硬刚度特性非线性隔振系统分叉的数值研究

倍周期分叉是通向混沌的主要道路之一,而现有的分析方法对进行硬刚度特性非线性振动系统的分 叉分析存在着诸多局限,因此,应用数值方法研究其分叉具有重要意义。本文通过Poincare映射方法得出硬刚度 特性非线性隔振系统的全局分叉图,然后通过胞映射方法分析其静态和动态分叉。

低频非线性浮筏隔振装置设计及特性研究

低频振动噪声影响水下装备声隐身性能。在原气囊隔振装置基础上,通过结构改进设计,使得侧向气囊能够为系统提供负刚度,通过与垂向气囊并联,设计了一种新型非线性浮筏隔振装置,提升了隔振装置的低频隔振能力。新型隔振装置由“侧向气囊-万向节-垂向气囊”非线性隔振器组和浮筏组成。分析了侧向气囊为系统提供负刚度原理,建立了非线性浮筏隔振装置六自由度动力学模型,设计了新型隔振装置样机并开展了相关性能试验。理论分析和试验结果表明,新型非线性浮筏隔振系统垂向一阶固有频率约为原系统的50%,垂向隔振性能提升了约6 dB,侧向隔振性能与原系统相当。此外,也研究了非线性浮筏隔振系统的摇摆稳定性。研究结果表明,在重载情况下,新系统能够具备较好的摇摆稳定性。

金属橡胶非线性隔振系统混沌特性

对金属橡胶非线性隔振系统的混沌特性进行了研究。推导了系统振动的状态方程,计算了系统的Lyapunov指数,并根据给定的参数绘制了系统的时间历程图、相轨迹图,证明了系统存在混沌运动。通过系统响应频谱图的分析,说明了金属橡胶非线性混沌振动在线谱控制中的重要作用。用数值方法分析了激励参数与隔振器参数对金属橡胶隔振系统动力学特性的影响,依据系统随各参数变化的分岔图,指出了系统产生混沌运动时各参数的取值范围,从而得到了金属橡胶非线性隔振系统产生混沌振动时各参数选取的一般方法,为金属橡胶非线性隔振系统的混沌特性应用打下了基础。

偏载作用下菱形负刚度隔振系统的刚度特性

为探究偏载对菱形负刚度隔振系统刚度的影响,课题组基于力学分析方法,建立了偏载作用下隔振系统的数学模型,得到其无量纲刚度-位移非线性曲线,分析了偏载对其准零刚度特性的影响。利用Simulink进行仿真实验,给偏载作用下的隔振系统振动基座施加激励,得到了不同激励下隔振系统的时变刚度;结合傅里叶变换,探讨了隔振系统刚度的时变特性和幅频特性。结果表明:偏载越大,低刚度区间越窄,准零刚度特性越弱;时变刚度波动范围与峰值随偏载的增加而变大,但时变刚度的波动趋势不受偏载的影响;时变刚度幅值主要集中在低频区间,随频率的增加而减小,最终趋近于0。研究表明偏载对隔振系统的刚度会产生一定的影响。

非线性隔振系统混沌特性实验研究

本文设计建立了混沌特性实验装置,对以钢片弹簧为隔离元件的非线性隔振系统进行了实验研究,验证非线性隔振系统处于混沌状态时具有很好的隔振效果并且能有效地隔离结构噪声中的线谱成分,实验得出了非线性隔振系统的混沌特性区域以及其在混沌状态下的整体和对线谱的隔离效果。

非线性Zener隔振系统的动态响应及迟滞特性分析

采用非线性Zener模型表征橡胶隔振系统的力学特性,利用谐波平衡法求得系统响应的近似解析解,通过数值方法及UM软件仿真验证了近似解析解的正确性,给出了一种基于模型近似解析解计算橡胶隔振系统无量纲动刚度与滞后角的方法,分析了参数对系统多不变集共存区间及迟滞特性的影响规律.结果表明:系统多不变集共存区间随刚度比μ_(k)的增加而右移,随阻尼系数ξ的减小及刚度非线性系数k_(nl)和激励幅值p的增大而快速向右延伸;随着激励频率ω的增加,系统无量纲动刚度k_(d)先增大后趋于稳定;系统刚度比μ_(k)、刚度非线性系数k_(nl)、振动幅值A的增加会使系统无量纲动刚度k_(d)增大,同时使系统滞后角η减小;系统阻尼系数ξ的增加会增大系统无量纲动刚度k_(d)随激励频率变化的曲线斜率,并使滞后角曲线左移.

