CRSM准零刚度隔振器的非线性隔振特性及实验研究

摘要

本文首先建立了一类含滚轮-凸轮-弹簧负刚度机构(CRSM)的准零刚度隔振系统的分段非线性静、动力学模型，利用平均法对系统分别在简谐激励力和基础激励作用下的动力学特性进行了理论分析，得到了系统主共振响应的一次近似解析解。利用数值方法对动力学方程求解，验证了平均法求解此类分段非线性动力学问题的有效性。进一步，讨论了激励幅值、阻尼对系统响应的影响，利用力传递率和位移传递率评估了隔振系统的隔振性能。结果表明，激励幅值和阻尼对系统响应具有显著影响。激励幅值较小时，准零刚度隔振系统的隔振性能明显优于相应的线性系统；而随着激励幅值增大，隔振性能变差，但最多与线性系统相当，而不会变得更差，此特征优于传统准零刚度隔振系统。
　　其次，建立了双层CRSM准零刚度隔振系统的分段非线性动力学模型，利用平均法对非线性动力学方程求解，得到了力传递率的解析解，并将其用作评价系统隔振性能的指标。结果表明，双层CRSM准零刚度隔振系统既具有良好的低频隔振性能，又具有较宽的隔振频带。进一步讨论了双层准零刚度隔振系统上下层隔振器质量比、刚度比以及阻尼比对系统隔振性能的影响。结果表明，在上层配置较大阻尼，可有效抑制共振和拓宽有效隔振频域，同时保证较高的隔振效率。
　　最后，设计制造了单层CRSM准零刚度隔振器的试验样机，对其动力学特性和隔振性能进行了试验研究。测定了不同工况下的力传递率，并与相应的线性系统进行了对比，结果表明：通过引入凸轮-滚轮负刚度机构，有效降低了起始隔振频率，抑制了共振，提高了隔振效果；凸轮-滚轮在保持接触的前提下，激励幅值越大，负刚度机构越易发挥作用，隔振效果更显著。因此，CRSM准零刚度隔振器具有优异的低频隔振性能。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 课题的提出和意义

1.3 非线性隔振

1.4 准零刚度隔振器的国内外现状

1.5 本文主要研究内容

第2章 CRSM准零刚度隔振器系统模型和静力学分析

2.1 引言

2.2 准零刚度隔振器的系统模型和静态分析

2.3 本章小结

第3章 CRSM准零刚度隔振系统的非线性动力学分析

3.1 引言

3.2 简谐激励力作用下动力学分析

3.3 基础激励作用下的动力学分析

3.4 本章小结

第4章 双层CRSM准零刚度隔振系统动力学特性

4.1 引言

4.2 理论模型

4.3 动力学分析

4.4 数值仿真

4.5 参数对幅频响应的影响

4.5 双层CRSM准零刚度隔振系统的力传递率

4.6 本章小结

第5章 CRSM准零刚度隔振系统实验研究

5.1 引言

5.2 准零刚度隔振系统实验装置设计模型

5.3 实验样机与测试设备

5.4 实验结果与讨论

5.5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A(攻读学位期间所发表的学术论文目录)