隔振器動(dòng)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(jì)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(dòng)力學(xué)參數(shù)類型進(jìn)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(jì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)與隔振器的遲滯環(huán)法動(dòng)力學(xué)參數(shù)測試結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)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(dòng)力學(xué)參數(shù)測試過程中的優(yōu)異性。

關(guān)鍵詞：隔振器；動(dòng)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(jī)器設(shè)備與機(jī)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(yùn)動(dòng)過程中傳遞到機(jī)器基礎(chǔ)以及機(jī)器基礎(chǔ)傳遞到機(jī)器設(shè)備上的振動(dòng)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(dòng)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(dòng)震動(dòng)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(dòng)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(jì)和使用造成了一定的影響。

1 隔振器動(dòng)力學(xué)參數(shù)的傳統(tǒng)測試方法

針對隔振器動(dòng)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(shí)驗(yàn)機(jī)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(shí)驗(yàn)機(jī)械阻抗曲線擬合獲取方法只能針對隔振器動(dòng)力學(xué)參數(shù)中的阻尼以及剛度數(shù)值進(jìn)行單一的驗(yàn)算，在具體驗(yàn)算的過程中沒有充分的考慮到粘性流體的阻尼和剛度會(huì)隨著振動(dòng)頻率的變化而出現(xiàn)變化，進(jìn)而對振動(dòng)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(jī)械一般包括萬能材料試驗(yàn)機(jī)、凸輪試驗(yàn)系統(tǒng)以及高頻率疲勞試驗(yàn)機(jī)等諸多機(jī)械，但是上述機(jī)械在阻尼系數(shù)的實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(dòng)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(jī)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(jī)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(jìn)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(dòng)力學(xué)參數(shù)的測試過程中，本次試驗(yàn)還將隔振器各個(gè)組件結(jié)構(gòu)中的動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)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(shí)驗(yàn)中，最終將多參數(shù)模型方法的測試結(jié)構(gòu)與仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)進(jìn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(yàn)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(shí)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(jìn)行串聯(lián)，并且將將剛度系數(shù)k4與剛度系數(shù)k2進(jìn)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(shí)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(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)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(jì)算過程中，根據(jù)機(jī)械阻抗等效理論的原則可以將彈簧元件的機(jī)械阻抗設(shè)置為Zk=k，而阻尼元件的機(jī)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(gè)組成元素阻抗的整體之和，整體受力也等于各個(gè)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(gè)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(gè)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(jī)械阻抗Z1的計(jì)算公式如下：

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

此時(shí)，可以將五參數(shù)模型進(jìn)一步簡化為三參數(shù)模型，再將三參數(shù)模型進(jìn)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(jì)算出的阻尼系數(shù)c以及剛度系數(shù)k進(jìn)行遲滯環(huán)法的測試，主要是憑借阻尼力與位移之間因?yàn)樽枘嶙饔枚纬上鄳?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(jìn)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(jì)算得出的剛度系數(shù)k以及阻尼系數(shù)c的曲線圖進(jìn)行繪制，并驗(yàn)真仿真模擬過程中計(jì)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(dòng)力學(xué)參數(shù)的計(jì)算采取了新的等效多參數(shù)模型的計(jì)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(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果的精確性，對于進(jìn)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(xiàn)

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