非线性隔振系统功率流特性研究

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被动隔振由于结构简单,经济性强,已成为航天工程振动控制的首选方案。非线性刚度隔振系统具有较低的动态刚度且静变形较小,是当前的研究热点之一;另外,非线性阻尼可以有效抑制共振区频率响应,且不会恶化非共振区的隔振效果。目前的突出问题是隔振器与基础之间存在很强的耦合作用,以往的研究基于基础刚性假设,会导致对隔振的评价产生偏差。本文旨在引入功率流来设计非线性刚度非线性阻尼隔振。研究了非线性阻尼非线性刚隔振特性。首先引入非线性阻尼来加强双层高静态低动态刚度非线性隔振系统。水平弹簧提供负刚度使得隔振系统具有高静态低动态刚度特性,水平阻尼提供系统的非线性阻尼。建立了双层双非线性隔振系统的动力学方程,基于谐波平衡法给出了系统的幅频响应方程,得到了系统响应曲线并加以数值验证,对比了系统线性阻尼与非线性阻尼对隔振系统的影响,研究了系统参数对隔振的影响。结果发现非线性阻尼相对于线性阻尼在抑制共振的同时不会影响系统其它频率范围的隔振效果。研究了在位移激励下的单双层非线性刚度非线性阻尼隔振系统的功率流特性,运用谐波平衡法分析了系统强非线性振动的功率流,探讨了非线性刚度和非线性阻尼对隔振系统功率流的影响。研究表明,单层隔振系统中非线性刚度能够拓宽系统隔振频带,非线性阻尼能够保持较优高频隔振性能。双层隔振系统中每一层非线性刚度的加入均可以有效拓宽隔振频带,降低高频处功率流传递率。系统中每一层非线性阻尼的引入均可以降低第一阶共振峰峰值,得到更好的隔振效果。研究了在力激励下的单双层非线性刚度非线性阻尼隔振系统的功率流特性,考虑基础为柔性的情况,建立了基础-非线性隔振器动力学模型。采用谐波平衡法得到了系统幅频响应方程,并进一步推导得到了系统输入功率、传递功率、功率流传递率及力传递率,且对得到的响应曲线进行了数值验证。探讨了单双层非线性隔振系统中非线性刚度和非线性阻尼对系统功率流及力传递率的影响。研究发现非线性刚度能够拓宽系统隔振频带,非线性阻尼能够抑制共振且不会影响其他频率的隔振效果。提出了一种基于双稳复合板的非线性隔振与能量采集一体化的模型,该模型中双稳复合板在系统中提供负刚度及非线性刚度,同时在双稳复合板上粘贴压电薄膜来采集振动中产生的能量,通过静力学分析得到了双稳复合板的力位移曲线,以此为基础建立了系统动力学方程以及压电耦合方程,利用谐波平衡法对动力学方程及压电耦合方程进行处理,可得到系统的响应,并进行了数值验证。结果显示相对于线性系统加入双稳复合板之后可以拓宽隔振频带,提高隔振效果,同时可采集的最大电压为3.8V。
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