基于非线性阵列结构的低频大带宽减振器设计与分析

摘要

汽车振动是影响其舒适性的重要因素，存在多振源、低频且宽频带的特点，传统的线性减振器的单频点减振性能难以满足汽车行驶过程中的大带宽减振要求。近年来研究结果表明，非线性结构在低频大带宽减振方面表现出优异的性能。难点在于，如何得到具有特定力学性质的非线性结构以满足特定频段的减振需求。为此，本文提出了基于局部截面构型变换的非线性变刚度调节方法，设计了具有大带宽的非线性双稳态单胞结构，并研究了多胞阵列结构的动力学特性及其减振性能，给出了基于非线性双稳态结构的低频大带宽减振器设计方案，具体工作包括： (1)提出了预压变截面双稳态余弦梁结构的变刚度调节方法，基于大变形有限元理论分析了具有多个变截面的预压双稳态梁跳跃特性，研究了变截面的几何尺寸、布置方式及挤压量对双稳态梁形貌及跳跃力学特性的影响关系，得到了具有特定力学性质的变截面双稳态梁构型及其控制方法，实现了非线性变刚度的有效调控； (2)建立了变截面预压双稳态余弦梁的动力学分析模型，借助非线性有限元理论，给出了双稳态跳跃带宽的调节方法，研究了激励幅值、频率、载荷位置和挤压量等参数双稳态非线性结构动态分岔跳跃特性的影响关系，设计了大带宽双稳态结构，为同尺寸均匀截面双稳态构型一阶带宽的9.4倍。为了便于实验验证，研制了大尺寸实验样件，实验减振带宽为35.1Hz，与仿真值34.9Hz比较，几乎一致，且在该尺寸下带宽基频比为1.61（仿真为1.56），验证了所提出的大带宽非线性结构设计方法的有效性； (3)提出了多胞式变截面非线性减振结构设计方案，研究了阵列减振结构的静力学特性和关键影响参数，动力学仿真结果表明变截面余弦梁结构的带宽是均匀截面带宽的4.12倍，为高性能汽车减振器的设计奠定了基础。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 线性减振技术研究

1.2.3 非线性减振结构研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 变截面余弦梁静力学特性调节方法

2.1 变截面余弦梁结构跳跃特性分析

2.1.1 变截面余弦梁结构

2.1.2变截面余弦梁结构的理论分析

2.2 变截面余弦梁结构的力学特性分析

2.3 双稳态力学特性关键影响因素

2.3.1 截面布置对余弦梁结构力学特性的影响

2.3.2 截面形状对双稳态力学特性的影响

2.3.3 挤压位移对结构力学特性的影响

2.3.4 加载位置对结构力学特性的影响

2.4 本章小结

3 变截面余弦梁单胞结构的动力学分析

3.1 非线性动力学理论分析

3.2 变截面余弦梁结构的动力学响应特性分析

3.3 变截面余弦梁动力学特性的关键影响因素

3.3.1 激励幅值对带宽的影响

3.3.2 激励位置对带宽的影响

3.3.3 轴向挤压位移对结构的带宽的影响

3.4 变截面余弦梁单胞结构减振效果的实验验证

3.4.1 实验器件制备与方法

3.4.2 实验与仿真结果分析

3.4.3 实验展望

3.5 本章小结

4 阵列式变截面余弦梁减振器设计与分析

4.1 变截面余弦梁阵列结构设计

4.2 变截面余弦梁阵列结构减振力学特性分析

4.2.1 阵列结构的静力学特性分析

4.2.2 影响阵列结构的力学特性的关键因素

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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