准零刚度非线性低频隔振器理论研究及应用

隔振器在各行业中得到广泛应用,传统线性隔离器因其简单、低廉、高可靠性和鲁棒性被广泛应用于工业中,然而由于其仅能够在激励频率大于√2倍固有频率时才能有效抑制振动,故存在静态承载能力和低频隔振性能之间的固有矛盾。近几十年来发展起来的非线性准零刚度(QZS)隔振器可以在保证高承载能力的前提下降低动刚度,从而将隔振频带拓宽到低频区域。从QZS隔振器的构造方法、优化与改进设计和工程应用等方面综述QZS隔振的主要研究进展,总结现有研究的不足,展望未来发展方向,为相关领域的研究人员提供参考。

设计参数对一体化准零刚度隔振器冲击隔离性能的影响

针对一体化准零刚度隔振器(简称“一体化隔振器”)的冲击隔离性能展开研究。分别选择冲击响应的衰减周期、振荡频率、最大加速度比以及最大位移作为评价指标,采用四阶龙格-库塔法重点研究半正弦脉冲加速度激励下线性刚度比和几何设计参数对一体化隔振器抗冲击性能的影响。计算结果表明,在持续时间较长的冲击结束后,一体化隔振器表现出比线性隔振器更好的加速度衰减性能;且较小的外壁高度和较大的壁厚有利于改善其冲击隔离性能。相关研究可为一体化准零刚度隔振器的工程应用提供指导。

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。

基于ABAQUS多体分析的准零刚度隔振器性能研究

针对准零刚度隔振器因结构复杂而难以在有限元模拟过程中实现较好收敛的问题,本文利用ABAQUS软件的多体分析功能,解决了准零刚度隔振器建模分析过程中的简化模拟与收敛性问题,形成了针对准零刚度隔振器性能研究的有限元模拟方法,将模拟结果与实验结果进行了比较,同时分析了参数模拟值与理论值之间的误差,验证了该方法的准确性。针对影响隔振器工作性能的激振频率、幅值因素进行了研究,揭示了激振频率、幅值对隔振器隔振性能的影响规律,为隔振器的优化设计提供了科学依据。

新型含磁准零刚度隔振器建模分析

旨在建立一类新型含磁准零刚度隔振器系统的力学模型。该系统通过并联具有负刚度特性的磁力弹簧和线性正刚度弹簧,使系统在小位移内具有刚度渐硬特性,较大位移内同时具有刚度渐硬和刚度渐软特性,并推导出其动力学方程。通过分析力-位移结构特性、刚度-位移结构特性,获得其实现准零刚度的条件。研究结果为实际工程应用中隔振器的设计及参数优化提供了理论参考,具有一定的实际意义。

含磁准零刚度隔振器的非常规分岔

通过并联具有负刚度特性的磁力弹簧与线性正刚度弹簧,设计了一种新型含磁准零刚度隔振器模型,并推导出其无量纲化动力学方程.运用分岔图、时间响应图、相平面图、最大Lyapunov指数图等揭示了该系统的复杂非线性簇发振荡形式,发现了一种新颖的非常规分岔行为,多次切分岔导致周期簇发振荡与混沌簇发振荡反复交替,周期簇发振荡反复出现跨临界分岔.此现象表明,这类含磁准零刚度隔振器的动力学分岔行为敏感依赖于系统参数,外激励频率的变化导致系统产生不同形式的簇发振荡现象.

一种准零刚度系统隔振性能的几何参数优化分析

提出了一种采用菱形连杆组件作为负刚度机构的准零刚度隔振器(下文简称菱形准零刚度隔振器)。通过静力学分析方法,建立了菱形准零刚度隔振器数学模型,并与其他调节变量较少的隔振器模型进行了对比;以被测量曲线在隔振器平衡位置处的曲率作为评价参数,研究了负刚度机构几何参数对系统刚度、阻尼非线性的影响,推导了利用几何参数进行隔振优化的条件;采用谐波平衡法求解系统动力学方程,对隔振器在不同几何参数下的隔振性能进行了分析。结果表明:菱形准零刚度隔振器具有体积相对较小且非线性调节能力较好的特点,可通过调节杆长,或满足相关临界值条件时调节杆长偏差量(下文简称杆长差)对刚度及阻尼非线性特征进行优化;刚度与阻尼的非线性优化方向不同,但通常情况下,刚度非线性因素对隔振优化起主导作用;归一化振动相对位移小于0.1时,由刚度曲线曲率得到的临界值可以较好地作为杆长差参数的隔振优化调节依据。本文提出的非线性评价方法与几何非线性优化临界值计算方法,对于类似隔振器研究和设计具有一定的指导意义。

新型带限位元件的非线性隔振器设计及应用

针对传统的隔振器在解决负荷随转速变化的静压泵支撑基础的过度倾斜问题,采用理论分析和数值计算的方法,根据实际工程应用对象和避免共振的技术要求,设计了一种新型带限位元件的非线性变刚度隔振器,对其隔振效率进行了仿真分析和理论推导。通过试制新型隔振器并进行了安装测试实验,结果表明,新设计的隔振器隔振效率略高于原隔振器,静压泵的支撑基础基本处于水平位置,提高了系统的稳定性,且静压泵支撑基础的水平误差可通过调节隔振器的限位间隙来保证,具有实际工程应用价值。

