內(nèi)容簡(jiǎn)介：
低頻與寬頻隔振技術(shù)是提升國(guó)防裝備科技水平的核心技術(shù)。作者長(zhǎng)期致力于機(jī)械結(jié)構(gòu)的低寬頻振動(dòng)抑制新原理、新方法與新機(jī)理研究，在低頻磁剛度非線性隔振領(lǐng)域取得了創(chuàng)新成果，進(jìn)行總結(jié)，據(jù)此著成本書。
本書建立了非線性磁力及磁剛度的理論模型，提出了磁剛度非線性隔振系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)方法，揭示了其低頻隔振機(jī)理，引入了杠桿原理和電磁分支電路阻尼技術(shù)，介紹了磁剛度非線性隔振系統(tǒng)的隔振品質(zhì)調(diào)控與性能提升方法。通過(guò)優(yōu)化磁結(jié)構(gòu)，提出了雙穩(wěn)態(tài)磁剛度隔振方法，從動(dòng)力學(xué)分析、抗沖擊能力及谷響應(yīng)調(diào)控等方面系統(tǒng)深入地建立了其理論模型，揭示了磁剛度非線性隔振系統(tǒng)的低頻隔振機(jī)理。
本書理論性和實(shí)用性強(qiáng)，采用了理論建模、仿真和試驗(yàn)等手段，圖、表豐富，可為從事機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的技術(shù)人員、博士與碩士研究生提供參考。
機(jī)電類基礎(chǔ)專著，作者團(tuán)隊(duì)是相關(guān)內(nèi)容方面的專家。本書適用范圍較廣，適合航空、艦船、高端裝備、儀器與機(jī)械工程等領(lǐng)域，對(duì)于機(jī)械動(dòng)力學(xué)科發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展具有重要的意義。
前 言
低頻磁剛度非線性隔振理論與方法以航天航空器及艦船等為代表的重大裝備是保障國(guó)防安全的重要基石。隨著空間結(jié)構(gòu)逐步向大型化與輕量化方向發(fā)展，導(dǎo)致固有頻率低、模態(tài)密度大。在火箭發(fā)射產(chǎn)生的短時(shí)激勵(lì)及在軌工作的長(zhǎng)時(shí)間激勵(lì)下，使低頻振動(dòng)響應(yīng)突出、衰減速度慢、不易控制，導(dǎo)致故障易發(fā)生、服役可靠性差，嚴(yán)重制約了航天器性能提升。因此，航天結(jié)構(gòu)面臨的低頻振動(dòng)是航天器動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)中的卡脖子問(wèn)題，亟須發(fā)展新型減隔振理論和方法，為航天器高精、超穩(wěn)與超靜可靠運(yùn)行提供基礎(chǔ)理論和技術(shù)支撐，相關(guān)成果可以擴(kuò)展到航空、艦船、高端裝備、儀器與機(jī)械工程等領(lǐng)域，對(duì)于機(jī)械動(dòng)力學(xué)的學(xué)科完善和國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展具有重要的意義。
隔振是應(yīng)用最為廣泛且極為有效的一種減振方式，但其工作頻帶受限于支撐剛度和負(fù)載質(zhì)量，較小剛度雖然可以獲得較寬的隔振頻帶，但會(huì)導(dǎo)致位移響應(yīng)過(guò)大，影響支撐能力，在重載支撐與低頻隔振間存在魚和熊掌不可兼得的矛盾。非線性隔振利用幾何非線性構(gòu)建等效負(fù)剛度，具有高靜剛度、低動(dòng)剛度的特性，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)零剛度隔振，降低共振頻率，拓寬隔振帶寬，提升隔振品質(zhì)，解決了低頻和重載之間的矛盾。早在1989年就有了準(zhǔn)零剛度隔振這一思想，但直到2008年，才開始逐步成為隔振領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前，低頻非線性隔振主要基于準(zhǔn)零剛度隔振技術(shù)展開，主要有三彈簧式、電磁式與仿生式。電磁結(jié)構(gòu)具有非接觸、響應(yīng)時(shí)間快、作動(dòng)力大、可控性好等優(yōu)點(diǎn)，可用于設(shè)計(jì)準(zhǔn)零剛度隔振系統(tǒng)。然而，現(xiàn)有研究基于磁懸浮式準(zhǔn)零剛度結(jié)構(gòu)存在大幅失穩(wěn)等問(wèn)題，離工程應(yīng)用存在較大距離。
