隔振系统结构设计论文 篇1：
应用磁流变技术的星箭界面半主动隔振研究
摘要：发射阶段经受的恶劣振动环境，往往造成卫星发射失败。为了改善卫星在发射阶段的振动环境，提出了一种基于磁流变技术的星箭界面半主动隔振平台，用来替换传统的用于星箭连接的锥壳适配器。分析了布置参数、刚度系数、阻尼特性等主要特性参数对隔振平台传递特性的影响。搭建了星箭界面隔振实验平台，采用天棚阻尼控制策略，对隔振平台进行半主动控制。利用正弦扫频激励完成了模拟实验，实验结果表明：隔振平台原理可行、主要特性参数可调、隔振效果良好。
关键词：半主动控制；隔振平台；星箭界面；磁流变阻尼器
文献标志码：A
DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2017.01.012
引言
目前，各类人造卫星已经在通讯、导航、环境监测、地质勘探、测绘和军事等领域发挥巨大作用，人造卫星发射数量约占航天器发射总数的90%以上。然而，在航天器的整个寿命周期内，其在发射过程中经受的振动环境最为恶劣。恶劣的振動环境往往是造成航天器发射失败的主要原因，另一方面，仪器设备的精密化对航天器上动力学环境提出了更高的要求。
传统星箭连接适配器通常为用蜂窝铝材料制成的锥壳结构，它具有质量轻、强度高等优点，但其刚度通常较大，结构材料的耗能能力微弱，导致锥壳适配器对卫星隔振的效果较差。星箭隔振技术，即在不改变卫星结构的前提下，利用具有隔振性能的适配器替代原有的刚性过大的锥壳适配器或在原来的适配器与星箭界面之间加入一套隔振系统，减小卫星发射时所承受的环境载荷，降低对卫星及其设备的动态性能要求。
星箭隔振技术的研究起始于20世纪90年代初，主要集中在航天技术发达的美国和欧洲等国家。1997年美国空军研究实验室（AFRL）和CSA工程公司联合研制出世界上第一个星箭被动隔振装置（SoftRide UniFlex）。SoftRide UniFlex是一种轴向隔振装置，该装置是由多个内部粘贴有约束层阻尼结构的钛合金压力环组成。这种隔振装置的优点是不改变原有适配器结构，只是在原适配器和卫星的连接界面接入隔振装置，利用约束层阻尼结构提高系统的阻尼从而有效抑制轴向谐振频率的响应幅值，达到轴向隔振目的。在美国菲利普空军实验室（AFPL）的资助下，Wilke等研制出了星箭横向被动有效载荷适配器（IPAF），实验结果表明该隔振系统对25～40Hz范围的横向振动载荷具有很好的抑制作用。但是IPAF比传统的适配器弯曲刚度低，容易导致卫星与整流罩碰撞。2003年Honeywell公司研制出EL-VIS隔振装置，该装置由8个液压一空气式作动筒和金属管网组成主被动一体化振动控制系统，对横向和纵向振动响应均具有良好隔振性能，但存在质量大、系统结构复杂等缺点。
磁流变阻尼器是一种用于半主动控制的理想元件，具有良好的可控性、可逆性和快速响应等优点。近几年，关于磁流变阻尼器应用于汽车悬架、高层建筑以及大型桥梁振动控制方面的研究比较广泛，并取得一些重要的突破，然而，将磁流变阻尼器应用于星箭系统进行半主动隔振的研究不久前才出现。Jean等结合磁流变阻尼器和Stewart并联结构搭建了一种星箭隔振平台，通过实验研究取得了不错隔振效果，但研究过程中并没有考虑一些关键结构参数对隔振性能的影响。涂奉臣等将磁流变阻尼器安装在曲杆固接式隔振平台上，通过模糊最优控制策略进行控制。王强等设计了一种立方体六轴隔振系统，结构上具有一定的解耦优势。目前，应用磁流变阻尼器进行半主动星箭隔振的研究到实际应用还有一段距离，平台结构参数对隔振性能影响以及控制策略的效果和可靠性等还需进一步研究和验证。
1.六自由度隔振平台
1.1隔振平台整体结构
