金属橡胶弹性迟滞回线的一种新的建模方法

金属橡胶作为一种干摩擦阻尼材料，其阻尼特性在很多领域得到了应用．在振动防护领域，通常用金属橡胶阻尼元件的迟滞回线来描述金属橡胶的干摩擦阻尼特性．本提出了一种描述迟滞回线的数学方法，该方法采用泊松分布来描述金属橡胶材料内部金属丝之间的接触点运动状态，并针对不同的振幅对金属橡胶力学本构关系中的参数进行了求解．与现有方法相比，该方法能够更加准确地描述金属橡胶的非线性迟滞特性．     

金属橡胶减振器组合刚度特性研究

金属橡胶减振器（Metal Rubber Damper简称MRD）是一种具有干摩擦的非线性减振器,但由于单一MRD刚度曲线线性度差,若将刚度特性不同的金属橡胶元件加以组合匹配,刚度特性线性区间范围将大大增加,详细叙述了用能量法对建模的非线性方程进行线性化,并且利用总体最小二乘法对此类方程进行参数辨识,结果表明,不同的金属橡胶减振阻尼元件的互相组合大大增加了其刚度特性的线性范围．     

复阻尼模型三维钢框架结构动力响应

目的针对实际工程分析中采用的一般动力分析模型不能细致表达阻尼特性,研究复阻尼模型动力系统以期得出较精确阻尼参数指导设计工作．方法采用复阻尼模型计算三维钢框架结构的简谐动力响应,求解应力相关复阻尼模型中的损耗因子,并与传统的Rayleigh阻尼模型计算的结构响应进行对比分析．结果研究表明,在非共振区,两种模型计算的结构动力响应差别不大;而在共振区附近,Rayleigh阻尼模型和应力相关复阻尼模型计算的结构动力响应,后者远大于前者,并且两者存在一定的相位差;通过求解表明,损耗因子不是一个常数,其幅值随激振力幅值增加而增大．结论在一定条件下,机理不同的阻尼模型对结构动力响应计算结果的精度影响很大．     

基于整体-局部统一滑动模型的叶片缘板阻尼器减振特性分析

文章通过在干摩擦接触面间引入弹性塑料剪切层来模拟摩擦接触,建立了整体-局部统一滑动摩擦模型.根据一次谐波平衡和等效线性化法计算等效刚度和等效阻尼2个干摩擦因子,用弹簧阻尼单元(包含2个干摩擦因子)模拟干摩擦力,建立了更为贴近工程实际的B-B型缘板阻尼叶片有限元模型.最后用谐响应分析及迭代的方法对系统进了求解,得到了缘板阻尼器设计中关键参数对叶片减振效果的影响规律.文中结论为工程中缘板干摩擦阻尼器设计提供了重要参考.     

金属材料干摩擦特性的实验与仿真研究

基于单自由度弹簧阻尼器模型和Mindlin理论模型,通过金属材料干摩擦动态特性实验,得到了干摩擦迟滞特性曲线以及等效刚度与等效阻尼变化规律.随着两接触面间相对位移幅值的增大,摩擦力等效刚度单调下降,并且趋于平缓,而摩擦力等效阻尼则随位移幅值的增大而单调上升,并且在无量纲相对位移幅值为2.0附近达到最大值后随位移幅值的增大而单调下降.通过比较分析实验数据和两种理论模型的计算结果发现,当无量纲相对位移幅值小于1.0时理论模型无法反映系统的刚度与阻尼特性.利用有限元分析软件MARC建立了与实验相一致的有限元预测模型.对比分析表明,有限元模拟结果与实验结果具有较好的吻合程度,有限元方法可以帮助分析工程实际中金属材料的干摩擦特性.     

