面向电磁水声换能器的高静低动型悬架动力学研究

针对目前线性悬架无法兼顾电磁水声换能器降低谐振频率与承载较大静水压力的难题,设计引入了高静低动型悬架装置,并分析其对换能器声辐射性能的影响。建立了系统动力学模型和动态特性微分方程组,仿真分析了引入非线性刚度前后换能器系统声源级及谐振频率的变化。研究了输入电压对不同系统谐振频率的影响,探究了不同高静低动系统之间的差异。通过锤击试验测得引入高静低动刚度前后悬架的固有频率和加速度导纳。研究结果表明:相较于原线性悬架,高静低动型悬架在承受相同负载时具备更低的固有频率,低频段内具有更高的加速度。在电磁换能器中引入具有高静低动刚度特性的悬架装置可以获得比原系统更低的谐振频率,使低频区域内的声源级得到提升。

一种负刚度可调的高静低动刚度隔振系统特性分析及实验研究

针对现有高静低动刚度隔振器的设计参数均已固定,磁负刚度机构无法在线调整的问题,本文设计一种新型负刚度可调的电磁隔振器。利用永磁体与螺旋线圈设计电磁负刚度元件,并对其进行有限元仿真分析。通过静力分析,推导负刚度可调高静低动刚度隔振器力-位移-电流和刚度-位移-电流的数学表达式,得到系统在平衡位置获得准零刚度特性的条件。建立高静低动刚度隔振系统动态模型,利用平均法研究不同参数对系统幅频特性及力传递率的影响。研制原理样机,搭建试验台架并进行隔振性能测试试验,试验结果表明本文研究的高静低动刚度隔振器具有更宽的有效隔振频域和更低的传递率峰值。

核电厂高静低动三维隔震系统的地震响应研究

为实现核电厂隔震结构在静载阶段隔震层具有小位移的同时,动载阶段具有较好减震效果的目的,提出一种由水平隔震单元和高静低动隔震系统(由斜置橡胶支座和负刚度装置组成)组成的核电厂高静低动三维隔震系统。基于静载和动载阶段的斜置橡胶支座、负刚度装置的变形特征提出了核电厂高静低动三维隔震系统竖向理论模型,分别对斜置橡胶支座、负刚度装置以及高静低动隔震系统进行静力加载试验,结果表明斜置橡胶支座具有较好的承载力和较大刚度,负刚度装置呈现明显负刚度特性,高静低动隔震系统在动载阶段滞回曲线饱满,具有较小动刚度特征。理论模型与试验结果的对比表明所提出的高静低动隔震系统理论模型能较好反映该装置系统力学特性。进一步对核电厂高静低动三维隔震结构进行地震响应分析,结果表明该结构在静载下的变形为102.02 mm,从地震作用下核电厂上部结构和内部设备的三向加速度变化来看,该隔震结构具有良好的减震作用,减震率达到40%以上,提高了核电厂在三向地震作用下的安全性。

核电厂高静低动三维隔震系统的力学性能试验与减震效果研究

为实现隔震结构在静载阶段隔震层位移较小的同时满足动载阶段良好的减震效果,设计了一种由水平隔震单元和高静低动隔震系统(斜置橡胶支座和负刚度装置构成)组成的高静低动三维隔震系统。针对核电厂结构建立了该系统的竖向动力模型,分析了参数对系统传递率的影响,结果表明随着刚度比、阻尼比和力激励幅值比的增大,弹簧压缩比减小,力传递率幅值越小,在共振区体现出更好的隔震效果。通过对高静低动隔震系统进行静力加载试验,结果表明高静低动隔震系统在动载阶段滞回曲线饱满,具有较低刚度特征。通过理论模型与试验结果的对比,表明所提出的高静低动隔震系统理论模型能较好反映该装置系统力学特性。

时滞立方位移反馈控制的高静低动刚度隔振器动力学分析

为了克服增加线性阻尼能够抑制共振但会导致隔振系统高频性能变差的矛盾,提出时滞立方位移反馈控制策略。建立反馈控制的高静低动刚度隔振器动力学方程,采用多尺度法得到控制系统的稳态响应。分析反馈增益与滞后时间对控制系统动态特性的影响,并分析不同滞后时间下稳态响应的稳定性。定义控制系统的位移传递率,分析反馈参数对系统位移传递率的影响并和被动隔振系统的性能进行比较。结果表明:合适的反馈参数能够有效减小隔振系统共振区的位移传递率,却不影响高频区域的隔振性能;该控制策略对改善高静低动刚度隔振器的隔振性能具有理论指导意义。

