金属橡胶减振器动力学特性研究

论文摘要

金属橡胶材料是以不锈钢金属丝为原料,经过特定成型工艺制成的均质多孔弹性材料。特别适合在高温、高压、真空等特殊工况下工作。内部金属丝接触点产生的干摩擦实现阻尼减振,非线性阻尼特性十分显著,具有明显的迟滞效应。由于金属丝的杂乱分布,其数学模型和物理模型的建立是具有一定难度的课题。本文运用Fourier级数展开和谐波平衡法相结合的方法FHB推导出金属橡胶减振器在简谐激励下的频响方程,通过Matlab编程求解频响方程,进而得到频谱图。分别讨论了一次因素、三次非线性因素、五次非线性因素和七次非线性因素对金属橡胶减振器动态响应的影响。研究表明,对金属橡胶减振器幅频特性起决定作用的是一次因素和三次非线性因素,而五次非线性因素超过108数量级时,需考虑它的影响。七次非线性因素只有超过1011数量级时,需考虑七次非线性因素的影响。本文从金属橡胶摩擦耗能机理出发,建立了悬臂梁杆系接触作用模型,得到了载荷和位移的解析表达式。利用悬臂梁模型,运用Ansys有限元分析软件对相对密度不同的环形金属橡胶减振器的变形过程进行数值模拟。理论计算与数值模拟得到的迟滞回线基本一致,说明本文采用的理论计算模型是可行的。研究表明成型相对密度越小耗能特性越大,刚度越小,软特性阶段越宽。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.1.1 金属橡胶减振器
• 1.1.2 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外对金属橡胶技术的研究
• 1.2.2 国内对金属橡胶技术的研究
• 1.3 本文主要的研究内容
• 第2章 金属橡胶减振器力学模型
• 2.1 阻尼分类及其描述方法
• 2.1.1 阻尼分类
• 2.1.2 阻尼描述方法
• 2.2 干摩擦迟滞系统的研究
• 2.2.1 迟滞阻尼模型.
• 2.2.2 金属橡胶迟滞特性研究的常用动态模型求解方法
• 2.3 非线性本构关系
• 2.4 金属橡胶减振器的建模
• 2.4.1 金属橡胶减振器
• 2.4.2 金属橡胶减振器的非线性特性
• 2.4.3 金属橡胶材料的本构关系
• 2.4.4 金属橡胶减振器动力学模型的建立
• 第3章 非线性因素对金属橡胶减振器响应的影响分析
• 3.1 非线性因素对金属橡胶减振器响应影响的理论分析
• 3.1.1 一次因素的影响
• 3.1.2 三次非线性因素的影响
• 3.1.3 五次非线性因素的影响
• 3.1.4 七次非线性因素的影响
• 3.2 非线性因素对金属橡胶减振器响应影响的数值模拟与分析
• 3.2.1 一次因素的影响
• 3.2.2 三次非线性因素的影响
• 3.2.3 五次非线性因素的影响
• 3.2.4 七次非线性因素的影响
• 3.3 小结
• 第4章 金属橡胶减振器迟滞特性研究
• 4.1 金属橡胶的力学模型的建立
• 4.2 金属橡胶迟滞特性的理论分析
• 4.2.1 加载过程分析
• 4.2.2 卸载过程分析
• 4.3 单元体分析
• 4.4 金属橡胶迟滞特性的有限元数值模拟
• 4.5 金属橡胶迟滞回线理论分析结果与数值模拟结果对比
• 4.6 小结
• 结论
• 1. 总结
• 2. 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文