基于正负刚度并联的低频隔振器研究

为了能够抑制微振动对在轨运行航天器造成的不利影响,提出了一种由螺旋柔性弹簧（SFS）与磁性弹簧并联构成的低频隔振器;其中,螺旋柔性弹簧作为正刚度元件为系统提供承载能力,并通过有限元建模对其轴向刚度特性进行了数值分析;由两两相吸、同轴配置的3块环形永磁体构成的磁性弹簧为该隔振系统沿轴向提供负刚度以降低系统的固有频率;基于等效电流模型分析讨论了该磁性弹簧的磁刚度特性,并在平衡位置附近对磁刚度作了线性近似。通过分析所设计的低频隔振器与其相应线性隔振系统的位移传递率,比较了2种隔振器的隔振性能。研究结果表明：所提出的低频隔振系统能够有效地隔离低频微幅振动,降低系统的固有频率,进而拓宽了隔振频带;同时,进一步改善了隔振系统在共振区域附近的阻尼特性,有效地降低了共振峰值。     

基于多边形膜片弹簧与压电致动器复合的一体化主被动Stewart减振系统

随着遥感卫星光学成像设备等精度的不断提升,其对振动环境的要求也在不断提高,简单的线性被动Stewart平台已经无法满足苛刻使用要求。提出了一种新型基于多边形膜片弹簧与压电致动器复合的一体化主被动Stewart减振平台,其单自由度元件主要由多边形膜片弹簧、压电致动器、力传感器以及柔性铰链组成。相较于传统线性隔振器存在的高静刚度和低动刚度之间的固有结构矛盾,所提出的多边形膜片弹簧作为隔振器的关键原件,兼具高静-低动（HSLD）特性,能够使隔振系统同时具备较高的静态刚度进行静态承载以及较低的动刚度进行动态减振。为了降低被动隔振系统中存在的共振峰幅值,本文在被动膜片弹簧元件的基础上串联一个压电致动器与力传感器组成的主动控制元件进行主动振动控制。仿真结果表明,采用比例积分力（PIF）反馈控制算法的主动控制系统,在频域上不仅可以通过积分力环节搭建出天棚阻尼的效果来降低共振峰峰值（11.19 dB）,而且其比例-力环节可等效为增大了质量矩阵项,能够有效降低减振系统的固有频率（20.9 Hz）,拓宽其减振带宽,并同时能维持高频段的高衰减性,在时域上也能够将系统的加速度振动幅值从±0.6g降低至±0.07g,振动衰减达88%。     

微振动隔振器动态阻尼系数的测试方法

阻尼系数的确定对于隔振设计非常重要。针对大阻尼黏性流体微振动隔振器,提出一种确定三参数模型阻尼系数的机械阻抗等效理论与测试方法,将三参数模型简化为等效的便于试验测试的两参数隔振模型。将由自行设计的试验系统测量得到的阻尼系数和刚度系数输入到ADAMS仿真模型中,得到等效阻尼系数,并与直接采用迟滞环法得到的隔振器的等效阻尼系数进行对比分析。研究结果显示,两种方法得到的结果具有良好的一致性,证明了本文方法的可行性和可用性。本文方法还可得到以往传统方法难以得到的动态阻尼系数随频率的变化规律,对于隔振设计具有重要的参考价值。由于提出简化的等效模型,使得隔振器阻尼系数的测试更加快捷方便,本方法可推广应用于具有更多参数的隔振器阻尼系数的测量。     

翼吊发动机安装结构等效建模及其隔振设计

为了研究翼吊发动机安装结构隔振特性并优化其隔振器设计,建立了发动机安装节-吊架-机翼结构理论分析及有限元模型.利用有限元方法进行了模态验证并分析了安装结构的隔振特性.进行发动机3种典型工况下的结构动响应分析确定了振动传递的主路径.基于振动传递路径法研究了隔振器参数和安装位置对安装系统隔振性能的影响规律.结果表明:振动载荷经安装结构后低压转子转频和高压转子转频峰值响应分别降低22.03%和14.65%.低压转子转频振动传递主路径为发动机-前安装节-吊架-机翼,高压转子转频为发动机-后安装节-上连杆-机翼.通过合理设置隔振器位置可以使安装系统隔振率达到50.41%,隔振器的频率比为5和阻尼比为0.25时安装系统隔振率可达70.67%.为了优化整个发动机安装系统的隔振效果,设计隔振器时必须选取合适的安装位置和参数.      