Stewart机构具有多自由度运动控制的特点，并且还能够与多种形式的主动或半主动作动器件结合起来，实现主动或半主动的振动控制。结合星箭隔振的技术要求以及Stewart机构的结构形式，设计了一种星箭界面半主动隔振平台，用来代替传统的锥壳适配器。
隔振平台（如图1所示）的上、下平台分别与卫星支架和基础相连，负载用来模拟卫星。为了保证平台结构的对称以及便于装配时的精确调整，将上、下平台设计为圆环形。支腿的上、下球铰不能与平台直接连接，需要设计一个球铰座。将球铰座设计成带斜面的滑块状，通过调整球铰座的安装方位来使球铰满足运动范围限制。
1.2隔振平台支腿
完成设计的支腿结构如图2所示，磁流变阻尼器置于弹簧内，与弹簧并联。弹簧选用圆截面螺旋弹簧，置于上、下挡板之问，上挡板通过轴套与上球铰相连，下挡板与螺杆相连，旋转螺杆可以调节整根支腿的长度。位移传感器选用LVDT传感器，本体通过夹具与上轴套固连，其活动杆下端黏接一块径向磁铁，磁铁吸附在磁流变阻尼器的端面上。拉压力传感器与磁流变阻尼器通过轴套串接。位移传感器实测磁流变阻尼器的位移量，位移信号传到控制器进行微分处理后得到支腿与上、下平台的两个连接点的相对运动速度。拉压力传感器实测磁流变阻尼器的拉压力，这种集成了拉压力传感器的结构设计便于进行多种控制策略的研究与验证。上、下平台通过球铰与支腿连接。
2.主要特性参数
星箭界面隔振平台的隔振效果，是通过隔振平台的固有频率的大小，以及上、下平台的加速度传递率进行评价。隔振平台具有六个自由度，包括上平台的3个平动和3个转动，两个横向方向上的平动和转动振型分别相互耦合。由于星箭界面半主动隔振平台是关于中轴线的对称结构，其在两个横向上的振型是一致的。设计隔振平台的纵向共振频率为10Hz左右；一阶横向共振频率为3Hz左右，二阶横向共振频率为9Hz左右。动态调节阻尼系数来改变系统固有特性，实现上、下平台的加速度传递率在共振区被抑制，而在高频区不恶化。
主要特性参数包括球铰座的安装位置、弹簧的刚度系数、以及磁流变阻尼器的阻尼系数，它们的改变对隔振平台的传递特性都会产生影响。
2.1球铰座安装位置
球铰座的安装位置影响着支腿的空间布局，间接影响着隔振平台固有特性，包括固有频率以及传递率。球铰的安装位置主要由圆周直径φ、中心角a两个参数决定，但由于受到其他结构的尺寸限制，直径φ已经确定，安装在上平台上的球铰座的可调范围很小。分析过程中认为安装在上平台上的6个球铰座的位置固定，只调节下平台上的6个球铰座的安装位置。下平台上6个球铰座中相邻两个之间的中心角为a，6个球铰座两两关于下平台的轴线对称布置，如图3所示。
随着下平台上球铰座安装位置的中心角a的增大，隔振平台纵向传递特性并没有发生多大变化，而对横向传递特性产生的影响非常显著。随着中心角a的增大，横向一、二阶共振频率减小，一阶共振区的传递率下降，二阶共振区的传递率有所升高，高频区的传递率几乎没发生什么变化。两个特殊中心角对应的分析结果，纵向传递特性如图4所示，横向传递特性如图5所示。
卫星在发射阶段，受到的各种准静态及动态载荷的激励作用主要是沿纵向方向，因此纵向隔振效果是主要考察指标。另外，受到纵向隔振效果的限制，隔振平台的一阶横向固有频率较小。增大下平台上球铰座安装位置的中心角，横向一阶共振区的加速度传递率有所改善，但一阶横向固有频率却下降明显，表明这种情况下隔振平台的横向刚度较小，容易导致隔振平台发生倾覆失稳。因此，球铰安装位置的确定需要综合考虑其对隔振平台的传递特性以及稳定性的影响。
2.2弹簧的刚度系数
六根支腿都可以进行伸缩运动，星箭界面隔振平台的上平台具有六个自由度，分别为沿三个方向平动以及绕三个方向转动。卫星通常与适配器是对中安装，在卫星发射过程中，适配器沿横向方向受到的偏载很小。沿纵向方向上，六根支腿可以当作是均匀受力的，上平台只进行上下平动，隔振平台只表现出一阶固有特性；沿横向方向上，上平台既有平动也有转动，表现为二阶固有特性。
