堆叠三浦折纸隔振器理论模型及低频隔振特性

低频振动衰减速度慢难以控制,严重影响高端装备的精度、稳定性和可靠性.线性隔振器因承载能力和隔振频带之间的固有矛盾无法有效隔离低频振动.因此,可通过引入非线性获得等效负刚度和非线性刚度构建准零刚度隔振器,以实现低频隔振.折纸结构具有双稳态、负泊松比和负刚度等独特的力学特性,近年来得到了广泛关注.受堆叠三浦折纸(stacked Miura-ori,SMO)启发,提出了一种新型SMO隔振器,由SMO结构和线性弹簧并联构成.基于能量法推导了SMO结构的势能方程,获得了竖直方向的力-位移关系,揭示了SMO结构大行程负刚度机理.研究了无应力条件下不同初始角和折痕刚度比对SMO隔振器的恢复力的影响规律,阐明了SMO隔振器非线性刚度调节机制.建立了SMO隔振器的理论模型,基于谐波平衡法推导了位移传递率.通过数值仿真研究了不同负载下的低频隔振性能.最后研制了SMO隔振器的原理样机,试验验证了SMO隔振器的恢复力和低频隔振性能.结果表明,折纸隔振器峰值频率可低至1.52 Hz,最小峰值传递率为1.29.本研究为低频折纸隔振结构的设计提供了一种新思路.

局域共振船体板架超结构低频隔振特性研究

声学超材料独特的亚波长带隙特性使其在船舶工业低频减振降噪领域呈现广泛的潜在应用价值。针对船舶机械设备低频振动和噪声控制问题,采用Solid-Shell多物理场耦合有限元法研究局域共振船体板架超结构弯曲波传播特性,分析船体板架超结构弯曲波带隙机理与减振特性,研究局域共振子的宽度与高度、面板厚度对弯曲波带隙特性与减振特性的影响。研究结果表明,相比典型船体板架结构及阻振质量船体板架结构,局域共振船体板架超结构在低频范围内存在弯曲波带隙,显示出优良的低频隔振性能,可以有效隔离船舶机械设备低频振动激励源。

局域共振浮筏隔振系统的低频隔振性能研究

为提升浮筏隔振系统的低频隔振性能,提出在筏架表面周期布置局域共振元胞的设计方法,构建局域共振浮筏隔振系统的动力学模型,以系统的输出功率流为评价指标,分析共振元胞对单频和多频振动激励下浮筏隔振系统低频隔振性能的影响.研究表明,在附加振子质量小于筏架质量10%的前提下,能够降低系统的输出功率流幅值30%左右;共振元胞中含不同固有频率的振子时,可以同时降低多个频率处系统的输出功率流.研究结果可为采用局域共振结构提升浮筏隔振系统低频隔振性能提供理论指导.

悬臂、四边固支板及低频隔振体系压电振动控制研究

对悬臂板、四边固支板及低频隔振系统开展了较为系统的压电振动控制研究,并在有限元环境,进行了压电控制电压的输入设计。数值计算结果表明,压电振动控制效果显著,验证了所提压电振动控制方法的有效性。本研究对于工程结构的压电振动控制具有指导意义,对于气浮振动控制等低频隔振系统开展压电主动控制,具有重要的实际工程应用价值。

低频隔振基台地震水平变形控制研究

低频隔振基台在超精密工程振动控制中应用广泛,研究其地震作用下的水平变形控制具有重要意义。本文先开展了不同阻尼比条件下的地震水平变形研究,结果显示阻尼比的大幅增加并不能显著降低地震水平变形;为此,考虑在隔振基台附加双向水平粘滞阻尼器,结果显示双向粘滞阻尼器可以显著降低地震水平变形,阻尼器出力曲线饱满,能够较好地发挥控制作用。本研究对于低频隔振基台的地震水平变位控制具有一定的指导作用。

舰船低频隔振装置磁流变冲击隔离控制技术

在建立磁流变阻尼器动力学模型的基础上,提出一种基于多自由度系统的阻尼器冲击隔离控制算法。仿真结果表明,将磁流变阻尼器应用于低频隔振装置,可以适应舰船环境下多次连续冲击,在限制绝对加速度的同时,能够明显抑制设备的各向位移,提高隔振装置的冲击隔离性能。