结构振动系统阻尼矩阵的估计方法

主要讨论振动系统的阻尼矩阵估计问题 先将阻尼矩阵C按Liang的理论表达为系统的质量与刚度矩阵M、K的多项式 ,并用多项式的前几项近似表达阻尼矩阵即能导出复模态 ,文中解释了多项式各项的物理意义 ,利用估计模型应具有的动态传递函数应尽可能与实测值一致的原理 ,构造了一个利用动态试验数据确定多项式各种系数的优化估计算法 ,最后用数值算例表明了方法的有效性     

金属橡胶复合齿轮副振动特性分析及实验

针对少齿差行星减速器传动过程中存在的振动冲击问题,提出新型的金属橡胶复合齿轮副,综合考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、齿轮误差激励、轴承支撑刚度、支撑阻尼、传动轴扭转刚度、扭转阻尼及金属橡胶径向支撑刚度和支撑阻尼等因素,采用集中质量法建立弯-扭耦合的6自由度非线性振动模型;采用可变阶次的多步Adams PECE法对动力学方程进行求解,研究复合齿轮副的振动特性;实验验证金属齿轮副和复合齿轮副的振动响应.结果表明,复合齿轮齿圈的振动位移和振动速度最大,经过金属橡胶弹性体后,轮毂的振动位移和振动速度均有明显的减小;同样,轮毂的扭转振动角位移和扭转振动角速度较齿圈有一定的衰减;复合齿轮副振动平稳性要优于金属齿轮副;仿真结果和实验结果基本一致.     

T型橡胶减振器非线性特性分析与预压缩量设计

为研究T型橡胶减振器的结构型式和材料性能对其非线性动力学特性的影响,并提高其对飞行环境的适应能力,改善其在恶劣环境下的使用性能,提出了一种含分段线性刚度及阻尼和立方刚度的双层级非线性动力学模型。首先,对T型橡胶减振器进行了简化建模,并采用等价线性化方法,推导得到了分段线性系统的等效刚度和等效阻尼。其次,利用谐波平衡法分别数值模拟了等幅值外力载荷正弦扫频激励下分段线性刚度系统和立方刚度系统的非线性频响函数,验证了构建模型的有效性。最后,进行了T型橡胶减振系统在基础位移正弦扫频条件下的传递特性试验,并与数值计算结果进行了比对。研究结果表明,针对T型橡胶减振器,较低激励载荷即可导致结构型式的渐进软化,较高激励载荷才能引发材料性能的动态软化;该模型能够较好的模拟T型橡胶减振器具有的渐软刚度和渐小阻尼的非线性特性。此外,从航天工程应用的角度出发提出了针对大过载、强振动环境进行预压缩量设计的方法。     

发动机橡胶悬置有限元模型的建立及实验验证

用Mooney-Rivlin模型描述橡胶材料的本构模型, 通过橡胶单轴压缩试验确定橡胶材料的参数。根据发动机悬置简化模型, 计算预应力和激励频率。用CATIA建立橡胶悬置的三维模型, 在Hypermesh中采用六面体单元进行网格划分, 建立橡胶悬置的有限元模型。利用ANSYS对有限元模型求解, 用Matlab对求解结果进行处理, 根据得到的迟滞回线, 计算出橡胶悬置的静刚度、动刚度和滞后角。利用本文设计的橡胶悬置特性试验测试系统分别对前、后橡胶悬置进行静、动刚度试验, 将试验得到的橡胶悬置静、动刚度结果与有限元计算结果进行对比, 验证了有限元模型的正确性。       

基于能量分析的复阻尼模型结构抗震性能

由于当前动力分析中所使用的阻尼模型无法描述结构内未知的材料非线性能量耗散,基于应力相关复阻尼理论,推导出多自由度复阻尼系统的震动能量方程,研究了复阻尼模型的结构震动响应和材料能量耗散规律,计算了构件和结构的时变材料损耗因子.研究结果表明,在地震总输入能量中,材料阻尼耗能占很大比例,并随时间单调增加,结构的材料阻尼耗能及其变化率、动能、应变能均随着能量输入的增加而增加.通过对损耗因子的计算表明,与传统方法相比,采用时变形式而非常数形式的材料损耗因子能够更精细地体现材料阻尼效应.     

