【摘要】：本文在國家自然科學(xué)基金“基于能量特性的柔性并聯(lián)精密定位平臺抑振控制研究”和國內(nèi)外準零剛度隔振的相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,針對一般線性隔振器難以滿足在低頻和超低頻具備良好的隔振特性以及較寬的隔振頻率,本文提出并設(shè)計了一種基于準零剛度的可變負載正負剛度并聯(lián)隔振器。綜合運用非線性振動的近似解析方法和數(shù)值方法,對所設(shè)計準零剛度隔振器的靜力學(xué)特性,及其構(gòu)成的準零剛度隔振器系統(tǒng)的動力學(xué)特性和隔振性能進行了研究,分別探究了在輕載和過載的情況下,與改變承載能力的情況下,隔振系統(tǒng)的傳遞率特性,利用模擬仿真,驗證理論的有效性和正確性。主要工作和結(jié)論如下:通過傾斜彈簧負剛度結(jié)構(gòu)與豎直彈簧正剛度結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)中所產(chǎn)生的影響,建立正負剛度并聯(lián)隔振系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。首先通過靜力學(xué)特性研究,分別建立了負剛度機構(gòu)與正剛度彈簧的回復(fù)力和剛度特性表達式;其次討論了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù),以及滑桿位移對系統(tǒng)無量綱力和剛度的影響,最后利用泰勒展開式對力與剛度進行近似替代。研究結(jié)果表明,機構(gòu)幾何參數(shù)?a(傾斜彈簧處于未壓縮狀態(tài)時與水平面的余弦值)起著重要的作用,并且在?a=0.66時,此時系統(tǒng)的隔振頻率達到最大,隔振效果最好。在調(diào)整滑桿位移的情況下,無量綱剛度變化的區(qū)間為-0.4~0.42,具備更小的固有頻率與更好的低頻隔振性能。通過準零剛度狀態(tài)下系統(tǒng)的動力學(xué)特性研究,分析了該系統(tǒng)在諧波力和諧波位移激勵下的動力學(xué)特性,建立了系統(tǒng)的非線性微分方程,利用平均法求解了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)方程,分析了激勵幅值,阻尼比和非線性項對系統(tǒng)頻響曲線的影響;采用馬蒂厄判別法得到了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)解的穩(wěn)定性判定邊界條件。研究結(jié)果表明,該隔振系統(tǒng)為剛度漸硬的非線性系統(tǒng),存在不穩(wěn)定區(qū)域和跳躍現(xiàn)象。通過減小激勵幅值與非線性或增大阻尼比可以減小系統(tǒng)的不穩(wěn)定區(qū)域以及隔振起始頻率。結(jié)合實際中的考慮實際應(yīng)用中系統(tǒng)極易出現(xiàn)的輕載和過載情況,通過動力學(xué)特性研究,分別建立了諧波力激勵和諧波位移激勵下輕載和過載系統(tǒng)的非線性運動微分方程;采用諧波平衡法得到了過載系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)近似解;研究了偏移位移和激勵幅值對過載系統(tǒng)頻響曲線和隔振性能的影響,并與理想系統(tǒng)進行了比較。研究結(jié)果表明,隨著激勵幅值的增大,過載系統(tǒng)的剛度特性不斷變化,依次表現(xiàn)為線性、漸軟、漸硬。偏移位移和激勵幅值越小,過載系統(tǒng)的隔振起始頻率越小,隔振頻率范圍越大。通過調(diào)節(jié)負剛度機構(gòu)的初始夾角,改變系統(tǒng)平衡位置處的整體剛度的大小,從而分析在承受與過載情況下相同的負載,與過載系統(tǒng)的傳遞率曲線作對比,研究發(fā)現(xiàn),調(diào)節(jié)系統(tǒng)整體剛度之后,在較小的激勵幅值條件下,此時的系統(tǒng)傳遞率要明顯優(yōu)于過載情況下系統(tǒng)傳遞率,進一步驗證了正負剛度并聯(lián)隔振系統(tǒng)對于可變負載低頻隔振的有效性。最后,利用四階龍格庫塔法,對正負剛度并聯(lián)隔振系統(tǒng)進行了仿真分析,分別對系統(tǒng)處于準零剛度狀態(tài)下,輕過載狀態(tài)下以及調(diào)整傾斜導(dǎo)桿機構(gòu)后在相同承載下的響應(yīng)曲線,并將結(jié)果與線性系統(tǒng)相對比,表明了正負剛度并聯(lián)隔振器相對于線性隔振器以及準零剛度隔振器具備了低頻隔振和承載可變的優(yōu)良性能。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB535.1
【圖文】：

