一种磁负刚度钢丝绳隔振器及性能预测方法技术

一种磁负刚度钢丝绳隔振器及性能预测方法，磁负刚度钢丝绳隔振器包括并联设计的钢丝绳和磁铁，通过钢丝绳产生的弹性力提供正刚度，通过磁铁产生的磁力提供负刚度，两者组合同时实现低频隔振与高支撑能力；正刚度和负刚度通过并联形成准零刚度隔振系统，实现在靠近平衡点的低动刚度，以及在远离平衡点位置的高静刚度；性能预测方法通过梁单元对钢丝绳进行等效建模，通过非线性弹簧对磁铁磁力进行等效建模，实现对磁负刚度钢丝绳隔振器的正向有限元建模，进而实现对磁负刚度钢丝绳隔振器的性能预测；能够实现对低频范围的振动隔离，并实现对磁负刚度钢丝绳隔振器的正向建模并预测其性能，能够在给定工作需求下对隔振器进行结构设计和参数优化。构设计和参数优化。构设计和参数优化。

【技术实现步骤摘要】
一种磁负刚度钢丝绳隔振器及性能预测方法


[0001]本专利技术涉及低频隔振
，具体涉及一种磁负刚度钢丝绳隔振器及性能预测方法。

技术介绍

[0002]钢丝绳隔振器器具有吸收冲击能量、耐高温、耐腐蚀、承受较大的变形、高阻尼、寿命长、非线性刚度和非线性阻尼等优异的静态和动态特性，因此被广泛应用高端装备机械设备的隔振领域。
[0003]中国专利(申请号：202211377383.5)公开了一种钢丝绳隔振器及其安装方法，这种隔振器直接采用钢丝绳作为支撑件，通过干摩擦增强隔振性能，没有引入负刚度元件；因此，钢丝绳隔振器在低频范围的隔振性能不足，根据振动力学理论，隔振频带会出现在系统固有频率之后，若要实现低频甚至超低频的隔振频带，则需要降低系统固有频率；然而，降低固有频率会使系统的静支撑能力下降，进而导致减振器失效。
[0004]此外，现有的钢丝绳隔振器的准确性能预测方法比较缺乏，由于钢丝绳结构的复杂性，引入钢丝绳之后使得其准确建模比较困难，难以对钢丝绳减振器进行正向模拟；在很多钢丝绳隔振器应用场合，通常需要关注结构的动力学响应，如固有频率、振型、动强度以及疲劳强度等。然而，目前对于钢丝绳减振结构的性能研究大多集中在力学特性上，比如迟滞模型的数学建模与参数识别([1]王冬雪,孟宪松,闫明,孔祥希.钢丝绳隔振器的数学建模与参数识别[J/OL].机械设计与制造:1
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4[2023
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06
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08].[2]王红霞,陈大顶,戢玉莹.钢丝绳隔振器动态迟滞特性建模与参数识别研究[J].机械科学与技术,2020,39(11):1713
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1719)，而对动态响应研究较少；如果采用直接建模的方法计算钢丝绳减振结构的动态响应，会有很大的计算量，不利于结构设计和参数优化。然而，动态响应中的隔振性能与强度寿命都是钢丝绳减振结构的关注对象。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种磁负刚度钢丝绳隔振器及性能预测方法，能够实现对低频范围的振动隔离，并实现对磁负刚度钢丝绳隔振器的正向建模并预测其性能。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0007]一种磁负刚度钢丝绳隔振器，包括并联设计的钢丝绳和磁铁，通过钢丝绳产生的弹性力提供正刚度，通过磁铁产生的磁力提供负刚度，两者组合同时实现低频隔振与高支撑能力。
[0008]所述钢丝绳提供的正刚度和磁铁提供的负刚度，通过并联形成准零刚度隔振系统，实现在靠近平衡点的低动刚度，以及在远离平衡点位置的高静刚度。
[0009]所述磁铁提供的负刚度通过磁吸引力、磁排斥力以及两者结合的配置实现。
[0010]所述一种磁负刚度钢丝绳隔振器，包括轴2，轴2固定连接顶板3，轴2经滑动轴承9
活动连接底板8，底板8、顶板3之间连接钢丝绳4；顶板3和底板8之间的轴2连接内磁铁5，内磁铁5和外磁铁6配合相吸，外磁铁6连接在底板8上。
[0011]所述一种磁负刚度钢丝绳隔振器的性能预测方法，包括：通过梁单元对钢丝绳进行等效建模，通过非线性弹簧对磁铁磁力进行等效建模，实现对磁负刚度钢丝绳隔振器的正向有限元建模，进而实现对磁负刚度钢丝绳隔振器的性能预测。
[0012]所述梁单元用于模拟磁负刚度钢丝绳隔振器中的钢丝绳，具有与钢丝绳相同等效参数，等效参数包括等效截面积、抗拉刚度和弯曲刚度等。
[0013]所述梁单元的等效参数通过以下方法获取，包括：理论计算、仿真计算和实验测量等；理论计算通过力学理论以及几何形状计算钢丝绳的力学特性等效参数，仿真计算通过几何建模并通过施加材料属性边界条件进行计算得到钢丝绳的等效参数，实验测量通过实验测得钢丝绳的等效参数。
