双非线性隔振平台的设计及实验研究

摘要

非线性隔振技术这个概念自提出以来就一直是一种代替传统线性隔振技术的高效的隔离低频振动的解决方案，其非线性分别体现在刚度和阻尼上。非线性的刚度能使整个系统在平衡位置具有高静刚度、低动刚度的特点，保持支承刚度的同时降低系统的固有频率，将系统的工作频率区间向低频段拓展；而非线性的阻尼可以在振动位移较大的共振峰值附近迅速增加起到削减共振峰值的作用，而在位移较小的高频段则变化较小，可以在不影响高频隔振性能的基础上提升低频隔振性能。本文基于非线性隔振原理，设计出一种刚度、阻尼双非线性的隔振平台。本文的主要研究内容如下： (1)通过对目前的非线性隔振技术的分析与总结，提出一种由梁-柱准零刚度和剪式结构组成的双非线性隔振平台。不同于现有的非线性隔振平台本文将非线性刚度和非线性阻尼均纳入考虑范围中，而且能够通过调节竖直弹簧压缩量适应不同的负载。 (2)本文分别建立了剪式结构和梁-柱结构的动力学方程，并从定性和定量两个方面重点针对剪式结构进行了动力学分析，求得了其在简谐激励下的近似解，并分析了周期解的稳定性。随后从“隔力”和“隔幅”两个方面评价剪式结构隔振系统的隔振性能，并分析了各系统参数和外界激励参数对隔振性能的影响。最后将隔振系统同传统线性隔振系统和准零刚度隔振系统进行对比。 (3)由于大多实际安装基座的非绝对刚性，本文开展了对柔性基础上的非线性隔振系统的分析，建立其运动微分方程并利用矩阵计算求得系统的解。以力传递率为评定指标分析各参数对柔性基础上非线性隔振系统性能的影响。 (4)搭建了双非线性实验隔振平台，利用振动电机和电磁激振器作为隔振系统激励源测量得到了搭建的双非线性隔振平台在扫频信号和特定频率简谐信号下的加速度振动响应，并据此分析其隔振性能，验证了本文设计的隔振平台具有良好的低频隔振效果。

目录

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景、内容及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 非线性阻尼隔振技术

1.2.2 准零刚度隔振技术

1.3 本文的研究内容

第2章 双非线性隔振台结构设计及动力学建模

2.1 非线性隔振系统设计理论

2.2 剪式隔振系统结构设计及动力学建模

2.2.1 剪式结构隔振系统动力学建模

2.2.2 剪式结构刚度特性研究

2.2.2 剪式结构阻尼特性研究

2.3 梁-柱隔振系统结构设计

2.3.1 梁-柱结构刚度特性分析

2.3.2 关键参数对梁-柱结构刚度特性的影响

2.4 本章小结

第3章 剪式结构隔振系统动力学及隔振性能分析

3.1 非线性系统定性分析

3.1.1 相平面和相轨

3.1.2 稳定性分析及奇点的分类

3.1.2 剪式隔振系统奇点分析

3.2 剪式结构隔振系统动力学方程求解

3.3 系统周期稳定解分析及跳跃频率计算

3.3.1 非线性系统稳态响应解稳定性分析

3.3.2 非线性系统跳跃频率计算

3.4 剪式隔振系统力传递率分析

3.4.1 力传递率计算

3.4.2 阻尼参数对力传递率影响

3.4.3 刚度参数对力传递率的影响

3.4.4 激振力幅值对力传递率的影响

3.5 剪式隔振系统位移传递率分析

3.5.1 位移传递率计算

3.5.2 阻尼参数对位移传递率的影响

3.5.3 刚度参数对位移传递率的影响

3.5.4 激励位移对位移传递率的影响

3.6 等效阻尼分析

3.7 剪式非线性隔振系统与线性隔振系统、QZS隔振系统隔振效果对比

第4章 柔性基础上非线性隔振系统动力学分析

4.1 柔性基础上非线性隔振系统建模及求解

4.1.1 柔性基础上非线性隔振系统模型建立

4.1.2 柔性基础上非线性隔振系统运动微分方程解析求解

4.2 柔性基础上非线性隔振系统隔振性能分析

4.2.1 柔性基础等效阻尼系数对系统隔振性能的影响

4.2.2 柔性基础刚度系数对系统隔振性能的影响

4.2.3 激励幅值对系统隔振性能的影响

4.2.4 质量比对系统隔振性能的影响

4.2.5 非线性双层隔振系统和线性双层隔振系统隔振效果对比研究

4.3 小结

第5章 双非线性隔振平台隔振性能实验研究

5.1 实验平台构建

5.2 双非线性隔振实验平台隔振性能实验

5.2.1 扫频信号下隔振性能实验

5.2.1 特定频率简谐信号激励下隔振性能实验

5.3 小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果