含惯容器的准零刚度隔振器设计及性能研究.pdf

摘要

摘要

随着时代的发展和科技水平的不断提高，越来越多的工业设备和精密仪器

应用在实际工程中。大部分精密仪器对于低频隔振较为敏感，因此低频振动往

往是造成工业机械和精密仪器失效的直接原因。近年来为了解决低频隔振的问

题，很多学者利用正负刚度并联原理实现了高静低动的准零刚度隔振器，对解

决低频隔振问题具有较好的效果。然而，对于增加系统的等效质量来降低系统

的固有频率这一方向的研究较少。基于这一考虑，本文设计了一种含惯容器的

准零刚度隔振器，利用惯容器的质量放大效应和准零刚度的高静低动刚度特性，

以实现大质量低频率隔振的目标。本文主要的研究内容涉及以下几个方面：

首先，建立含准零刚度隔振器的动力学方程，并分析其静力学特性，然后

进一步分析含线性惯容器的准零刚度隔振器的隔振性能，从三个不同的隔振指

标分析其隔振性能，并阐述隔振器中的可调参数对该隔振器隔振效果的影响规

律。在传统三弹簧模型的基础上，引入了X型结构代替水平弹簧提供负刚度，

同时在竖直方向上引入惯容器以降低竖直方向的固有频率；推导了系统的动力

学方程；之后分析该隔振器在两个方向上的静力特性，对不同结构参数的影响

规律进行了简单概括；用Runge-Kutta法求振动解，然后代入隔振性能指标，

分析结构参数对隔振性能的影响规律。

之后，基于对含线性惯容器的准零刚度隔振器的分析结果，提出了一种新

的惯容器具体实现形式，使惯容器的惯容系数与位移的关系呈非线性变化趋势。

推导出非线性惯容器的理论模型，然后将非线性惯容器嵌入到含线性惯容器的

准零刚度隔振器的动力学方程中，并使用Runge-Kutta法进行数值求解，之后

分析了可调结构参数对该隔振器隔振效果的影响规律。

最后，设计了竖直方向单自由度的含非线性惯容器的准零刚度隔振器的物

理模型，搭建了由激振系统、隔振系统以及数据采集系统组成的实验平台，然

后通过施加基础位移激励采集隔振对象的位移信号，通过分析含非线性惯容器

的准零刚度隔振器在不同激振幅值和激振频率下的动态响应位移和位移传递

率，对该隔振系统的隔振性能做出评价。

关键词：惯容器；准零刚度；低频隔振；X型结构

I

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

Abstract

WiththedevelopmentofTheTimesandthecontinuousimprovementofthe

levelofscienceandtechnology,moreandmoreindustrialequipmentandprecision

instrumentsareappliedinpracticalengineering.Mostprecisioninstrumentsare

sensitivetolowfrequencyvibrationisolation,solowfrequencyvibrationisoften

thedirectcauseoffailureofindustrialmachineryandprecisioninstruments.In

recentyears,inordertosolvetheproblemoflowfrequencyvibrationisolation,

manyscholarsusetheparallelprincipleofpositiveandnegativestiffnesstorealize

thequasi-zerostiffnessvibrationisolatorwithhighstaticandlowmotion,which

hasagoodeffectonsolvingtheproblemoflow