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(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)開(kāi)展了一些高端精密儀器（如，激光干涉儀、地震波探測(cè)儀，引力波探測(cè)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(dòng)信號(hào)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(hào)，而主動(dòng)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(lái)麻煩的問(wèn)題，因此，針對(duì)機(jī)械式非線性低頻被動(dòng)隔振器展開(kāi)研究，將其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜的輔助設(shè)備，重量輕，維護(hù)和操作簡(jiǎn)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(guò)一個(gè)嶄新的視角，從一種由雙翅目昆蟲(chóng)的振翅飛行簡(jiǎn)化而來(lái)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(dòng)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(dòng)控制方程。該模型由一對(duì)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(jiǎn)諧激振條件下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，分岔與混沌特性。
　　針對(duì)其無(wú)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(dòng)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(wú)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(dòng)剛度以保證在平衡點(diǎn)附近有較低的固有頻率對(duì)應(yīng)更寬的隔振頻帶，采用平均法解給出的隔振傳遞率說(shuō)明了這一現(xiàn)象，同時(shí)分析了不同參數(shù)對(duì)傳遞率峰值及跳躍點(diǎn)的影響。
　　針對(duì)考慮重力荷載的力學(xué)模型，完成了準(zhǔn)零剛度被動(dòng)隔振器的機(jī)械設(shè)計(jì)，并展開(kāi)了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了前述不同參數(shù)對(duì)傳遞率峰值及跳躍點(diǎn)的影響。結(jié)論表明，經(jīng)過(guò)合適的阻