一類幾何非線性準(zhǔn)零剛度系統(tǒng)的隔振理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國開展了一些高端精密儀器（如，激光干涉儀、地震波探測儀，引力波探測裝置）等設(shè)備的研究，以及一些重要基礎(chǔ)設(shè)施（如，高層建筑，道路、橋梁工程、核反應(yīng)堆和高速列車）的改進(jìn)，由于其苛刻的力學(xué)環(huán)境，如低頻風(fēng)擾激勵(lì)，地面隨機(jī)激勵(lì)，地震波等包含低頻振動信號的環(huán)境，現(xiàn)有隔振器性能逐漸不能滿足需要。傳統(tǒng)的線性隔振系統(tǒng)僅適用10Hz以上的中高頻信號，而主動隔振技術(shù)雖然能達(dá)到低頻隔振目標(biāo)，但是這種隔振技術(shù)面臨控制算法復(fù)雜，輔助設(shè)

2、備重量大，成本高，維護(hù)和操作起來麻煩的問題，因此，針對機(jī)械式非線性低頻被動隔振器展開研究，將其設(shè)計(jì)簡單，無需復(fù)雜的輔助設(shè)備，重量輕，維護(hù)和操作簡單等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用到工程中具有重要意義。
　　本課題將通過一個(gè)嶄新的視角，從一種由雙翅目昆蟲的振翅飛行簡化而來的幾何非線性結(jié)構(gòu)出發(fā)，因?yàn)槠渚哂袦?zhǔn)零剛度特征而考慮將其應(yīng)用到隔振器設(shè)計(jì)中，提出了能有效改善低頻隔振性能的非線性被動隔振器設(shè)計(jì)理論與方案，主要內(nèi)容可以概括如下：
　　基于一種幾何非線

3、性結(jié)構(gòu)，建立了一類考慮重力荷載的準(zhǔn)零剛度隔振器力學(xué)模型，并且推導(dǎo)了其振動控制方程。該模型由一對彈簧連桿機(jī)構(gòu)和豎向承載彈簧組成，結(jié)構(gòu)存在正負(fù)剛度并聯(lián)從而具有穩(wěn)定準(zhǔn)零剛度特性。主要研究了其非線性力-位移特性，剛度特性，分析了系統(tǒng)在未擾條件下平衡點(diǎn)隨參數(shù)分岔現(xiàn)象，及有阻尼條件下系統(tǒng)的吸引域。利用數(shù)值方法研究了系統(tǒng)在簡諧激振條件下的動力學(xué)響應(yīng)，分岔與混沌特性。
　　針對其無理式方程及有界條件，采用雅各比不完全橢圓積分給出平均法解，描述了系

4、統(tǒng)在全局運(yùn)動下的幅頻特性及相頻特性。系統(tǒng)的有界邊界條件決定了其無量綱振幅小于1，同時(shí)具有足夠的靜剛度保證了承載能力，又具有低動剛度以保證在平衡點(diǎn)附近有較低的固有頻率對應(yīng)更寬的隔振頻帶，采用平均法解給出的隔振傳遞率說明了這一現(xiàn)象，同時(shí)分析了不同參數(shù)對傳遞率峰值及跳躍點(diǎn)的影響。
　　針對考慮重力荷載的力學(xué)模型，完成了準(zhǔn)零剛度被動隔振器的機(jī)械設(shè)計(jì)，并展開了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了前述不同參數(shù)對傳遞率峰值及跳躍點(diǎn)的影響。結(jié)論表明，經(jīng)過合適的阻