弹簧的刚度参数直接影响着隔振平台的固有频率的大小，调整弹簧的刚度系数，得到纵向传递特性如图6所示，横向传递特性如图7所示。纵向或横向上，隔振平台的固有频率都是随着弹簧刚度的增大而增大。当弹簧刚度为100N/mm时，仿真得到隔振平台的传递特性如图7所示。隔振平台的纵向共振频率为9.11Hz；横向一阶共振频率为2.34Hz，横向二阶固有频率为9.12Hz。
2.3磁流变阻尼器的阻尼特性
振动系统中的阻尼是通过机械能的耗能来表现，阻尼器就是利用阻尼特性来减小振动幅度的装置。保持其他参数不变，调节隔振平台动力系统的阻尼系数，得到纵向传递特性如图8所示，横向传递特性如图9所示。
沿纵向方向，随着阻尼系数增大，上、下平台的加速度传递率在共振区依次减小，但在高频区却逐渐恶化。沿横向方向，随着阻尼系数的增大，上、下平台的加速度传递率在一阶、二阶共振区依次减小，但在一、二阶共振区的中间区域以及高频区却恶化明显。
磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低黏度的牛顿流体特性；而在强磁场作用下，则呈现出高黏度、低流动性的Bingham体特性。磁流变阻尼器（MRD）就是利用磁流变液的磁流变效应而设计的阻尼耗能装置。磁流变阻尼器具有结构简单、阻尼力连续可调、响应快、出力大、而且耗能小、可靠性高等优点。系统的阻尼系数主要是由磁流变阻尼器的阻尼特性决定，具体表现为与位移、速度、电流相关的阻尼力大小。星箭界面半主动隔振平台，则是通过半主动控制策略来动态调节磁流变阻尼器的阻尼力大小，从而实现对卫星的隔振。
3.星箭界面隔振实验
3.1半主动控制策略
半主动隔振实施控制力的作动器只需要少量的能量调节，便可以尽可能实现主动控制力。半主动隔振不需要主动向结构输入能量，而是巧妙运用外加的可调阻尼装置（磁流变阻尼器）以控制系统的动力学特性，从而实现对最优响应状态的追踪。半主动控制系统结构比较简单，无需外界能源驱动，易于实现，能够达到与主动隔振相差不多的控制效果。
天棚阻尼控制算法是经典的半主动控制算法，常常用于汽车悬架隔振系统，算法思想简单，隔振效果往往能达到期望要求。“假想天棚阻尼模型”（如图10所示）是假想负载上方总有一个固定不动的“天棚”，负载与天棚之间通过假想阻尼器进行连接。
然而在实际情况中，不可能存在这样一个通过阻尼器与负载连接的固定不动的“天棚”，因此，常常用一个“实际磁流变阻尼器模型”（如图12所示）去实时等效“假想天棚阻尼模型”。
基于天棚阻尼半主动控制策略，本文是将隔振平台这个六自由度系统看作6个相互独立的子系统进行单独控制（不考虑相互影响），分别以六根支腿的运动情况作为基础，应用“天棚阻尼”半主动控制策略对六根支腿进行分别控制。
控制过程中，通过位移传感器测量并进行微分运算得到磁流变阻尼器的相对运动速度，通过加速度传感器测量及积分运算得到阻尼器两端连接点的绝对速度，然后运用式（5）所示的控制率对单个阻尼器的出力状态进行调整，进而改变系统的阻尼特性。当阻尼力取最大时，通人磁流变阻尼器允许的最大电流；当阻尼力取最小时，通入磁流变得電流为0。
3.2实验平台搭建
验证设计的星箭隔振平台的隔振效果，搭建星箭界面地面实验隔振平台，如图13所示。实验平台的主要参数如表1所示。实验平台由星箭隔振装置、激励系统和测控系统三部分组成。星箭隔振系统包括上平台、下平台、6根支腿、卫星支架和负载；激励系统主要由振动台和振动台控制器组成；传感器、实验仪器、控制计算机、快速原型控制系统和功率放大器等组成了测控系统。
