圆环非线性隔振特性研究

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隔振中的非线性刚度可以在提高低频隔振性能同时不失稳性;非线性阻尼能够抑制共振同时不影响高频特性。因此,研究新型非线性结构的动力学特性和隔振性能是重要的研究方向,利用特定形状弹性结构力-形变的非线性关系实现非线性隔振是一种更为直接的方法。本文利用弹性圆环弯曲变形来获得非线性隔振系统,并利用圆环的非线性特性以提高隔振性能。提出并研究了非线性弯曲圆环隔振基本理论。通过圆环在预应力作用下静态刚度特性分析,建立了考虑预弯曲的圆环非线性隔振动力学模型,运用直接运动分离法、谐波平衡法和直接数值积分法导出了系统的频响函数和位移传递率,通过Floquet乘子判断非线性系统稳定性。深入分析了该系统非线性跳跃、准周期等复杂非线性动力学现象及其存在的规律,讨论了圆环在不同预弯曲作用下的隔振特性,考察了系统的几何配置参数对隔振系统的影响。解析和数值结果都表明,对于不同参数的合理优化可以有效提高隔振系统的隔振效率。研究了非线性刚度和非线性阻尼加强的圆环隔振系统动力学特性。通过放置水平线性阻尼器来实现非线性阻尼。再进一步在圆环隔振结构上添加水平刚度,提供非线性刚度,研究系统在基础位移激励作用下的隔振性能。研究表明,在圆环隔振系统中添加水平刚度能够有效拓宽隔振频带,水平阻尼能够抑制共振峰值而不影响高频传递率,合理组合水平刚度和水平阻尼参数能够有效提高系统的隔振性能。引入形状记忆合金绳到圆环隔振系统以提高圆环非线性隔振性能。利用形状记忆合金绳的Bouc-Wen型滞回特性,结合恢复力曲面法,识别出刚度和阻尼各阶系数。建立横拉记忆合金圆环隔振系统连续体全模型,利用谐波平衡法分析了形状记忆合金不同刚度和阻尼系数对隔振系统的影响,并且比较了不同型号形状记忆合金(NiTi7,NiTi9/NiTi1,ST49/NiTi7,ST49/NiTi1)的隔振性能。研究表明,形状记忆合金绳能够有效提高圆环的隔振性能,NiTi19/NiTi1混合组成的形状记忆合金绳隔振效果最好。最后设计和建立了圆环非线性隔振系统实验装置,通过准静态测试实验法验证了圆环弯曲理论模型力-位移关系,进一步研究了在基础位移激励作用下圆环隔振性能,并比较了三种不同预弯曲状态下的位移传递率。实验数据表明,随着预压质量块的增大,隔振器的共振频率逐渐减小,隔振频带变宽。静态/动态实验验证理论模型、分析方法和解析结果。
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