為了解決這些基礎(chǔ)理論難題和挑戰(zhàn)，本書作者所在課題組多年來(lái)致力于磁剛度隔振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)分析與阻尼調(diào)控等方面研究，取得了一批原創(chuàng)性成果，有關(guān)理論、方法和規(guī)律性的認(rèn)識(shí)形成了一個(gè)完整的體系。本書旨在通過(guò)對(duì)磁剛度非線性隔振系統(tǒng)性能綜合探討，引起研究人員對(duì)非線性隔振理論與技術(shù)的興趣和重視；通過(guò)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)與理論研究，促進(jìn)磁剛度非線性隔振技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用。
本書的撰寫參考了作者多年來(lái)發(fā)表的科技論文，是作者多年科研工作的系統(tǒng)性總結(jié)。本書包括10章內(nèi)容。第1章緒論介紹了非線性隔振技術(shù)，并從準(zhǔn)零剛度隔振的實(shí)現(xiàn)方式與電磁分支電路阻尼技術(shù)兩個(gè)層面介紹了其發(fā)展趨勢(shì)和存在的問(wèn)題。第2章介紹了非線性磁力模型及磁剛度分析理論基礎(chǔ)。第3章設(shè)計(jì)了磁剛度非線性隔振系統(tǒng)，揭示了其低頻隔振機(jī)理。第4章通過(guò)引入杠桿結(jié)構(gòu)，介紹了一種磁剛度非線性隔振系統(tǒng)的調(diào)頻方法。第5章針對(duì)磁剛度非線性隔振系統(tǒng)存在的不穩(wěn)定動(dòng)力學(xué)行為，通過(guò)電磁分支電路阻尼實(shí)現(xiàn)了隔振性能的調(diào)控。第6章通過(guò)磁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，對(duì)磁剛度非線性隔振系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。第7章基于第6章發(fā)現(xiàn)的雙穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng)，建立了雙穩(wěn)態(tài)低頻隔振理論，包括隔振特性分析、穩(wěn)定性判定等。第8章研究了雙穩(wěn)態(tài)磁剛度隔振系統(tǒng)的抗沖擊特性。第9章針對(duì)雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)行為，基于電磁分支電路阻尼實(shí)現(xiàn)了隔振性能調(diào)控，有效提升了隔振品質(zhì)。第10章對(duì)低頻非線性隔振技術(shù)進(jìn)行了展望，包括仿生隔振技術(shù)、折紙隔振技術(shù)、仿生結(jié)構(gòu)與折紙結(jié)構(gòu)的磁剛度調(diào)節(jié)及非線性隔振系統(tǒng)的主動(dòng)控制。
本書在撰寫過(guò)程中得到了西安交通大學(xué)張希農(nóng)教授、浙江理工大學(xué)李秦川教授、上海交通大學(xué)鄭宜生博士、合肥工業(yè)大學(xué)董光旭副教授的大力支持。在這里，感謝我課題組的所有成員，他們?yōu)楸緯淖珜懾暙I(xiàn)了重要力量，尤其是馬洪業(yè)博士、余寧博士、凌鵬博士、潘俠圭博士、苗倫倫碩士。
本書的研究和出版得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（52175215）和浙江省萬(wàn)人計(jì)劃青年拔尖人才項(xiàng)目的支持，在此致以深切的謝意。
雖然全體作者為本書的撰寫工作付出了巨大的努力，但由于水平和時(shí)間有限，書中仍難免有不足之處，敬請(qǐng)各位讀者批評(píng)指正。
嚴(yán)博2022年10月
嚴(yán)博：
浙江理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授，入選浙江省萬(wàn)人計(jì)劃青年拔尖人才。主要從事低寬頻振動(dòng)控制、非線性隔振、仿生隔振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與阻尼設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的研究。2014年12月至2016年3月在中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心工作，2016年3月調(diào)入浙江理工大學(xué)。主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目2項(xiàng)（面上和青年各1項(xiàng)），軍科委項(xiàng)目1項(xiàng)，浙江省自然科學(xué)基金及其余縱橫向項(xiàng)目十余項(xiàng)。以第一或通訊作者在機(jī)械動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊IEEE/ASME Transactions on Mechatronics、 Mechanical Systems and Signal Processing、 Journal of Sound and Vibration及ASME/IEEE匯刊等發(fā)表SCI論文44篇，其中，ESI高被引論文3篇，SCI他引1000余次。授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利10件。
