具有高靜低動(dòng)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(shí)踐中,振動(dòng)是無處不在的,振動(dòng)可分為有害振動(dòng)和有利振動(dòng)。有害振動(dòng)會(huì)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(jī)器的壽命和正常運(yùn)轉(zhuǎn)、結(jié)構(gòu)性或機(jī)構(gòu)性失效和降低效率,以及會(huì)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(yùn)動(dòng),甚至?xí)谷嗣竦纳?cái)產(chǎn)遭受巨大的損失等。尤其是近年來隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展,各種重大基礎(chǔ)設(shè)施(如:高層建筑、道路、橋梁、核反應(yīng)堆、重載和高速列車)和高端設(shè)備(如:精密加工儀器、激光探測儀、引力波探測裝置等)對力學(xué)環(huán)境(如沖擊、隨機(jī)激勵(lì)及地震波等含有危險(xiǎn)的低頻振動(dòng)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(yán)酷的振動(dòng)環(huán)境,高量級的振動(dòng)會(huì)使設(shè)備發(fā)生功能失效,甚至發(fā)生災(zāi)難性后果。NASA在上世紀(jì)70年代對歷次航天發(fā)射事件進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),結(jié)果表明振動(dòng)環(huán)境是導(dǎo)致飛行失利最重要的因素之一。又比如,由國際標(biāo)準(zhǔn)ISO2631可知,人體對4-8Hz的垂向振動(dòng)是非常敏感的,而車輛等運(yùn)載工具在運(yùn)動(dòng)過程中往往容易出現(xiàn)1-10Hz的振動(dòng),這些振動(dòng)可能是周期的、隨機(jī)的,以及沖擊的等。因此,減振是一個(gè)不可回避的重要問題。
然而,線性隔振理論表明,只有當(dāng)激勵(lì)頻率大于倍固有頻率時(shí),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(cè)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(dǎo)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(shí)現(xiàn)期望的隔振目標(biāo),主要體現(xiàn)在對低頻擾動(dòng)隔振性能差,以及缺乏可調(diào)控性和自適應(yīng)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(dòng)隔振技術(shù)發(fā)展的瓶頸,而低頻隔振尤其是重型設(shè)備的低頻隔振也一直是被動(dòng)隔振的難點(diǎn)問題。
主動(dòng)隔振技術(shù)通過產(chǎn)生與外界激勵(lì)相抵消的致動(dòng)力的作用可以實(shí)現(xiàn)低頻隔振,但是由于受其有源性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、難于操作和維護(hù)等限制,近年來,被動(dòng)和半主動(dòng)隔振技術(shù)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(xué)界和工程界關(guān)注。當(dāng)前,高靜低動(dòng)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(hù)的能力而逐漸引起人們的關(guān)注。具有高靜低動(dòng)剛度特性的隔振器具有隨壓縮量變化的剛度,在零負(fù)載時(shí),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(dāng)負(fù)載壓縮隔振器至靜平衡位置時(shí),隔振器動(dòng)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(dòng)隔振的瓶頸問題。近年來,一系列具有高靜低動(dòng)剛度特征的隔振器被提出并應(yīng)用到工程領(lǐng)域中,包括飛行器的地面共振測試、空間微重力實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)向架懸掛、發(fā)動(dòng)機(jī)的防護(hù)、機(jī)械精密加工等。