宿主控制计算机将控制程序编译、下载到目标计算机中，并控制运行。同时振动台控制器控制振动台，使其产生所需的激励，星箭隔振系统开始工作并产生响应状态量。通过传感器及实验系统，将星箭隔振系统中的物理量转换为电信号，并被目标计算机的控制程序采集。采集的电信号经过控制算法演算后得到控制信号，功率放大器驱动并改变MRD动力特性，从而实现对星箭隔振系统的振动控制。
3.3实验验证
给星箭隔振平台的下平台施加纵向扫频激励，分别测试在被动情况下和在天棚阻尼半主动控制情况下的隔振效果，并将半主动控制的实验结果与仿真结果进行了对比，如图14所示。沿横向施加扫频激励，得到横向上对应的结果如图15所示。
从图14可以看出，星箭隔振系统的纵向固有频率约为9.16Hz，与仿真得到9.11Hz比较接近，隔振系统设计方法合理。由于磁流变阻尼器在工作过程中提供了一定的附加刚度，隔振系统的实际固有频率略有偏大。而在半主动控制下，磁流变液在磁场作用下会呈半固态，磁流变阻尼器会产生比被动下大的附加刚度，隔振系统在半主动控制下的固有频率大于在被动下的固有频率。半主动控制的试验结果与仿真结果比较吻合。
比较天棚阻尼半主动控制和被动的横向隔振效果，在低频区天棚阻尼半主动的隔振效果非常明显，被动情况下的共振峰传递率为1.97，天棚阻尼半主动控制情况下的共振峰传递率为1.35，相对于被动降低31.5%左右。而且，在高频区天棚阻尼半主动隔振效果没有被恶化。半主动控制的试验结果与仿真结果比较吻合。
由于振动台的限制（起始频率为5Hz），横向方向上的一阶固有频率没有体现出来，二阶固有频率为9.6Hz，与仿真得到的9.12Hz接近。在天棚阻尼半主动控制的情况下，低频区隔振效果较好，高频区的隔振效果也没有恶化。
4.结论
基于磁流变阻尼技术设计了星箭界面隔振平台，分析了主要特性参数包括球铰座的安装位置、刚度系数、以及阻尼系数对隔振平台的固有特性的影响：球铰座的安装位置对纵向方向上的传递特性影响不明显，而对横向方向上的传递特性影响显著；弹簧的刚度系数决定着隔振平台的固有频率；阻尼特性对隔振平台的传递率的大小影响较大。
搭建了星箭界面隔振实验平台，采用天棚阻尼控制策略，实现了对平台的半主动隔振控制。系统的动态特性测试结果与仿真结果吻合，半主动隔振的整体效果良好。
作者：程明 陈照波 杨树涛 潘忠文 吕文香
隔振系统结构设计论文 篇2：
一种嵌套式X型结构的高阻尼隔振器性能研究
摘 要：在不减小刚度的情况下，为了实现隔振器高阻尼输出的隔振目标，首次提出一种基于嵌套式X型结构的高阻尼隔振器.在建立隔振系统动力学模型基础上，首先，给出了隔振系统的等效阻尼，并研究其非线性变化特性.然后，采用谐波平衡法给出了隔振系统的力传递率.以力传递率为基准，对隔振器系统的减隔振性能以及設计参数的灵敏度进行了分析.最后，通过实验验证了理论模型的有效性和解析结果的准确性.结果表明，与常规线性隔振器相比，采用相同设计参数的嵌套式X型结构高阻尼隔振器可大幅度提高系统输出阻尼，并且其隔振特性可通过各个设计参数灵活调整.相关研究成果可为高阻尼隔振器的设计与应用提供理论依据.
关键词：嵌套式;X型结构;高阻尼;隔振器;谐波平衡法;动力学分析;力传递率
Key words：nested;X-type structure;high-damping;vibration isolator;harmonic balance method;dynamic analysis;force transmissibility
近年，航空航天领域工程装备日益向轻质、高速、重载等方向发展;尤其在国防领域，武器装备面临高速度、高机动、高隐身、高精度等迫切的发展需求.因此，广泛应用具有高比强度、高比刚度、且具备优良的减振缓冲特点的结构和材料已成必然.目前，在这类结构和材料中，重点追求其在质量约束条件下的高刚度特性，由此引起的结构振动与声辐射问题愈发突出.