[0014]所述磁负刚度钢丝绳隔振器的性能预测包括计算固有频率、振型、传递率、动强度以及疲劳强度等。
[0015]所述一种磁负刚度钢丝绳隔振器的性能预测方法适用于任何基于钢丝绳的非线性隔振器。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0017]由于本专利技术采取将磁铁提供的负刚度和钢丝绳提供的正刚度进行并联，实现低动刚度和高静刚度的特性，所以具有在低频和超低频范围振动隔离的优点。
[0018]由于本专利技术采取梁单元对钢丝绳进行模拟，通过非线性弹簧对磁铁磁力进行模拟，能够实现对磁负刚度钢丝绳隔振器的正向有限元建模，避免了实际钢丝绳的复杂接触和变形计算，简化了钢丝绳的建模方法，具有兼顾计算效率和计算精度的优点。基于此方法能够对隔振器进行性能预测，进而针对位移、速度、加速度、强度或疲劳寿命等使用需求对隔振器进行结构参数以及材料设计优化。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例一种磁负刚度钢丝绳隔振器的结构示意图。
[0020]图2是本专利技术实施例一种磁负刚度钢丝绳隔振器的性能预测方法流程图。
[0021]图3是本专利技术实施例一种磁负刚度钢丝绳隔振器与普通钢丝绳隔振器的传递率对比图。
具体实施方式
[0022]下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明。
[0023]参照图1，一种磁负刚度钢丝绳隔振器，包括负载1、轴2、顶板3、钢丝绳4、内磁铁5、外磁铁6、外磁铁固定架7、底板8和滑动轴承9；其中，轴2的端头连接负载1，轴2固定连接顶板3，轴2经滑动轴承9活动连接底板8，滑动轴承9能够使轴2保持轴向运动；底板8、顶板3之间连接钢丝绳4；顶板3和底板8之间的轴2连接内磁铁5，内磁铁5和外磁铁6配合，外磁铁6通过外磁铁固定架7连接在底板8；钢丝绳4、内磁铁5和外磁铁6并联设计，通过钢丝绳4产生的弹性力提供正刚度，通过内磁铁5和外磁铁6产生的磁力提供负刚度，两者组合同时实现低频隔振与高支撑能力，钢丝绳4、内磁铁5和外磁铁6的形状、数量和配置都不受局限。
[0024]由于干摩擦的存在，钢丝绳4能够产生迟滞非线性恢复力，其迟滞特性相当于为隔振器加入了阻尼，通过能量损耗增强隔振效果；由于磁力具有非接触的特性，内磁铁5和外磁铁6用于提供非线性磁力，能够在靠近平衡点位置产生负刚度，用于抵消钢丝绳4恢复力产生的正刚度；因此，通过内磁铁5和外磁铁6和钢丝绳4并联能够实现准零刚度隔振系统，即能保证高承载能力和低固有频率，实现低频隔振。
[0025]内磁铁5和外磁铁6提供的负刚度通过磁吸引力实现。
[0026]参照图2，所述一种磁负刚度钢丝绳隔振器的性能预测方法，包括：
[0027]通过梁单元等效模拟钢丝绳4，同时通过非线性弹簧等效模拟内磁铁5和外磁铁6产生的磁力；首先，在软件中采用梁单元建立隔振器的三维模型，并赋予其材料属性和边界条件，这里无需对钢丝绳4进行几何建模，而是直接通过梁单元几何模型代替钢丝绳4，但是装配条件以及位置关系等需要保持不变，相对于钢丝绳几何模型而言，梁单元具有更加简单的几何模型，且计算效率更高；对于内磁铁5和外磁铁6产生的磁力，采用非线性弹簧进行模拟；其次，根据实际减振结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁负刚度钢丝绳隔振器，其特征在于：包括并联设计的钢丝绳和磁铁，通过钢丝绳产生的弹性力提供正刚度，通过磁铁产生的磁力提供负刚度，两者组合同时实现低频隔振与高支撑能力。2.根据权利要求1所述的一种磁负刚度钢丝绳隔振器，其特征在于：所述钢丝绳提供的正刚度和磁铁提供的负刚度，通过并联形成准零刚度隔振系统，实现在靠近平衡点的低动刚度，以及在远离平衡点位置的高静刚度。3.根据权利要求1所述的一种磁负刚度钢丝绳隔振器，其特征在于：所述磁铁提供的负刚度通过磁吸引力、磁排斥力以及两者结合的配置实现。4.根据权利要求1所述的一种磁负刚度钢丝绳隔振器，其特征在于：包括轴(2)，轴(2)固定连接顶板(3)，轴(2)经滑动轴承(9)活动连接底板(8)，底板(8)、顶板(3)之间连接钢丝绳(4)；顶板(3)和底板(8)之间的轴(2)连接内磁铁(5)，内磁铁(5)和外磁铁(6)配合相吸，外磁铁(6)连接在底板(8)上。5.权利要求1所述一种磁负刚度钢丝绳隔振器的性能预测方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹军义，张颖，刘清华，雷亚国，皇甫宁宁，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：