被动及半主动隔振系统的抗冲击特性研究

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随着现代设备精密程度的不断提高,人们对设备在工作过程中的抗冲击要求也越来越高,为了减小因冲击造成的损坏,必须对设备进行防护或隔离。本文以钢丝绳隔振器为基础,以减小设备的冲击响应为目标,分别对被动式隔振系统以及带有磁流变阻尼器的并联隔振系统进行理论和实验研究。首先,基于速度阶跃法对单自由度线性隔振系统的冲击响应进行了求解,并分析了各因素对冲击响应的影响。设计了应用钢丝绳隔振器的隔振系统的基本结构,在此基础上基于速度阶跃法的求解结果对钢丝绳隔振系统进行了抗冲击设计,并以具体算例验证了速度阶跃法在短冲击计算和设计时的合理性。然后,通过对钢丝绳隔振系统在不同激励幅值下的扫频实验,得出了钢丝绳隔振系统频率随激励幅值而变化的趋势,表明了钢丝绳隔振系统具有较强的刚度软特性。基于扫频实验结果,使用谐波平衡法对隔振系统进行动力学建模和求解,并对系统模型参数进行识别。通过对该隔振系统的冲击仿真和实验,表明了钢丝绳隔振系统对高频冲击以及大幅值冲击载荷具有较好的抗冲击效果。最后,将磁流变阻尼器应用到冲击隔离中。基于磁流变液的Bingham本构关系模型,建立了剪切阀式磁流变阻尼器的参数化阻尼力模型,利用安培环路定理与磁通量连续性定理,推导了磁流变液的剪切屈服强度随输入电流的近似数学模型。以磁流变阻尼器的示功实验结果为基准,验证了该磁流变阻尼器的参数化模型并进行了适当的修证。基于修正后的参数化模型,进行了钢丝绳隔振器并联磁流变阻尼器的冲击仿真与实验,结果表明:在冲击载荷一定时,系统的加速度响应随着阻尼器输入电流的增大而增大,但其相对位移响应随着阻尼器输入电流的增大而减小。相比于传统被动冲击隔离装置,磁流变半主动隔振系统可以根据不同的抗冲击要求作出调整,能够在满足隔离效率的前提下减小系统变形,体现出了更为广泛的适用性。
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