非線性隔振抗沖器的設計與建模研究.pdf

1、設備在工作過程中，不僅受周期性的振動載荷，而且經(jīng)常還會受到?jīng)_擊載荷，沖擊作用對設備造成的破壞往往比振動造成的破壞更嚴重。為了減小沖擊造成的損壞，必須對設備作沖擊防護或隔離。沖擊防護和隔離的效果好壞取決于隔離器件的性能和系統(tǒng)參數(shù)的匹配。大多數(shù)情況下進行系統(tǒng)設計時很少考慮其抗沖擊能力，因此對隔振系統(tǒng)的抗沖擊性能研究以及新型隔振抗沖擊元器件的研究與開發(fā)是非常必要的。 在十一五海軍裝備預研項目“新型抗沖隔離器性能、建模理論和開發(fā)研究”的

2、資助下，本文對含不同阻尼的單自由度系統(tǒng)的抗沖擊性能進行了研究，推導了抗沖擊性能指標與系統(tǒng)參數(shù)之間的關系，并對不同系統(tǒng)的抗沖擊性能進行了比較。以此為基礎設計了一種結構新穎的，多機理同時作用的非線性隔振抗沖元件，建立了器件的非線性數(shù)學模型，對模型中的待定參數(shù)進行了辨識，并對其抗沖擊性能進行了研究。 論文主要完成了以下幾方面的工作： 1.論文總結了國內(nèi)外有關系統(tǒng)在沖擊載荷作用下的參數(shù)優(yōu)化問題的研究方法及研究現(xiàn)狀以及工程實踐中常

3、用的減振抗沖擊元器件的作用原理、結構特點、數(shù)學模型和它們在各工業(yè)領域中的應用，對非線性減振抗沖擊器件建模的研究意義、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、已有的研究成果及存在的問題作了較為全面的論述。 2.利用微分方程理論和不等式理論對線性阻尼系統(tǒng)(線性剛度和線性阻尼并聯(lián))、平方阻尼系統(tǒng)(線性剛度和平方阻尼并聯(lián))以及庫侖阻尼系統(tǒng)(線性剛度和庫侖阻尼并聯(lián))等的抗沖擊性能進行了詳細的研究。推導了上述系統(tǒng)具有最優(yōu)抗沖擊性能的條件，以及抗沖擊性能指標與系統(tǒng)

4、參數(shù)之間的關系，導出了系統(tǒng)具有最優(yōu)抗沖擊性能時的系統(tǒng)參數(shù)。對不同系統(tǒng)的最優(yōu)抗沖擊性能進行了比較。 3.設計了一種多機理共同作用的結構新穎的非線性隔振抗沖元件，器件的回復力由彈性體材料的彈性提供，利用彈性體材料的粘性和接觸面間的摩擦來提供阻尼。然后對其進行了有限元建模，利用有限元模型對其關鍵參數(shù)進行了設計。對器件進行了動靜態(tài)特性仿真，獲得了器件的剛度特性-非線性硬特性。 4.根據(jù)對所設計隔振抗沖器件的仿真結果，建立了兩中不

5、同的研究器件振動性能的數(shù)學模型，一種是基于力-位移關系曲線的非線性模型，同時將Bouc-Wen遲滯曲線模型引入到非線性隔振抗沖器件的建模中，另一種是基于頻率響應曲線的非線性模型，并研究了各模型中的待定參數(shù)對器件振動性能的影響。 5.提出了所建立振動模型的參數(shù)辨識方法，加工制作了試驗樣機，測試了器件的動靜態(tài)特性，特性曲線的趨勢與有限元仿真結果非常一致，驗證了有限元模型的有效性。利用試驗數(shù)據(jù)和辨識方法對模型中的參數(shù)進行了辨識。對兩種