具有高靜低動剛度特性的非線性隔振器
2020-11-13 15:52:08來源： 作者：xdnet
在人類的生活環(huán)境和工程實踐中，振動是無處不在的，振動可分為有害振動和有利振動。有害振動會使得物體變形或破壞，可能影響到重大工程的安全性和可靠性、機器的壽命和正常運轉、結構性或機構性失效和降低效率，以及會危害人體的健康，使人的安全感和舒適性得不到保障等，比如地震等突入起來的劇烈運動，甚至會使人民的生命財產(chǎn)遭受巨大的損失等。尤其是近年來隨著科學技術突飛猛進的發(fā)展，各種重大基礎設施（如：高層建筑、道路、橋梁、核反應堆、重載和高速列車）和高端設備（如：精密加工儀器、激光探測儀、引力波探測裝置等）對力學環(huán)境（如沖擊、隨機激勵及地震波等含有危險的低頻振動信號的環(huán)境）的要求越來越高，從而使得其對隔振器性能的要求也越來越高。例如，高超聲速飛行器在飛行過程承受嚴酷的振動環(huán)境，高量級的振動會使設備發(fā)生功能失效，甚至發(fā)生災難性后果。NASA在上世紀70年代對歷次航天發(fā)射事件進行了統(tǒng)計，結果表明振動環(huán)境是導致飛行失利最重要的因素之一。又比如，由國際標準ISO2631可知，人體對4-8Hz的垂向振動是非常敏感的，而車輛等運載工具在運動過程中往往容易出現(xiàn)1-10Hz的振動，這些振動可能是周期的、隨機的，以及沖擊的等。因此，減振是一個不可回避的重要問題。
然而，線性隔振理論表明，只有當激勵頻率大于倍固有頻率時，系統(tǒng)才有隔振效果。隔振系統(tǒng)中隔振器的壓縮量（平衡位置靜位移）受到安裝空間的約束和側向穩(wěn)定性需求的限制，因此若要提高承載能力需要隔振器具有較高剛度，然而高剛度又勢必導致較高的固有頻率。因此，傳統(tǒng)的隔振器往往由于自身的固有頻率無法降到足夠低而難以實現(xiàn)期望的隔振目標，主要體現(xiàn)在對低頻擾動隔振性能差，以及缺乏可調(diào)控性和自適應能力等方面。高承載能力和低固有頻率之間的矛盾成為被動隔振技術發(fā)展的瓶頸，而低頻隔振尤其是重型設備的低頻隔振也一直是被動隔振的難點問題。
主動隔振技術通過產(chǎn)生與外界激勵相抵消的致動力的作用可以實現(xiàn)低頻隔振，但是由于受其有源性、結構復雜、成本高、難于操作和維護等限制，近年來，被動和半主動隔振技術因其無源性與低能耗、可靠性好、低成本，以及操作簡單等優(yōu)勢，而備受科學界和工程界關注。當前，高靜低動剛度的隔振方式因其具有高的靜載支撐能力和低頻隔振性能以及抗沖擊保護的能力而逐漸引起人們的關注。具有高靜低動剛度特性的隔振器具有隨壓縮量變化的剛度，在零負載時，隔振器具有大靜剛度（承載剛度）以確保高承載能力和小靜位移，當負載壓縮隔振器至靜平衡位置時，隔振器動剛度大幅降低，因此該類隔振器兼顧高承載能力和低固有頻率，有效解決了被動隔振的瓶頸問題。近年來，一系列具有高靜低動剛度特征的隔振器被提出并應用到工程領域中，包括飛行器的地面共振測試、空間微重力實驗研究、激光干涉儀、地震波探測儀、引力波探測裝置等精密儀器的隔振，以及包裝工程、車輛座椅、轉向架懸掛、發(fā)動機的防護、機械精密加工等。
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