高静低动刚度型三维隔震系统的力学性能和地震响应研究

文章提出一种具有高静低动刚度特性(High-Static-Low-Dynamic Stiffness, HSLD)的新型三维隔震系统,由能提供正刚度并具有较大承载能力的斜置橡胶支座和提供负刚度的负刚度装置构成,静载阶段主要由斜置支座提供较大刚度以控制静位移,动载阶段由正负刚度装置联合实现较小隔震刚度减小加速度响应,克服了传统三维隔震支座低隔震刚度与高承载能力的矛盾。进一步对斜置橡胶支座和负刚度装置进行变形分析,得到正负刚度装置力学模型和参数关系,并开展斜置橡胶支座和负刚度装置的静力试验,建立斜置橡胶支座和负刚度装置的理论力学模型。将所提出的HSLD隔震系统应用于建筑结构,通过分析不同水准地震下的结构动力响应,发现HSLD隔震系统适应不同水准抗震性能设计需求,整体结构的静载位移和地震响应均可得到有效控制。

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。

高静低动隔振系统及其在军队卫生技术车辆中的应用展望

高静低动隔振系统在隔离低频振动的卓越表现,受到了国内外学者的广泛关注。基于系统的刚度非线性,介绍了高静低动隔振系统的隔振原理及其实现方法,重点阐述了该系统的国内外研究现状,并对该系统在军队卫生技术车辆中的应用前景进行了展望。

非设计工况下的高静低动隔振器参数的响应影响规律研究

本文提出一种由屈曲圆板作为负刚度和线性弹簧并联组成的高静低动隔振器;采用有限元法计算分析其屈曲模态,并对其进行了非线性屈曲分析,验证了其具有高静低动的刚度特性;如隔振器的承载重量选择得当,静平衡位置就位于额定载荷下的准零刚度平衡点,一旦载荷发生改变,过载或者欠载,则会造成静平衡位置偏离设定的静平衡点;建立了考虑载荷缺陷的高静低动隔振器的非线性动力学模型,进一步采用谐波平衡法分析其响应,讨论了系统参数的响应影响规律。分析结果表明,系统响应从渐软刚度向渐硬刚度以及渐软-渐硬刚度混合的特性改变取决于承载、阻尼以及激励力幅值情况。

考虑斜置弹簧阻尼的船舶轴系纵振高静低动隔振器的建模研究

本文首先分析带连杆-弹簧并联结构的高静低动隔振器的静力学模型,得出高静低动隔振器的一阶刚度和三阶刚度表达式;其次,考虑斜置弹簧阻尼情况,利用有限元法建立起推进轴系-高静低动隔振器纵振隔振系统的动力学模型,运用谐波平衡法求解出系统的力传递率,并与采用龙格库塔法的数值解法进行对比验证;最后,结合船舶实际工况参数,分析其在叶频激励下隔振系统的隔振效果。分析结果表明,考虑斜置弹簧阻尼的高静低动隔振器隔振系统的低频隔振效果更好,随着高静低动隔振器的轴向阻尼增大,隔振系统在高频段的隔振效果变差。

屈曲板型高静低动隔振器

针对船舶动力设备低频振动特点,设计一种结构简单新颖,具有准零刚度特性的屈曲板型高静低动隔振器,并加工研制出原理样机。搭建试验平台,对隔振器进行静力加载试验和振动传递率试验,对其准零刚度特性和隔振效果进行试验验证,对比分析高静低动隔振器和传统线性隔振器的隔振性能。试验结果表明,屈曲板型高静低动隔振器具有准零刚度特性,能有效降低共振频率,具有良好的低频隔振性能和较大的隔振区间,且隔振效果优于线性隔振器。

双环永磁体型高静低动刚度隔振器设计、建模与试验研究

为了改善机械设备的低频隔振效果,设计了一种具有高静低动刚度(HSLDS)特性的隔振器.该隔振器由提供正刚度的机械弹簧与提供负刚度的双环永磁体(DRPMS)结构并联而成,其中,双环永磁体结构由两个径向磁化的磁环同轴嵌套组成&首先利用等效磁荷法推导了双环永磁体结构的轴向磁力解析计算模型,然后利用Ansoft软件对双环永磁体结构进行有限元分析,验证了解析计算模型的正确性,进一步讨论了结构参数对负刚度特性的影响规律并对磁环参数设计流程进行了分析,在此基础上,设计了隔振器原理样机,并开展了试验研究.试验结果表明:与无双环永磁体结构的等效线性隔振器相比,所设计隔振器能有效降低隔振系统固有频率,拓宽隔振频带,具有更优越的低频隔振性能.

一类双层高静低动刚度隔振系统动力学特性和应用局限性研究

高静低动刚度隔振系统低频隔振性能优越,双层隔振系统对高频振动衰减迅速。将二者结合,提出基于欧拉屈曲梁负刚度调节器的一类双层高静低动刚度隔振系统,该类双层高静低动刚度隔振系统的特点是上下层的负刚度调节器安装于同一基础。对该系统进行了静力学分析,给出了此类隔振系统的负刚度适用范围;采用积极隔振模型,建立了双层高静低动刚度隔振系统的动力学方程,并使用谐波平衡法求解了系统动力学响应,根据上下层刚度之间存在的约束关系,且上下层刚度不能同时达到准零刚度等限制条件,给出了上下层线性刚度系数的有效取值范围,围绕有效取值范围的边界讨论上下层刚度系数对系统隔振性能的影响,并将其与普通的双层线性隔振系统的隔振性能进行比较。此外,还定义了双层非线性隔振系统的力传递率,研究了外激励幅值和阻尼比的大小对动力学响应和隔振性能的影响。结果表明,上下层分别使用负刚度来获取准零刚度隔振系统带来的性能迥异,上层刚度完全线性,下层为准零刚度时系统的隔振性能最好。

