准零刚度振动系统反馈控制动态特性及试验研究

本文分析了准零刚度系统的力学特性,针对正负刚度弹簧刚度系数相等和均不相等两种不同的配置,得出了相应的刚度曲线。建立了准零刚度振动系统反馈控制模型,推导了该系统的幅频特性解析式,得到了两种不同配置的幅频特性曲线,观察到了幅频曲线上存在低频段和高频段两个共振区。研究了反馈增益对系统幅频特性的影响,随着反馈增益的增加,第二共振峰值逐渐减小直至消失,而第一共振峰值变化不明显。设计了低频激振下准零刚度振动系统反馈控制试验方案,研究了延时和干扰对反馈控制效果的影响,设计了延时测试试验和滤波环节。在此基础上对反馈激振力进行相位超前补偿和滤波处理,得到了不同反馈控制增益下的试验曲线。试验结果表明,具有相位超前补偿和滤波处理的反馈控制能够有效地抑制振动。     

一种准零刚度采集器的宽频振动能回收特性分析

为了拓宽振动能量采集器的频率带宽,给出一个准零刚度振动能量采集器,研究了该采集器的收集性能.该采集器由两个倾斜的线性弹簧和一个竖直的线性弹簧组成,两个倾斜的弹簧具有snap-through型负刚度特性,竖直的弹簧为线性刚度.改变竖直弹簧的刚度,采集器在平衡位置具有准零刚度的特征.基于电磁感应现象,建立采集器的机电耦合控制方程,利用谐波平衡法,求解采集器的动力学响应.计算发现采集器的幅频响应曲线具有5个解的双跳跃现象,先向左弯曲的软特性,再向右弯曲的硬特性.通过和相应线性采集器比较,发现该采集器频率带宽可以增加3.56倍,比等效线性采集器增加2.87倍.讨论了采集器参数对频率带宽的影响,数值结果验证了近似解析方法的正确性,为振动能量采集器的设计提供了一个新方案,为振动能量采集技术的研究提供了理论支撑.     

隔振器对舰船基座振动特性的影响

为了研究隔振器类型及布置方式对舰船基座振动特性的影响,针对舰船设备普遍采用隔振器与基座相连的连接方式,首先分析了隔振器刚度、阻尼等参数对舰船基座激扰力特性的影响,并以某船舶发电机组为例,基于有限元方法讨论了隔振器类型及布置方式对舰船基座振动特性的影响。研究表明,一方面,设备向基座传递的激扰力与隔振器刚度、阻尼及设备—隔振器—基座系统固有频率等密切相关;另一方面,隔振器类型及布置方式对基座振动特性也有较大影响。当激励频率较低时,隔振器布置方式对基座振动特性的影响相对较小;而当激励频率较高时,隔振器布置方式对基座振动特性的影响则相对较大。     

船用新型蜂窝隔振器减振性能分析

利用蜂窝结构面内受力特性,设计具有宏观正泊松比和宏观负泊松比效应的新型船用蜂窝隔振器,该新型隔振器也可作为基座使用。建立蜂窝隔振系统的有限元模型,通过模态分析和频响分析,探讨其减振效果。计算结果表明,新型隔振器的减振效果良好,在50 Hz以下频率范围内振级落差均能达到17 dB,具有较好的工程应用潜力。同时,探讨了隔振器面板分别采用钢与纤维复合材料时减振性能的差异,结果表明,采用复合材料面板的共振抑制效果更好。     

基于一种新型磁致负刚度结构的低频隔振系统分析与设计

为提高隔振系统对低频微振动的隔离能力,研究了一种新型三磁体负刚度结构,分析了该结构产生负刚度的原理。将三磁体负刚度结构与隔振系统并联使用,在不影响原隔振系统载荷性能的情况下可降低系统的固有频率。分析了隔振器刚度及磁体间初始间隙对并联系统刚度特性的影响,提出从稳定性和隔振性能两方面来进行低频隔振系统设计。     

弹性支承对船舶轴系的影响分析

船舶推进轴系引起的船体振动问题日益突出,为了减小推进轴系传递给船体的振动,从改变振动传递路径的角度提出一种轴系整体弹性支撑方案。建立有限元模型,改变支撑平台结构刚性和隔振器刚度分别计算轴承基座间相对位移和轴承载荷。所选取的平台方案中,在重力下轴承基座间最大相对位移为1.216 mm。推力作用下当推力大于500 kN时,采用1阶弯曲频率在18.2 Hz及以上的平台方案时,轴承基座间最大相对位移小于0.3 mm,隔振器刚度变化则对轴承载荷影响不大。通过调整平台刚度和隔振器刚度,可以将弹性支撑系统对轴系影响控制在标准范围内,保证轴系安全运行。     

