考慮設(shè)備阻抗的隔振系統(tǒng)特性與主動(dòng)控制研究.pdf

1、基礎(chǔ)的非剛性，隔振器的分布參數(shù)特性以及機(jī)器在高頻下所表現(xiàn)出的彈性特性造成了經(jīng)典隔振理論與實(shí)際隔振效果的高頻段差異。柔性隔振理論克服了經(jīng)典隔振理論的不足，將隔振系統(tǒng)中某子系統(tǒng)以適當(dāng)彈性模型代替，分析了子系統(tǒng)彈性阻抗特性對(duì)高頻隔振效果的影響。在隔振系統(tǒng)中，基礎(chǔ)的非剛性是造成經(jīng)典隔振理論差異的主要因素。此外，隔振器是具有一定質(zhì)量的分布參數(shù)系統(tǒng)，當(dāng)激振頻率達(dá)到隔振器中彈性波半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，就有可能在隔振器中產(chǎn)生駐波效應(yīng)，這是導(dǎo)致高頻隔振效果下

2、降的又一因素。除了基礎(chǔ)與隔振器所表現(xiàn)出的彈性特性對(duì)隔振效果有影響外，系統(tǒng)中較為薄弱的部件或縱跨比較大的結(jié)構(gòu)在高頻下也可能因剛性不足而導(dǎo)致彈性模態(tài)被激發(fā)。如對(duì)于橫向尺寸較小的被隔振設(shè)備一般剛性較大，可以考慮成絕對(duì)剛體，但被隔振設(shè)備與隔振器間需通過(guò)支撐機(jī)腳、支撐框架等連接，這些部件在高頻下可能因剛性不足而表現(xiàn)出彈性特性;在雙層隔振或浮筏隔振系統(tǒng)中，中間質(zhì)量彈性模態(tài)在高頻下也有可能被激發(fā)，在高頻下其有限阻抗特性都不能被忽略。若不考慮以上部件彈

3、性阻抗特性，也會(huì)導(dǎo)致理論預(yù)估出現(xiàn)較大偏差。本學(xué)位論文著重對(duì)系統(tǒng)阻抗特性進(jìn)行探討，以功率流為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)中部件的彈性特性進(jìn)行研究，以期為工程實(shí)際提供理論指導(dǎo)。
　　為了探討柔性隔振系統(tǒng)中各子系統(tǒng)彈性特性的影響，建立了Euler-Bernoulli梁、Timoshenko梁、薄板和厚板等模型彎曲振動(dòng)微分方程，給出了不同邊界條件下的振型函數(shù)，結(jié)合杜哈美積分與正交條件導(dǎo)出了不同模型的導(dǎo)納函數(shù)并通過(guò)實(shí)例仿真對(duì)導(dǎo)納函數(shù)進(jìn)行了對(duì)比。
　

4、　針對(duì)單一垂向單層隔振系統(tǒng)，分別以Euler-Bernoulli梁、Timoshenko梁、薄板以及厚板模型為基礎(chǔ)，對(duì)比探討了兩種梁、板理論模型下的功率流譜。研究表明，在低頻下，兩種梁、板模型之間無(wú)明顯差異。但隨著激振頻的升高或梁長(zhǎng)細(xì)比減小、板厚度增大，Euler-Bernoulli梁和Timoshenko梁模型之間、薄板和厚板模型之間的差異逐漸增大;隔振器在基礎(chǔ)上的安裝方式會(huì)影響基礎(chǔ)模態(tài)的激發(fā)。對(duì)于兩端固定梁基礎(chǔ)，隔振器對(duì)稱(chēng)布置僅激發(fā)

5、其奇數(shù)階模態(tài)，非對(duì)稱(chēng)布置時(shí)全部模態(tài)都被激發(fā);對(duì)于四邊簡(jiǎn)支板基礎(chǔ)，隔振器相對(duì)x、y軸全部對(duì)稱(chēng)布置時(shí)，m、n均為奇數(shù)的模態(tài)被激發(fā)，僅相對(duì)于x軸（y軸）方向?qū)ΨQ(chēng)時(shí)，m為奇數(shù)（n為奇數(shù)）的模態(tài)被激發(fā)，若相對(duì)與x、y軸都不對(duì)稱(chēng)，則所有模態(tài)都被激發(fā);為了考察設(shè)備有限阻抗特性的影響，在單一垂向柔性隔振系統(tǒng)中，將被隔振設(shè)備分為剛性機(jī)器與彈性設(shè)備支撐兩部分。結(jié)合Euler-Bernoulli梁、薄板理論，將設(shè)備的支撐框架或支撐結(jié)構(gòu)考慮成兩端自由Euler

6、-Bernoulli梁或四邊自由薄板，為了對(duì)設(shè)的彈性特性進(jìn)行探討，故忽略剛性機(jī)器的影響，將其視為振源且輸出一常力作用在設(shè)備支撐上，以導(dǎo)納功率流法著重探討了設(shè)備支撐彈性、振源激勵(lì)點(diǎn)位置以及隔振器安裝位置對(duì)隔振效果的影響。研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)備中作為振源的機(jī)器部分與隔振器都應(yīng)盡量對(duì)稱(chēng)布置，以避免低頻段系統(tǒng)橫搖模態(tài)的出現(xiàn)，此時(shí)高頻段設(shè)備支撐與基礎(chǔ)會(huì)發(fā)生模態(tài)丟失現(xiàn)象，由此避免了峰值密集而導(dǎo)致隔振效果變差?？紤]設(shè)備支撐彈性后功率流譜中會(huì)出現(xiàn)向下尖峰模態(tài)，

7、這種模態(tài)主要由設(shè)備支撐的彈性振動(dòng)引起，其出現(xiàn)頻率取決于設(shè)備支撐的物理參數(shù)與其上激勵(lì)點(diǎn)位置，與基礎(chǔ)及其耦合作用無(wú)關(guān)。
　　基于Euler-Bernoulli梁理論建立了三向復(fù)合激勵(lì)下的雙層主\被動(dòng)控制系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，分析了系統(tǒng)剛體模態(tài)，隔振器駐波效應(yīng)以及基礎(chǔ)彈性模態(tài)對(duì)隔振效果的影響，分析了中間質(zhì)量有限阻抗特性的影響。對(duì)基礎(chǔ)功率流最小控制策略進(jìn)行了詳細(xì)研究。通過(guò)分析得出，在系統(tǒng)對(duì)稱(chēng)布置情況下，單一垂向激勵(lì)會(huì)激發(fā)系統(tǒng)兩階垂向剛體模態(tài)，引

8、起隔振器縱向駐波，使基礎(chǔ)奇數(shù)階彎曲振動(dòng)模態(tài)激發(fā)。單一橫搖力矩會(huì)激發(fā)系統(tǒng)兩階橫搖剛體模態(tài)并耦合兩階橫向剛體模態(tài)，引起隔振器縱向駐波，使基礎(chǔ)偶數(shù)階彎曲振動(dòng)模態(tài)激發(fā)。單一橫向激勵(lì)會(huì)激發(fā)兩階橫向剛體模態(tài)并耦合兩階橫搖剛體模態(tài)，引起隔振器彎曲駐波，使基礎(chǔ)偶數(shù)階彎曲振動(dòng)模態(tài)以及縱向振動(dòng)模態(tài)激發(fā);在中間質(zhì)量基頻以后頻段范圍其剛體模型不再適用，中間質(zhì)量彈性模態(tài)被激發(fā)導(dǎo)致高頻隔振效果變差且可能在功率流譜中出現(xiàn)“反共振”峰;對(duì)于上層控制雙層隔振系統(tǒng)，采用基