通常，传统的振动控制方法一般期望更小的谐振频率以实现更好的隔振性能，如准零刚度隔振器[1-3]. 但是，选择较小的谐振频率意味着较小的系统刚度，即系统的静态承载能力不足，同时对于准零刚度隔振器而言，通常会有系统复杂和严重的稳定性问题. 综上，为了保证在系统刚度不减小的情况下，提高阻尼输出，研究人员开展了大量研究工作.
Shi等[4]利用磁铁间的不同配置设计了两种磁性负刚度阻尼器;Antoniadis等[5-7]在单自由度线性隔振器基础上，通过插入负刚度元件实现隔振系统的超阻尼输出特性，并完成了深入的理论研究. Yang等[8]结合金字塔点阵和黏性流体模块作为芯子结构，黏弹阻尼片和碳纤维板作为面板提出一种可实现高刚度高阻尼的夹层结构板，研究表明这种结构在不减小结构刚度的条件下有增大阻尼的效果.董光旭等[9]提出一种磁性负刚度机构可实现高刚度超阻尼的隔振效果.刘海平等[10-11]设计了一种基于碳纤维复合材料的轻量化高刚度高阻尼结构，并通过试验验证了该设计方法的有效性. 显然，以上研究工作主要通过引入非线性刚度特征实现对系统输出阻尼的放大.
Jing等[12-15]借鉴仿生学原理提出基于X型结构的新型隔振器并进行了系统深入的研究.研究发现通过X型结构对隔振系统引入的几何非线性特征可以极大改善隔振器的阻尼和刚度输出特性.综合利用X型结构隔振器的概念，设计并完成了多种满足不同使用场景的新型X型隔振器，如基于鸟类胫骨的非线性阻尼特性，提出的非线性高阻尼隔振器;适用于航天器在轨维修与服务的减隔振捕获机构;基于人体的被动隔振系统，提出的具有大负载能力和低动态刚度的耦合非线性隔振器;用于减小建筑工程领域手持冲击钻作业过程产生的振动冲击载荷对操作人员的影响开发的新型减振缓冲型外骨骼结构. 但是，以上研究工作提出的隔振器均通过多层串联X型结构且沿水平方向安装一个线性弹簧，未考虑水平方向同时安装弹簧元件和阻尼元件的影响.
综上，本文首次提出一种基于嵌套式X型结构的高阻尼隔振器.通过建立其运动微分方程，采用谐波平衡法给出其稳态谐波激励下的解析解.为了便于对比，综合评价安装高阻尼隔振器前后隔振系统谐振频率和谐振峰值变化特征.在选择相同结构设计参数条件下，嵌套式X型结构高阻尼隔振器较之常规线性隔振器在谐振频率不降低的情况下谐振峰值更小.此外，通过对嵌套式X型结构高阻尼隔振器多个设计参数的灵活调整，可满足不同应用场景的减隔振需求，并且具备可折叠、操作灵活、易于制造和实施等优点.
1 动力学建模
基于嵌套式X型结构高阻尼隔振器的力学模型，如图1所示. 其中，实线为考虑负载时的静平衡状态，虚线为未考虑负载时的初始状态. kv为隔振器沿垂直方向的支承弹簧刚度;kh为内嵌X型结构内部的弹簧刚度;l1为外部X型结构刚性杆长度，l2为内部X型结构刚性杆长度;8根刚性杆均以铰接的方式连接;外部刚性杆与水平轴y的初始夹角为θ1，外部刚性铰接杆与水平轴的夹角变量为φ1，如图1所示;内部刚性杆与水平轴y的初始夹角为θ2，内部刚性铰接杆与水平轴的夹角变量为φ2，如图2所示;c为阻尼系数;受外部载荷F作用;t为时间. 假设，垂直向上为x轴正方向，水平方向向右为y轴正方向.
無量纲等效阻尼与无量纲位移曲线，如图3所示.由图可见，虚线为线性隔振器的阻尼特性曲线，为一定值;实线则为高阻尼隔振器的等效阻尼. 对比发现，随着位移增大，高阻尼隔振器等效阻尼逐渐减小且呈现非线性减小的变化规律;但是，分析位移范围内，高阻尼隔振器的等效阻尼均显著大于线性隔振器.
