橡胶减振器的非线性力学行为及特性研究

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橡胶减振器(Rubber Damper)在工程领域中应用广泛,而且随着各种工况环境人性化的要求、仪器设备精度要求和可靠性要求的提高,减振系统设计的精度要求也在不断提高。如,应用在各种车辆系统和船舶工程中,应用在风机、粉碎机以及机床等机械系统中的橡胶减振器等等。  关于橡胶减振器减振系统的许多设计相关问题,现时较成熟的技术,只能进行静态设计和过于简化的动态设计。一些动态理论和实验技术,仍然只处于试验研究和减振效果验证上。在工程设计中,对其非线性动态力学行为和动态力学特性参数的理论和实验研究较少,尤其缺少对其高度非线性动态系统性能研究的实验方法和理论。而橡胶减振器的设计必须获得这些理论和实验的支持,才能实现符合工况环境要求的更精确的设计。在依靠经验进行的工程设计和现有的部分非线性有限元软件应用中,大多都采用静态或准静态特性参数,或者是利用简化的线性动态理论,进行橡胶减振器的设计。  本论文的实验研究表明,依赖静态性能和理论的设计与动态工况环境大多数是不相符的,设计中缺少设计动态参数和动态理论。这也就造成橡胶减振器设计技术与各种生产技术环节的脱节。也就是说,由于橡胶减振器动态力学性能和力学行为理论及实验上的缺陷,造成了橡胶减振器设计精度低、性能不可靠的现状。关于橡胶减振器的非线性力学行为和特性研究及其实践应用问题,一直以来是科技界和工程界的较前沿问题。  应用在车辆系统中的橡胶减振器,处于动态工况环境,主要起减振耗能作用的是橡胶高分子材料,而橡胶高分子材料属于超弹性材料,其力学行为体现为固体弹性和液体粘性之间的一种力学行为。其静态和准静态力学行为体现为高度非线性特征,具有强烈的时间和温度依赖性,与载荷频率、载荷幅度和变形形式等有关。往往综合了多种非线性问题,如高度的材料非线性,几何大变形的高度非线性和接触边界的非线性问题。本论文在深入研究各种车辆系统常用橡胶减振器的结构组成,静动态力学行为及性能的理论和实验设备,及其工况环境的基础上,从宏观和细观两个层面上,依据流变学的研究方法,进行其静、动态运动规律研究及静、动态特性研究,通过研究其多种非线性的理论和实验结果,获得了一些关于车辆橡胶减振器非线性问题的理论和实验设备的研究成果。  为了获得减振橡胶材料的静、动态特性,基于非线性系统静、动力学的基本原理,有限元技术和振动测控技术,研究建立了关于橡胶减振器的静态超弹性和动态粘弹塑性的基于结果分块叠加的非线性系统建模方法和数力模型;设计了车辆橡胶减振器的动态性能测控系统;进行了橡胶减振器的数力建模和有限元求解技术研究;获得了一些橡胶减振器多种非线性系统力学性能预测的数学方法和实验测试方法。  基于非线性的超弹性性能测试和计算结果,结合动态实验研究和理论建模技术,研究获得了车辆橡胶减振器的非线性模态分析技术;利用开发的车辆橡胶减振器测控系统软件和部分硬件设备,结合通用液压伺服振动台进行了台架实验。利用有限元数值分析和实验室室内试验技术,研究了其部分特性参数和力学行为预测的稳定性问题和精度问题。
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