周期載荷下多股簧的動力學(xué)模型及響應(yīng)特性研究.pdf

1、多股螺旋彈簧(簡稱多股簧)是由鋼索(通常由2-7股碳素彈簧鋼絲纏繞而成)卷制而成的圓柱螺旋彈簧。由于多股簧抗沖擊特性好、吸振能力強(qiáng)、具有較大的剛度和非線性阻尼,因此廣泛應(yīng)用于自動武器和減振系統(tǒng)上。然而,目前針對多股簧的動態(tài)響應(yīng)特性沒有探明,在設(shè)計多股簧減振系統(tǒng)時,往往只進(jìn)行靜態(tài)設(shè)計,不能保證所設(shè)計系統(tǒng)的動態(tài)性能。為了提高多股簧的相關(guān)設(shè)計水平,本文對周期載荷下多股簧的動態(tài)特性進(jìn)行了深入的分析與研究,建立了多股簧的動力學(xué)模型,提出了模型的參

2、數(shù)識別方法,并提出了典型多股簧非線性系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)分析方法。本文的主要工作如下:
　?、偻ㄟ^動力學(xué)試驗,得到周期載荷下多股簧的動態(tài)特性曲線,觀察發(fā)現(xiàn)多股簧具有明顯的非線性遲滯特性,剛度漸硬,動力學(xué)曲線重疊且不對稱。查閱文獻(xiàn)對典型的遲滯系統(tǒng)模型Bouc-Wen方程進(jìn)行了研究,分析了標(biāo)準(zhǔn)化Bouc-Wen模型及其解析表達(dá)式,提出了Bouc-Wen模型的快速高精度計算方法,并計算了模型的耗散能量。在此基礎(chǔ)上,通過添加非線性剛度和非線性放

3、大因子,對Bouc-Wen方程了參數(shù)修正,建立了多股簧的動力學(xué)模型。
　?、谔岢鏊惴▽Χ喙苫蓜恿W(xué)模型進(jìn)行了參數(shù)識別。首先,對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波去噪,得到較平滑的特性曲線。然后,根據(jù)模型中Bouc-Wen遲滯部分在穩(wěn)定區(qū)時最大輸出趨近于±1的特點,分離出非遲滯部分——非線性剛度和非線性放大因子,并使用最小二乘法識別出相關(guān)系數(shù)。最后,根據(jù)已經(jīng)識別出的參數(shù)分離出Bouc-Wen模型部分,使用IUKF算法,得到遲滯部分的參數(shù)。通過數(shù)值仿真

4、和動力學(xué)試驗結(jié)果證明,該識別算法準(zhǔn)確有效,IUKF算法對初值的魯棒性好,動力學(xué)試驗結(jié)果同時也證明了提出的多股簧動力學(xué)模型的正確性。
　?、坩槍Φ湫偷亩喙苫煞蔷€性系統(tǒng),建立系統(tǒng)的模型方程。對方程進(jìn)行無量綱化,并根據(jù)多股簧的參數(shù)特性,得到模型的主要影響參數(shù),從而簡化系統(tǒng)方程。使用等效線性化方法,根據(jù)能量等效原則和提出的Bouc-Wen耗散能量計算方法,得到了模型的等效線性化阻尼,從而將復(fù)雜的非線性系統(tǒng)簡化成等效的線性化系統(tǒng)。提出相應(yīng)的