3 隔振效果评估
为了验证高阻尼隔振器的隔振效果，采用力传递率作为评价指标.力传递率定义为传递到基础上的力幅值和激励幅值之比，即：
选择高阻尼隔振器的初始设计参数为c=5 N·s/m，θ1=60°，M=1 kg，F=1 N，kv=2 000 N/m，λ=0.6，γ=0.02. 分别得到常规线性隔振器和高阻尼隔振器的力传递率曲线，如图4所示. 同时，为了便于对比，图上还给出数值计算结果.
由图可见，高阻尼隔振器的数值解和解析解保持一致，证明其频域解析解正确.与常规线性隔振器相比，力传递率曲线峰值得到显著衰减，且峰值频率未发生显著变化.由此表明实现了设计目标：即隔振系统刚度不减小的同时系统阻尼得到显著增大.
4 实验验证
为了验证高阻尼隔振器理论模型和设计方法的有效性，进一步完成了高阻尼隔振器动态力学性能测试，高阻尼隔振器实验件如图5所示. 其中，惯性质量m=2.3 kg;杆长l1=0.2 m;杆长l2=0.12 m;初始倾角θ1=60°;垂向弹簧刚度kv=4 000 N/m;水平弹簧刚度kh=800 N/m. 需要说明，嵌套式X型结构隔振器实验件的阻尼主要来自连接部位的摩擦阻尼和材料阻尼，未单独插入阻尼元件.
测试系统主要包括：激振器、信号采集仪、信号发生器、功率放大器、计算机. 实验状态如图6所示，激振器在实验件顶部施加激励，模拟解析模型中的力激励，在实验件的顶部和底部分别连接一力传感器，分别检测输入与输出的力.
测试过程中，采样频率为256 Hz;信号发生器的下限频率为5 Hz，上限频率为100 Hz，采用线性扫频，扫频时间60 s.
实验所得力传递率曲线与解析计算结果如图7所示. 由图可见，力传递率谐振频率约为10 Hz，谐振峰值约为2.7;解析计算结果与数据变化规律良好一致;在中高频段，受实验件高频局部模态影响，实验所得传递率曲线出现波动;进而，导致解析结果与实测数据曲线出现差异.
5 设计参数灵敏度分析
5.1 阻尼比ξ
保持其他设计参数固定不变，分别选择阻尼比ξ为0.02、0.05、0.10，得到力传递率曲线，如图8所示. 由图可见，随着阻尼比增大，力传递率谐振峰值被显著减小;当阻尼比为0.10时实现了系统无谐振峰的响应效果.此外，受阻尼比增大影响，阻尼隔振器力传递率曲线在高频的衰减效果变差.
5.2 刚度比γ
仅考虑刚度比变化的影响，分别选择刚度比γ为-0.1、0.02和0.1，高阻尼隔振器的力传递率曲线，如图9所示. 可见，刚度比为-0.1时，可实现无谐振峰的隔振效果;而且，随着刚度比增大，力传递率谐振频率峰值增大;同时，峰值频率向高频移动. 此外，刚度比对高阻尼隔振器力传递率特性的影响主要集中于谐振频率附近频段，即不同刚度比对应力传递率幅值在低频和高频范围趋于一致.
5.3 杆长比λ
图10给出高阻尼隔振器杆长比λ变化对其力传递率的影响.其中，杆长比分别取为0.6、0.7和0.8.由图可见，杆长比增大，力传递率谐振频率峰值增大.此外，在高频段，杆长比增大，高阻尼隔振器减隔振效果得到显著改善.
5.4 初始倾角θi
最后，讨论高阻尼隔振器四端铰接杆初始倾角θi对其力传递率特性的影响，计算结果如图11所示. 可见，初始倾角为45°时，相比线性隔振器力传递率峰值减小. 当初始角度增大为60°和70°时，力传递率峰值呈现“先减小后增大”. 综上，高阻尼隔振器的初始角度存在最优值.