A Novel Shear Mode MR Damper and Its Mechanical Performance

一种新型剪切模式磁流变阻尼器及其机械性能

金京设^1,2,陈照波¹,张洋¹,金仁哲²

（1.哈尔滨工业大学机电工程学院,2.朝鲜, 金策工业综合大学）

创新点说明：

本文的创新之处是提出一种新型的剪切模式磁流变阻尼器,其特点是结构简单、磁流变液的需求量极少,液体注入方便。此外,将螺旋槽式结构应用于所提出的新型剪切阻尼器MR阻尼器,改善了磁流变阻尼器的机械性能。

研究目的：

提出一种可应用于振动控制系统的线性剪切模型磁流变阻尼器,改善磁流变阻尼器的机械性能。

研究方法：

描述了剪切模式磁流变阻尼器的结构设计方法。基于宾汉塑性模型建立其动态模型,并使用ANSYS / Emag软件通过有限元法模拟其阻尼特性。搭建了实验系统来测试所提出的剪切模式磁流变阻尼器的机械性能。实验系统由磁流变阻尼器、液压伺服试验机、LVDT位移传感器、拉压力力传感器、电源、信号调理装置和数据采集系统组成。

结果：

1）新型磁流变阻尼器工作时只需要少量的磁流变液,不需要气室和隔膜,可以避免由补偿体积引起的不必要的阻尼力。

2）将Bingham塑性模型应用于所提出的磁流变阻尼器,推导出了阻尼器的最佳设计参数。通过仿真模拟和实验测试研究了其机械性能,实验结果与模拟结果吻合良好。

3）为改善磁流变阻尼器的机械性能,使用螺旋槽式结构来增加磁流变液和阻尼通道界面之间的摩擦,提高了阻尼器的最大阻尼出力。随着磁通密度的增加,螺旋槽的影响更加显著,最大阻尼力的增长率可达到20％以上。

4）由螺旋槽引起的附加扭矩可以使活塞和磁芯之间发生相对旋转运动,从而增加阻尼器中磁流变液的回流,可以解决磁流变液的沉降和出现气泡的问题。

结论：

所提出的磁流变阻尼器的特征是具有螺旋槽的活塞,只需要少量的磁流变液,没有气室或隔膜,因而不会产生由气体压缩引起的不必要的阻尼力。基于对磁流变阻尼器进行流变特性的机械性能评估,开发了带有特定的螺旋槽式结构的阻尼器活塞。并且,通过数值模拟和实验测试,分析了具有螺旋槽活塞的磁流变阻尼器的机械性能。结果表明,螺旋槽可以增加活塞表面的摩擦系数,提高阻尼器的最大阻尼出力而且不会减小其阻尼系数。另外,可以通过适当地调节螺旋角度来增加磁流变液的回流,从而避免磁流变液的沉降问题。

关键词：剪切模式磁流变阻尼器;少量磁流变液;摩擦系数;阻尼系数

     

磁流变阻尼器无模型前馈/反馈复合控制

为了实现磁流变（MR）阻尼器高可靠性和高精度的阻尼力跟踪控制,克服基于逆向动力学模型的前馈控制易受模型误差和外界干扰影响的问题,提出结构简单、实现容易的无模型前馈/反馈复合控制(MFFFFBC)方法. 利用磁流变液减振器阻尼力连续可调的特点,将磁流变阻尼器控制器前一时刻的控制量进行采样保持作为前馈控制器,以避免建立复杂的磁流变阻尼器逆向动力学模型. 利用期望阻尼力与实际阻尼力之间的跟踪误差信号构建反馈控制器对前馈控制量进行实时修正,利用饱和函数对控制电压进行限幅,以避免控制电压高频振荡. 试验结果表明,在MFFFFBC控制下输出电压连续光滑变化,与经典的基于Heaviside阶跃函数的控制相比,采用本研究所提出的控制策略,黏性阻尼力和摩擦阻尼力的跟踪误差分别减小了21.98%和26.64%.     