160 km/h市域铁路装配式浮置板轨道研究

针对时速160 km,17 t轴重条件下的市域铁路,提出一种在板缝处设置剪力铰和隔振器的装配式长型钢弹簧浮置板轨道。为验证该轨道结构对市域快线行车的适应性,建立三维车辆-轨道-基础耦合动力学模型,分析160 km/h速度下车辆和轨道结构的动力学响应,并对板缝结构、隔振器合理刚度以及减振效果进行研究。研究结果表明:在板缝处设置隔振器可以有效减小板端的钢轨位移、浮置板位移以及板中的隔振器反力,设置剪力铰可以有效减小浮置板板端的振动加速度和相对错动。在板缝处同时设置隔振器和剪力铰可以加强装配式浮置板轨道的薄弱环节,使整体的受力和变形更加均匀;隔振器间距取2.4 m且刚度在7.5~25 kN/mm范围内时,隔振器刚度变化对车体动力响应的影响较小,车体各项动力指标均满足规范的要求,但隔振器刚度小于15 kN/mm时钢轨最大位移会超过规范限值,此时车辆运行的安全性不能得到保证;本结构设计参数下的浮置板轨道减振效果可达15 dB以上,且在高频段的减振较为明显。隔振器刚度由7.5 kN/mm增大到25 kN/mm后,减振效果由26.29 dB减少至15.32 dB。综合考虑车体动力响应、轨道位移限值以及减振效果,建议本设计的装配式浮置板轨道的隔振器刚度取15 kN/mm。

多层隔振系统的参数优化研究

多层隔振系统的结构参数选择对于提高隔振效率具有重要意义。本文从频率优化的角度，以隔振器刚度参数为例探讨多层隔振系统的系统参数选择方案，提出可容变差多面体方法和振动方法。在文末，给出应用实例加以说明。

内燃动车组柴油发电机组振动特性分析

建立了柴油发电机组六自由度数学模型,分析了机组的六阶振动模态,研究了机组的模态耦合特性;同时计算了柴油机组的激励,基于新型预测-校正积分法对机组振动响应进行了时域积分,得到了机组各阶自由度的振动响应,并采用旋转机械振动烈度的频域计算方法计算了机组的振动烈度,最后对机组隔振器悬挂刚度进行了优化.研究结果表明:机组的横摆、侧滚、摇头三阶模态因为模态耦合的缘故使得机组的横向振动过大;机组的纵移和点头模态虽然耦合在一起,但由于纵向不存在激励,机组纵向振动可以忽略不计;而机组的沉浮模态解耦度较高,单独参与了机组的垂向振动;机组隔振器优化后,机组的横向振动烈度由优化前的26.39mm/s降低至16.65mm/s,机组的振动得到了有效控制.

某涡桨发动机隔振安装系统动力学设计优化

针对涡桨发动机单安装面隔振安装系统的隔振设计问题,提出了一种安装系统隔振器刚度参数优化方法来实现发动机安装系统的振动解耦以及隔振效率的提升。以某涡桨发动机安装系统为例,利用该方法建立六自由度安装系统动力学模型,并将NSGA-Ⅱ遗传算法与安装系统动力学分析相结合,在考虑到隔振器侧向刚度和垂向刚度对设计寿命影响的同时,实现安装系统隔振效率和振动解耦的多目标优化。优化结果表明,该安装系统获得了较高的隔振效率和振动解耦率,综合隔振性能良好。

Mechanical properties of disc-spring vibration isolators based on boundary friction

To ascertain the influence of the boundary friction on mechanical properties of disc-spring vibration isolators a load-displacement hysteresis curve formula of disc-spring vibration isolators is derived on the basis of the energy conservation law as well as considering the effect of the boundary friction.The formula is validated through the finite element analysis and static load tests.On this basis the effect of the boundary friction on the bearing capacity is researched. Then the dynamic performance of disc-spring vibration isolators is studied by dynamic tests.The experimental results indicate that the boundary friction can promise a larger damping with a ratio of 0.23 for disc-spring vibration isolators.Compared with the loading frequency the loading amplitude has a greater impact on the energy consumption dynamic stiffness and damping of vibration isolators.This research can provide valuable information for the design of disc-spring vibration isolators.

剪叉式准零刚度隔振器的设计及其动力学仿真

针对工程实际中隔离微幅低频振动的难题,设计出一种能够增大负刚度机构介入程度的剪叉式准零刚度(QZS)隔振器。介绍剪叉式隔振器的设计原理,对其进行静力学分析,探索隔振器的力和刚度特性;比较剪叉式和连杆-弹簧式隔振器中负刚度机构弹簧的压缩量和刚度曲线;利用ADAMS仿真验证剪叉式隔振器的QZS特性和隔振效果,并对其隔振性能进行评价。结果表明,剪叉式隔振器的隔振性能优于线性隔振器,能够实现微幅低频振动的隔离。