弹性支承对船舶轴系的影响分析

船舶推进轴系引起的船体振动问题日益突出,为了减小推进轴系传递给船体的振动,从改变振动传递路径的角度提出一种轴系整体弹性支撑方案。建立有限元模型,改变支撑平台结构刚性和隔振器刚度分别计算轴承基座间相对位移和轴承载荷。所选取的平台方案中,在重力下轴承基座间最大相对位移为1.216 mm。推力作用下当推力大于500 kN时,采用1阶弯曲频率在18.2 Hz及以上的平台方案时,轴承基座间最大相对位移小于0.3 mm,隔振器刚度变化则对轴承载荷影响不大。通过调整平台刚度和隔振器刚度,可以将弹性支撑系统对轴系影响控制在标准范围内,保证轴系安全运行。     

发动机隔振器的声振特性研究

研究发动机、隔振器、结构组成的系统振动与声辐射特性。综合考虑振动激励力与声压力,根据变分原理建立发动机-隔振器-平板结构-介质系统的动力学方程,由谐波平衡法推导耦合方程的解,研究隔振器的刚度、阻尼对系统振动与声辐射特性的影响规律。研究表明：隔振器的刚度对系统声振特性有重要影响;为了控制系统的振动与声辐射,应降低隔振系统的固有频率。研究结果可为发动机隔振器的声振优化设计提供理论依据。     

发动机隔振器的声振特性研究

研究发动机、隔振器、结构组成的系统振动与声辐射特性。综合考虑振动激励力与声压力,根据变分原理建立发动机-隔振器-平板结构-介质系统的动力学方程,由谐波平衡法推导耦合方程的解,研究隔振器的刚度、阻尼对系统振动与声辐射特性的影响规律。研究表明:隔振器的刚度对系统声振特性有重要影响;为了控制系统的振动与声辐射,应降低隔振系统的固有频率。研究结果可为发动机隔振器的声振优化设计提供理论依据。     

一种基于五弹簧模型的准零刚度隔振装置特性分析

针对低频隔振需求,提出一种由1根垂向弹簧和4根有预压的水平斜向弹簧组成的五弹簧准零刚度隔振装置。首先,通过静力学分析实现准零刚度的参数条件,建立隔振装置的动力学模型,利用谐波平衡法分析系统的幅频特性,利用跳跃频率和力传递率进行稳定性分析。最后,讨论激励幅值、阻尼比、安装角度对隔振性能的影响。结果表明,五弹簧准零刚度隔振装置拥有较好的低频隔振性能,且其简单的设计构造使其更易工程化,也可为其他类似准零刚度模型提供思路。     

船舶海水管路系统振动特性计算与分析

为系统性地分析船舶海水管路系统的振动特性,采用有限元法建立泵组-隔振器-挠性接管-管段-支承-管路附件系统的频率域计算模型。以某海水管路系统为研究对象,通过数值仿真计算分析系统固有振动特性和振动传递特性。结果表明,挠性接管刚度对泵组-管段之间的振动传递比较关键,当其低于1/10的振源泵组隔振器刚度时,传递至管段的振动大幅衰减;优化管路附件、支承结构等可使管段弯曲振动频率避开泵组的低频激励频率,对抑制特定频段的振动传递比较有效。     

双层隔振系统隔振性能分析

[目的]研究准零刚度隔振器各系统参数对隔振性能的影响,可为其应用于隔振系统提供攻关方向。[方方法]以线性隔振、准零刚度隔振组成的双层隔振系统和两自由度等效线性隔振系统为对象,分别建立动力学模型;采用平均法推导谐波力激励条件下2个系统的功率流传递率,证明前者比后者有更好的隔振性能,并提出增强双层隔振系统隔振效果的方法。[结果]研究表明,双层隔振系统第2阶共振频率对应的功率流传递率最大值小于1,意味着其在第2阶共振频率附近范围内仍具有隔振效果,从而克服了两自由度线性隔振系统的缺点。[结论]双层隔振系统可通过适当减小阻尼比、质量比和刚度比来提高其隔振性能,且比等效线性隔振系统的低频隔振性能更好。     

隔振器参数及高频驻波效应对浮筏隔振性能的影响

建立了船用浮筏的有限元模型,计算分析了隔振器刚度、阻尼对浮筏隔振性能的影响,定性分析了驻波效应对隔振效果的影响。结果表明:隔振器刚度的变化主要影响系统低频部分的隔振性能,对高频部分影响不大,增加隔振器刚度会降低浮筏的隔振性能;隔振器阻尼的增加不利于浮筏减振降噪,尤其在高频段;隔振器的高频驻波效应对浮筏的隔着效果造成严重影响,且频率越高影响越大。     