面向航空结构低频振动的力电耦合超材料板设计

针对航空结构低频振动控制难的问题，提出将负电容与电感电路结合设计具有优异低频振动特性的力电耦合超材料板结构。该超材料板包含作为基底的普通板结构、周期分布在板表面的压电单元及与压电单元相连的包含电感和负电容的分流电路。首先通过有效介质理论，得到了超材料板等效抗弯刚度解析表达式并进行了修正。在此基础上，通过分析负电容对等效抗弯刚度的影响阐明了负电容拓宽禁带的机制。进一步推导了禁带范围的解析表达式，研究了负电容对禁带范围和位置的影响规律，理论结果表明负电容与电感并联可以将禁带宽度拓宽至原来的20倍以上。最后，通过数值算例验证了引入负电容后力电耦合超材料板能够在目标低频范围实现很好的振动抑制效果。     

新型液弹隔振器设计与仿真

针对直升机机身振动水平过大的问题,设计了一种带斜角橡胶件的新型主减液弹隔振器。通过动力学建模计算,分析了液弹隔振器传递特性,讨论了液弹隔振器设计参数对隔振效率的影响。对新型液弹隔振器性能进行了校核,结果表明该设计在各向减振效率高于60%的情况下仍具有高的静刚度,适用于直升机工程应用。     

金属橡胶隔振器产生混沌的解析预测

在考虑金属橡胶隔振系统的非线性刚度和非线性迟滞恢复力的基础上,建立了金属橡胶隔振器的非线性动力学方程.根据非线性振动理论,得出了系统在弱非线性情况下的一次谐波慢变参数的平均化方程;推出了谐波慢变参数状态方程的离散化映射,获得了金属橡胶隔振器出现混沌的解析条件.      

绝对重力仪隔振系统发展综述

绝对重力仪是测量重力加速度的精密仪器，在计量学、地球物理、资源勘探、辅助导航等领域有着重要意义和广泛应用。目前，绝对重力仪的测量精度已经达到微伽(μGal，1μGal=1×10-8m/s2)量级，而地面振动噪声严重影响着仪器的测量精度，垂直隔振系统的性能已成为限制绝对重力仪精度的瓶颈。对绝对重力仪所应用的超低频垂直隔振系统进行了详细回顾。现有的超低频垂直隔振系统可被分为被动式隔振和主动式隔振两大类。其中，被动式隔振系统主要基于零长弹簧结构，周期一般可超过15s。主动式隔振系统可以分为一级主动式隔振系统和二级主动式隔振系统，其结构形式包含弹簧振子结构、弹簧摆杆结构等。通过测量待隔振物体的位移、速度、加速度信号等信息并进行反馈控制，可实现超低本振频率，等效周期可超过15s，最长可超过100s。国内研究机构已经开展了多年的针对超低频垂直隔振系统的研究工作，并取得了阶段性的研究成果。通过改进，有望将超低频垂直隔振系统应用于国产绝对重力仪，显著提高仪器的整体性能。     

SMA智能梁结构振动控制试验研究

形状记忆合金(SMA)材料凭借其弹性模量大幅度温变特性被成功应用于智能梁结构变刚度振动控制。根据变刚度控制原理,制定合理的控制策略,成功降低了系统的稳态和瞬态振动响应。试验发现:所采用的Ti50Ni41Cu9三元记忆合金具有较高的热响应速率,在温度控制下相变前后弹性模量能够发生4倍以上变化;将记忆合金板安装于组合梁根部,能够显著调节结构的前3阶固有频率;通过对记忆合金进行变温操作,有效降低了系统共振状态的响应,并研究了变刚度速率对系统非线性特征和控制效果的影响;通过制定温度加载策略,成功实现了宽频段变频激励下智能梁瞬态振动响应的控制。研究结果表明,对记忆合金进行温度控制可以有效改变结构的固有频率并影响振动特性,跨越共振区时进行变刚度操作所导致的非线性特征能够有效分散主频振动能量,较快的刚度变化速率有助于振动响应的进一步降低。     

基于可靠性理论的整星隔振器刚度设计(英文)

传统卫星适配器由于其刚度非常大,导致其不具有任何隔振效果。所以提出了一种新型整星隔振器,这种新型整星隔振器可以对刚度进行设计以满足卫星、隔振器耦合系统对固有频率的需要。基于可靠性理论和实验数据,讨论了这种整星隔振器的刚度特性。数值模拟和实验结果都表明,通过修改隔振器肋板及相应参数,卫星-隔振器耦合系统的固有频率可以控制在很大的范围之内。同时,也论证了耦合系统的固有频率控制效果。     

由摩擦阻尼铰实现桁架结构的被动减振研究

研究利用一种摩擦力随振动幅值的增大而增大的阻尼铰进行结构振动的被动控制。首先分析了含干摩擦约束铰结构单体梁的振动特性,并给出了系统随振动幅值变化的等效固有频率和粘性阻尼的定量表达式,然后建立了在桁架结构中设置此种摩擦铰的振动方程,分析了系统的动力特性,由计算结果发现,这种摩擦铰具有良好的阻尼特性;通过这种非线性元件,不仅通过滑移时消耗能量,而且可以将能量由低阶模态转移到高阶模态来加速振动衰减。     

