柔性浮筏隔振系統(tǒng)的建模與動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、為深刻理解浮筏隔振系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性對隔振性能的影響,本文分別進(jìn)行了線性和非線性條件下浮筏系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性研究。在簡化條件下,進(jìn)行了線性系統(tǒng)的理論建模、多體動(dòng)力學(xué)和有限元仿真分析,并通過試驗(yàn)手段,對理論和仿真方法的有效性進(jìn)行檢驗(yàn)。在引入非線性隔振器的前提下,對該非線性系統(tǒng)進(jìn)行了單頻激勵(lì)下的響應(yīng)分析及全局分析,并根據(jù)計(jì)算結(jié)果,對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了定性討論。
　　柔性浮筏隔振系統(tǒng)的建模分析。本研究將多體動(dòng)力學(xué)理論和阻抗理論進(jìn)行綜合,依據(jù)

2、子結(jié)構(gòu)方法的分析思路進(jìn)行理論建模。首先設(shè)定機(jī)組為剛性體,依據(jù)多剛體動(dòng)力學(xué)理論,建立機(jī)組六自由度方向上的擾動(dòng)及響應(yīng)方程組;其次對筏架和基礎(chǔ)采用阻抗理論,由板變形的偏微分方程得到相應(yīng)的阻抗矩陣;隨后由于筏架在發(fā)生柔性變形的同時(shí)存在剛體運(yùn)動(dòng),因此進(jìn)行和機(jī)組類似的剛體動(dòng)力學(xué)建模;最后依據(jù)各子結(jié)構(gòu)間的力和位移協(xié)調(diào)條件,綜合得到系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程組并進(jìn)行計(jì)算分析。
　　柔性浮筏隔振系統(tǒng)的仿真研究。由于艦船隔振系統(tǒng)的質(zhì)量較大,試驗(yàn)研究極為困難,所

3、以在設(shè)計(jì)階段既需要理論分析,又需要可靠的軟件進(jìn)行仿真研究,以達(dá)到驗(yàn)證理論解和降低試驗(yàn)成本的目的。本研究采用Adams多體剛?cè)狁詈辖７椒▽Ω》じ粽裣到y(tǒng)進(jìn)行仿真研究,并將仿真結(jié)果同子結(jié)構(gòu)的理論解對比分析,發(fā)現(xiàn)Adams多體剛?cè)狁詈辖７椒ǖ姆抡娼Y(jié)果具有較好的可靠性和精度,可以應(yīng)用于更復(fù)雜的浮筏隔振系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析。與有限元方法的對比表明,該仿真方法大大減少了計(jì)算時(shí)長以及對存儲空間的需求,同時(shí)降低了鉸鏈、滑移、旋轉(zhuǎn)等約束形式的建模難度。

4、r>　　囊式混合介質(zhì)隔振器的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究。以空氣彈簧的氣囊為容器,在其內(nèi)部填充可彈性變形的波紋管單元體,并以水為介質(zhì)替換壓縮氣體組成囊式混合介質(zhì)隔振器,以探索隔振器的形式。該處理手段既可以回避氣囊的慢性泄漏問題,又可免去附加的監(jiān)測系統(tǒng)和氣體壓縮機(jī)設(shè)備所占據(jù)的空間和消耗的動(dòng)力。通過試驗(yàn)方法,研究了囊式混合介質(zhì)隔振器的非線性動(dòng)力學(xué)特性在隔振減振方面的作用,試驗(yàn)分析該隔振器的剛度特點(diǎn)以及對重型負(fù)載的隔振效果。
　　非線性浮筏隔振系統(tǒng)的

5、建模與計(jì)算研究。為提高隔振效果,廣泛采用具有非線性剛度特性的隔振器,因此對于浮筏隔振系統(tǒng)開展非線性理論研究具有一定的實(shí)際意義。在非線性條件下,頻響并不具有線性條件下的輸入—輸出的頻率唯一對應(yīng)性。因此基于彈性薄板結(jié)構(gòu)的偏微分方程,通過Galerkin方法可得到彈性結(jié)構(gòu)的常微分方程表達(dá)式,并進(jìn)行相應(yīng)非線性條件下的建模分析。由于復(fù)雜非線性系統(tǒng)的仿真方法尚不全面,較難通過成熟的軟件直接進(jìn)行非線性條件下的仿真計(jì)算,同時(shí)小參數(shù)法、多尺度法、KBM方

6、法及諧波及增量諧波平衡法等定量分析方法,主要適用于求解低維非線性動(dòng)力系統(tǒng)的近似解,即以單自由度系統(tǒng)為代表的速度—位移二維狀態(tài)空間以及其他三維狀態(tài)空間系統(tǒng)。實(shí)際上大多數(shù)動(dòng)力學(xué)問題具有維數(shù)高、非線性強(qiáng)等特點(diǎn),所以當(dāng)前對非線性系統(tǒng)的分析以數(shù)值分析方法為主。本研究通過定量分析和數(shù)值手段,分析對稱激勵(lì)條件下的非線性浮筏隔振系統(tǒng)的基本特性。利用多尺度法的一階近似,分析系統(tǒng)發(fā)生內(nèi)共振及組合共振的條件,并采用定步長的龍格庫塔算法,分析非共振條件下系統(tǒng)所

7、具有的動(dòng)力學(xué)特性。
　　非線性浮筏隔振系統(tǒng)的全局分析。在一定初始條件下的系統(tǒng)響應(yīng)不足以反映系統(tǒng)的全局特性。本研究將全局分析的胞參考點(diǎn)映射(PMUCR)法進(jìn)行改進(jìn),而后將其應(yīng)用于對稱激勵(lì)條件下非線性浮筏隔振系統(tǒng)的全局分析,并對PMUCR方法在高維非線性系統(tǒng)中的運(yùn)用準(zhǔn)則進(jìn)行討論。最后通過打靶法等判斷了PMUCR方法得到的吸引子的穩(wěn)定性。
　　小尺寸浮筏試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑囼?yàn)驗(yàn)證。通過小尺寸的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?驗(yàn)證浮筏系統(tǒng)的線性建模理論及剛?cè)狁詈?/p>