动力装置隔振系统动态特性分析及实验研究

摘要

动力装置是车、船等交通运输工具的主要激振源，对其进行有效的振动隔离能够显著降低车船的振动水平。随着车船体结构轻薄化，动力装置安装基础的柔性特性越发明显，而动力装置的高速、大功率化使得隔振系统弹性耦合特性更加显著，导致隔振设计阶段的效果预测与工程实际误差偏大。本学位论文围绕动力装置与弹性基础的振动耦合特性，建立了动力装置弹性基础隔振系统动力学模型，以传递率与功率流为隔振效果评价指标，对比刚性基础结构模型，研究了隔振系统的耦合特性。
　　 针对工程中的动力装置隔振问题，首先建立了刚性基础隔振系统动力学模型，对其传递率进行了仿真计算，发现高频域的隔振效果与工程实际相差较大，即将基础作为刚性处理存在一定的缺陷。进一步将基础简化为集总参数与柔性梁模型，利用机械阻抗及四端参数法推导了系统传递特性表达式，以传递率为评价指标探讨了基础相关参数对隔振效果的影响，结果表明:基础的弹性使传递率曲线波峰数目增加，传递率有所增大;集总参数基础的等效质量与刚度及柔性梁基础的弹性模量与厚度足够大时，系统可作为刚性基础处理。
　　 建立了动力装置弹性基础隔振系统动力学模型，结合子结构导纳法推导了系统的功率流方程，以功率流为评价指标探讨了系统结构参数对隔振效果的影响。首先将弹性基础简化为集总参数模型，分析了基础弹性对系统传递功率流的影响:增大基础的质量与刚度使传递到基础的功率流减少;当基础质量与刚度足够大时弹性基础可作为刚性基础处理。进一步将弹性基础简化为柔性梁模型，探讨了不同结构参数下的功率流传递特性，结果表明:隔振器关于基础梁对称布置时，基础梁偶数阶模态没有被激发，高频域内波峰数减少;隔振器数目的增加、基础梁弹性模量的增大及阻尼因子的减小使传递到基础的功率流减少;低频域内柔性梁基础隔振系统的隔振问题可简化为集总参数基础处理。
　　 针对工程实际中动力装置往往受安装条件的限制，建立了动力装置斜置隔振系统力学模型，推导了系统传递特性矩阵及功率流传递函数，着重研究斜置隔振系统横向-横摇耦合振动特性，探讨了解耦条件下的隔振效果，分析了隔振器的驻波效应及动力装置二次谐波对传递功率流的影响。研究表明:合理配置支承结构参数可以实现横向、横摇振动解耦，显著降低系统的振动传递能量;隔振器共振形成驻波导致高频域功率流谱明显提高;动力装置二次谐波使输入基础的功率流有所增加。
　　 将动力装置安装基础简化为两端固支柔性梁，理论分析了其在Euler梁及Timoshenko梁理论下的振动特性并对其进行了弹性特性实验研究，与理论仿真结果对比分析，研究表明:Timoshenko梁理论下基础的各阶固有频率略低于Euler梁;测量振动信号时，传感器布置在被测系统的节点或节线处会导致模态丢失;加速度传感器质量的影响会使被测系统的固有频率有所降低;增加敲击点数可略微提高实验准确性，但使实验过程繁琐，工程中可根据实际情况选择适当的敲击点数。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景、内容及意义

1．2 隔振理论的研究与发展概况

1．2．1 传统刚性隔振理论

1．2．2 有限多层隔振理论

1．2．3 柔性隔振理论

1．3 隔振效果评价指标

1．3．1 隔振系统中的传递率理论

1．3．2 隔振系统中的功率流理论

1．4 本文的主要工作

第2章 基于传递率的隔振系统动态特性研究

2．1 引言

2．2 动力装置刚性基础隔振系统传递率特性分析

2．3 动力装置弹性基础隔振系统传递率特性分析

2．3．1 基础简化为一自由度的集总参数模型

2．3．2 基础简化为柔性梁模型

2．4 本章小结

第3章 动力装置安装基础柔性特性研究

3．1 引言

3．2 集总参数基础隔振系统功率流传递特性

3．2．1 集总参数基础隔振系统动力学分析

3．2．2 集总参数基础隔振系统功率流传递方程

3．2．3 仿真计算及分析

3．3 柔性梁基础隔振系统功率流传递特性

3．3．1 柔性梁基础隔振系统功率流传递函数

3．3．2 计算实例及结果分析

3．4 本章小结

第4章 动力装置斜置隔振系统功率流传递特性研究

4．1 引言

4．2 动力装置斜置隔振系统动力学模型

4．3 动力装置斜置隔振系统动力学分析

4．3．1 机器子系统A

4．3．2 隔振器子系统B

4．3．3 柔性基础子系统C

4．3．4 系统动力学与运动学传递关系

4．4 动力装置隔振系统功率流表达式

4．5 仿真计算及结果分析

4．5．1 复杂激励下隔振系统功率流特性

4．5．2 解耦条件下的振动特性

4．5．3 隔振器驻波效应

4．5．4 动力装置二次谐波对系统功率流的影响

4．6 本章小结

第5章 动力装置安装基础弹性特性实验研究

5．1 引言

5．2 Euler梁理论及Timoshenko梁理论

5．2．1 Eulor粱的固有频率

5．2．2 Timoshenko梁的固有频率

5．2．3 有限元仿真

5．3 动力装置安装基础振动特性实验研究

5．3．1 实验原理

5．3．2 实验系统

5．3．3 传感器布置对实验结果的影响

5．3．4 传感器质量对实验结果的影响

5．3．5 梁的划分对实验结果的影响

5．4 柔性基础梁振动模态测试精度影响分析

5．4．1 提高数据采样精度的途径

5．4．2 本实验误差原因分析

5．4．3 提高实验精度的方法

5．5 本章小结

全文总结与展望

总结

展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