【摘 要】
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由于科学技术的不断发展,从而导致人们对工业生产中的精度要求也变的越来越严格,对精密仪器、机械设备、医疗器械的准确性要求及其使用标准也随之而不断提高,为达到使用要求,控制并减小振动的产生显的尤为关键。为此,本文基于准零刚度隔振原理和动力吸振器的反共振特性,设计出了一种耦合了悬臂式动力吸振器的准零刚度隔振系统,通过理论分析与实验验证相结合的方法,对隔振系统的隔振效果进行了系统的研究。具体包括:隔振系统
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由于科学技术的不断发展,从而导致人们对工业生产中的精度要求也变的越来越严格,对精密仪器、机械设备、医疗器械的准确性要求及其使用标准也随之而不断提高,为达到使用要求,控制并减小振动的产生显的尤为关键。为此,本文基于准零刚度隔振原理和动力吸振器的反共振特性,设计出了一种耦合了悬臂式动力吸振器的准零刚度隔振系统,通过理论分析与实验验证相结合的方法,对隔振系统的隔振效果进行了系统的研究。具体包括:隔振系统力学建模、静力学分析、动态响应分析、隔振性能分析、动力吸振器吸振性能分析和振动测试实验研究。主要的研究内容如下:(1)耦合动力吸振器的准零刚度隔振系统静态特性分析。首先,建立了耦合系统的力学模型。然后,对该模型进行静力学分析,研究表明,结构参数a和刚度比?对系统刚度特性影响显著,因此,可设计合理参数组合,使系统具有准零刚度特性。最后,对系统的回复力表达式进行近似展开,并分析了近似与精确表达式两者之间的误差,结果表明,在微振动x?0.2位移范围内,可用近似表达式来替代准确表达式。(2)准零刚度耦合系统动态响应与隔振性能分析。首先,建立系统非线性动力学微分方程并对其无量纲化处理。采用谐波平衡法,对系统进行近似解析求解,得到系统幅频响应方程式及力传递率表达式。最后,利用MATLAB数值仿真分析方法,研究了阻尼比、质量比和竖直刚度比对系统动态响应特性和力传递率特性的影响,并与单自由度准零刚度系统和相应的线性系统进行对比分析。研究表明,耦合系统具有更小的起始隔振频率,从而拓宽了有效减振频带宽度,改善了系统低频隔振性能。(3)可调频悬臂式动力吸振器的吸振性能分析及优化设计。首先,提出了“悬臂梁-滑动质量块”结构形式的可调频的动力吸振器模型,理论分析了其刚度和固有频率可调原理。然后,研究了梁的长、宽和质量块质量对固有频率的影响,并通过ABAQUS仿真分析该模型的可行性及对其结构进行优化。最后,应用MATLAB对其吸振效果进行数值分析。研究表明,通过调节悬臂梁的有效工作长度,可调谐动力吸振器固有频率,使隔振系统在局部频率区间的力传递率衰减90%以上,隔振效果显著。(4)含悬臂式动力吸振器的准零刚度隔振模型实验研究。搭建隔振器模型的实验平台,开展正弦扫频、正弦定频和半正弦冲击实验。实验结果表明,相较于无动力吸振器系统而言,增设动力吸振器后,系统响应加速度峰值衰减了21%,响应振幅峰值衰减了32%,改善了低频隔振效果,起始隔振频率也从18 Hz降低至15 Hz,从而拓宽了低频隔振带宽,与理论研究结果具有较好的吻合性。半正弦冲击实验表明,隔振系统在脉宽不超过10.0 ms、激励加速度不超过10.0 g时,仍能具有良好的缓冲减振效果。
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