一类几何非线性准零刚度系统的隔振理论与实验研究

发布时间：2017-06-30 14:15

  本文关键词：一类几何非线性准零刚度系统的隔振理论与实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着科学技术的发展,我国开展了一些高端精密仪器(如,激光干涉仪、地震波探测仪,引力波探测装置)等设备的研究,以及一些重要基础设施(如,高层建筑,道路、桥梁工程、核反应堆和高速列车)的改进,由于其苛刻的力学环境,如低频风扰激励,地面随机激励,地震波等包含低频振动信号的环境,现有隔振器性能逐渐不能满足需要。传统的线性隔振系统仅适用10Hz以上的中高频信号,而主动隔振技术虽然能达到低频隔振目标,但是这种隔振技术面临控制算法复杂,辅助设备重量大,成本高,维护和操作起来麻烦的问题,因此,针对机械式非线性低频被动隔振器展开研究,将其设计简单,无需复杂的辅助设备,重量轻,维护和操作简单等优点应用到工程中具有重要意义。本课题将通过一个崭新的视角,从一种由双翅目昆虫的振翅飞行简化而来的几何非线性结构出发,因为其具有准零刚度特征而考虑将其应用到隔振器设计中,提出了能有效改善低频隔振性能的非线性被动隔振器设计理论与方案,主要内容可以概括如下:基于一种几何非线性结构,建立了一类考虑重力荷载的准零刚度隔振器力学模型,并且推导了其振动控制方程。该模型由一对弹簧连杆机构和竖向承载弹簧组成,结构存在正负刚度并联从而具有稳定准零刚度特性。主要研究了其非线性力-位移特性,刚度特性,分析了系统在未扰条件下平衡点随参数分岔现象,及有阻尼条件下系统的吸引域。利用数值方法研究了系统在简谐激振条件下的动力学响应,分岔与混沌特性。针对其无理式方程及有界条件,采用雅各比不完全椭圆积分给出平均法解,描述了系统在全局运动下的幅频特性及相频特性。系统的有界边界条件决定了其无量纲振幅小于1,同时具有足够的静刚度保证了承载能力,又具有低动刚度以保证在平衡点附近有较低的固有频率对应更宽的隔振频带,采用平均法解给出的隔振传递率说明了这一现象,同时分析了不同参数对传递率峰值及跳跃点的影响。针对考虑重力荷载的力学模型,完成了准零刚度被动隔振器的机械设计,并展开了实验。实验结果验证了前述不同参数对传递率峰值及跳跃点的影响。结论表明,经过合适的阻尼配置,准零刚度被动隔振器有明显优于对应的线性隔振系统的隔振频带及共振峰抑制,能比线性系统更快的进入有效隔振区(T_(max)25%)。
【关键词】：双翅振子 准零刚度隔振器 几何非线性 无理式 隔振实验
【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】：2016
【分类号】：TB535
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景与意义9-10
• 1.1.1 课题的来源9
• 1.1.2 研究的目的和意义9-10
• 1.2 隔振技术分类10-11
• 1.2.1 被动隔振技术10
• 1.2.2 主动隔振技术10-11
• 1.3 低频隔振系统11-12
• 1.4 低频被动隔振系统国内外研究现状12-13
• 1.5 隔振系统基本理论13-16
• 1.6 本文主要内容16-17
• 第2章 双翅振子隔振系统建模与动力学分析17-35
• 2.1 引言17-18
• 2.2 双翅振子隔振系统建模18-19
• 2.3 力-位移特性及刚度特性分析与SQZS现象19-21
• 2.4 系统的自由振动分析21-26
• 2.4.1 平衡点随参数的静态分岔21-23
• 2.4.2 相轨迹与奇点23-25
• 2.4.3 含一阶阻尼系数的吸引域25-26
• 2.5 系统带阻尼受迫振动响应的数值求解26-33
• 2.6 本章小结33-35
• 第3章 双翅振子隔振系统隔振效果理论预测35-47
• 3.1 引言35
• 3.2 非线性系统的数值求解方法35-36
• 3.3 平均法解析求解振动控制方程36-43
• 3.4 隔振传递率分析43-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第4章 准零刚度隔振实验装置设计与隔振实验47-65
• 4.1 引言47-50
• 4.1.1 实验基本参数47-48
• 4.1.2 动力学实验仪器48-50
• 4.2 实验设计50-54
• 4.2.1 基于双翅振子隔振机理的准零刚度隔振实验装置的机械设计51-52
• 4.2.2 双翅振子准零刚度隔振系统实验流程设计52-53
• 4.2.3 振动测试系统接线与软件参数设置53-54
• 4.3 实验数据结果与分析54-63
• 4.3.1 实验装置基本参数与刚度特性的测定55
• 4.3.2 用自由振动衰减法测阻尼参数55-57
• 4.3.3 双翅振子准零刚度系统隔振效果评估57-61
• 4.3.4 SQZS隔振器与弹性隔振器插入损失对比分析61-63
• 4.4 本章小结63-65
• 结论65-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果71-73
• 致谢73-74
• 附录74-75

  本文关键词：一类几何非线性准零刚度系统的隔振理论与实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：502230