分段光滑隔振系统的动力学行为与设计方法

Compared with linear vibration isolation theory, the nonlinear vibration isolation strategy has some prominent advantages,but its dynamic properties are much more complicated. To make full use of the benefits provided by nonlinear isolation systems with suppressed resonant response, this proposal introduces piewise stiffness and piecewise damping into the nonlinear vibration isolation system, and develops theoretic analysis methods and nonlinear parameter design for best performance of isolation..To understand the dynamic behaviours under excitaions with two different frequencies, principal resonce and stability analysis will be investigated first, then using harmonic probing method, the higher order FRF's of the nonlinear isolation system will be extracted to investigate the frequency properties in detail. Based on the above work, the parameters of the nonlinear isolation system will be chosen for the best performance, such as the resonant response suppression, subresonance control, reduction of the impact caused by jumping phenomena etc. With the foundation laid down by the theoretical work proposed above, an engineering application will be considered: a flexible double-layered isolation raft supported by isolators with peiwise stiffness and damping will be investigated for best isolation performance.. The work specified this propsal is expected to make significant contribution towards the nonlinear isolation theory and application.

与线性隔振理论相比，非线性隔振有其优越之处，但动力学特性也更加复杂。为了保证隔振系统在工作频带内拥有较优的隔振效果，同时还具有较低的共振峰值，本项目提出了一种分段刚度和分段阻尼的隔振方案，进而在非线性动力学特性与隔振设计两方面开展工作。在动力学特性分析方面，主要包括多频激励单自由度模型的主共振响应与稳定性分析及高阶频响函数分析；以此为基础，进一步开展动力学设计方面的工作，如主共振跳跃现象的抑制、亚谐共振的防治设计以及工作频带和共振频带的隔振设计；最后结合实际工程模型（双层柔性隔振符筏），开展多频激励下的多自由度系统在时域响应、高阶频响函数与隔振效果评价等方面的工作。现有分段光滑系统动力学的研究主要以单频激励的情形为主，本项目的研究可望在对分段光滑动力学系统的基础理论体系有新的贡献；具有分段刚度与分段阻尼的非线性隔振方案可进一步提高工程系统的隔振性能。

分段光滑隔振系统在低频、重型大载荷装备中的应用有着显著优势，除具有传统光滑隔振系统的动力学特性外（如主共振幅值跳跃），还具备特有的非光滑动力学行为（如擦边失稳），因此其动力学行为的理论分析较为复杂；而在工程意义上，人们主要关心的问题是：如何利用这些非线性动力学行为来提升隔振性能，以及如何屏蔽不利动力学现象的影响。本项目深入研究了分段光滑隔振系统的非线性动力学分析与隔振性能评估，及主动控制等问题。其主要工作和学术贡献如下：.1、利用非光滑动力学理论方法研究了分段光滑隔振系统的周期运动响应及稳定性；进行了相关的非线性动力学分析，主要包括：主共振区的幅值跳跃、隔振有效区的倍周期分岔及多稳态的防治设计方法。.2、建立了柔性基础隔振试验平台，采用理论、仿真与试验相结合的方法研究了分段光滑混合介质隔振系统的隔振性能。.3、提出了分段光滑隔振系统的悬置式设计方案，可兼顾低频隔振性能与承载能力，可使隔振系统的共振频率由7Hz降至2Hz以下，隔振有效区的起始频率由约10Hz降至3Hz以下，具备了高静态低动态刚度特性。.4、提出了时滞立方速度非线性主动控制模型，有效控制了共振区的响应并改善了高频区的隔振效果。