量、桩间距和入射频率对非连续弹性圆柱实心桩屏障的隔离效果的影响,为非连续弹性屏障的隔振设计提供了理论依据。

多重散射问题的改进算法以及双排非连续弹性屏障对水平向剪切波的隔离研究

与Aviles等学者的多重散射隔振理论相比较,采用更为完整的Fourier-Bessel函数系的级数展开表达式来研究弹性波入射下的多重散射问题。引入Graf加法定理,并结合位移和应力边界条件,推导了无限均匀弹性介质中任意分布的多个弹性圆柱体对于平面水平向剪切波(SH波)入射时散射系数的理论解析解。随后,取圆柱体分布于两条相互平行的直线上,则问题演变为双排弹性桩屏障对于弹性波的隔离问题。引入无量纲位移(屏障后土体总的位移与仅由入射平面水平向剪切波引起的位移的比值)和透射系数(屏障宽度范围内无量纲位移的几何平均值)的概念来研究屏障的隔振效果。重点讨论了双排桩间距h以及桩土的剪切模量比ξ对于屏障整体隔振效果的影响,阐述了双排桩屏障的隔振性状。特别地,当h=0时,该问题退化为常见的单排非连续屏障的隔振问题。

光电吊舱无角位移被动减振系统研究

根据某型光电吊舱无角位移减振的需求,利用分级减振的设想,设计了一组内外框架减振器,计算了减振器刚度、阻尼系数范围,并对减振器进行了合理的布局,建立了减振系统的Solidworks三维模型,在ADAMS中进行了振动仿真分析,得出单方向输入时系统的幅频响应曲线,并对系统参数进行了优化,确定了减振器的刚度、阻尼系数的最优值,结果表明,该系统实现了三向相等刚度,解除了系统三个方向的线振动耦合,保证了荷载基准与底座基准振动状态下无相对角位移。

SV波入射下多重散射问题的改进算法以及双排非连续刚性屏障的隔振研究

相比起Aviles等学者的单排非连续刚性屏障隔振理论,采用更为完整的Fourier-Bessel函数系的级数展开表达式来研究弹性波的多重散射问题,结合位移连续的边界条件,并引入更具一般意义上的Graf加法定理,推导了无限均匀介质中任意分布的多个刚性圆柱体对于平面SV波入射时散射系数的理论解析解。随后,取所有的圆柱体位于相平行的两条直线上,则问题演变成为双排刚性桩屏障对于平面SV波的隔离问题。重点讨论了两排桩之间的间距h对屏障整体隔振效果的影响及其他的一些隔振性状。特别地,当h=0时,该问题退化为常见的单排非连续屏障的隔振问题。

建筑物滑移隔震研究现状及新进展

阐述了滑移隔震的研究现状及特点，并对滑移装置和限位消能元件作了简析，介绍了我国滑移隔震的应用情况及隔震构造．根据滑移隔震特点，提出了建筑滑移隔震设防目标和设计原则，指出了有关问题。

单排非连续刚性桩屏障对弹性波的隔离

对于人工振动产生的弹性波,如果刚性桩屏障埋置足够深,在分析其对弹性波的隔离效果时,可以简化为固定的刚性桩屏障对弹性波的多重散射问题。采用波函数展开法将入射波和散射波的势函数展开成Fourier-Bessel函数的级数形式,根据Graf加法定理和固定刚性桩周边土体的边界条件得到散射系数的理论解,引入了无量纲位移(屏障后土体中由入射波和散射波产生的总的位移幅值与入射波在该处单独产生的位移幅值之间的比值)和透射系数(屏障后屏障宽度范围内的无量纲位移的几何平均值)的概念,绘制了屏障后一定范围内的无量纲位移等值线,及屏障后某处的透射系数随桩净距(相邻两桩之间的空隙)的变化曲线,通过分析这些曲线得出,对于三种入射体波(SV波、P波和SH波):屏障后越靠近屏障,隔离效果越好;当桩净距接近一倍桩半径时,屏障的整体隔离效果达到最好。

机载光电吊舱无角位移隔振设计

为减小振动对机载光电吊舱成像质量和稳定精度的影响,依据平行四边形原理、隔振理论及吊舱模态分析数据设计了无角位移隔振装置,该隔振装置能够将载机振动引起的角位移转化成线位移并有效地抑制线振动。对无角位移隔振装置进行了动态仿真分析,仿真结果显示最大线位移仅为0.7 mm,并能够在较短时间内迅速地衰减。利用光学测量法测量了无角位移隔振装置的减振效果,测量结果表明无角位移隔振装置最大角位移为10″,与以往采用金属减振器的隔振方式相比减振效果提高了一个数量级,基本实现了无角位移,减振效果非常明显。外场试飞图像效果也验证了无角位移隔振装置减振的有效性。

