机械缓冲器系统及多自由度模型翻译.docx

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机械缓冲器系统及多自由度模型翻译

机械缓冲器系统的多自由度模型

摘要

本文提出了一种多自由度模型在弹性隔振器的机械不压井的分析。

该模型采用弹性隔振器和缓冲器系统组装一个刚体三自由度刚性框架。

隔离器辅以缓冲系统以限制在所有三个方向运动的刚体位移时，系统经历了瞬态加载或重载条件。

该模型是分段的非线性，并使用归一化的Bouc-Wen元件，以捕捉该弹性体隔离器固有的滞后和不压井系统以及在刚性过渡并产生由于隔离器和所述缓冲系统之间固有的耦合阻尼特性。

独立的元件被用于模拟增强刚度从所述缓冲系统中运动的平移方向产生。

一组弹性隔离器和缓冲器系统用于数据收集，鉴定和模型验证。

数据收集是在多个应变振幅和应变率。

传统的最小二乘基于参数辨识技术用于表征。

然后，使用完全表征的模型来模拟所述刚性主体的响应和模拟结果进行比较，以实验数据。

仿真结果发现与实验数据普遍。

1简介

机械缓冲器被用在多种工程应用，例如铁路，汽车和管道系统。

机械缓冲器通常设计在与隔离系统结合使用，以便限制下瞬态加载分离的系统的位移包络时，或当分离的系统需要承受过载条件。

位移限制和能量吸收是一个机械缓冲器的两个主要应用。

弹性隔离器被广泛应用于汽车和铁路应用与通常设计为在剪切或压缩的弹性体部分被动隔离器件。

通常使用的不压井系统在汽车应用包括在压缩下在瞬态负载条件弹性元件，以便逐步限制位移，并且由此避免与周围隔离的系统装配其它部件接触。

弹性隔离器表现出非线性刚度和阻尼特性，特别是在大范围的应变速率和不同位移幅值的。

这种非线性行为是由于使用机械缓冲器的作为位移限制装置突出。

虽然造型弹性隔离器的非线性行为已经获得了大量的关注，从研究人员，有机械冷落和集成冷落模型与模型弹性隔离器的建模提供有限的文献。

此外，大多数目前的文献上的位移限制机构的使用分段线性模型，这可能不是充分地捕获在通过机械不压井系统表现出刚性和滞后现象的过渡。

此vcwork提出的自由度，可以用于机械不压井系统的设计和分析结合被动弹性体隔离系统的设计综合分段的非线性multidegree-模型。

弹性隔振器的非线性行为建模已经在过去的几十年中一直是一个活跃的研究领域。

易卜拉欣[1]上市一个广泛的非线性隔振器设计和属性建模的参考书目。

一些方法，已被广泛用于非线性行为，如分数模型和唯象模型讨论了在建模。

橡胶悬置元件的一个特定的模型是由伯格[2]铁路的应用。

该模型采用叠加的弹性，摩擦和粘滞力和由五个模型参数。

该模型被认为是与所述测得的结果一般协议，并得出结论来表示模型的复杂性和模型准确性之间的折衷。

振动隔离器的频率依赖性的建模以动态刚度在多个维度模型企图由Kim和Singh[3]。

该模型中，但是，并没有考虑非线性行为。

通过shaska等人研究了隔振器的非线性行为。

[4]为了模型隔离器由使用激励幅值丁基橡胶，激励频率和环境温度作为输入变量。

Ni等人。

[5]用一般的Bouc-Wen元隔振器滞回性能建模。

频域法进行模型参数辨识。

单自由度分段线性模型是由narimani等人提出的。

[6]和频率响应的解决方案是根据这个模型。

得出的结论是从参数研究，阻尼比是实现振幅减少的重要变量。

仿真结果被发现与实验测量吻合。

Nguyen等人。

[7]进行了参数研究，以检验一个运动限制停止振荡器的响应。

对一个单自由度系统的分段线性模型被用于这项研究与参数激励频率和激励幅值，停止差距进行研究的约束系统的动态行为。

一种分段线性振子的稳定性与分岔分析被执行natsiavas[8]。

