隔振器動力學(xué)參數(shù)相關(guān)測試技術(shù)

溫炳舉

摘 要：在隔振器的設(shè)計與使用過程中，針對隔振器的阻尼系數(shù)以及剛度系數(shù)等動力學(xué)參數(shù)類型進行科學(xué)合理的測試，以最終確定隔振器在使用過程中的具體使用性能以及使用標(biāo)準(zhǔn)，是隔振器在設(shè)計檢測過程中必須著重考慮的問題。然而在以往的隔振器阻尼系數(shù)以及剛度系數(shù)的測量檢測過程中，針對隔振器相關(guān)動力學(xué)參數(shù)的測試卻存在著工藝流程較為繁復(fù)、測試結(jié)果不夠標(biāo)準(zhǔn)的問題，對于隔振器設(shè)備的動力學(xué)參數(shù)測試結(jié)果和最終應(yīng)用范圍造成了較為不利的影響。文章將以大阻尼粘性流體微振動隔震器為具體的測試類型，在以往隔振器阻尼系數(shù)以及剛度系數(shù)測試技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種新型的隔振器多參數(shù)模型阻尼系數(shù)以及剛度系數(shù)測試方法，并將最終的阻尼系數(shù)以及剛度系數(shù)數(shù)據(jù)進行仿真實驗與隔振器的遲滯環(huán)法動力學(xué)參數(shù)測試結(jié)果進行比較，驗證兩種測試方法的結(jié)果誤差，評論兩種方法的具體隔振器動力學(xué)參數(shù)測試過程中的優(yōu)異性。

關(guān)鍵詞：隔振器；動力學(xué)參數(shù)；多參數(shù)模型；遲滯環(huán)法；測試結(jié)果

隔振器為機器設(shè)備與機器基礎(chǔ)提供連接功能的彈性元件，能夠有效的減少設(shè)備在運動過程中傳遞到機器基礎(chǔ)以及機器基礎(chǔ)傳遞到機器設(shè)備上的振動力，因此廣泛的適用于與航天、航空、國防、汽車等諸多領(lǐng)域。以隔振器在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用為例，一般來說航天器建設(shè)使用過程中的振動控制方法包括吸振、阻振以及隔振三種類型，而隔振器結(jié)構(gòu)在航天器飛行使用過程中能夠有效的減少航天器本體結(jié)構(gòu)上的高頻擾動震動能量傳遞，對保證航天器飛行過程中的穩(wěn)定性有著非常重要的意義。值得注意的是，隔振器雖然在航天器結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用具備非常重要的作用，但是當(dāng)前階段針對隔振器使用過程中的阻尼系數(shù)以及剛度系數(shù)等動力學(xué)參數(shù)在具體的測試方法中卻一直存在著測試流程較為復(fù)雜、測試結(jié)果精度較低的現(xiàn)象，對于隔振器性能的精確設(shè)計和使用造成了一定的影響。

1 隔振器動力學(xué)參數(shù)的傳統(tǒng)測試方法

針對隔振器動力學(xué)參數(shù)的傳統(tǒng)測試方法，主要是根據(jù)隔振器結(jié)構(gòu)使用過程中的內(nèi)在隔震原理，采取實驗機械阻抗曲線擬合獲取方法來完成對隔振器結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)以及剛度系數(shù)的測試工作，但是值得注意的是實驗機械阻抗曲線擬合獲取方法只能針對隔振器動力學(xué)參數(shù)中的阻尼以及剛度數(shù)值進行單一的驗算，在具體驗算的過程中沒有充分的考慮到粘性流體的阻尼和剛度會隨著振動頻率的變化而出現(xiàn)變化，進而對振動器的隔震性能產(chǎn)生影響這一狀況。

此外，針對隔振器阻尼系數(shù)的測試方法還包括半功率帶寬法和自由衰減法等等，但是半功率帶寬法與自由衰減法都只是針對小阻尼的系數(shù)測試，并不能夠有效的適用在大阻尼隔振器的阻尼系數(shù)測試過程中。而針對阻尼系數(shù)測試的設(shè)備機械一般包括萬能材料試驗機、凸輪試驗系統(tǒng)以及高頻率疲勞試驗機等諸多機械，但是上述機械在阻尼系數(shù)的實驗過程中人為存在測試結(jié)果的精度不能有效的滿足測試要求的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的阻尼系數(shù)以及剛度系數(shù)的測試方法已經(jīng)漸漸的呈現(xiàn)出相應(yīng)的局限性。

2 隔振器動力學(xué)參數(shù)的多參數(shù)模型測試方法

在傳統(tǒng)隔振器動力學(xué)參數(shù)的測試方法基礎(chǔ)上，文章采取了多參數(shù)模型的測試方法，在完成了相應(yīng)的測試平臺建設(shè)工作以后，根據(jù)機械阻抗等效原理將多參數(shù)模型測試方法應(yīng)用在隔振器結(jié)構(gòu)的阻尼系數(shù)以及剛度系數(shù)的測試過程中，將機械阻抗等效五參數(shù)模型逐漸簡化為等效兩參數(shù)模型，進而利用遲滯環(huán)法完成對多參數(shù)模型中剛度系數(shù)以及阻尼系數(shù)的反推工作。此外，將多參數(shù)模型測試方法應(yīng)用在隔振器動力學(xué)參數(shù)的測試過程中，本次試驗還將隔振器各個組件結(jié)構(gòu)中的動力學(xué)參數(shù)進行全面細(xì)致的分析和應(yīng)用，將Simulink仿真模型方法用在了隔振器結(jié)構(gòu)的整體阻尼系數(shù)以及剛度系數(shù)的仿真實驗中，最終將多參數(shù)模型方法的測試結(jié)構(gòu)與仿真實驗的結(jié)構(gòu)進行兩相對比，更加有效的證明了將多參數(shù)模型測試方法應(yīng)用在隔振器動力學(xué)參數(shù)測試過程中的正確性。