准零刚度悬架的低频隔振仿真分析

为提高低成本新能源两座汽车在受到低频段外部激励时的隔振性能,基于准零刚度原理,并在麦弗逊悬架的基础上,设计一种新型准零刚度悬架。该新型悬架利用膜片碟簧的变刚度特性,采用对合膜片碟簧组与螺旋弹簧串联的结构形式并对其静力学特性进行分析,结果表明此结构能有效降低系统的刚度,在到一定条件下能具有准零刚度特性。建立1/4汽车悬架垂直振动动力学模型,得到其状态空间方程,在MATLAB/Simulink中进行仿真,利用定步长的Runge-Kutta法对方程进行求解,得到准零刚度悬架系统的时频特性曲线和RMS值,并与等效线性悬架系统进行对比,结果表明在低频段准零刚度悬架系统隔振效果相对传统线性悬架有所提升。

基于谐波平衡法的非线性低频隔振系统振动特性研究

针对非线性低频隔振系统振动响应和振动传递率进行理论研究。基于非线性弹性元件的载荷-位移试验数据建立了非线性低频隔振系统的动力学模型和动力学方程。借助谐波平衡法对该非线性动力学方程进行近似求解,得到该非线性低频振动系统的一次谐波位移响应和振动传递率的近似表达式。分析了不同系统参数对振动传递率和曲线族骨架形状的影响,并对这种影响产生的原因进行了解释。理论结果与试验结果对比显示,当该非线性低频隔振系统工作在有效隔振频段内时,两者吻合良好。

准零刚度低频隔振技术的研究进展

在低频隔振研究领域,准零刚度的提出给人们提供了新的解决思路。系统总结了各式准零刚度隔振器的结构和特点;具体描述准零刚度隔振器的控制方法和工程应用实例;对比分析准零刚度隔振器国内外研究发展现状;总结和展望了准零刚度隔振器未来的发展趋势。最后阐述了准零刚度隔振器现存的问题及相应的解决方案。

复合式低频隔振器的理论建模及其性能分析

抑制低频振动是当前振动领域的一个热点问题,将惯容器与液压蓄能器结合在一起,同时利用形状记忆合金弹簧的超弹性,设计了一种将惯容器和拟零刚度隔振结合的复合式超低频隔振器。说明了超低频隔振的原理,分析了隔振器的力传递比,研究了惯容器惯容值以及弹簧刚度对系统谐振频率的影响。计算结果表明,所设计的超低频隔振器的谐振频率可以降低至1 Hz以内。

惯容器对船舶舱室低频隔振效果的影响

介绍一种并联式ISD被动隔振系统并建立该系统的理论公式,发现隔振对象的振幅取决于激励的振幅、频率比、系统的阻尼比和惯质比。为研究惯容器对船舶舱室低频隔振效果的影响,选用挖泥船监控舱室作为研究对象进行相关分析。结果表明:惯容器能降低共振频率,抑制共振峰,惯质系数越大,系统阻尼比越小,效果越明显;在使用惯容器之后,监控舱室的低频隔振效果得到明显提升,8.5 Hz处的加速度共振峰下降了75%。

一种复合式非线性低频隔振器的隔振特性分析

抑制舰船动力设备的低频振动是一个热点问题。利用斜置式惯容结构获得非线性特性,并将其与经典ISD(inerter-spring-damper)隔振器相结合,构造一种复合式非线性低频隔振(CNI)系统。基于谐波平衡法对谐波激励下隔振系统的稳态响应及力传递率进行分析,研究惯质比和弹簧刚度对于隔振效果的影响,并与经典ISD隔振器及经典QZS(quasi-zero stiffness)隔振器进行对比。结果表明,该复合式非线性低频隔振器拥有更宽的隔振频带及更优的力传递性,这些发现能够为舰船低频隔振器的设计提供新的思路。

并联弹簧式准零刚度系统的静态分析与低频隔振区间优化

基于并联弹簧机构设计一种准零刚度隔振系统,并对其进行低频隔振区间的优化。根据准零刚度模型的特点,以及需要优化的参数数量,采用均匀优化设计法,确定试验目标与因素水平,选取均匀设计表,获得一组最优解。研究结果表明,并联弹簧式准零刚度系统的低频隔振区间得到有效拓展,系统具备更好的低频隔振性能。

仿生隔振器设计方法研究进展

基于仿生学的思想,通过模仿生物系统的结构几何构成特性,创新优化隔振模型是当今隔振领域的热门问题.本文基于仿生灵感来源的不同,对现有的仿生隔振器进行了系统的分类,并对不同设计原理的仿生隔振器恢复力本构与隔振性能做了详细的阐述和对比,旨在通过隔振器隔振频带的横向对比厘清几何构型与可调参数的影响,以此厘清隔振器几何设计和隔振性能的关系.并且,本文展望了未来仿生隔振器的发展前景和研究方向.