泵设备模块化成组浮筏系统隔振性能研究

针对浮筏系统多台泵设备分别安装占用空间资源大、隔振器数量多的问题,研究泵设备模块化成组安装的隔振效果,为潜艇浮筏系统减振隔振提供支撑和依据。保证浮筏结构总质量、设备数量及承载能力基本不变的前提下,通过模块化设计将各泵设备安装基座设计成共用成组筏架,使多台泵设备实现模块化成组安装。使用有限元法建立泵设备模块化成组浮筏隔振系统模型,改变成组筏架的板厚和隔振器刚度等参数,计算分析了成组筏架参数变化对浮筏系统隔振性能的影响。计算分析表明：成组安装可减少泵设备的空间资源占用及隔振器数量,合理范围内减小成组筏架板厚及降低成组筏架隔振器刚度可提高浮筏系统隔振性能,使浮筏隔振系统传递至基座端的振动降低9.3 dB,成组筏架隔振器刚度相比筏架板厚参数对系统隔振效果影响更明显。     

小载荷低频船用气囊减振器

为了满足船舶越来越严格的减振降噪要求,需要对船舶上柴油发电机组、空压机和泵组装置等噪声源设备进行高效隔振.首先依据气囊隔振器设计理论,设计承载约0.4t、固有频率为(4.5±0.5)Hz的船用气囊减振器(型号为719CYQN-400);然后通过动静刚度试验、载荷与耐压试验、疲劳与气密性试验,得到气囊减振器的各项性能参数,验证设计方法的准确性;最后在实船中应用了该气囊,隔振效果高达31dB.     

刚/柔混合建模的动力机械隔振系统特性分析

基于ADAMS仿真平台,运用多体动力学和有限元技术,提出刚/柔混合的动力机械隔振系统的建模方法,建立某四缸柴油机和简化的矩形平板为其柔性基础的隔振系统的动力学仿真模型.对该模型进行仿真计算得到的系统激振力与理论计算十分吻合.特性分析表明,对于刚度较小的隔振器,系统自振频率会成为导致隔振器支承力变化的主要因素,而对于刚度较大的隔振器,系统的低阶固有频率和激振频率均对隔振器支承力的变化产生重要影响.     

一种新型舰船管路隔振器设计及性能试验

舰船管路隔振装置是降低管路振动传递及提高舰船声隐身性能的重要部件,采用高效的管路隔振器可有效地降低管路的振动和噪声。本文设计了一种新型舰船管路隔振器,并针对海水管路系统制备了管路隔振器装置样机。为验证新型管路隔振装置的性能,开展了管路隔振装置的静刚度、固有频率、隔振效果、抗冲击和破坏载荷试验。试验结果表明,本文设计的管路隔振器具有良好的静动态力学性能。本文研究成果可为管路隔振器设计提供技术指导。     

球形钢丝绳隔振器的数值仿真方法

为了研究球形钢丝绳隔振器的力学性能,本文提出一种新的建模和仿真方法,通过实验和仿真结果的对比验证仿真方法的有效性。将6×19+IWS的钢丝绳结构简化为6×1+IWS结构,由钢丝绳拉伸实验获得芯股和侧股的实际弹性模量,用Abaqus/Explicit算法模拟球形钢丝绳隔振器的准静态压缩过程。通过对球形钢丝绳隔振器进行仿真研究,得到与实验一致的力学特性。随着球形钢丝绳隔振器压缩时位移逐渐增加,其刚度逐渐降低,仿真与实验结果误差在9%以内,验证了仿真方法的有效性,为进一步研究结构参数对球形钢丝绳隔振器力学性能的影响提供参考。     

舰用膜式气囊隔振器刚度特性计算方法

针对现有膜式气囊隔振器的刚度特性计算仅考虑囊内气压和几何形状而忽略囊体材料性质,导致舰用膜式气囊隔振器刚度特性设计精度偏低的问题,基于弹性薄壳理论,提出一种舰用膜式气囊隔振器刚度特性的计算方法,推导出包含间隙系数的承载力及刚度特性表达式;通过试验确定某型舰用膜式气囊间隙系数经验值,给出间隙系数经验表达式;计算囊体结构特性参数,分析囊体材料特性对于现有理论模型中刚度特性计算误差的影响,试验表明,针对舰用膜式气囊隔振器,修正后的理论模型能将刚度特性计算误差从30%左右降低至10%以内。     

新型隔振缓冲系统的研究

隔离低频振动,隔振器刚度要求较小,抗冲击刚度要求较大,一般的隔振缓冲系统无法满足要求.为解决这一矛盾,文中在对隔振缓冲系统结构静态特性和动态特性分析的基础上,通过调节结构参数,按设备隔振缓冲的要求,设计了一种既能隔低频又能抗冲击的新型隔振缓冲系统,可广泛用于船舶、车载设备和浮筏的隔振抗冲击中.