碟形橡胶准零隔振器的设计与特性分析

摘要

隔振降噪是一个长期被关注而重要的研究领域。线性隔振理论的研究已经趋于完善，并得到广泛的工程应用。由于线性隔振系统受限于隔振频率必须大于其固有频率(√)2倍时才能发挥功效，因此对于低频隔振问题，人们积极探索非线性隔振解决方案。
　　本文基于准零刚度概念和形成原理，提出了一种新型的碟形橡胶准零刚度隔振器的设计。准零刚度隔振器是由负刚度元件碟形橡胶(内含钢材料的筋)与正刚度元件竖直橡胶柱并联组合而成，具有低频隔振的特性。
　　设计准零刚度隔振器的关键步骤是获得正、负刚度的完美匹配，达到平衡点处的零刚度特性。借助Abaqus有限元仿真分析，设计了符合负刚度条件的加筋碟形橡胶模型，提出了微凸面的加筋方法并数值分析了设计的可行性。进一步应用Abaqus有限元方法，分析了正刚度橡胶原件的设计模型。经过反复修正模型设计参数，得到了正、负刚度匹配的碟形橡胶准零刚度模型。通过Abaqus分析，获得模型的力与位移曲线和刚度曲线。通过两种方法可界定该模型系统的隔振特性曲线。方法一是将Abaqus的力与位移的关系拟合成一个近似的非线性替代模型，并建立隔振系统的动力学方程，通过Matlab仿真得到系统的力传递率曲线，讨论其阻尼、刚度、和激振力幅值对准零刚度隔振系统的影响；方法二是在Abaqus有限元模型基础上，继续通过Abaqus进行动力学仿真分析，通过采集不同激励频率下的系统响应得到系统的力传递率。这两种方法都证实了碟形橡胶准零刚度系统具有低动刚度、高静刚度的特点，可实现低频隔振。与相同条件下的线性隔振比较，不仅拓宽了隔振频带，还降低了共振频率和峰值。
　　设计制造了膜片弹簧准零刚度隔振器的实验样机，搭建了测试平台，对膜片弹簧准零刚度隔振器进行了静力学实验，获得了力与位移关系曲线，证实了隔振器的准零刚度特性。动态实验数据证实了准零刚度隔振器比线性隔振器有更好的隔振效果。

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第1章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2隔振技术研究现状

1.3 本论文的研究内容

第二章 碟形橡胶准零刚度隔振器的设计

2.1 准零刚度的概念

2.2 准零刚度的原理性模型

2.3 碟形橡胶准零刚度隔振器的设计

2.4 本章小结

第三章碟形弹性元件刚度分析

3.1 理论分析

3.2 碟形橡胶弹性件的设计

3.3数值仿真模型分析

3.4碟形橡胶准零系统的刚度分析

3.5准零刚度系统的影响因子

3.6 本章小结

第四章 碟形准零刚度隔振器的动力学特性

4.1 动力学响应方程

4.2准零刚度系统的力传递率分析及对比

4.3有限元数值仿真及对比分析

4.4 参数对准零刚度的影响

4.5本章小结

第五章碟形准零刚度的原理性实验

5.1 膜片弹簧的刚度测试

5.2 准零刚度的静力学实验

5.3 动态实验

5.4 实验分析

5.5 本章小结

总结与展望

总结

创新点

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）