O型钢丝绳隔振器特性研究

摘要

钢丝绳隔振器是一种典型的非线性隔振装置，具有良好的刚度和阻尼特性，承载能力较高，不老化，能够承受拉压、剪切和横滚三向载荷，广泛应用于工业、国防和航空航天等领域以及其他敏感设备的冲击和振动隔离。
　　目前应用较为广泛的钢丝绳隔振器主要有螺旋型、拱型和球型等几种结构型式。然而，这些钢丝绳隔振器一旦成型，其弹性阻尼特性已基本确定，而且损坏后不易维修。针对其不足，本文在国家自然科学基金项目(项目编号：51175525)的资助下，提出一种O型钢丝绳隔振器，该隔振器采用多个彼此独立的钢丝绳环作为弹性阻尼元件，由上下夹板将钢丝绳环通过螺钉连接在一起。与传统钢丝绳隔振器比较，该隔振器能根据要求通过调整钢丝绳环个数来改变隔振器的弹性和阻尼特性，而且结构简单，装夹方便，维修容易，组装灵活。本文围绕这种O型钢丝绳隔振器开展研究，为设计和应用该隔振器奠定试验和理论基础。
　　本文主要研究内容如下:
　　1)设计制作一种O型钢丝绳环焊接工装，并提出了多步焊接工艺，成功制作出研究所需的多规格 O型钢丝绳绳环。在确定了隔振器加载方式以及安装形式基础上，分别设计和加工隔振器剪切、横滚和拉压方向上的三向试验工装夹具。这些研究为测试 O型钢丝绳隔振器特性试验的顺利进行以及确保采集试验数据的准确性奠定基础。
　　2)提出了O型钢丝绳隔振器试验研究方案。获得了O型钢丝绳隔振器的结构参数（绳圈环数、钢丝绳直径、钢丝绳环直径和绳环的水平倾斜角度）以及激励振幅和频率对隔振器在剪切、横滚和拉压方向上动态迟滞阻尼特性的影响规律。为O型钢丝绳隔振器特性的后续研究提供了充分的试验数据。
　　3)建立了一种改进的归一化 Bouc-Wen理论分析模型，该模型在归一化Bouc-Wen模型基础上引进两个多项式修正因子。实现了O型钢丝绳隔振器剪切、横滚和拉压三向试验动态迟滞特性的建模。仿真和试验结果表明该模型能够准确的描述O型钢丝绳隔振器三向试验迟滞特性。
　　4)提出了一种两步混合集成法对O型钢丝绳隔振器的理论分析模型参数进行识别研究，该参数识别方法含线性最小二乘法和极限环法。数值仿真和试验结果证实所采用的参数识别方法可以准确有效的识别出隔振器的所有模型参数。该方法不涉及迭代算法而且识别的模型迟滞曲线和试验迟滞曲线吻合较好。
　　5)对含 O型钢丝绳隔振器的单自由度非线性系统稳态响应进行了系统的研究。为了快速准确求解该系统的稳态响应，提出一种迭代谐波平衡半解析法分析含O型钢丝绳隔振器单自由度非线性系统稳态响应。该方法利用谐波平衡法形成一个非线性系统优化问题，采用非线性信赖域反射迭代算法对该非线性优化问题求解。仿真和试验结果表明：O型钢丝绳隔振器具有明显非线性特性和优异的隔振性能；在大多数情况下，数值积分法要经历几个周期或者几百个周期才达到稳态响应，而迭代谐波平衡半解析法能较快并准确地得到含 O型钢丝绳隔振器单自由度非线性系统的幅频响应曲线，该方法理论分析推导量少，节省大量计算时间；迭代谐波平衡半解析法、Runge-Kutta法和试验测试所得含O型钢丝绳隔振器的单自由度非线性系统的稳态响应曲线吻合较好。

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1 绪 论

1.1 论文选题背景

1.2 钢丝绳隔振器研究现状

1.3 课题的目的、意义和来源

1.4 研究的主要内容

2 钢丝绳环焊接工装及隔振器三向试验工装设计

2.1 引言

2.2 O型钢丝绳隔振器

2.3 钢丝绳环焊接工装

2.4 隔振器三向试验工装设计

2.5 小结

3O型钢丝绳隔振器三向特性试验研究

3.1 引言

3.2 O型钢丝绳隔振器三向特性试验研究

3.3 小结

4O型钢丝绳隔振器恢复力迟滞模型建立

4.1 引言

4.2 Bouc-Wen模型分析

4.3 O型钢丝绳隔振器恢复力迟滞模型

4.4 小结

5O型钢丝绳隔振器恢复力迟滞模型参数识别

5.1 引言

5.2 O型钢丝绳隔振器的恢复力迟滞模型

5.3 识别模型参数

5.4 数值仿真

5.5 有效性验证

5.6 小结

6 含O型钢丝绳隔振器系统稳态响应分析

6.1 引言

6.2 含O型钢丝绳隔振器-质量块单自由度系统建模

6.3 单自由度O型钢丝绳隔振器-质量块系统稳态响应数值仿真

6.4 迭代谐波平衡法求解含钢丝绳隔振器单自由度系统稳态响应

6.5 含O型钢丝绳隔振器单自由度非线性系统稳态响应试验研究

6.6 小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 论文创新点

7.3 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读博士学位期间发表或录用的论文目录

B. 作者在攻读博士学位期间参加的科研项目

C. 作者在攻读博士学位期间已授权或申请的发明专利