周期載荷下多股簧的動(dòng)力學(xué)模型及響應(yīng)特性研究.pdf

1、多股螺旋彈簧(簡(jiǎn)稱多股簧)是由鋼索(通常由2-7股碳素彈簧鋼絲纏繞而成)卷制而成的圓柱螺旋彈簧。由于多股簧抗沖擊特性好、吸振能力強(qiáng)、具有較大的剛度和非線性阻尼,因此廣泛應(yīng)用于自動(dòng)武器和減振系統(tǒng)上。然而,目前針對(duì)多股簧的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性沒(méi)有探明,在設(shè)計(jì)多股簧減振系統(tǒng)時(shí),往往只進(jìn)行靜態(tài)設(shè)計(jì),不能保證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。為了提高多股簧的相關(guān)設(shè)計(jì)水平,本文對(duì)周期載荷下多股簧的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了深入的分析與研究,建立了多股簧的動(dòng)力學(xué)模型,提出了模型的參

2、數(shù)識(shí)別方法,并提出了典型多股簧非線性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析方法。本文的主要工作如下:
　　①通過(guò)動(dòng)力學(xué)試驗(yàn),得到周期載荷下多股簧的動(dòng)態(tài)特性曲線,觀察發(fā)現(xiàn)多股簧具有明顯的非線性遲滯特性,剛度漸硬,動(dòng)力學(xué)曲線重疊且不對(duì)稱。查閱文獻(xiàn)對(duì)典型的遲滯系統(tǒng)模型Bouc-Wen方程進(jìn)行了研究,分析了標(biāo)準(zhǔn)化Bouc-Wen模型及其解析表達(dá)式,提出了Bouc-Wen模型的快速高精度計(jì)算方法,并計(jì)算了模型的耗散能量。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)添加非線性剛度和非線性放

3、大因子,對(duì)Bouc-Wen方程了參數(shù)修正,建立了多股簧的動(dòng)力學(xué)模型。
　?、谔岢鏊惴▽?duì)多股簧動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了參數(shù)識(shí)別。首先,對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波去噪,得到較平滑的特性曲線。然后,根據(jù)模型中Bouc-Wen遲滯部分在穩(wěn)定區(qū)時(shí)最大輸出趨近于±1的特點(diǎn),分離出非遲滯部分——非線性剛度和非線性放大因子,并使用最小二乘法識(shí)別出相關(guān)系數(shù)。最后,根據(jù)已經(jīng)識(shí)別出的參數(shù)分離出Bouc-Wen模型部分,使用IUKF算法,得到遲滯部分的參數(shù)。通過(guò)數(shù)值仿真

4、和動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果證明,該識(shí)別算法準(zhǔn)確有效,IUKF算法對(duì)初值的魯棒性好,動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果同時(shí)也證明了提出的多股簧動(dòng)力學(xué)模型的正確性。
　?、坩槍?duì)典型的多股簧非線性系統(tǒng),建立系統(tǒng)的模型方程。對(duì)方程進(jìn)行無(wú)量綱化,并根據(jù)多股簧的參數(shù)特性,得到模型的主要影響參數(shù),從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)方程。使用等效線性化方法,根據(jù)能量等效原則和提出的Bouc-Wen耗散能量計(jì)算方法,得到了模型的等效線性化阻尼,從而將復(fù)雜的非線性系統(tǒng)簡(jiǎn)化成等效的線性化系統(tǒng)。提出相應(yīng)的