学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

金属簧片阻尼隔振器动态特性分析与优化设计

作　者: 王东衡
导　师: 石秀东
学　校: 江南大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 隔振器非线性振动有限元近似方法综合优化策略
分类号: TB535.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 121次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

本课题来源于中国电子科技集团公司第十四研究所项目。主要研究一种金属簧片阻尼隔振器,解决舰载电子机柜在受鱼雷爆炸强冲击下的隔振与减振。金属簧片阻尼隔振器系统属于强非线性系统。本文通过研究金属簧片阻尼隔振器减振隔振、抗冲击的机理,应用力学原理,建立了金属簧片阻尼隔振器承载电子机柜时的动力学方程;通过有限元方法,分析了其工作过程的接触力及其系统的动态性能;通过综合优化策略,结合有限元分析,对金属簧片阻尼隔振器的主要参数进行了优化。本文的研究内容及结论主要体现在以下几个方面:1、根据金属簧片阻尼隔振器的工作原理和材料力学理论,通过结构受力分析,推导出金属簧片阻尼隔振器的理论接触力表达式;建立了金属簧片阻尼隔振器的振动系统动力学方程;通过有限元法,计算出实际金属簧片阻尼隔振器阻尼片与中心柱的接触力,通过多项式拟合近似得到该接触力表达式;利用变步长四阶五级Runge-Kutta-Felhberg法对系统在简谐激励和矩形脉冲激励下的非线性振动微分方程进行求解,得到位移响应曲线、速度响应曲线和加速度响应曲线。分析动态响应表明:含强非线性干摩擦环节的金属簧片阻尼隔振器隔振系统具有优良的隔振缓冲作用。2、根据实体有限元法,利用模态分析方法,分析系统中主要构件的模态,结果表明:金属簧片阻尼隔振器和电子机柜的结构在受载时不会产生结构共振现象,对保证其结构的动态性能相当有利。分析了金属簧片阻尼隔振系统在实际冲击激励下的加速度响应,结果表明:电子机柜采用金属簧片阻尼隔振器减振隔振后,在测试的冲击下,能使冲击加速度响应峰值显著的减少,说明金属簧片阻尼隔振器具有优良的减振隔振和抗冲击性能。分析了金属簧片阻尼隔振器在实际冲击激励下,各构件的刚强度,结果表明:在实际冲击激励下,各构件满足刚强度要求。3、建立了金属簧片阻尼隔振器参数化有限元模型和数学优化模型,对其主要参数进行优化。通过优化超拉丁方实验设计,分析了设计变量对隔振器抗冲击性能影响的变化规律;采用基于近似模型的组合优化策略:先用多岛遗传算法探索全局最优解所在区域,再用序列二次规划算法逼近精确最优解;建立了RSM和Kriging近似模型,并对相应近似模型进行了误差分析,评判了其拟合金属簧片阻尼隔振器非线性动态响应的可靠性。通过优化得出了系统主要参数的优化值,经过综合优化,承载结构最大加速度响应较初始设计时最大加速度响应下降了56.08%,结果表明此优化策略实用、可行。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
符号说明  6-9
第一章绪论  9-21
  1.1 选题背景与意义  9-10
  1.2 金属簧片阻尼隔振器的基本结构及工作原理  10-17
    1.2.1 金属簧片阻尼隔振器的基本结构  10-12
    1.2.2 金属簧片阻尼隔振器减振隔振的基本理论  12-17
  1.3 国内外隔振器、干摩擦阻尼振动系统的研究现状和发展趋势  17-19
    1.3.1 国内外隔振器及减振抗冲击优化的研究现状和发展趋势  17-19
    1.3.2 国内外干摩擦阻尼振动系统的研究现状和发展趋势  19
  1.4 本文的主要工作  19-21
第二章金属簧片阻尼隔振器性能分析的理论基础  21-47
  2.1 干摩擦理论  21-22
  2.2 振动的基本理论  22-35
    2.2.1 单自由度系统振动理论  23-30
    2.2.2 振动的抑制与控制  30-35
  2.3 弹性动力学数值计算方法及有限元实现  35-40
    2.3.1 数值计算方法  36-37
    2.3.2 结构有限元离散化  37-38
    2.3.3 时间积分与时间步长控制  38-40
  2.4 振动冲击中接触碰撞算法  40-45
    2.4.1 接触碰撞的数值计算方法  40-43
    2.4.2 接触碰撞算法的有限元实现  43-45
  2.5 本章小结  45-47
第三章金属簧片阻尼隔振器动力学模型  47-65
  3.1 概述  47
  3.2 金属干摩擦阻尼隔振器动力学模型  47-48
  3.3 金属簧片阻尼隔振器动力学模型  48-53
    3.3.1 金属簧片阻尼隔振器结构受力分析  48-51
    3.3.2 金属簧片阻尼隔振器动力学模型  51-53
  3.4 基于有限元法的金属簧片阻尼隔振器接触力求解  53-57
    3.4.1 金属簧片阻尼隔振器有限元模型  53-56
    3.4.2 计算结果及接触力函数表达式  56-57
  3.5 金属簧片阻尼隔振器的动态响应  57-64
    3.5.1 基于Runge-Kutta-Felhberg 法的振动微分方程求解  57-58
    3.5.2 简谐激励、矩形脉冲激励下的动态响应分析  58-64
  3.6 本章小结  64-65
第四章金属簧片阻尼隔振器动态特性分析  65-85
  4.1 概述  65-66
  4.2 金属簧片阻尼隔振器构件模态分析  66-74
    4.2.1 模态分析理论  67-69
    4.2.2 金属簧片阻尼隔振器构件模态分析  69-72
    4.2.3 电子机柜模态分析  72-74
    4.2.4 结果分析  74
  4.3 金属簧片阻尼隔振器抗冲击性能分析  74-78
    4.3.1 数值计算方法  74-77
    4.3.2 计算与结果分析  77-78
  4.4 金属簧片阻尼隔振器关键构件刚强度分析  78-82
  4.5 本章小结  82-85
第五章基于综合策略的金属簧片阻尼隔振器参数优化  85-97
  5.1 基于综合策略的优化设计方法  85-89
    5.1.1 实验设计  85-86
    5.1.2 近似方法  86-88
    5.1.3 优化算法  88
    5.1.4 组合优化策略  88-89
  5.2 优化的结构有限元模型、实验设计及近似方法  89-93
    5.2.1 金属簧片阻尼隔振器参数优化的结构有限元模型  89
    5.2.2 金属簧片阻尼隔振器优化的实验设计与分析  89-92
    5.2.3 金属簧片阻尼隔振器的近似方法  92-93
  5.3 金属簧片阻尼隔振器的参数优化及误差分析  93-96
    5.3.1 金属簧片阻尼隔振器参数优化的数学模型  93-94
    5.3.2 优化结果及误差分析  94-96
  5.4 本章小结  96-97
第六章全文工作总结  97-99
  6.1 概述  97
  6.2 本文完成的主要工作及结论  97-98
  6.3 未来工作展望  98-99
致谢  99-101
参考文献  101-106
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  106

金属簧片阻尼隔振器动态特性分析与优化设计

内容摘要

全文目录

相似论文