确定性激励时多阻尼介质耦合型非线性隔振器传递率特性研究

　　1　引言

　　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,文献[1]等介绍了大量已商品化的隔振器件型式及其结构和性能指标,并对线性隔振器作了相当完善的描述和研究。有关在线性假设条件下隔振器件的性能和设计理论已相当成熟,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耦合[3],单一的三次非线性阻尼与线性弹性元件的耦合[4]。然而工程应用环境对振冲控制性能提出了越来越高的要求,因此具有非线性特征并具有良好的设计可控性的多阻尼介质耦合减振器件研究成了一种新的选择,由于其非线性匹配特性的复杂性,以及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理论和技术研究中急需解决的难题之一。

　　本文针对含有平方阻尼、线性阻尼、库伦阻尼及线性刚度、非线性立方刚度的多阻尼介质耦合隔振器的工作特性模型进行研究,通过无量纲变换结合谐波平衡法对其进行近似理论求解,在此基础上对传递率的多值特性进行研究,探讨其隔振性态。

　　2　隔振器模型及求解

　　针对不同类型的激励,研究图1多阻尼介质耦合隔振器的两种激励模型,图1a为基础激励时的力学模型,图1b为力激励时的力学模型,系统的物理模拟可采用含有金属弹性元件、橡胶弹性元件及流体、库伦阻尼材料(如金属丝网等)、粘弹性阻尼材料及其他阻尼材料耦合为并联系统来实现,例如流体、金属丝网及弹簧并联耦合成金属丝网—流体阻尼减振器,流体将体现出线性阻尼(c2)、平方阻尼(c1),金属丝网体现出库伦阻尼(cf),弹簧、流体压缩性及金属丝网刚度特性体现出弹性非线性。

　　2.1　基础激励振动情况

　　图1a为需控制基础激励传递到设备(质量块)的加速度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簧的耦合;设基础振动输入采用正弦激励,则可知

ω0为固有频率,ω为激励频率,a0为基础输入激励振幅,c1为平方阻尼系数,c2为粘性阻尼系数,cf为库伦阻尼系数,k3为立方刚度系数,k1为线性刚度系数。

　　可通过求解方程(7)、(8)计算绝对加速度传递率

　　2.2　质量块激励振动情况