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隔振器动力学参数的测试方法研究

作者:格鲁吉亚赌场 来源:本站原创 日期:2021-01-04 02:36 点击: 

  隔振器动力学参数的测试方法研究_数学_小学教育_教育专区。隔振器动力学参数的测试方法研究 王 杰 1, 赵寿根 1, 吴大方 1, 罗 敏 2 【摘 要】摘要: 阻尼系数和刚度系数是隔振设计中分析隔振器性能的重要参数, 其测试技术是确定相应数值的有效途径。针

  隔振器动力学参数的测试方法研究 王 杰 1, 赵寿根 1, 吴大方 1, 罗 敏 2 【摘 要】摘要: 阻尼系数和刚度系数是隔振设计中分析隔振器性能的重要参数, 其测试技术是确定相应数值的有效途径。针对大阻尼粘性流体微振动隔振器, 提出一种测试多参数模型阻尼系数和刚度系数的简化测试方法。应用机械阻抗 等效将多参数模型简化为便于测试的两参数模型,通过自行设计相应的试验测 试平台,对等效参数及隔振器各组件刚度系数进行测试。将数据处理所得振动 模型数据输入到 Simulink 仿真模型中,得到隔振器整体等效阻尼系数和等效刚 度系数,并与试验直接采用迟滞环法得到的对应参数进行比较,二者相对误差 均在 5%以内,有效地证明了本方法的可行性与可用性。本方法突出的优点为 它还可以得到阻尼系数和刚度系数随频率的变化规律,对于隔振设计具有重要 的参考价值。 【期刊名称】振动工程学报 【年(卷),期】2014(027)006 【总页数】8 【关键词】 微振动隔振器; 多参数模型; 动力学参数测试; 机械阻抗; 迟滞 环 引言 近年来,国内外航天技术取得了快速的发展,航天器种类和功能日趋多样化, 结构形式日趋复杂。目前,以高分辨率遥感卫星为代表的高精度航天器是研究 热点之一,其具有严格的定位指向精度和分辨率要求,如美国最近发射的 KH13 侦查卫星地面分辨率高达 0.05 m,这使得航天器各扰动部件传递到光学有 效载荷的振动量级需衰减到微米甚至纳米量级,从而使得该类型的振动控制具 有非常大的挑战性[1,2]。常用的振动控制方法有吸振、隔振和阻尼减振,为 了使得动量轮、CMG 的低频姿态控制力矩传递到航天器本体结构上而衰减其 高频扰动,隔振是较为适合的一种方法。 从上世纪 90 年代初美国第一次将三参数微振动隔振器应用到哈勃望远镜以来, 微振动隔振技术已经发展了 20 多年,隔振类型也从单一的被动隔振发展为主 被动一体化的新技术[3~8]。其中以霍尼韦尔公司的 Davis 等人为代表发展了 多种高性能的微振动隔振器,分析了其内在的隔振机理,给出了阻尼系数和刚 度系数的试验机械阻抗曲线拟合获取方法,该方法能得出单一的阻尼、刚度数 值,拟合误差较大,没有考虑粘性流体的阻尼、刚度系数随频率的变化规律及 其对隔振性能的影响[9~11]。阻尼系数传统的测试方法有半功率带宽法、自由 衰减法等[12,13],这些方法的前提假设均为小阻尼,因此并不适合测试大阻尼 隔振器的阻尼系数。常用的阻尼系数测试设备有万能材料试验机、凸轮试验系 统和高频疲劳试验机等,由于微振动隔振器的振幅为微纳米量级,上述测试方 法和测试设备也很难满足精度要求。此外,大多数的微振动隔振器均为多参数 模型,内含多个结构组件,因而很难直接测量得到内部组件的阻尼系数,从而 给隔振器的设计、测试和性能优化增加了难度。 为解决上述难题,本文采用机械阻抗等效的方法,将多参数模型简化为等效两 参数模型,并设计了相应的测试平台,采用迟滞环法测试等效两参数模型的动 力学参数,进而反推出多参数模型中的刚度和阻尼系数。在试验得到各组件动 力学参数的基础上,建立测试对象的 Simulink 仿真模型,将测试结果与仿真结 果进行比对,以验证本文方法的有效性。 1 机械阻抗等效理论 1.1 五参数模型 如图 1 所示为一种航天器流体微振动隔振器的五参数模型,其包含刚度系数 k1,k2,k3,k4 和阻尼系数 c。其中刚度系数 k4 与阻尼系数 c 串联,然后与刚度 系数 k3 并联,组成一个三参数模型块,其整体与刚度系数 k2 串联,然后与刚 度系数 k1 并联。三参数模型块代表样机的内芯,k2 代表样机的内筒刚度,k1 代表样机的外筒刚度。阻尼系数 c 主要由内芯油腔内的硅油因受挤压作用通过 小孔,进而产生剪切效应耗散能量而产生,由于流体具有可压缩性,在流动过 程中将同时产生与阻尼系数 c 串联的体积刚度 k4。因隔振器的质量较小,故在 计算时可忽略其质量,如图 2 所示。 由机械阻抗理论可知,弹簧元件的机械阻抗为 Zk=k,阻尼元件的机械阻抗为 Zc=jωc;并联系统的总阻抗等于各要素阻抗之和,总的力为各要素力的和,串 联系统各要素所受到的力相等,总阻抗的倒数等于各要素阻抗倒数之和[14]。 由图 2 可知,三参数模型块的机械阻抗 Z1 为 (1) 式中 拉普拉斯算子 s=jω,ω 为振动圆频率,又因其整体与刚度系数 k2 串联, 然后与刚度系数 k1 并联,因此五参数模型的总机械阻抗为 (2) 令 (3) (4) (5) 由此式(2)可简写为 (6) 1.2 模型等效 为了设计、使用和性能参数测试方便,五参数模型可进一步简化为如图 3 所示 的三参数模型,其物理参数有刚度系数 kA,kB 和阻尼系数 cA,kB 与 cA 串联, 然后与 kA 并联。 同理,在计算时略去其质量,由机械阻抗理论可得其机械阻抗 ZT 的表达式, 如下式所示 (7) 上式可进一步化简为: (8) (9) (10) 由式(6),(8)可知,二者形式相同,因此令对应项相等,如下式所示 (11) 求解方程则可得到 (12) 由上式可知,将五参数模型等效为三参数模型时,等效参数由式(12)获得。 1.3 等效两参数模型 同样,图 3 所示三参数模型可进一步等效为如图 4 所示的等效两参数模型,其 刚度系数 k 与阻尼系数 c′并联。由机械阻抗理论可知,等效两参数模型的机械 阻抗 Z2 为 Z2=k+sc′ (13) 令式(8),(13)相等可得 (14) 解出 cA,kB 的表达式为 (15) (16) 通过以上步骤,就将隔振器整体动力学参数与各组件性能参数联系起来。 2 试验测试 2.1 等效动力学参数 c′和 k 的测试原理 对于如图 4 所示的隔振器整体等效两参数模型,依据微振动隔振器的特点,本 文采用迟滞环法测试其等效阻尼系数 c′和等效刚度系数 k。测试原理如下:阻 尼力与位移之间因阻尼作用而形成迟滞环

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