非线性X型周期结构减振装置的设计及其减振性能研究

Considering the vibration band-gap property of periodic structures and the high-static-low-dynamic stiffness property of nonlinear structures, a new type of nonlinear X-shape vibration isolation device with periodic structures will be designed. The mechanical characteristic of the device will be systematically researched by the static analysis, the dynamic analysis and the experimental testing technique. In the static analysis, considering the nonlinear stiffness, the effect of the structure parameter on the positive stiffness, the zero stiffness and the negative stiffness will be studied. The motion range and the loading capacity will be analysed；In the dynamic analysis, based on the periodicity of the periodic structure, the dynamic analysis model of the whole structure will be established by the spectral element method. Based on the highly accurate result in the frequency domain, the band-gap property of the nonlinear X-shape vibration isolation device with periodic structures will be investigated. The displacement transmissibility will be analysed and the vibration isolation property will be further studied. In the experimental studies, designing the typical experiment model of the nonlinear X-shape vibration isolation device with the periodic structure, the vibration experiment for the above research content will be carried out to verify the result. The research on the project will design a set of vibration isolator with the good loading capacity as well as the vibration isolation property, and an effective mechanical model will be established, which will supply the new idea and technical approach to design the new type of the vibration isolation device.

考虑周期结构的振动帶隙特性和非线性结构的高静低动刚度特性，设计新型非线性X型周期结构减振装置。通过静力学分析、动力学分析和实验测试技术，系统研究该种新型减振装置的力学性能。在静力学分析方面，考虑结构的非线性刚度，探究结构参数对减振装置的正刚度、零刚度以及负刚度的影响规律，分析减振装置的运动范围以及承载能力；在动力学分析方面，基于周期结构的周期性，采用谱元法建立整体结构的动力学分析模型。在获得高精度频域结果的基础上，探究非线性X型周期结构减振装置的振动带隙特性，分析结构的位移传递率，进而研究结构的减振性能；在实验研究方面，设计典型的非线性X型周期结构减振装置，利用振动测试技术对上述问题进行实验研究。本项目将设计出一套同时具有良好承载能力和减振性能的减振器，建立有效的力学分析模型，为设计新型振动抑制装置提供新的思路和技术途径。

振动控制对我国航空、航天、航海等领域是非常重要的课题。如何设计出具有良好减振性能的减振结构，已经得到学者们的广泛关注。本项目中对减振结构的设计和减振性能的分析具有重要的理论和实际意义。周期结构因其具有振动带隙特性，因此可利用其禁带来实现减振效果。X型结构具有非线性刚度而被广泛应用于高静低动结构的设计中。本项目以周期结构和X型非线性结构为研究对象，并结合以上两种具有减振性能的周期结构和X型结构的特点，设计了X型非线性振子的周期结构和X型具有双重周期性的周期结构，采用谱元法、哈密顿原理等方法进行力学建模，并通过理论分析和实验研究的方式对结构的减振性能进行了研究。通过对结构材料和结构参数的研究，探索结构的减振机理。本项目旨在有机结合X型结构和周期结构的特点设计新型的减振结构，为减振技术奠定理论基础和提供新的技术途径。