多介质耦合型非线性隔振器参数优化设计研究

　　使用隔振器件对设备或系统进行振动冲击的衰减和隔离是工程中经常采用的设备防护技术,有关在线性假设条件下的隔振器件设计理论已相当成熟[1];目前非线性隔振技术在理论研究和工程应用中已越来越受到重视,例如在飞机的振冲防护和汽车的悬架系统等大多采用了控制性能更好的非线性隔振技术;由于理论研究的不成熟性,目前只能对单一非线性介质或元件构成的器件进行设计与性能分析[2~6],例如弹性元件的三次非线性与粘性阻尼的藕合[3],单一的三次非线性阻尼与线性弹性元件的藕合[4]。然而设备恶劣的工作环境对振动控制性能提出了更高的要求,特别是需要实现抗大冲击并兼顾减振的技术要求(例如作战装备上的计算机设备);因此具有非线性特征并具有良好的设计可控性的多介质藕合减振器件研究成了一种新的选择,由于其匹配特性的非线性复杂性且在不同应用中需实现大型或微小结构的要求,使其成为目前设备抗振冲防护技术中急需研究解决的难题之一。

　　本文首次针对含有平方阻尼、线性阻尼、库伦阻尼及线性刚度、非线性立方刚度的多非线性因素耦合隔振器工作特性模型进行研究,通过巧妙的无量纲变换结合谐波平衡法对其进行近似理论求解,并与数值求解相对比,同时在此基础上讨论了非线性特性参数变化引起的性能变化,研究非线性刚度、非线性阻尼的匹配设计可控性,建立了优化设计模型,研究其隔振特性。

　　1　多介质耦合型非线性隔振器模型及求解

　　针对不同类型的激励,本文研究如图1的两种多介质耦合非线性隔振器的力学模型,图1(a)为力激励时力学模型,图1(b)为基础激励时的力学模型;系统的物理模拟可采用含有金属弹性元件、流体阻尼、库伦阻尼及其它阻尼耦合为并联系统来实现。

　　1·1　质量块激励振动情况

　　如图1(a)中为需控制传递到地基的力大小的一种耦合型非线性隔振系统的力学模型,该模型含有平方阻尼、线性阻尼、库伦阻尼及非线性弹性元件的耦合;设质量块激励振动输入采用余弦激励,则可知

式中:ω为激励频率;f为激励力幅值;ω0为固有频率;c1为平方阻尼系数;c2为粘性阻尼系数;cf为库伦阻尼系数;k1为线性刚度系数;k3为立方刚度系数。

　　1·2　基础激励振动情况

　　图1(b)的计算公式理论推理方法同图1(a)。

　　2　与数值解的比较

　　为研究非线性耦合隔振系统的性态,以图1(a)为例通过改变所提模型的参数对其变化规律进行分析。

　　(1)ω0=62rad/s;u=1;f=100(N);ξ1=1.98;ξ2=0.22;ξf=0;β=k3x20/k1=0.29时的近似解析解与数值解的对比如图2,此时系统模拟了具有平方阻尼及线性阻尼(如流体阻尼隔振器)的减振系统。