一个单自由度机械振荡器为例验证结果。

得出的分析可以扩展到多自由度。

一些研究人员已经用流变模型来表示的弹性元件，和一般的粘弹性行为。

雷诺等人。

[9]用于广义麦斯威尔模型表示的粘弹性行为识别技术。

两个质量指标被定义为使用优化方法进行参数辨识。

不像和弹性隔振器的建模分析，有有限的文献关于机械不压井即使缓冲器的跨多个工程应用中使用。

数学模型是以[10]研究了一般特征的机械和液压不压井修井系统。

这些模型被用来开发系统，通常使用缓冲电路设计指南。

千叶和小林[11]与具体应用到管道系统提出了一种线性吸收模型。

通过振动测试，确定了该模型的有效性。

可以说，没有其他重要的文学一直在机械不压井的建模和分析。

有机械不压井与碰撞力学的相关研究领域的某些方面的研究之间的一些相似性，冲击动力学和滞回性能建模。

从这些领域的研究的一些文献，因此，适用于机械不压井的研究。

Bouc-Wen模型已被许多研究人员在过去的几十年里，非线性和滞回特性建模的应用。

与传统的Bouc-Wen模型的修改是由歌曲和模型[12]提出的，特别是对于高度不对称的磁滞回线。

该模型与实验数据的相关性。

Peterka和Vacik[13]提出的混沌行为，伴随着一些机械系统下所造成的影响，某些激励条件的周期运动的详细摘要。

冲击体之间的关系的基础上成立和存在的边界条件方面使用恢复系数，并过渡到混乱的行为。

一种非线性振子模型是由肖和福尔摩斯[14]为开发模型的机械系统表现出间歇性接触。

单自由度分段线性模型是用来证明几个分支从不同的输入条件和系统性能。

一个大的编译相关的话题和接触碰撞动力学和力学的最新目录可以在强[15]发现，对单自由度系统的周期碰撞行为的一些讨论。

一直在为广泛应用的Bouc-Wen模型的使用相关的文学现象的增加。

Bouc-Wen模型进行分类，通过ikhouaneRodellar[16]为基于距离的控制参数，以涉及到的物理属性参数的具体类别。

一个有限的范围的参数建立了模型的有界输出系统。

并进一步建立ikhouane堤坝[17]，广义Bouc-Wen模型的参数化和不可唯一地定义的模型系统的输入-输出特性。

归一化的Bouc-Wen模型的参数的数目减少了以一种独特的投入产出关系提供。

规范化的Bouc-Wen元件已被使用在这项工作中描述的力位移响应的完整的范围，并将在后面的章节中讨论。

本文结合最近的一些工作，在建模的非线性和磁滞橡胶隔振器具有提供了一个模型，采用机械不压井和，因此，提供了一个全面的模型的制动系统和隔离系统在很宽的范围内的位移振幅及激振频率。

由于在工程实践中遇到的机械系统组成的多自由度（MDOF）特征，包括平面三度的运动（自由度）或所有六个自由度，空间具有一个刚性体，本文介绍了一三自由度系统，采用以机械不压井系统在所有三运动方向的限制了系统的位移用一个综合模型。

2建模

本节介绍的模型组成的一三自由度系统和两个平移和一个转动自由度，分别为X，Y和γ。

模型的一个方框图表示如图1所示的集中质量，被认为是刚性的，假定进行小角位移。

这个假设允许在的运动方程的推导使用小角度近似（EOM）。

图1系统显示前、后减振器连接刚体地。

刚体是另外连接纵向（沿x轴）和纵向（沿Y轴）缓冲器在前端和后端。

图1所示的坐标系统将在本文中使用的。

可以指出的是，本文提出的模型是只存在于两个隔离器和两对翻译缓冲器。

然而，本文所采用的方法将适用于任何三自由度刚体无论隔离器和缓冲器的数量。

图1中EOM的制度包括三个二阶微分方程，再加上一个又一个同时被耦合到四阶微分方程，进而决定了Bouc-Wen变量的演化，对应于四的Bouc-Wen元素，如图2所示。