具有电磁约束阻尼层梁的振动主动控制研究计算(英文)

This paper investigates vibration control of beam through electro-magnetic constrained layer damping （EMCLD） which consists of electromagnet layer, permanent magnet layer and viscoelastic damping layer. When the coil of the electromagnet is electrified with proper control strategy, the electromagnet can exert magnetic force opposite to the direction of structural deformation so that the structural vibration is attenuated. A mathematical model is developed based on the equivalent current method to calculate the electromagnetic control force produced by EMCLD. The governing equations of the system are obtained using Hamilton＇s Principle and then reduced with the assumed-mode method. A simulation on vibration control of a cantilever beam is conducted under the velocity proportional feedback to demonstrate the energy dissipation capability of EMCLD, and the beam system with the same parameter is experimented. The results of experiment and simulation are compared and the results show that the EMCLD is an effective means for suppressing modal vibration. The results also indicate that the beam system has better control performance for larger control current. The EMCLD method presented in this paper provides an applicable and efficient tool for the vibration control of structures.     

基于LabVIEW的滚轮滑轨磨损故障监测系统

飞机襟、缝翼运动机构中滚轮滑轨的磨损状况对飞机的安全性有很大的影响,为研究滚轮滑轨的磨损情况,基于某滚轮滑轨磨损试验机,Ni WLS-9234数据采集卡和LabVIEW软件开发平台,对滚轮和滑轨相对位移所产生的振动信号进行采集及分析,并开展大量试验,开发了一套磨损故障监测系统。系统采用Remote Panels监控技术、SQL与数据库访问技术、报表生成技术、以及小波分析技术,能够有效地监测磨损故障。     

永磁电磁轴承产生悬浮力的机理研究

对永磁偏置的主动磁悬浮轴承 (永磁电磁轴承 )产生悬浮力的机理进行了研究,导出了永磁磁通与电磁磁通同时作用时永磁电磁轴承的磁路基本方程及吸力方程,说明了永磁参数对永磁电磁轴承承载能力及刚度系数的影响。结果表明 :当偏置磁通大于饱和磁通的一半时,实际承载能力为最大;增大永磁内部磁动势可以提高轴承的承载力、稳定性及减小功放损耗。     

斜槽对永磁同步电机径向激振力波及振动的影响

以1台16极96槽表贴式永磁同步电机(PMSM)为研究对象,对定子直槽和斜槽情况下的径向气隙磁密和径向电磁激振力波进行有限元分析。对直槽和斜槽的空载振动进行谐响应分析,相关试验验证了仿真分析的正确性。分析结果表明:空载振动频率与激振力波频率为对应关系,通过斜槽可以有效降低低阶激振力波幅值,尤其是槽数阶次力波,有效地降低电机振动。     

基于幅频特性曲线簇公共点的智能弹簧减振系统参数设计

研究了无阻尼智能弹簧减振系统的一种参数设计方法.采用等效线性化方法将系统中的干摩擦阻尼等效成黏性阻尼,建立系统的数学模型,推导出无量纲化的振动微分方程,得到系统频响特性的解析解.对系统幅频特性进行了数值分析,结果发现:幅频特性曲线簇通过一个公共点,该公共点随质量比的增大向左偏移,随刚度比的增大向右偏移;系统存在一个最优控制参数值,使系统幅频特性曲线峰值最小,其随质量比的增大而减小,但不受刚度比的影响.根据公共点的性质,得到幅频特性曲线簇公共点对应的频率比、最优控制参数和最小振幅的计算公式.确定系统参数的选用原则与范围,并利用公共点提出智能弹簧减振系统参数设计的方法和步骤.      

基于测试数据的卡箍非线性等效建模方法

为了快速准确地计算卡箍管路系统的振动响应，提出了基于测试数据的卡箍非线性等效建模方法。对卡箍直管系统进行低幅值激励的模态测试，利用试验数据对有限元模型进行修正，识别卡箍线性刚度、线性阻尼参数。对卡箍直管系统开展不同激励水平下的恒力测试，通过样条插值多项式法将恒力频响函数转换为恒位移、恒速度频响函数，并进一步识别卡箍非线性等效刚度、非线性等效阻尼，建立了考虑卡箍非线性的等效动力学模型。研究表明:该卡箍等效动力学模型的预测频响函数与试验频响函数的最大误差仅为-6.9%，可以有效地反映卡箍实际的刚度、阻尼特性，对解决卡箍管路系统的振动响应分析具有重要的指导意义。