具體來講，本次隔振器動力學(xué)參數(shù)的多參數(shù)模型測試方法主要包括以下內(nèi)容：

2.1 隔振器動力學(xué)參數(shù)的多參數(shù)模型

將多參數(shù)模型測試方法應(yīng)用在隔振器阻尼系數(shù)以及剛度系數(shù)的測驗過程中，可以將隔振器結(jié)構(gòu)的五種參數(shù)具體的設(shè)置為剛度系數(shù)k1、k2、k3、k4以及阻尼系數(shù)c，同時在模型設(shè)置的過程中應(yīng)該將剛度系數(shù)k4與阻尼系數(shù)c進行串聯(lián)，并且將將剛度系數(shù)k4與剛度系數(shù)k2進行并聯(lián)，在五參數(shù)模型中建立相應(yīng)的三參數(shù)模型。而三參數(shù)模型的整體則與剛度系數(shù)k2串聯(lián)，同時與剛度系數(shù)k1并聯(lián)。

在具體的結(jié)構(gòu)中，三參數(shù)模型主要代表隔振器的內(nèi)芯結(jié)構(gòu)，而k2則代表隔振器的內(nèi)筒剛度，k1則代表的是隔振器的外筒剛度。同時在隔振器設(shè)備的使用過程中，阻尼系數(shù)c由隔振器結(jié)構(gòu)內(nèi)的內(nèi)芯油腔產(chǎn)生，在阻尼系數(shù)c的運轉(zhuǎn)過程中會伴隨著與阻尼系數(shù)相串聯(lián)的剛度系數(shù)k4的產(chǎn)生。

在具體的計算過程中，根據(jù)機械阻抗等效理論的原則可以將彈簧元件的機械阻抗設(shè)置為Zk=k，而阻尼元件的機械阻抗則設(shè)置為Zc=jwc，多參數(shù)模型中并聯(lián)結(jié)構(gòu)的整體阻抗大小等于各個組成元素阻抗的整體之和，整體受力也等于各個元素的受力之和，多參數(shù)模型中串聯(lián)結(jié)構(gòu)在整體結(jié)構(gòu)中的各個組成元素的阻抗則是相等的，其受到的整體受力也是相等的，但是串聯(lián)結(jié)構(gòu)整體阻抗的大小的倒數(shù)則等于各個組成元素阻抗大小的倒數(shù)之和。因此多參數(shù)模型中三參數(shù)模型的機械阻抗Z1的計算公式如下：

其中給拉普拉斯算子s=jw，w代表的是振動圓頻率。而多參數(shù)模型中五參數(shù)模型的機械阻抗ZF的計算公式則如下所示：

此時，可以將五參數(shù)模型進一步簡化為三參數(shù)模型，再將三參數(shù)模型進一步簡化為二參數(shù)模型，即整體模型中剛度系數(shù)k以及阻尼系數(shù)c相互并聯(lián)的模型。

2.2 遲滯環(huán)法測試

將隔振器等效兩參數(shù)模型計算出的阻尼系數(shù)c以及剛度系數(shù)k進行遲滯環(huán)法的測試，主要是憑借阻尼力與位移之間因為阻尼作用而形成相應(yīng)的遲滯環(huán)的測試原理。在具體的測試結(jié)果中，阻尼系數(shù)c以及剛度系數(shù)k均能滿足遲滯環(huán)法的測試要求。

2.3 仿真分析

將等效參數(shù)模型進行仿真分析，主要是將隔振器結(jié)構(gòu)等效多參數(shù)模型計算得出的剛度系數(shù)k以及阻尼系數(shù)c的曲線圖進行繪制，并驗真仿真模擬過程中計算結(jié)果的正確與否。在具體的仿真分析結(jié)果中，阻尼系數(shù)c以及剛度系數(shù)k也均能有效的符合仿真分析的內(nèi)容。

3 結(jié)束語

綜上所述，文章對隔振器結(jié)構(gòu)中阻尼系數(shù)以及剛度系數(shù)等動力學(xué)參數(shù)的計算采取了新的等效多參數(shù)模型的計算方法，多參數(shù)模型的測試方法與傳統(tǒng)方法相比有著較為明顯的優(yōu)良性，有效的提升了隔振器動力學(xué)參數(shù)計算結(jié)果的精確性，對于進一步提高隔振器在航天領(lǐng)域的使用性能和使用質(zhì)量有著非常重要的作用。

參考文獻

[1]王杰，趙壽根，吳大芳，等.隔振器動力學(xué)參數(shù)的測試方法研究[J].振動工程學(xué)報，2014，27（6）：885-892.