基于子系统分析的多维耦合系统功率流传递特性研究

【摘要】：柔性耦合隔振系统的功率流控制和传递特性是当前振动工程领域研究的热点和难点。先分解再综合的方法是研究复杂耦合系统的有效手段,其模型与计算机应用技术结合能发挥更大的优势。本文结合所承担的中船总公司“九五”国防预研项目“功率流方法在浮筏系统传递特性的研究及效果评估”(No.10.6.2.2)和国家自然科学基金项目“柔性基础上复杂机械系统动态特性的最优控制”(No.59575023)。在分析了本课题的研究目和意义的基础上,对柔性复杂耦合系统从子系统的层面进行了深入研究,以功率流的研究方法解决了柔性复杂耦合系统的动力学建模、振动传递特性分析,以功率流理论针对旋转机械的典型齿轮箱类系统进行研究,建立了结构声导纳矩阵描述和空气声SEA模型描述,实现了各振动参量在系统中的耦合关系和传递特性的功率流研究途径。主要研究内容和创造性成果如下: 建立了一种新的复杂耦合隔振系统功率流传递特性分析模型,该模型实现了功率流传递特性的导纳法与模态法描述的统一,兼顾具有研究子系统间的能量传递、子系统能量损耗这两种能力,可以用来研究更广泛的控制问题。推导了通用子系统导纳矩阵公式,可以处理任意数量、任意位置、任意维数的子系统之间的耦合。建立了应用面更广的连接路径模型,该模型充分考虑路径的质量、刚度、阻尼特性并兼顾通常无质量连接路径的一般工程需求。将导纳法与模态法结合推导了基于非耦合子系统模态参数的子系统导纳矩阵,矩阵的维数与求和的模态数无关,大模型中的模态截断问题可以很好的避免,并能得到更高的频率分析范围。非耦合子系统的模态参数,可以利用实验测量、有限元分析等各种方法获得,利用子系统模态参数信息,分析各模态上的功率流损耗,可以很方便地获得子系统的修改对系统的功率流传递特性的影响。 建立了新型的振源子系统导纳矩阵公式,可适用于多子结构耦合、多激励的复杂振源子系统。针对工程应用中的浮筏隔振系统,首次推导了“机组—上层隔振器—浮筏”复杂振源子系统,和“浮筏—下层隔振器—基础”复杂受动体子系统模型,打破以往适用于串连连接的系统模型,建立了新型的适用性更广的浮筏隔振系统模型。对实际浮筏隔振系统的研究表明:浮筏和基础的刚性较大时,耦合系统低频特性主要受刚体模态的影响。当系统不对称安装,或处于复合激励条