双层液压式动力反共振隔振器动力学研究

针对低频隔振问题,基于动力反共振原理设计加工了一种双层液压式动力反共振隔振器。建立了液压式动力反共振隔振器模型,研究了双层液压式隔振器隔振性能和隔振频率的影响因素,加工了液压式隔振器原理样机并进行了扫频试验。研究结果表明:叠加方式能显著影响第二个共振点的位置,进而影响隔振效果;相比于单频动力反共振隔振器,通过叠加而成的双层隔振器可以通过调节参数显著提高隔振性能与隔振带宽。

竖向可调式准零刚度隔振系统设计与特性分析

将3对线性弹簧装置并联组合,建立一类准零刚度隔振系统的分段非线性动力学模型。对隔振系统模型进行一系列静态分析,确保了隔振系统模型产生准零刚度特性的条件,并考虑外界误差对隔振系统的影响,给定系统参数范围。利用谐波平衡法求解动力学方程,确定系统动态特性,从而分析出系统受阻尼与幅频响应等影响,对参数控制变量,并与传统线性隔振的力传递率对比。结果表明:该准零刚度隔振系统模型在低频隔振性能上优于线性系统。

基于果蔬运输隔振的准零刚度隔振器研究进展

【目的】解决河套蜜瓜等果蔬运输对隔振性能的需求,着眼于准零刚度隔振器的优越低频性能,以降低蜜瓜振动损失。【方法】系统分析了准零刚度隔振器的工作原理,按类分别介绍了负刚度机构设计、特性及其优缺点,总结了准零刚度隔振器发展研究现状和现存的普遍问题,并对准零刚度隔振器未来的发展前景进行了展望。【结果】准零刚度隔振器不仅能降低低频振动,还具有较强的承载能力,符合河套蜜瓜运输振动的需求,可提高果蔬运输水平,减少蜜瓜振动损失。【结论】准零刚度隔振技术有望在农业领域产生积极效果,为农产品运输提供更有效的隔振解决方案,推动农业的快速发展。本研究可为果蔬运输中准零刚度隔振器的应用提供理论支持和实际指导。

液压弹簧式准零刚度隔振系统特性分析

针对车载精密仪器低频隔振,文章将两个液压弹簧作为负刚度元件,并与竖直弹簧并联构造了一种新型准零刚度隔振系统。通过对系统进行静力学分析,得到了实现准零刚度特性的参数条件;利用平均法求解了系统在简谐力激励下的幅频响应;采用马蒂厄方程判别法对系统的稳定性进行了分析;又分析了线性刚度参数和非线性刚度参数对力传递率的影响。研究结果表明,相较于线性系统,准零刚度系统的起始隔振频率降低了54%左右。该研究使得车载精密仪器在低频乃至超低频工况下也不会轻易损坏,具有广泛的应用前景。

准零刚度隔振器对多跨输流管道隔振性能分析

输流管道在低频激励的振动下会引起疲劳、失效等结构损伤,为克服线性粘弹性隔振器隔振频带与承载能力之间的限制。采用阻尼和弹簧构造非线性准零刚度隔振器,控制多跨输流管道的振动,以实现低频隔振。用哈密顿变分原理建立多跨输流管道在有无隔振器情况下的偏微分方程,通过伽辽金法和龙格-库塔法进行求解。分析了准零刚度隔振器对输送流体管道多模态振动的影响,使用绝对运动传递率来评估隔振器的性能,并与线性粘弹性隔振器进行比较。结果表明准零刚度和线性粘弹性隔振器对多跨输流管道在高频区域内都具有良好的性能,但在低频区域内前者隔振性能更好。该装置可应用于长距离连续多跨输流管道的隔振。

磁环型准零刚度隔振系统动态特性

特种车辆由于其作战、行驶环境复杂多变,使乘员及车载大型精密设备常暴露于低频大幅振动环境中,直接影响作战功效,甚至危及生命安全、引发严重的设备故障。为有效隔离其低频振动,开发了一种磁环型准零刚度隔振系统,对其系统刚度特性和隔振特性进行了理论与实验研究。基于磁电理论和刚度耦合理论,建立正、负刚度理论模型,获得了系统等效刚度,对其刚度机理与参数特性进行分析;进一步建立准零刚度隔振系统的非线性动力学模型,采用谐波平衡法和牛顿-拉夫森迭代法对系统非线性动力学方程进行求解,分析与评估其隔振特性,并搭建实验台进行验证。研究结果表明:负刚度机构具有明显的负刚度效应,与正刚度系统配合,可产生较宽的准零刚度区间;与线性系统相比,该准零刚度隔振系统隔振频带向低频区拓宽71.9%,共振峰值降低65.7%,稳态区间下位移响应幅值下降75%,加速度响应幅值下降80%,具有更宽的隔振频带和更大的振动衰减率。