复杂隔振系统主被动控制分析与试验研究

发布时间：2017-04-23 08:02

  本文关键词：复杂隔振系统主被动控制分析与试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：针对工程中的复杂隔振系统的主被动控制,进行理论分析和实验研究。建立了考虑结构二维波动效应的柔性基础单层隔振系统模型,推导了系统动态特性方程,研究了系统功率流传递机理。建立了计及中间结构弹性振动的双层隔振系统模型,深入研究了双层隔振系统结构振动特性和中间板结构弯曲振动对双层隔振系统性能的影响。建立了计及隔振器质量分布参数的中间质量隔振系统模型,推导了系统动态特性传递矩阵,分析了中间质量隔振系统的功率流传递特性。建立了斜置中间质量隔振系统主被动控制模型,分析了系统在复杂激励下的响应特性,研究了考虑输出约束时不同控制策略的主动控制效果。搭建了柔性隔振系统动态特性试验平台,进行了功率流传递特性测试、加速度导纳测量和隔振系统试验模态分析。具体内容如下：建立了考虑结构二维波动特性的单层隔振系统模型,以导纳/阻抗综合法推导了系统功率流传递动态特性方程,分析了系统在复杂激励下的响应特性和功率流传递机理；结合有限元仿真,与理论分析结果进行对比,进一步分析了系统模态特性和耦合效应。算例分析表明：系统刚体模态共振是低频隔振效果降低主要诱因；基础弹性模态的激发引起系统高频隔振效果下降；倾倒力矩作用所引起的输入基础的功率流较高,几与复合激励作用时相同；基础板截面横向振动所携带的能量最高。建立了计及中间板结构弯曲振动的双层隔振系统模型,推导了系统功率流表达式,分析了中间结构弹性振动对双层隔振系统振动隔离效果的影响,研究了中间结构弹性振动和基础结构振动之间的耦合特性,并通过有限元仿真进行了验证。算例分析表明：随着频率升高,中间结构弹性振动不可忽略,中间结构弹性振动将引起系统高频域振动能量传递的增加；中间结构和支承基础在高频域模态密集,二者弹性振动产生耦合作用严重影响双层隔振系统的隔振性能；隔振支承的非对称布置将导致中间结构更多弹性模态的激发,降低隔振效果。建立了计及隔振器质量分布参数的中间质量隔振系统模型,以传递矩阵法推导了柔性基础多支承中间质量隔振系统动态特性方程,分析了中间质量对隔振器驻波效应的改善作用；建立斜置中间质量隔振系统主动控制模型并推导了系统动态特性方程,分析了复杂激励下中间质量隔振系统功率流传递特性,考虑作动器输出约束,研究了输入基础功率流最小化、中间质量垂向速度最小化和中间质量垂向输入力最小化三种控制策略的主动控制效果,分析了输出约束对系统性能的影响。算例分析表明：中间质量可有效改善隔振器的波动特性；在隔振器中间安装质量块,隔振器驻波频率提高,减少了目标频段内隔振器驻波效应导致的输入基础能量增加现象,同时避免隔振器驻波效应与承载基础在目标频域内的耦合振动；中间质量越大,对高频隔振效果的改善作用越好；将多组不同重量的中间质量块对称布置产生多个峰值略低的低频刚体模态,非对称布置将导致基础更多高频模态被激发,高频隔振效果恶化；主动控制的引入可有效降低支承基础的能量输入；无约束控制可实现隔振效果的最优化,但对作动器输出性能要求过高,不具备可行性；施加输出约束可同时兼顾作动器的性能,实现较大程度的隔振性能提升。搭建了柔性基础单层隔振系统动态特性试验台,进行了功率流传递特性试验研究,试验所得功率流传递特性与理论分析一致。测量分析了板基础上单层隔振系统的加速度导纳特性和加速度传递率特性,并与理论分析结果进行了对比。通过试验模态测试研究了梁基础上单层隔振系统的模态特性,并与理论计算和有限元仿真结果进行了对比分析。试验结果验证了理论推导的准确性,表明本文所建理论模型是正确的,能够有效反映复杂隔振系统的振动传递特性。
【关键词】：复杂隔振 波动特性 功率流 主动控制 试验测试
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB535.1
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 课题研究背景及意义13-14
• 1.2 机器振动隔离技术14-16
• 1.2.1 单层隔振系统15
• 1.2.2 双层及多层隔振系统15-16
• 1.3 隔振中的功率流理论与功率流主动控制16-20
• 1.3.1 隔振系统振动功率流的理论研究17-18
• 1.3.2 隔振系统振动功率流的测试18
• 1.3.3 基于功率流的振动主动控制18-20
• 1.4 本文的主要内容20-21
• 第2章 考虑结构二维波动效应的单层隔振系统动态特性研究21-35
• 2.1 引言21-22
• 2.2 柔性板基础单层隔振系统动态特性分析22-30
• 2.2.1 系统动力学模型22-23
• 2.2.2 子系统动态特性分析与综合23-25
• 2.2.3 算例计算与结果分析25-30
• 2.3 系统有限元仿真30-32
• 2.4 本章小节32-35
• 第3章 双层隔振系统结构振动特性研究35-49
• 3.1 引言35-36
• 3.2 双层隔振系统动力学模型36-43
• 3.2.1 子系统动态特性分析36-38
• 3.2.2 系统功率流传递表达式38-39
• 3.2.3 算例计算与结果分析39-43
• 3.3 系统有限元模态仿真43-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第4章 中间质量隔振系统传递特性与主动控制49-67
• 4.1 引言49-50
• 4.2 中间质量隔振系统传递矩阵分析50-57
• 4.2.1 隔振系统动力学模型50
• 4.2.2 子系统动态特性分析与综合50-52
• 4.2.3 算例计算与结果分析52-57
• 4.3 中间质量隔振系统主动控制研究57-65
• 4.3.1 主动隔振系统动力学模型57
• 4.3.2 子系统动态特性分析与系统综合57-60
• 4.3.3 最优主动控制60-61
• 4.3.4 主被动控制算例分析61-65
• 4.4 本章小结65-67
• 第5章 柔性隔振系统功率流传递特性试验研究67-79
• 5.1 引言67
• 5.2 功率流测试原理67-68
• 5.3 试验台搭建68-70
• 5.4 试验测试与数据分析70-76
• 5.4.1 隔振系统加速度导纳测试70-71
• 5.4.2 功率流传递特性测试71-73
• 5.4.3 隔振系统加速度传递率测试73-74
• 5.4.4 梁基础上单层隔振系统模态测试74-76
• 5.5 误差分析与测试精度提高方法76-77
• 5.6 本章小结77-79
• 全文总结与展望79-83
• 总结79-82
• 展望82-83
• 参考文献83-89
• 致谢89-91
• 攻读硕士期间发表的论文和参与的科研项目91-92
• 学位论文评阅及答辩情况表92

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