6 结 论
基于嵌套式X型结构，提出一种高阻尼隔振器，采用谐波平衡法给出其稳态简谐载荷作用下的解析解.利用力传递率作为减隔振性能的评价指标，开展了数值验证和实验验证. 利用所建模型，对其隔振效果和关键设计参数的灵敏度进行了研究. 结果表明：
1）选择合理的设计参数，嵌套式X型结构可显著放大系统输出阻尼;由此，导致隔振系统高频隔振效果变差;
2）通过实验验证，证明设计方法有效，所得解析解正确;
3）阻尼比ξ增大，力传递率峰值被显著减小;
4）杆长比λ增大，力传递率峰值减小，峰值频率向高频移动;
5）刚度比γ增大，力传递率峰值逐渐增大，峰值频率向高频移动，此外，除谐振频率附近频段，刚度比对其他频段的力传递幅值几乎没有影响;
6）刚性铰接杆初始角度存在最优值，初始角度过大或者过小，均不利于隔振系统的高阻尼输出.
以上研究成果拓宽了高阻尼隔振器的研究范围和应用领域，可为未来航天器在轨维护与维修、高精度光机电设备、使用环境恶劣的工程机械等领域的推广应用提供一定参考.
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作者：刘国勇 赵鹏鹏 刘海平 沈洪兴
隔振系统结构设计论文 篇3：
舰船概念设计中振动预报方法
摘要：以带有双层隔振装置的舰船模型为对象，利用MSC Nastran的有限元分析方法以及试验手段，对其隔振性能进行研究.将船体与双层隔振装置作为一个系统，建立三维有限元振动分析模型；以降低船体结构振动能量为目标，对发动机激励作用下的双层隔振装置与船体的振动特性进行分析；通过有限元分析方法和试验两方面的研究与对比，为舰船的减振降噪的初期概念设计提供快速预报方法.
关键词：双层隔振系统； 概念设计； 有限元法； MSC Nastran
0引言
双层隔振系统已经大量应用在舰船动力装置的减振降噪技术中，可有效抑制机械振动能量传递到船体，使舰船结构在振动激励下产生的自噪声与辐射噪声大幅降低.国内外工程师对双层隔振装置的隔振效果作过大量的研究，由于问题涉及动力装置、隔振装置和船体等复杂结构，使得在以往的舰船隔振设计中，理论计算与实测间存在较大差异.当今较为成熟的理论计算方法是有限元法，它适用于任意复杂的结构，可以充分考虑隔振装置、动力设备和舰船整个隔振系统，甚至周围流体对结构振动的相互影响.
以往的有限元计算方法建立在设计基本定型的舰船和隔振系统模型，着重于在工程设计后期对结构设计变量进行灵敏度优化分析设计.随着对舰船的振动噪声标准的要求越来越高，应该在舰船概念设计阶段中更多地考虑减振降噪措施.本文主要研究在舰船初期概念设计中，采用MSC Nastran快速评估双层隔振系统的隔振效果以及舰船的振动响应，在工程设计方案初选以及设计报价中具有重要意义.
1结构振动响应求解理论
由于船舶在水中航行，当船体作垂直振动时，浮力的变化给船体以分布的作用力，因此，在分析中采取附加质量的方法考虑水的弹性基础作用.船体前20阶模态计算结果见表1，隔振装置前5阶模态计算结果见表2，隔振装置模态振型见图2.为分析动力机械振动传递到双层隔振系统基座后在船体上的传递规律，在模态分析的基础上还进行稳态谐响应分析，得出船体结构上不同位置的加速度响应曲线.利用有限元建立的质量矩阵与刚度矩阵所进行的谐振响应分析，对于持续的周期载荷在结构系统中产生的持续周期响应分析十分有效，可以在较宽的频带内确定线性结构承受随时间按简谐规律变化载荷时的稳态响应.利用MSC Nastran进行谐响应计算时，在质量点上施加激振力，分400步计算频率在0～1 kHz范围内船体的振动响应.
4结束语
利用有限元对双层隔振装置模型动态特性进行分析与试验，结果表明，可以在舰船概念设计阶段通过对舰船振动响应进行模拟计算，了解隔振性能，预报舰船振动响应，从而缩短舰船设计研发周期，减少舰船详细设计中减振噪声试验研究费用.
参考文献：
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作者：陆明华