考虑机组弹性的双层隔振系统刚度匹配方法

为解决柴油发电机组对不同类型和功率发电机的连接套与隔振系统刚度匹配问题,提出以广义弹性力做功为基础的能量解耦法来量化刚度匹配对双层隔振系统固有特性的影响.基于某内燃动力总成双层隔振系统建立3自由度和18自由度动力学模型进行分析.结果表明:3自由度模型能够反映系统耦合的主要特点,机组弹性模态频率与低阶刚体振动模态频率比大于2.96时可以降低刚体振动对弹性模态的影响;考虑惯性耦合和弹性耦合后,18自由度模型对应的频率比应大于4.10才可以显著降低该振动耦合.同一柴油机匹配不同惯性参数的发电机,均可参考小惯性参数发电机隔振设计时对应的频率比和刚度比进行双层隔振系统刚度匹配.

精密仪器用超低频非线性并联隔振系统研究

在分析了负刚度的形成机理基础上 ,设计研制了一种正负刚度并联的新型隔振系统。隔振系统采用负刚度机构在平衡点某一领域内抵消了弹性元件的部分正刚度 ,使隔振系统刚度呈现非线性 ,从而使得隔振系统总刚度趋向于零。经过设计 ,隔振系统具有高的支撑刚度和很低的运动刚度。在隔振系统中 ,可通过调节负刚度机构两端的受力情况来降低其固有频率。大量实验结果表明 ,该隔振系统的固有频率从 10 Hz降到 1Hz,从而使得其隔振频带加宽 ,隔振能力显著提高 ,达到了较好的设计效果。

超低频非线性隔振系统的研究

通过分析正负刚度并联隔振机理,提出了一种新型超低频被动隔振系统。该系统采用负刚度机构与正刚度弹簧并联,具有高的支撑刚度和极低的运动刚度,且系统刚度呈现非线性,解决了传统被动隔振系统存在的超低频隔振难题。通过对该系统力学特性进行分析,给出了系统刚度表达式及在平衡位置处的零刚度条件,为新型超低频非线性隔振器的设计提供了理论指导。

新型非线性超低频水平隔振系统的研制

通过对正负刚度并联隔振机理的分析,研制了新型正倒摆并联非线性超低频水平隔振系统。其正摆具有正刚度特性,倒摆具有负刚度特性。通过分析,得出了系统在平衡位置处的零刚度条件,系统水平刚度随两个摆长之比和下端弹簧刚度而变化的关系。试验研究表明:该隔振系统的固有频率由单一正摆时的1.75Hz降为0.5Hz,从而使其隔振频带加宽,隔振能力显著提高,而系统的结构保持较小尺寸。

新型超低频非线性被动隔振系统的设计

通过分析正负刚度并联隔振机理,设计了一种新型超低频被动隔振系统。该系统采用负刚度机构与正刚度弹簧并联,具有较高的支撑刚度和极低的运动刚度,且系统刚度呈现非线性,解决了传统被动隔振系统存在的超低频隔振难题。通过对该系统力学特性进行分析,给出了系统刚度表达式及在平衡位置处的零刚度条件,为新型超低频非线性隔振器的设计提供了理论指导。

非线性刚度振动传递路径系统灵敏度分析

针对振动传递路径系统的非线性问题,根据功率流理论、四端参数法建立振动传递路径系统的力学模型,进而得出系统的响应和功率流特性.研究当振动传递路径系统中分别存在材料非线性刚度和分段线性刚度时系统的等效刚度和隔振器导纳,并用灵敏度分析方法研究系统功率流对隔振器阻尼的灵敏度,对系统中存在材料非线性刚度和分段线性刚度时功率流的灵敏度进行分析.得出了系统特性对这些参数的敏感程度,清楚地表明了系统灵敏度的敏感区域,直观地给出了系统参数对系统功率流的贡献度,从而指导系统结构的优化.

类椭圆非线性迟滞隔振系统的动力学模型(英文)

应用类椭圆函数建立了非线性迟滞隔振系统的动力学模型,并导出了系统动力学模型的实用表达式.该模型由非线性刚度和非线性阻尼构造而成,模型中各个参数具有明确的物理意义,各阶刚度系数能很好地描述系统中存在的线性和非线性特性,而阻尼函数能很好地描述系统的迟滞和耗能特性.模型中含有待辨识的阻尼成分函数,该函数能反映系统中可能存在的高阶阻尼、粘性阻尼和干摩擦阻尼等各种阻尼成分.由于在模型中将阻尼项表示为位移的函数,因而减少了测量工作量,方便了数值计算.应用动力学模型重构了非线性迟滞隔振系统的恢复力-位移回线,结果表明理论回线与实验回线吻合得很好.