Bouc-Wen元素，如图2所示为滞后的块，用以额外的状态变量引入捕捉时间依赖性。

一种Bouc-Wen元是每个翻译运动方向每隔振器的应用。

这允许模拟滞回性能的橡胶隔离器与模型参数的适当选择展出。

集总参数如图2所示是通过前后隔离器位于接地（XF，YF）和（XR，YR）分别，相对于质心。

位移的三自由度系统约束的缓冲器的前端以及在在前体后端船尾（x）和垂直（Y）运动方向。

缓冲刚度模型的非线性弹簧元件，与k2fx，k3fx，k2fy和k3fy代表冷落刚度的刚性体前端+X，X，Y和Y方向分别–+。

相应的减振刚度的刚性体的后端与k2rx，k3rx建模，k2ry和k3ry代表X，刚度X，Y和Y方向分别–+。

控制EOM为集中质量的前后平移，可表示如下：

在方程

（1）中，m是分离的系统的质量和FX是作用于沿x轴的质量在质量中心的激发力。

k1fx和k1rx代表前后隔离器沿x轴的平移刚度分别与b1fx和b1rx表示前面的平移阻尼常数和后方隔离器沿x轴。

式

（1）可交替写成两个一阶常微分方程（ODE）作为一个系统：

在方程

（1）和

（2）中，αfx和αrx是的Bouc文参数夫妇与无单位的时间依赖性变量，WFX和WRX系统动力学，分别只要两个参数是非零。

在方程

（2）中，X=x和2×=xɺ。

单位少，随时间变化的变量被称为归一化的Bouc温变量和已被使用，以避免过度参数化的Bouc温元件[16]。

阻尼特性表现出了弹性isolatorsare主要迟滞。

阻尼常数，因此，需要考虑应变率或激发频率。

这样做是通过使用滞后以模型的频率的衰减常数作为依赖阻尼常数：

在方程（3），h1pq是滞后阻尼常数，ω为激发频率。

在方程（3）中，下标“P”可以由前被取代和后端安装的变量“f”和“r'和下标'Q'可以通过前后方向和垂直方向'x'和'y'的被取代分别表示该模型的4阻尼和滞后常数。

从这里的所有阻尼常数将被建模为表示在方程（3）。

它可以指出，该制剂在方程（3）通常用于仅谐波激发和可能不直接适用于非线性系统具有多个谐波和子谐波。

在方程中使用的频率。

（3）代表最低谐波为本文开发的模型。

控制方程的集中质量的垂直运动类似于方程

（1），并可以表示为：

式（4）类似于公式

（1）配有两个新的Bouc文参数αfy和αry耦合系统动力学与相应时间相关的变量，WFY和扭歪，这是又耦合到在垂直方向上的集中质量的运动，沿所述y轴轴。

式（4）可交替地表示为一阶方程的系统如下：

在方程（4）和（5），FY是作用于所述刚性体在垂直方向上的激励力，k1fy和k1ry代表的前部和分别后方隔离器的垂直刚度，和b1fy和b1ry代表的竖直阻尼常数前部和后部分别隔离。

在方程（5），3×=y和4×=yɺ。

控制方程为刚体的旋转位移被耦合到在方程并入所有四个状态变量

（2）和（5），并且可以表示与使用小角度近似为：

在方程（6），MZ是关于z轴作用在质量，I是惯性围绕z轴以质心，其中z轴被定义为每右手法则的质量矩的激发时刻与坐标系中图是一致的。

1和2式（6）可交替地写为耦合微分方程作为一个系统：

在方程（7），5×=克和6×=gɺ，在方程所有剩余的变量（7）保持一致，以在方程引入的变量

（1）至（6）。

它可以指出，方程的推导。

（7）基于该系统经受较小角位移的假设。

一阶微分方程的公式

（2），（5）和（7）都为系统仅只要在不压井位移阈值的前端，并在系统的后端的控制方程不超过，IEFx的-YG

此外，方程组被耦合到四个一阶微分方程支配的时间相关的Bouc文变量的演变。

通用配方的的Bouc温变量可以表示如下：

在方程（8）和（9）中，下标“L”和“M”可以通过正面和背面隔离变量“f”和“R”被取代，得到分别对应于每个的Bouc文变量的四个管ODE。

ρij，σij和NIJ与每个隔离器的特性相关的布克文参数。

当位移任意的缓冲器位置超过相应的阈值不压井，理事EOM必须更新以考虑不压井刚度。

可以注意到，有效位移所定义的质量的任何点是平移和旋转的组合，假设小旋转。

因此，EOM将需要更新，如果任何下列条件被满足：

缓冲阈值，XOF，YOR,YOR，YOR，在公式定义（10），以便对称于前后平移方向和上下垂直方向上在每个所述缓冲的位置。

这已经完成，以便减少变量数，并且不限制该模型以任何方式。

这种假设可以不失一般性的建议的模型中的任何损失被除去。

为了简化在方程配制的EOM

（2），（5）和（7），从弹簧元件产生的反作用力被用来代替相应条件在EOM通过进行以下取代：

在方程（