约束阻尼型隔振器的动力学性能分析及优化设计

【摘要】：约束阻尼型隔振器的动力学性能主要包括刚度和阻尼性能,两种性能的好坏直接影响到隔振设备的抗振性与稳定性。因此,为了使设备能够在强烈振动和干扰作用下稳定的工作,需要对隔振器进行动力学性能研究分析。目前对约束阻尼型隔振器结构的动力学分析方法已经成为工程中一种非常重要的分析方法,它主要包括结构建模、分析计算以及行为预测等一整套的方案。 本文首先对隔振器的力学模型进行分析,指出隔振器设计中两个关键的动力学因素:刚度和阻尼;然后对隔振器阻尼结构形式及粘弹阻尼材料相关理论做了简单介绍,阐述了结构与材料等参数对隔振器动力学性能影响的重要性,同时也对隔振器的设计流程做了简单介绍。 本文研究了粘弹性阻尼材料的耗能机理和动态阻尼特性,采用分数导数模型,与温频等效原理相结合,得到了粘弹性阻尼材料的复模量、损耗因子与温度关系的参数化数学模型;并结合粘弹性阻尼材料的动态热机械分析实验(DMA)数据对模型参量进行了拟合,实验结果和误差分析表明拟合的数学模型能够准确反映粘弹性材料在变温条件下的动力学特性的变化情况。 其次,根据隔振器中不同类型材料的参数对结构动力学特性的影响,分别采用等效刚度法和模态应变能方法建立了结构固有频率、阻尼比与各类型材料参数之间的关系模型,然后通过隔振器力学仿真分析及隔振系统的正弦扫频实验对模型进行参量拟合、实验验证、误差分析,结果表明该预测模型能够较为准确的反映出隔振器结构动力学性能与材料参数之间的关系。 最后,本文提出了隔振器拓扑模型,分析了重要结构参数对动力学特性的影响,然后以这些参数为设计变量,在满足隔振器强度、刚度条件下,采用合适的优化算法对隔振器结构进行尺寸优化。通过优化,整体结构阻尼性能比优化前得以提高,在工作环境中具有更好的减振性能。