摆式低动高静隔振器的建模与分析

发布时间：2020-04-14 01:55

【摘要】：振动是自然界普遍存在的现象。随着科技水平的不断进步,工程上对设备的运行状态以及运行环境都提出了更高的要求。越来越多的精密仪器被应用于大型工程项目中。精密仪器对低频振动十分敏感,而传统线性隔振器由于空间和稳定性的限制,无法隔绝这些低频振动。由于正负刚度并联的弹簧机构可以呈现较低的动刚度和较高的静刚度,近些年来,很多研究者利用这种低动高静隔振结构来打破传统隔振的限制,实现了高静刚度低动刚度(HSLD)方面的突破。然而,目前已知的系统大部分为刚度硬化的几何非线性系统,相比于刚度软化的几何非线性系统,由于跳跃现象的存在,硬化非线性会缩小系统的隔振范围。为了削弱系统硬化非线性带来的缺点,本文设计了一种摆式低动高静隔振器,利用单摆元素的软化非线性削弱结构的硬化非线性,以扩大隔振范围。本文主要的研究内容涉及以下几个方面:在基本准零刚度三弹簧模型的基础上,引入单摆元素,设计了一种新型具有准零刚度特性的摆式低动高静隔振器,目的是利用单摆的软化非线性削弱原有三弹簧模型的硬化非线性。建立了摆式低动高静隔振器的模型,设计了相关系统参数,并推导建立了系统的动力学方程,探究了系统的平衡点。对系统进行静态分析,首先分析系统的不连续现象以及造成的后果。推导了集中质量块的恢复力、刚度以及刚性杆的恢复力矩,论证了系统的稳定准零刚度特性,并给出了准零刚度条件下系统的参数要求。计算了系统在不同刚度比下的稳定性,并给出了在固定几何形状参数时的最佳刚度比。最后运用数值仿真与理论求解两种方法对摆式低动高静隔振器进行求解。分析了其在不同激励频率下的响应曲线以及相图曲线,探究了系统的非线性特征,并分析了不同参数对系统非线性特性的影响。对比了本系统与传统线性被动隔振系统以及基本三弹簧非线性隔振系统的幅频响应曲线及传递率,本文的研究结果表明所设计的摆式低动高静隔振器具有稳定的准零刚度特性,并且其幅频曲线的骨架曲线向左弯曲,呈现明显的软化非线性,由于跳跃现象的存在,相比于硬化的非线性和传统的线性被动隔振,可以一定程度上的扩大系统的隔振范围,对低频隔振起到一定改善作用,具有一定的研究价值。最后对摆式低动高静隔振器的研究进行了展望。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB535.1

【参考文献】