变载荷工作条件下准零刚度系统特性分析

摘要

随着科学技术的快速发展，人们在工业生产中对精度的要求愈加严格。而振动的存在极大的影响了生产中的加工精度。所以，振动控制尤其对于精密仪器、高精度零件等低频微幅振动隔离的研究具有十分重要的工程和社会意义。本文针对低频振动控制，设计了一种正负刚度相并联的准零刚度隔振系统，并通过引入柔性力传递机构以满足变载荷工作条件下的准零刚度。该隔振系统拥有较高的静态刚度和较低的动态刚度，从而在保证其承载能力的基础上，具有良好的低频隔振性能。 根据准零刚度实现原理，结合有限元分析软件ANSYS设计了空气弹簧正刚度元件，计算并分析该结构在不同初始条件下静态力学特性。再结合正刚度变化曲线，设计了轴向受载的屈曲欧拉压杆负刚度元件，计算并分析其在不同预应力条件下，载荷变形关系以及刚度变化曲线。针对于承载质量变化的情况，本文引入柔性力传递机构，通过该柔性结构将载荷力大小传递给负刚度结构，施加相应的轴向力及竖直位移，产生适用于当前载荷的负刚度，以满足变载荷工作条件下的准零刚度条件。 通过将正负刚度元件并联，设计得到含柔性机构准零刚度隔振系统以及不含柔性机构准零刚度隔振系统。应用ANSYS软件，对加入柔性机构前后的准零刚度系统进行静态力学特性分析，并对比二者在不同载荷条件下动态刚度值，结果表明可以通过施加不同初始内应力，使含柔性机构准零刚度系统在载荷范围1100kg~1800kg内处于较小的动态刚度，具备实现低频隔振条件。依据谐波平衡法，建立准零刚度系统动力学方程，得到其幅频响应曲线，研究了阻尼比、刚度、激扰力幅值对系统动力学特性的影响。并利用有限元软件，分析得到含柔性机构准零刚度系统低阶模态及振型，以及系统在不同频率范围的谐响应分析，并将计算结果与动力学方程计算结果相对比，验证了该系统在低频振动范围良好的隔振效果。

目录

第一个书签之前

摘要

随着科学技术的快速发展，人们在工业生产中对精度的要求愈加严格。而振动的存在极大的影响了生产中的加工精

关键词：低频隔振；准零刚度；柔性机构；有限元分析

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 声隔振技术的分类及研究现状

1.2.1 主动隔振

1.2.2 被动隔振

1.2.3 半主动隔振

1.3 准零刚度隔振器研究现状

1.4 本文研究的主要内容

2 准零刚度结构设计

2.1 引言

2.2 准零刚度原理

2.3 正刚度结构设计

2.3.1 材料非线性

2.3.2 几何非线性

2.3.3 气压载荷变化

2.3.4 空气弹簧有限元模型建立

2.3.5 空气弹簧正刚度元件力学特性分析

2.4 负刚度结构设计

2.4.1 负刚度实现原理

2.4.2 负刚度机构有限元模型建立

2.4.3 负刚度机构力学特性分析

2.5 本章小结

3 变载荷条件下准零刚度的实现

3.1 引言

3.2 柔性机构

3.2.1 柔性机构特点

3.2.2 柔性机构分类

3.2.3 柔性铰链分类

3.3 柔性机构设计与分析

3.3.1柔性机构设计

3.3.2结构参数对柔性机构力学性能的影响

3.3.3有限元建模与分析

3.4 本章小结

4 准零刚度系统静态特性分析

4.1 引言

4.2 定载荷条件下的静态特性

4.3 变载荷条件下的静态特性

4.3.1变载荷准零刚度系统的影响因子

4.3.2变载荷准零刚度系统静态特性分析

4.4 含柔性与不含柔性隔振系统的比较

4.5 本章小结

5 准零刚度系统动态特性分析

5.1 引言

5.2 非线性系统动力学建模和求解

5.2.1 幅频函数分析

5.2.2 跳跃频率及影响因素分析

5.3 准零刚度系统动力学建模分析

5.3.1不含柔性机构准零刚度系统动力学分析

5.3.2含柔性机构动力学分析

5.4 模态分析

5.5 隔振系统谐响应分析

5.6 本章小结

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

1 Characteristic Analysis Of A New Kind Of Quasi

致 谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书