变压器准零刚度隔振平台非共振响应
发布时间：2021-11-03 21:03
为了降低变压器低频振动噪声对小区居民生活的不利影响,基于准零刚度技术和并联机构设计了可用于变压器减振降噪的准零刚度隔振平台。该平台由上下平台、防摇套筒和六个相同的准零刚度支腿构成。其中,准零刚度支腿由磁性负刚度弹簧与折叠梁并联组成。根据分析电流假说分析了磁性负刚度弹簧的磁力和负刚度性能,并利用有限元循环加载研究了折叠梁的力学特性。考虑防摇套筒引入的摩擦,采用谐波平衡法分析了平台在力激励下的宽频隔振性能。结果表明:磁性负刚度弹簧可降低平台共振频率,拓宽隔振频带,高效抑制了变压器的振动和噪声传递;摩擦阻尼约束力传递率在所有频带内均小于1,避免产生共振。
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(06)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
准零刚度变压器隔振平台示意图(b)折叠梁(c)磁性负刚度弹簧(foldedbeam)(magneticnegativestiffnessspring)
2466应用力学学报第37卷数由表2给出。因此，将采用式(7)开展平台的隔离变压器低频振动响应分析。表1磁环参数Tab.1ParametersofmagneticringsBr1/TBr2/Trin1/mmrin2/mmrout1/mmrout2/mmh1/mmh2/mm1.431.431.51.56613131.431.438.08.015151010表2近似刚度系数Tab.2Approximatestiffnesscoefficientsk11/Nm-1k3/Nm-3k5/Nm-5-1.5246×1047.0034×108-8.7216×1012(a)有限元模型(finiteelementmodel)(b)磁力解析结果与有限元结果对比(c)负刚度近似(comparisonofFEandanalyticresult(negativestiffnessformagneticforce)approximation)图2磁力与负刚度分析Fig.2Theanalysisonmagneticforceandnegativestiffness4折叠梁弹簧力学性能有限元分析考虑到安装在居民区中的变压器常具有较大质量，因此在准零刚度变压器隔振平台中起支撑作用的折叠梁是实现隔振性能和高承载力的关键。折叠梁具有结构形式紧凑和易加工制备的特点。由于折叠梁理论建模不便，采用有限元建模是开展折叠梁结构设计优化和力学性能分析的有效途径。为使平台具有紧凑的结构形式和高承载力，设计一种新型折叠梁，用以支撑质量较大的变压器部件，且在变压器重力作用下仅产生小变形。图3(a)所示的折叠梁ANSYS实体模型，上、下两端采用圆形截面杆，中间采用折叠梁结构。当在上下圆形截面杆的两端施加沿轴向的静载时，中间的折叠梁产生弯曲变形，为平台提供支撑刚度。采用solid185单元对折叠梁进行网格划分，如图3(b)所示，通过在折叠梁的两端进行循环加载，可得折叠梁力-位移的变形几何关系，如图3(c)所示。从折叠梁的力-位移关系可?
第6期刘玉成，等：变压器准零刚度隔振平台非共振响应2467力为f=Fsin(t+)，其中F为激励力的幅值，为激励频率，为相角，其变形几何关系如图4所示。折叠梁的几何变形为22llLysin(8)式中：为折叠梁与下平台之间的夹角；y为上平台相对于被固定的下平台的位移。图4支撑变压器的准零刚度隔振平台的变形Fig.4Deformationofaquasi-zerostiffnessvibrationisolationplatformsupportingatransformer由于图1(a)中所示的平台引入了防摇套筒，所设计的平台包含两种阻尼机制：一种是准零刚度支腿具有的黏性阻尼c1；另一种是由防摇套筒引入的摩擦阻尼cf。因此，变压器m竖直振动方向总的阻尼力为2d16sinsgnffycycy(9)考虑由式(7)积分得到的磁力和折叠梁刚度kf，平台的动力学方程可表示为2113355356sinsgn6sinsinsinsinsinfmycycykykykyFt(10)式中k1=kf+k11为折叠梁与磁性负刚度弹簧并联后的线性刚度系数。经量纲归一化，式(10)可重写为2133551212sin2sgn6sinsinsinsinsinfyyyyyyF(11)式中01002211102241321252112,,,,2,2,,,ffkmtyylckmcmlklkklkFFkl式(11)的解可表示为yYsin(12)应用谐波平衡法对式(11)进行动力学响应分析，相应的幅频关系可表示为22234561222219156sinsinsin24812sin(13)πfYYYYYF采用力传递率Tf来评价准零刚度隔振平台对变压器m的隔振性能，可表示为
【参考文献】：
期刊论文
[1]变压器弹簧减振降噪装置的设计研究[J]. 顾鸣伟,仝旭,何守磊,成果,殷振. 机械工程与自动化. 2018(05)
[2]一款室内变压器双层隔振装置的原理、设计与实验[J]. 吴祺,高芳清,邹岸新. 四川理工学院学报(自然科学版). 2016(05)
[3]大型电力变压器基础隔振降噪分析研究[J]. 曹枚根,陈花玲,莫娟,刘吉轩,张霞. 中国电业(技术版). 2014(09)
[4]橡胶隔振器在实现变压器减振降噪中的应用[J]. 张玉兰. 职业. 2013(20)
[5]电力变压器噪声的主动控制[J]. 徐刚,马宏忠,陈楷,王春宁. 变压器. 2013(05)
