金属簧片阻尼隔振器动态特性分析与优化设计

【摘要】：本课题来源于中国电子科技集团公司第十四研究所项目。主要研究一种金属簧片阻尼隔振器,解决舰载电子机柜在受鱼雷爆炸强冲击下的隔振与减振。 金属簧片阻尼隔振器系统属于强非线性系统。本文通过研究金属簧片阻尼隔振器减振隔振、抗冲击的机理,应用力学原理,建立了金属簧片阻尼隔振器承载电子机柜时的动力学方程;通过有限元方法,分析了其工作过程的接触力及其系统的动态性能;通过综合优化策略,结合有限元分析,对金属簧片阻尼隔振器的主要参数进行了优化。 本文的研究内容及结论主要体现在以下几个方面: 1、根据金属簧片阻尼隔振器的工作原理和材料力学理论,通过结构受力分析,推导出金属簧片阻尼隔振器的理论接触力表达式;建立了金属簧片阻尼隔振器的振动系统动力学方程;通过有限元法,计算出实际金属簧片阻尼隔振器阻尼片与中心柱的接触力,通过多项式拟合近似得到该接触力表达式;利用变步长四阶五级Runge-Kutta-Felhberg法对系统在简谐激励和矩形脉冲激励下的非线性振动微分方程进行求解,得到位移响应曲线、速度响应曲线和加速度响应曲线。分析动态响应表明:含强非线性干摩擦环节的金属簧片阻尼隔振器隔振系统具有优良的隔振缓冲作用。 2、根据实体有限元法,利用模态分析方法,分析系统中主要构件的模态,结果表明:金属簧片阻尼隔振器和电子机柜的结构在受载时不会产生结构共振现象,对保证其结构的动态性能相当有利。分析了金属簧片阻尼隔振系统在实际冲击激励下的加速度响应,结果表明:电子机柜采用金属簧片阻尼隔振器减振隔振后,在测试的冲击下,能使冲击加速度响应峰值显著的减少,说明金属簧片阻尼隔振器具有优良的减振隔振和抗冲击性能。分析了金属簧片阻尼隔振器在实际冲击激励下,各构件的刚强度,结果表明:在实际冲击激励下,各构件满足刚强度要求。 3、建立了金属簧片阻尼隔振器参数化有限元模型和数学优化模型,对其主要参数进行优化。通过优化超拉丁方实验设计,分析了设计变量对隔振器抗冲击性能影响的变化规律;采用基于近似模型的组合优化策略:先用多岛遗传算法探索全局最优解所在区域,再用序列二次规划算法逼近精确最优解;建立了RSM和Kriging近似模型,并对相应近似模型进行了误差分析,评判了其拟合金属簧片阻尼隔振器非线性动态响应的可靠性。通过优化得出了系统主要参数的优化值,经过综合优化,承载结构最大加速度响应较初始设计时最大加速度响应下降了56.08%,结果表明此优化策略实用、可行。