一類液固混合介質(zhì)隔振系統(tǒng)的非線性動力學(xué)行為與設(shè)計方法研究.pdf

1、波紋管式液固混合介質(zhì)隔振器是一類主要用于低頻重載動力機械隔振的非線性隔振裝置，由波紋管彈性單元體和油液工作介質(zhì)混合密封于多層波紋管容器組成。目前，在隔振工程領(lǐng)域，低頻重載隔振仍是研究難點與焦點問題之一，現(xiàn)有被動隔振技術(shù)主要在承載能力、低頻隔振、疲勞壽命和氣密性等方面存在諸多不足，無法滿足日益嚴(yán)苛的隔振需求。波紋管式液固混合介質(zhì)隔振器的提出可提升現(xiàn)有隔振技術(shù)的承載能力與低頻隔振性能，在艦船、重型車輛、軌道交通的隔振與潛艇水聲輻射的線譜隔離

2、等方面頗具應(yīng)用前景。
　　波紋管式液固混合介質(zhì)隔振器具有分段非線性的剛度特征，以這類隔振器為核心組成的隔振系統(tǒng)本質(zhì)上屬非光滑動力學(xué)系統(tǒng)，除具有傳統(tǒng)光滑隔振系統(tǒng)的動力學(xué)特性外（如主共振幅值跳躍），還具備特有的非光滑動力學(xué)行為（如擦邊失穩(wěn)），因此其動力學(xué)行為的理論分析較為復(fù)雜；而在工程意義上，人們主要關(guān)心的問題是：如何利用這些非線性動力學(xué)行為來提升隔振性能，以及如何屏蔽不利動力學(xué)現(xiàn)象的影響。
　　因此，本文以波紋管式混合介質(zhì)隔振

3、系統(tǒng)為對象，利用非線性動力學(xué)理論與方法研究其動力學(xué)行為與設(shè)計方法，并結(jié)合低頻隔振與主動隔振開展相關(guān)動力學(xué)分析與設(shè)計工作。主要研究內(nèi)容和學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)如下：
　　1.建立波紋管式混合介質(zhì)隔振器的彈性力學(xué)模型并導(dǎo)出其剛度特性。首先，基于曲梁和板殼模型兩種彈性力學(xué)模型，分別推導(dǎo)了彈性單元體在外部油液壓力與內(nèi)部氣體壓力作用下的軸向變形規(guī)律；其次，考慮波紋管結(jié)構(gòu)的幾何非線性，基于圓環(huán)板的大撓度卡門方程與圓環(huán)殼的線性控制方程，通過參數(shù)攝動法推導(dǎo)了單

4、元體在外部油液壓力作用下的非線性剛度；最后基于單元體的壓力剛度，推導(dǎo)了隔振器的軸向剛度特性。研究結(jié)果表明：液固混合介質(zhì)隔振器具有分段線性-非線性的剛度特性，并得到了準(zhǔn)靜態(tài)試驗驗證，而單元體數(shù)量與波紋管結(jié)構(gòu)參數(shù)可以有效地調(diào)整隔振器的剛度及其不連續(xù)點的位置。這部分研究內(nèi)容為隔振器的剛度設(shè)計提供了理論依據(jù)。
　　2.利用非光滑動力學(xué)理論研究波紋管式液固混合介質(zhì)隔振系統(tǒng)的響應(yīng)與穩(wěn)定性。對于軌線與位移分界面橫截情形，首先利用接縫法求解系統(tǒng)的

5、單穿越周期n運動響應(yīng)；繼而基于定相位Poincaré截面，引入不連續(xù)映射建立橫截軌道的頻閃映射，隨之基于分界面Poincaré截面及其輔助截面，分段構(gòu)建了橫截軌道鄰域內(nèi)的Poincaré映射并導(dǎo)出了其Jacobi矩陣。針對軌線與分界面擦邊情形，類似地，通過引入不連續(xù)映射構(gòu)造了周期軌道的Poincaré映射并導(dǎo)出了擦邊分岔的規(guī)范型。這部分研究為隔振器的動力學(xué)設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。
　　3.研究波紋管式液固混合介質(zhì)隔振器的非線性動力學(xué)設(shè)

6、計方法。針對主共振幅值跳躍現(xiàn)象，首先利用奇異性理論對主共振幅頻曲線的分岔進行了分類，發(fā)現(xiàn)幅值跳躍可由鞍結(jié)分岔或者非光滑誘導(dǎo)的擦邊分岔所導(dǎo)致，而幅頻曲線上的尖角為系統(tǒng)發(fā)生了擦邊分岔的特征；進而依據(jù)頻響曲線的拓?fù)涮卣鹘o出了避免跳躍發(fā)生的參數(shù)設(shè)計方法，研究結(jié)果表明，增大單元體數(shù)量可避免分段非線性因素帶來的跳躍沖擊。針對隔振有效區(qū)內(nèi)的倍周期分岔行為，通過周期軌道Poincaré映射的Jacobi矩陣的特征值分析給出了抑制倍周期分岔產(chǎn)生的參數(shù)條件

7、，研究結(jié)果表明，增大系統(tǒng)阻尼可以有效抑制倍周期分岔的產(chǎn)生。
　　4.研究柔性基礎(chǔ)上波紋管液固混合介質(zhì)隔振器的隔振性能，并提出提升其低頻隔振性能的高靜態(tài)低動態(tài)剛度隔振設(shè)計方案。針對運動軌線未穿過分界面的小振幅振動情形，實測了隔振器在柔性基礎(chǔ)試驗平臺上的能量傳遞率，并通過實測振級落差分析了激振環(huán)境與隔振器參數(shù)對隔振性能的影響；在大振幅情況下，主要給出主共振區(qū)的隔振設(shè)計原則，并理論了分析隔振器參數(shù)對隔振性能的影響。最后，給出了一種懸置式

8、波紋管液固混合介質(zhì)隔振設(shè)計方案，該方案具備高靜態(tài)低動態(tài)剛度特性。比對結(jié)果顯示，懸置式隔振器可使顯著提升低頻隔振性能，若設(shè)計合理，甚至可實現(xiàn)小于2Hz的低頻隔振。
　　5.將主動隔振與波紋管式液固混合介質(zhì)隔振技術(shù)結(jié)合，提出基于時滯立方非線性速度反饋的主動隔振方法。首先采用多尺度法對受控系統(tǒng)進行了主共振分析，考察了時滯對主共振響應(yīng)及其穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)在一定時滯范圍內(nèi)，立方非線性速度反饋不僅起到調(diào)節(jié)阻尼的作用，還可調(diào)節(jié)系統(tǒng)剛度；繼而通