柔性浮筏隔振系統(tǒng)的建模與動力學特性研究.pdf

1、為深刻理解浮筏隔振系統(tǒng)的動力學特性對隔振性能的影響,本文分別進行了線性和非線性條件下浮筏系統(tǒng)的動力學特性研究。在簡化條件下,進行了線性系統(tǒng)的理論建模、多體動力學和有限元仿真分析,并通過試驗手段,對理論和仿真方法的有效性進行檢驗。在引入非線性隔振器的前提下,對該非線性系統(tǒng)進行了單頻激勵下的響應分析及全局分析,并根據(jù)計算結(jié)果,對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了定性討論。
　　柔性浮筏隔振系統(tǒng)的建模分析。本研究將多體動力學理論和阻抗理論進行綜合,依據(jù)

2、子結(jié)構(gòu)方法的分析思路進行理論建模。首先設(shè)定機組為剛性體,依據(jù)多剛體動力學理論,建立機組六自由度方向上的擾動及響應方程組;其次對筏架和基礎(chǔ)采用阻抗理論,由板變形的偏微分方程得到相應的阻抗矩陣;隨后由于筏架在發(fā)生柔性變形的同時存在剛體運動,因此進行和機組類似的剛體動力學建模;最后依據(jù)各子結(jié)構(gòu)間的力和位移協(xié)調(diào)條件,綜合得到系統(tǒng)的動力學方程組并進行計算分析。
　　柔性浮筏隔振系統(tǒng)的仿真研究。由于艦船隔振系統(tǒng)的質(zhì)量較大,試驗研究極為困難,所

3、以在設(shè)計階段既需要理論分析,又需要可靠的軟件進行仿真研究,以達到驗證理論解和降低試驗成本的目的。本研究采用Adams多體剛?cè)狁詈辖７椒▽Ω》じ粽裣到y(tǒng)進行仿真研究,并將仿真結(jié)果同子結(jié)構(gòu)的理論解對比分析,發(fā)現(xiàn)Adams多體剛?cè)狁詈辖７椒ǖ姆抡娼Y(jié)果具有較好的可靠性和精度,可以應用于更復雜的浮筏隔振系統(tǒng)的動力學分析。與有限元方法的對比表明,該仿真方法大大減少了計算時長以及對存儲空間的需求,同時降低了鉸鏈、滑移、旋轉(zhuǎn)等約束形式的建模難度。

4、r>　　囊式混合介質(zhì)隔振器的設(shè)計與試驗研究。以空氣彈簧的氣囊為容器,在其內(nèi)部填充可彈性變形的波紋管單元體,并以水為介質(zhì)替換壓縮氣體組成囊式混合介質(zhì)隔振器,以探索隔振器的形式。該處理手段既可以回避氣囊的慢性泄漏問題,又可免去附加的監(jiān)測系統(tǒng)和氣體壓縮機設(shè)備所占據(jù)的空間和消耗的動力。通過試驗方法,研究了囊式混合介質(zhì)隔振器的非線性動力學特性在隔振減振方面的作用,試驗分析該隔振器的剛度特點以及對重型負載的隔振效果。
　　非線性浮筏隔振系統(tǒng)的

5、建模與計算研究。為提高隔振效果,廣泛采用具有非線性剛度特性的隔振器,因此對于浮筏隔振系統(tǒng)開展非線性理論研究具有一定的實際意義。在非線性條件下,頻響并不具有線性條件下的輸入—輸出的頻率唯一對應性。因此基于彈性薄板結(jié)構(gòu)的偏微分方程,通過Galerkin方法可得到彈性結(jié)構(gòu)的常微分方程表達式,并進行相應非線性條件下的建模分析。由于復雜非線性系統(tǒng)的仿真方法尚不全面,較難通過成熟的軟件直接進行非線性條件下的仿真計算,同時小參數(shù)法、多尺度法、KBM方

6、法及諧波及增量諧波平衡法等定量分析方法,主要適用于求解低維非線性動力系統(tǒng)的近似解,即以單自由度系統(tǒng)為代表的速度—位移二維狀態(tài)空間以及其他三維狀態(tài)空間系統(tǒng)。實際上大多數(shù)動力學問題具有維數(shù)高、非線性強等特點,所以當前對非線性系統(tǒng)的分析以數(shù)值分析方法為主。本研究通過定量分析和數(shù)值手段,分析對稱激勵條件下的非線性浮筏隔振系統(tǒng)的基本特性。利用多尺度法的一階近似,分析系統(tǒng)發(fā)生內(nèi)共振及組合共振的條件,并采用定步長的龍格庫塔算法,分析非共振條件下系統(tǒng)所

7、具有的動力學特性。
　　非線性浮筏隔振系統(tǒng)的全局分析。在一定初始條件下的系統(tǒng)響應不足以反映系統(tǒng)的全局特性。本研究將全局分析的胞參考點映射(PMUCR)法進行改進,而后將其應用于對稱激勵條件下非線性浮筏隔振系統(tǒng)的全局分析,并對PMUCR方法在高維非線性系統(tǒng)中的運用準則進行討論。最后通過打靶法等判斷了PMUCR方法得到的吸引子的穩(wěn)定性。
　　小尺寸浮筏試驗模型的試驗驗證。通過小尺寸的試驗模型,驗證浮筏系統(tǒng)的線性建模理論及剛?cè)狁詈?/p>