基于ADAMS的非线性隔振系统吸引子迁移仿真研究

针对非线性隔振系统多值性导致系统存在多个不同拓扑特性的吸引子,通过ADAMS软件对非线性隔振系统吸引子迁移控制进行了仿真。首先,分别推导单自由度和两自由度非线性隔振系统的吸引子迁移控制规律;其次,以准零刚度隔振系统为对象,分析其静力学特性并确定系统参数;最后,分别建立刚性基础和柔性基础准零刚度隔振系统的ADAMS模型,基于开环加线性闭环算法进行吸引子迁移控制仿真。仿真结果证明了吸引子共存现象是真实存在的,并可通过开环加线性闭环算法使非线性隔振系统由大振幅吸引子迁移至小振幅吸引子,从而实现减振降噪。

隔冲系统中非线性刚度的应用

隔振系统除了应满足对提出的有关隔振性能的要求外 ,还应满足有关隔冲性能的要求 ,本文分析论证了 :隔振系统采用合适的非线性元件 ,可以在不损害其隔振性能的同时 。

激励幅值及载荷对准零刚度隔振器特性的影响

提出具有负刚度特性的欧拉屈曲梁结构并分析其静态特性,将负刚度机构和线性隔振器并联使用,设计准零刚度隔振器。如果隔振器的载荷选用得当,系统将在零刚度点平衡,若载荷发生改变,系统平衡点将偏离零刚度点。考虑载荷的影响,对零刚度隔振器进行动态建模,并采用谐波平衡法求解准零刚度隔振器的响应。定义准零刚度隔振器平衡点不在刚度零点时系统的力传递率,分析激励幅值和载荷对隔振器性能的影响并和线性隔振器的性能进行比较。结果表明,所设计的零刚度隔振器具有低频隔振效果,其响应和隔振性能受到激励幅值和载荷的影响,可以使系统的特性从单纯的渐硬刚度向渐软刚度以及渐软-渐硬刚度混合的特性改变,并显著改变系统的传递性能。

基于正负刚度并联的新型隔振系统研究

分析了正负刚度的概念,提出了通过正负刚度弹簧并联实现超低频隔振的新方法.并联负刚度弹簧不但显著降低了隔振系统的固有频率,同时也改善了系统的阻尼特性,提高了隔振系统产生高频内共振的频率.对所研制的正负刚度并联隔振系统进行的大量试验研究表明:由于并联了负刚度弹簧,隔振系统固有频率从6Hz降低到0.75Hz,隔振能力明显提高.

两自由度高静低动刚度隔振系统的广义混沌同步化

针对目前潜艇动力机械系统的线谱控制方法难以实现小能量控制混沌化、变工况下持续混沌化和小振幅混沌化难题,提出了基于状态反馈和开环加非线性闭环耦合的两自由度高静低动刚度隔振系统广义混沌同步化方法。首先,建立两自由度高静低动刚度隔振系统的动力学模型,分析其全局性态;然后,利用Chen系统作为驱动信号,采用Hooke&Jeeves方法优化控制增益,通过状态反馈实现变工况下的持续混沌化;最后,利用开环加非线性闭环耦合的广义混沌同步实现高静低动刚度隔振系统大参数范围和小振幅混沌化。仿真结果表明,虽然基于状态反馈的广义混沌同步能实现两自由度高静低动隔振系统持续混沌化且线谱强度有所降低,但基座的振动幅值相比未混沌化前急剧加大;而基于开环加非线性闭环耦合的广义混沌同步能同时实现两自由度高静低动隔振系统变工况下的持续混沌化和小振幅下的混沌化,不仅能显著降低线谱强度,而且能有效抑制被隔振物体的振幅,解决了一般意义的混沌化方法无法解决的线谱抑制和振动隔离之间的冲突。

柔性隔振系统功率流特性及最优化控制策略

针对实际工程中力和力矩复杂激励下柔性耦合系统的隔振问题 ,综合考虑弹簧的纵向和横向刚度 ,运用导纳矩阵法推导了主动控制力下系统的动态传递方程。分析了力的对称性及弹簧刚度对传递到基础的功率流的影响 。

准零刚度隔振床静态特性分析

基于正负刚度并联原理,通过碟形弹簧与螺旋弹簧并联,设计了压杆式准零刚度元件,并构建了一种准零刚度隔振床。分别对碟形弹簧和压杆式准零刚度元件进行静力分析,得出压杆式准零刚度元件产生准零刚度的条件;推导了准零刚度隔振床各个自由度的系统回复力-质心位移特性和刚度-位移特性多项式表达式,分析了耦合刚度及系统结构参数对准零刚度隔振床静态特性所产生的影响。研究结果表明:当系统在静平衡位置小幅振动时,耦合刚度对系统影响不大;螺旋弹簧与碟形弹簧刚度比、压杆式准零刚度元件与竖直方向夹角对系统静态特性具有较大影响,选择合适的参数可使准零刚度隔振床具有良好的低频隔振效果。