周期载荷下多股簧的动力学模型及响应特性研究

发布时间：2017-12-25 04:04

本文关键词：周期载荷下多股簧的动力学模型及响应特性研究　出处：《重庆大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：多股螺旋弹簧（简称多股簧）是由钢索（通常由2-7股碳素弹簧钢丝缠绕而成）卷制而成的圆柱螺旋弹簧。由于多股簧抗冲击特性好、吸振能力强、具有较大的刚度和非线性阻尼，因此广泛应用于自动武器和减振系统上。然而，目前针对多股簧的动态响应特性没有探明，在设计多股簧减振系统时，往往只进行静态设计，不能保证所设计系统的动态性能。为了提高多股簧的相关设计水平，本文对周期载荷下多股簧的动态特性进行了深入的分析与研究，建立了多股簧的动力学模型，提出了模型的参数识别方法，并提出了典型多股簧非线性系统的动态响应分析方法。本文的主要工作如下： ①通过动力学试验，得到周期载荷下多股簧的动态特性曲线，观察发现多股簧具有明显的非线性迟滞特性，刚度渐硬，动力学曲线重叠且不对称。查阅文献对典型的迟滞系统模型Bouc-Wen方程进行了研究，分析了标准化Bouc-Wen模型及其解析表达式，提出了Bouc-Wen模型的快速高精度计算方法，，并计算了模型的耗散能量。在此基础上，通过添加非线性刚度和非线性放大因子，对Bouc-Wen方程了参数修正，建立了多股簧的动力学模型。 ②提出算法对多股簧动力学模型进行了参数识别。首先，对实验数据进行滤波去噪，得到较平滑的特性曲线。然后，根据模型中Bouc-Wen迟滞部分在稳定区时最大输出趋近于1的特点，分离出非迟滞部分——非线性刚度和非线性放大因子，并使用最小二乘法识别出相关系数。最后，根据已经识别出的参数分离出Bouc-Wen模型部分，使用IUKF算法，得到迟滞部分的参数。通过数值仿真和动力学试验结果证明，该识别算法准确有效，IUKF算法对初值的鲁棒性好，动力学试验结果同时也证明了提出的多股簧动力学模型的正确性。 ③针对典型的多股簧非线性系统，建立系统的模型方程。对方程进行无量纲化，并根据多股簧的参数特性，得到模型的主要影响参数，从而简化系统方程。使用等效线性化方法，根据能量等效原则和提出的Bouc-Wen耗散能量计算方法，得到了模型的等效线性化阻尼，从而将复杂的非线性系统简化成等效的线性化系统。提出相应的动态响应计算方法，对多股簧非线性系统进行频率扫描，得到模型的响应特性曲线。通过与数值计算和试验结果对比，该方法简单准确有效，能够满足工程实际需求。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH135

【参考文献】