考虑流体可压缩性的粘滞流体阻尼器理论与性能研究

摘要

双出杆孔隙式粘滞流体阻尼器是一种减振装置。结构振动时,流体阻尼器产生阻尼力耗散能量,降低结构在共振频率附近的动态响应,减弱节点的局部受力和变形量,保护结构免受破坏。通常认为流体不可压缩,不考虑其刚度影响,但实际上流体是可压缩的,动态时会产生附加刚度,从而影响流体阻尼器的动态性能。尤其是当阻尼器内混入空气后其性能会有很大变化。故考虑流体可压缩的流体阻尼器设计和性能研究对安全合理使用流体阻尼器来说是非常紧迫的。本文在考虑流体可压缩性的基础上建立和完善的阻尼力理论,采用合理的方法步骤简化设计过程;性能研究主要是讨论不同工况下流体阻尼器表现出的性能变化规律。
　　(1)针对目前国内流体阻尼器研究和使用存在的问题开展本文的研究,包括阻尼力产生机理和流体阻尼器动态特性的研究。
　　(2)流体阻尼器按其结构可分为多种类型,根据各类型特点选择性能良好、使用范围广的双出杆孔隙式流体阻尼器进行研究。介绍了流体阻尼器中流体的粘度随剪切速率、温度、外界压力的变化规律。
　　流体的压缩性是流体阻尼器产生动态附加刚度的主要原因。
　　(3)流体阻尼器在动态激励下不仅表现出阻尼特性,而且还有刚度特性。但已有研究对附加刚度的影响大多基于试验数据,对混有空气的流体阻尼器性能的研究也不够深入。在非线性串联模型下,根据液压流体力学理论推导了层流流况下的阻尼力计算公式和串联液体弹簧的刚度。
　　通过能量等效原则得到体现消耗能量效率的线性阻尼系数,可将其与设计阻尼系数比较是否符合要求。
　　同样通过能量等效原则线性化了串联模型中的阻尼和刚度,并据此建立了一个线性并联模型,直观地反应力中弹性力和阻尼力的大小。
　　(4)根据流体阻尼器试验的功能要求设计并制造了流体阻尼器试验台。
　　(5)对不同流体介质、阻尼孔直径在不同频率下进行了简谐激励和动态激励试验。验证了本文阻尼力理论是正确的,并对一些影响阻尼器特性的因素进行了讨论。
　　(6)介绍本文研究内容的工程应用价值。一是在设计理论和设计方法上的创新;二是对流体阻尼器模型的讨论,判断附加刚度的影响程度。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2阻尼器的分类及研究

1.3粘滞流体阻尼器的应用及研究进展

1.4本文研究内容

第二章 流体阻尼器结构及阻尼介质

2.1油缸式粘滞流体阻尼器的类型

2.2粘滞流体介质的特性

2.3本文采用的流体阻尼器结构和阻尼介质

2.4本章小结

第三章 力学模型

3.1几种基本模型

3.2非线性阻尼力

3.3非线性刚度

3.4非线性串联模型的等效线性化

3.5流体压缩对阻尼和刚度的影响

3.6线性并联模型的可靠性分析

3.7 ks和cs对kp和cp的影响

3.8本章小结

第四章 流体阻尼器试验装置

4.1流体阻尼器的特性曲线

4.2试验台设计要求

4.3凸轮的设计

4.4凸轮的力学分析

4.5电动机的功率

4.6传动系统

4.7传感器选型

4.8本章小结

第五章 流体阻尼器的试验研究

5.1试验工况

5.2流体阻尼器试验的数据处理

5.3试验与模型仿真结果比较

5.4试验结果分析

5.5本章小结

第六章 模型的应用

6.1根据阻尼设计流体阻尼器

6.2附加刚度的影响判据

6.3本章小结

第七章 总结与展望

7.1主要工作内容

7.2研究展望

参 考 文 献

致谢

攻读学位期间的学术成果