伺服系统干摩擦的加速度负反馈改善

通过分析干摩擦对伺服系统运动过程的影响,总结出其产生的原因,并证明了应用加速度负反馈可以有效地克服低速时的跳运问题。     

磁流变阻尼器结构改进设计与性能研究

为了研究新型可控流体磁流变液的特性,以及利用磁流变液为流体的阻尼器的阻尼特性。讨论了描述磁流变液的流变模型,即在分析现有磁流变阻尼器结构的基础上,提出了一种改进的阻尼器结构,并对改进结构进行了性能测试．测试结果表明：Herschel-Bulley模型能更好地描述磁流变液的力一速度特性;改进结构的磁流变阻尼器,可使阻尼特性得到提高;在三角波激励情况下,当速度较大时磁流变液存在剪切稀化现象;在正弦波激励情况下,磁流变液存在非线性迟滞现象．     

Forced response characteristics of bladed disks with mistuning non-linear friction

Aimed at the difficulty in revealing the vibration localization mechanism of mistuned bladed disks by using simple non-linear model,a mechanical model of the bladed disk with random mistuning of hysteretic dry friction damping was established.Then,the incremental harmonic balance method was used to analyze the effects of the parameters of bladed disks,such as the mistuning strength of dry friction force,coupled strength,viscous damping ratio and friction strength,on the forced response of the bladed disks.T...     

一种基于小波变换的最小二乘复频域法的改进方法

针对应用最小二乘复频域法处理含有大阻尼、模态密集频带的频响函数时,难以快速、准确处理其中密集耦合模态的不足,提出了利用小波变换的带通滤波器特性对其进行改进的方法。该改进方法通过分析频响函数,搜索出应用原方法无法提取的密集耦合模态,对其选定合理的小波尺度因子进行小波变换分析,实现快速、准确的模态解耦和参数提取。最后通过对频响函数中含有大阻尼、模态密集耦合频带的8自由度系统进行仿真研究,验证了这种改进方法的正确性和优越性。     

Local Iinearization modeling method of a multilayer wave-shaped steel-belt damper (MWSD)

To analyze the modeling methods of the dry friction rotor system, a local linearization model of the dry friction damping rotor system was built based on the simplified model of the wave-shaped steel-belt support- ing rotor system. In this model, the linear stiffness of damper closed to pre-deformation was defined as the stiff-ness of damper, the maximum amplitude of the rotor was calculated according to the load and linear rotor, and the damper's parameters were defined on the basis of the energy dissipation parameters. The presented method can reflect the hysteresis characteristics and is easy to calculate. Experimental results demonstrate the accuracy and feasibility of this method.     

Local linearization modeling method of a multilayer wave-shaped steel-belt damper （MWSD）

To analyze the modeling methods of the dry friction rotor system, a local linearization model of the dry friction damping rotor system was built based on the simplified model of the wave-shaped steel-belt supporting rotor system. In this model, the linear stiffness of damper closed to pre-deformation was defined as the stiffness of damper, the maximum amplitude of the rotor was calculated according to the load and linear rotor, and the damper＇s parameters were defined on the basis of the energy dissipation parameters. The presented method can reflect the hysteresis characteristics and is easy to calculate. Experimental results demonstrate the accuracy and feasibility of this method.     

A Damping Characteristics Calculation Method of Metal Dry Friction Isolators

The dry friction ring-type vibration isolator is considered as an isotropic continuous medium.A method of dry friction hysteresis loop calculation is proposed based on friction force analysis of contact beam.The friction force is modeled as an equivalent distributed moment to use the finite element method(FEM)to calculate the dry friction vibration isolator hysteresis loop,so the damping characteristics can be obtained.A comparison of the hysteresis loop calculation results and the experimental results shows the average relative error is 2.7%,it proves the calculation method is feasible.