双层流体浮筏的隔振特性研究

    隔振一直是工程界和学术界十分关注的问题．传统线性隔振系统对高频振动一般具有较好的效果，但要实现低频隔振会导致系统刚度的降低或质量的增大．在较小质量较大静刚度前提下实现低频隔振具有很大的挑战性．

    近年来涌现出一批新型低频隔振装置，这些隔振装置大致可分为３类：准零刚度隔振器、动态吸振器和动力反共振隔振器．准零刚度隔振器具有固有频率低和隔振频带宽等优点［１－３］，但对静载有严格的限制，当静载偏离设计值时，其隔振效果会降低．动态吸振器是２０世纪初提出的，这种隔振器理论上可实现对单频振动的完全隔离，但是其隔振带宽较窄，当激振频率偏离最优隔振频率时，隔振效果大大降低．动力反共振隔振器是２０世纪６０年代提出的，这种隔振器利用惯性力与弹性力相抵消的原理（即反共振原理）来工作．当激振频率等于反共振频率时，惯性力与弹簧力幅值相等、相位相反，传到基座的动荷载为零．但在实际应用中，激励频率往往随外部环境和操作条件等而变化，动力反共振隔振装置有限的隔振带宽不足以覆盖激振频率变化范围．对此，人们开始发 展可调式动力反共振隔振装 置．Ｐｌｏｏｙ等［４］提出了一种可调式空气弹簧，通过调节其刚度来实现最佳隔振频率的调节．Ｓｃａｒｂｏｒｏｕｇｈ等［５］将复合材料管和空气弹簧相结合设计了一种流体型反共振隔振器，这种隔振器通过改变气体压强．Ｌｉｕ等［６］提出了单层反共振流体浮筏隔振器，通过改变液位高度来调节反共振频率．上述装置对单个频率的激励具有良好的隔振效果，但对于包含多个频率成分的激励隔振效果不佳．Ｙｉｌｍａｚ等［７－８］提出了多自由度反共振隔振的概 念，从原理 上可实现多频 率成分的隔 振，但Ｙｉｌｍａｚ没给出具体的隔振装置．

    本文提出了一种双层反共振流体浮筏隔振器，这种隔振装置结构简单、易于实现，并可拓展为多层．由于隔振器具有２个反共振频率并可轻松调节其大小，因此能实现对包含２个主频成分振动的隔离，且隔振带宽可调节．

    １　结构形式

    图１为双层流体浮筏系统垂直剖面示意图．系统包括浮体、内层流体容器和外层流体容器３部分，并用弹簧和流体介质隔离开来．浮体与内层流体容器浸入流体中的部分都为长方体，宽度为，长度分别为ＬＬ，液位高度分别为Ｈ１，Ｈ２．Ｈ１，Ｈ２可通过改变容器内流体的量来调节．浮体与内层流体容器两侧水平间距为ｗ１２，底部垂直间距为ｈ１２，内层流体容器与外层流体容器两侧水平间距为ｗ２３，底部垂直间距为ｈ２３．考虑系统垂向的振动，两侧间保持不变，为了保证隔振装置各部分仅沿垂直方．向运动，各部分之间采用直线轴承相连接．