非规则弹性片高静低动的隔振特性

在前人对斜置规则弹性片高静低动特性研究的基础上,运用势能函数、拉格朗日—欧拉法研究该模型非线性静力学方程,利用数值分析技术分析模型中各关键参数与振动输出之间的关系并优化,完成静力学仿真,并设计出试验样机,完成静力学试验和位移传递率试验,验证该结构具备良好的高静低动隔振特性。研究工作对高静低动隔振器的设计具有参考意义。

高静低动隔振系统的双时延反馈混沌化

针对舰船辐射噪声中线谱特征突出且难以消除的难题,通过双时延反馈控制的高静低动隔振系统来同时降低线谱特征和强度。首先,建立高静低动隔振系统及其双时延反馈控制的动力学模型;然后,分析双时延反馈控制的高静低动隔振系统的全时延稳定性和稳定性切换;最后,实现基于双时延反馈控制的高静低动隔振系统混沌化。仿真结果表明:不稳定区域相比稳定区域,更容易实现时延混沌化;双时延反馈相比单时延反馈的临界控制增益更小,混沌云点更稠密;高静低动隔振系统相比一般非线性系统线谱强度更低,混沌化效果更好。

永磁体型高静低动刚度隔振器试验研究

高静低动刚度隔振器是一种将正负刚度弹性元件并联在静平衡位置附近获得零刚度的组合式被动隔振装 置,能有效解决低固有频率和小静态变形难以兼得的矛盾。研制并装配双环永磁体型和三磁体型两种高静低动刚度 隔振器原理样机,搭建试验台架系统,开展谐波位移激励下的双环永磁体型隔振器和谐波力激励下的三磁体型隔振器 的性能测试,并与相应等效线性隔振系统的传递特性进行对比,从而对永磁体型高静低动刚度隔振系统低频隔振的优 越性进行验证。试验结果表明,引入磁负刚度能降低系统的固有频率,拓宽系统的隔振频带,降低系统的传递率峰值。

船用高静低动隔振器的设计及参数影响规律研究（英文）

文章提出了一种由屈曲圆板和线性弹簧组成的隔振器,采用解析法和有限元法分别计算分析其屈曲模态,结果表明解析法与有限元法计算结果相吻合,验证了解析法的正确性。此外,通过采用有限元ANSYS软件计算分析其高静低动的刚度特性,验证了隔振器结构设计的合理性。最后,建立了高静低动隔振器的非线性动力学模型,进一步采用谐波平衡法分析其幅频特性,讨论了系统设计参数的影响规律。分析结果表明刚度比与隔振器的类型和非线性程度相关;此外,高静低动隔振器显示出具有典型的Duffing振子的频率跳跃现象。

具有高静低动刚度特性的浮置板隔振器设计方法研究

在对浮置板隔振器载荷特征分析的基础上,提出了隔振器优化设计目标,基于非线性隔振理论,设计了具有高静低动刚度特性的非线性刚度曲线,并对其静态和动态特性进行了分析;针对所设计的非线性刚度曲线存在的缺陷,设计了与之匹配的最优隔振器阻尼曲线,进一步提高其隔振性能。通过对浮置板轨道用隔振器刚度和阻尼参数的非线性设计,使得隔振器兼具低频隔振和动态位移控制的能力。理论研究表明:相比线性隔振器,所设计的非线性隔振器具有更低的主共振频率,且共振峰值明显低于线性系统;相比采用既有线性钢弹簧隔振器的浮置板减振轨道系统(以下简称线性系统),采用非线性隔振器的浮置板减振轨道系统可有效控制轨道板动态位移,轨道板动态位移可降低约50%;可显著降低轨道板的振动加速度响应,振动加速度有效值可降低约46%;在低频段(≤20 Hz)的隔振效果优于线性系统,尤其在10 Hz左右处的衰减效果最为明显,分频最大振级插入损失达到11.83 dB。

一种新型高静低动刚度气囊隔振装置结构设计及其试验研究

目前的船用隔振装置对低频振动的隔离效果不够理想,严重影响船舶声隐身性能。本文针对船舶机械激发的低频振动,提出一种基于气囊的新型高静低动刚度结构。首先,通过力学模型推导该结构的静力学特性,并分析无量纲参数对系统特性的影响;其次,通过谐波平衡法推导动力学方程,并对力传递率特性进行分析;最后,设计制造原理样机并进行试验,讨论不同气压条件下的装置刚度。理论与试验结果表明,该结构设计能够通过侧向气囊隔振器和万向节连杆机构引入负刚度,可以在保证静承载能力不变的情况下有效降低整体动刚度,同时,得到侧向气囊隔振器的气压值是影响该装置刚度的关键因素。

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.