剛度隔振方法研究現(xiàn)狀隔振技術(shù)是一項新興的非常有代表性的低頻非線性隔振技分為兩大類，一種是利用正、負剛度彈性元件的結(jié)合；另元件構(gòu)成準零剛度隔振結(jié)構(gòu)。一般來說，后者的結(jié)構(gòu)較難剛度并聯(lián)的結(jié)構(gòu)得到較多的關(guān)注，其基本思想和原理是：平衡位置處具有負剛度的特性，并且回復(fù)力為變形量的非剛度元件和合適大小的正剛度彈簧并聯(lián)（并聯(lián)的原因是負于隔振，這是由于負剛度機構(gòu)的回復(fù)力促進變形，一旦偏失去穩(wěn)定性），能夠得到低動剛度和高靜剛度[37-40]的準零剛器在平衡位置處總的動剛度等于零或接近于零，而此時系下圖 1 是正負剛度并聯(lián)隔振原理示意圖，當線性彈簧承載衡后，由于并聯(lián)了合適的負剛度元件，使構(gòu)成的隔振系線性特性，同時在靜力平衡位置附近的系統(tǒng)剛度趨近于零零剛度特性，達到隔離低頻振動的目的。

屈曲梁在受外力作用下振動[43-47]，且剛度在正負之間變化，與具有正度的彈簧配合，組成準零剛度機構(gòu)。除此之外，還有利用磁體相互作用形成負度機構(gòu)[48]。在此基礎(chǔ)上，利用屈曲梁[49-51]或者磁致負剛度機構(gòu)和一個正剛度彈并聯(lián)，成為準零剛度隔振機構(gòu)。彭解華等[52]從能量的角度對正負剛度結(jié)構(gòu)的穩(wěn)性進行研究。Platus[53]、Fulcher[54,55]和 Seepersad[56]對負剛度結(jié)構(gòu)以及屈曲梁并正剛度彈簧進行分析研究，在梁上下往復(fù)運動的過程中，它會出現(xiàn)負剛度特性，剛度彈簧則會抵消負剛度。劉興天等利用歐拉梁和滑動梁設(shè)計了一種準零剛度振器，雖然它們的結(jié)構(gòu)不同，但原理類似，都是以屈曲梁作為負剛度機構(gòu)[57-60]。 Carrella 等人提出了一個豎直線性彈簧并聯(lián)兩個線性斜彈簧的準零剛度隔振，并系統(tǒng)地研究了一般準零剛度隔振器靜力學(xué)部分和動力學(xué)部分的計算方法與關(guān)結(jié)論，也進一步地驗證該隔振器的低頻隔振特性[61-64]。在此基礎(chǔ)上，Thanh人通過改進結(jié)構(gòu)，在前人研究的基礎(chǔ)上，分析了在添加負剛度元件的前后，系對低頻振動的響應(yīng)特性，并進行實驗驗證，得到了該隔振器具有優(yōu)異的低頻隔效果，進一步地將其用于汽車座椅隔振[65,66]。如下圖 2(a)和(b)

并進行實驗驗證，得到了該隔振器用于汽車座椅隔振[65,66]。如下圖 2(a)和維圖 (b)隔圖 1-2 隔振坐椅示意圖e1-2 Schematic diagram of vibration isolation se振椅的原理是通過一個豎直彈簧并聯(lián)兩度機構(gòu)。另外，路純紅等人提出了一種

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本文編號：2763171