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高静低动隔振系统及其在军队卫生技术车辆中的应用展望

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    0 引言

    由隔振理论[1]可知,隔振起始频率与传递率是评价隔振性能的两个重要参数,性能优异的隔振系统应该具有较低的隔振起始频率和较低的传递率,以获得更宽的隔振频带和降低振动的危害。影响隔振系统主要性能的参数是固有频率和阻尼比。若选用刚度较小的隔振系统,会使其固有频率减小,从而减小隔振起始频率,拓宽隔振频带,但是其承载能力下降,静态位移增加;若增加系统阻尼,隔振系统在共振频率点的振动传递率减小,但其高频时的振动传递率却会增加。

    高静低动隔振系统作为被动非线性隔振系统的一个重要分支,可以有效地解决传统线性隔振系统中低的隔振起始频率与高的静态承载能力之间的对立矛盾。具有刚度非线性特性的高静低动隔振系统,同时具有较高的静态刚度和较低的动态刚度,从而保证系统在具有一定承载能力的基础上,固有频率较小,显著地扩大了系统的隔振频带,提高了系统的隔振效率。

    1 高静低动隔振系统

    1.1 隔振原理

    图 1 中实线为普通线性隔振系统的力-位移曲线,当承载重力为 W 的物体时,在位置 δst处达到静力平衡,恢复力和变形的恒定比值为系统的静态刚度;当承载物体在平衡位置附近的 Δx 范围内做小幅振动时,这段区间内恢复力和变形的比值为系统的动态刚度。由线性隔振系统的力-位移曲线可以看出,其静态刚度和动态刚度完全相等。

    高静低动隔振系统在平衡位置时的力-位移函数关系可以用下式[2]表示:

f=k1x+k3x3(1)

    由式(1)可以看出,系统的刚度不再是常数而是呈非线性变化。可以通过选择参数 k1、k3,使系统在承载重力为 W 的物体时产生与线性隔振系统相同的静态变形,则系统的承载能力并没有降低,如图 1 中虚线所示;同时,承载物体在平衡位置附近 δst做小幅振动时,高静低动隔振系统的动态刚度几乎趋近于零,相对于线性系统动态刚度小得多,固有频率很低,从而具有较低的隔振起始频率。

    系统的振动传递率为:

    式中,λ=ω/ωn为频率比,ξ=c/cc为相对阻尼比。当 λ> 2姨时,传递率 T<1,且 T 随 λ的增大而减小。由于高静低动隔振系统的固有频率小于其对应线性隔振系统的固有频率,在相同频率的外界激励下,高静低动隔振系统的频率比大于线性系?统,则其传递率小于其对应线性系统;又由于 cc=2 mωn,高静低动隔振系统较小的固有频率使 ξ 增大,这样有利于衰减系统的共振响应。从而,高静低动隔振系统不仅能够实现低频隔振,而且具有更好的隔振效率。

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