刚性空心管桩屏障对P波和SH波的隔离效果研究

采用波函数展开法和Graf加法定理,根据桩-土界面处总应力和扭矩平衡的边界条件,得到单排非连续刚性空心管桩屏障对入射平面P波和SH波散射系数的理论解。引入无量纲位移和透射系数等概念,绘制了不同壁厚的刚性空心管桩屏障后的无量纲位移等值线、透射系数随管桩间距的变化曲线以及不同数量的管桩组成的屏障后的无量纲位移变化曲线等图件,通过进一步的分析得出单排非连续刚性空心管桩屏障的隔振效果随着管桩间距和壁厚的减小而提高、最佳隔离区域随着管桩数量的增多而增大等重要结论,为非连续刚性屏障的隔振设计提供了理论依据。

SH波入射下多重散射的改进算法及任意桩布置形式的隔振研究

引入位移连续的边界条件并结合Graf加法定理,得到了任意分布的多个圆柱体对于弹性波入射时散射系数的理论解析解。随后,将此任意分布的多个圆柱体重新分布在相平行的两条直线上,该问题演变成为双排非连续屏障对于弹性波的隔离问题。引入无量纲位移概念来研究屏障的隔振效果,即屏障后某处土体由入射波和散射波引起的总的位移幅值与未设置屏障时由入射波在该处土体单独引起的位移幅值的比值。重点讨论了屏障的排间距h和桩间净距Sp对整体隔振效果的影响。特别地,当h=0时,该问题退化为常见的单排非连续屏障的隔振问题。

基于高精度位移传感器的减振平台

为了保证光学精密仪器工作基础的高稳定性,设计了一种新型的减振平台。该减振平台采用精度为10nm的位移传感器作为测量装置,通过位移传感器测量隔振平台支撑弹簧的长度变化,计算出支撑力的变化;然后,调整电磁驱动器的电磁力,使光学精密仪器受力平衡,达到减振的目的。理论及仿真分析表明,采用这种减振方式有很好的减振效果。同时,由于每级减振装置之间是彼此独立的,这种减振方式更有利于多级减振。实验结果显示,基座振幅为0.22mm时,减振台支撑面振幅为1.6μm;基座振幅为0.20mm时,减振台支撑面振幅为1.4μm;基座振幅0.18mm时,减振台支撑面振幅为1.2μm;基座振幅为0.15mm时,减振台支撑面振幅为1.0μm,表明该平台有效地起到了减振作用。

音圈电机驱动的双层主动隔振系统设计与仿真

介绍采用音圈电机作为振动主动控制作动器的特点和工作原理,详细分析并建立音圈电机的数学模型,推导其传递函数。并针对双层隔振系统,采用理论建模的方法,建立双层隔振系统的数学模型。以位移传递率最小作为研究分析的目标,设计出一种宽频主动隔振系统,并用音圈电机作为驱动器,最后用Matlab/Simulink进行仿真,仿真结果显示该隔振系统在宽频带内具有良好的隔振性能,有效的提高隔振平台的精度。

弹性限位器对双层隔振装置抗冲击性能影响分析

对于采用隔振装置的设备,在一定冲击作用下,设备的相对位移响应较大,可能超过了设备外接管路的变形能力,甚至超过了隔振器本身的变形范围。因此,在保证设备加速度响应的前提下,须在隔振装置中使用限位器以限制设备和隔振器的最大相对位移。以带有弹性某双层隔振装置的设备为研究对象,以非线性弹簧单元模拟限位器,采用直接积分法计算并分析上、下层限位器本身以及上、下层限位器参数(刚度、间隙)的变化对隔振装置的影响,最后得出有意义的结论并用于指导设计。

光电平台无角位移减振机构运动分析

分析了光电平台的工作环境和角振动对成像质量的影响,应用空间机构学原理和减振理论,设计了一种既具减振功能又能抑制角位移的无角位移减振机构。对减振机构的减振机理及运动特性进行了分析,并利用三维建模软件和MSC.Visual Nastran 4D仿真分析软件对该减振机构进行了三维实体仿真分析,通过输出的仿真数据及曲线检验无角位移减振原理的正确性。

筏体和基础弹性对设备冲击响应影响的有限元分析

带有限位器的浮筏隔振系统是非线性系统,利用ANSYS建立了这一非线性系统的有限元模型,计算了带有限位器的浮筏隔振系统模型的冲击响应,分析了筏体弹性、基础弹性和限位器参数对冲击响应的影响。计算结果表明筏体弹性和基础弹性对系统的冲击响应均有一定程度的影响,它们使得机组的最大加速度响应减小,筏体和机组的最大位移响应增大。对于刚性浮筏隔振系统和弹性浮筏隔振系统,限位器间隙与冲击响应之间的关系是相同的,即随着限位器间隙的减小,筏体和机组的最大加速度响应增大,而最大位移响应都减小。