[6]用空气弹簧降低变压器结构噪声的工程实践[J]. 嵇正毓,张华,杨于生,闻小明. 污染防治技术. 2011(01)
[7]电力变压器噪声研究与控制[J]. 谭闻,张小武. 高压电器. 2009(02)
本文编号：3474345
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(06)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
准零刚度变压器隔振平台示意图(b)折叠梁(c)磁性负刚度弹簧(foldedbeam)(magneticnegativestiffnessspring)
2466应用力学学报第37卷数由表2给出。因此，将采用式(7)开展平台的隔离变压器低频振动响应分析。表1磁环参数Tab.1ParametersofmagneticringsBr1/TBr2/Trin1/mmrin2/mmrout1/mmrout2/mmh1/mmh2/mm1.431.431.51.56613131.431.438.08.015151010表2近似刚度系数Tab.2Approximatestiffnesscoefficientsk11/Nm-1k3/Nm-3k5/Nm-5-1.5246×1047.0034×108-8.7216×1012(a)有限元模型(finiteelementmodel)(b)磁力解析结果与有限元结果对比(c)负刚度近似(comparisonofFEandanalyticresult(negativestiffnessformagneticforce)approximation)图2磁力与负刚度分析Fig.2Theanalysisonmagneticforceandnegativestiffness4折叠梁弹簧力学性能有限元分析考虑到安装在居民区中的变压器常具有较大质量，因此在准零刚度变压器隔振平台中起支撑作用的折叠梁是实现隔振性能和高承载力的关键。折叠梁具有结构形式紧凑和易加工制备的特点。由于折叠梁理论建模不便，采用有限元建模是开展折叠梁结构设计优化和力学性能分析的有效途径。为使平台具有紧凑的结构形式和高承载力，设计一种新型折叠梁，用以支撑质量较大的变压器部件，且在变压器重力作用下仅产生小变形。图3(a)所示的折叠梁ANSYS实体模型，上、下两端采用圆形截面杆，中间采用折叠梁结构。当在上下圆形截面杆的两端施加沿轴向的静载时，中间的折叠梁产生弯曲变形，为平台提供支撑刚度。采用solid185单元对折叠梁进行网格划分，如图3(b)所示，通过在折叠梁的两端进行循环加载，可得折叠梁力-位移的变形几何关系，如图3(c)所示。从折叠梁的力-位移关系可?
第6期刘玉成，等：变压器准零刚度隔振平台非共振响应2467力为f=Fsin(t+)，其中F为激励力的幅值，为激励频率，为相角，其变形几何关系如图4所示。折叠梁的几何变形为22llLysin(8)式中：为折叠梁与下平台之间的夹角；y为上平台相对于被固定的下平台的位移。图4支撑变压器的准零刚度隔振平台的变形Fig.4Deformationofaquasi-zerostiffnessvibrationisolationplatformsupportingatransformer由于图1(a)中所示的平台引入了防摇套筒，所设计的平台包含两种阻尼机制：一种是准零刚度支腿具有的黏性阻尼c1；另一种是由防摇套筒引入的摩擦阻尼cf。因此，变压器m竖直振动方向总的阻尼力为2d16sinsgnffycycy(9)考虑由式(7)积分得到的磁力和折叠梁刚度kf，平台的动力学方程可表示为2113355356sinsgn6sinsinsinsinsinfmycycykykykyFt(10)式中k1=kf+k11为折叠梁与磁性负刚度弹簧并联后的线性刚度系数。经量纲归一化，式(10)可重写为2133551212sin2sgn6sinsinsinsinsinfyyyyyyF(11)式中01002211102241321252112,,,,2,2,,,ffkmtyylckmcmlklkklkFFkl式(11)的解可表示为yYsin(12)应用谐波平衡法对式(11)进行动力学响应分析，相应的幅频关系可表示为22234561222219156sinsinsin24812sin(13)πfYYYYYF采用力传递率Tf来评价准零刚度隔振平台对变压器m的隔振性能，可表示为
【参考文献】：
期刊论文
[1]变压器弹簧减振降噪装置的设计研究[J]. 顾鸣伟,仝旭,何守磊,成果,殷振. 机械工程与自动化. 2018(05)
[2]一款室内变压器双层隔振装置的原理、设计与实验[J]. 吴祺,高芳清,邹岸新. 四川理工学院学报(自然科学版). 2016(05)
[3]大型电力变压器基础隔振降噪分析研究[J]. 曹枚根,陈花玲,莫娟,刘吉轩,张霞. 中国电业(技术版). 2014(09)
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[5]电力变压器噪声的主动控制[J]. 徐刚,马宏忠,陈楷,王春宁. 变压器. 2013(05)
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[7]电力变压器噪声研究与控制[J]. 谭闻,张小武. 高压电器. 2009(02)
本文编号：3474345
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