武傳宇：
浙江省科協(xié)副主席，浙江理工大學(xué)教授，博導(dǎo)。浙江省"新世紀(jì)151人才工程"第一層次人選、浙江省杰出青年基金獲得者。主要從事機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)器人技術(shù)和智能農(nóng)業(yè)裝備的教學(xué)和研究工作。主持國(guó)家級(jí)省部級(jí)項(xiàng)目20余項(xiàng)。發(fā)表論文150余篇，其中SCI論文100余篇，合著專著2部。獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、省部級(jí)科技獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)及以上10項(xiàng)，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利60余件，轉(zhuǎn)化20余件。
張文明：
上海交通大學(xué)特聘教授。國(guó)家杰青、優(yōu)青、中組部青年拔尖人才、科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、上海市優(yōu)秀青年學(xué)術(shù)帶頭人、上海市曙光學(xué)者、上海市青年科技啟明星。長(zhǎng)期從事動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)理論與控制技術(shù)研究，主持國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)防科技創(chuàng)新特區(qū)項(xiàng)目等30多項(xiàng)，出版專著3部，在Nature Communication、Science Advances、Advanced Materials及ASME/IEEE匯刊等期刊上發(fā)表論文200多篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利50多項(xiàng)、軟件著作權(quán)10多項(xiàng)。獲自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、中國(guó)振動(dòng)工程學(xué)會(huì)青年科技獎(jiǎng)、上海市青年五四獎(jiǎng)?wù)聵?biāo)兵等榮譽(yù)獎(jiǎng)勵(lì)。
目錄
前言
第1章緒論
1.1概述
1.2準(zhǔn)零剛度隔振技術(shù)
1.2.1三彈簧式準(zhǔn)零剛度隔振技術(shù)
1.2.2磁懸浮式準(zhǔn)零剛度隔振技術(shù)
1.2.3多方向準(zhǔn)零剛度隔振技術(shù)
1.2.4雙穩(wěn)態(tài)振動(dòng)抑制技術(shù)
1.3電磁分支電路阻尼技術(shù)
1.3.1被動(dòng)式分支電路阻尼振動(dòng)控制技術(shù)
1.3.2主動(dòng)式分支電路阻尼振動(dòng)控制技術(shù)
1.4本章小結(jié)
第2章非線性磁力模型及磁剛度分析理論基礎(chǔ)
2.1引言
2.2永磁體材料
2.3環(huán)形永磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度
2.3.1理論模型
2.3.2仿真分析
2.3.3剩磁強(qiáng)度的標(biāo)定
2.4非線性磁力模型
2.4.1軸線重合的一對(duì)環(huán)形永磁體間非線性磁力
2.4.2軸線不平行的一對(duì)環(huán)形永磁體間非線性磁力
2.4.3非線性磁力的測(cè)量
2.5非線性磁剛度
2.6其他常見的磁結(jié)構(gòu)的非線性磁力模型
2.6.1矩形磁體
2.6.2圓柱形磁體
2.6.3楔形磁體
2.7本章小結(jié)
第3章磁剛度非線性隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)及低頻隔振理論
3.1引言
3.2隔振理論
3.2.1線性隔振理論
3.2.2低頻非線性隔振理論
3.3磁剛度非線性隔振器的設(shè)計(jì)
3.4非線性磁力及磁剛度的理論建模與分析
3.4.1非線性磁力
3.4.2磁剛度
3.4.3結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)非線性磁力及磁剛度的影響規(guī)律
3.5磁剛度非線性隔振系統(tǒng)理論模型
3.5.1電渦流阻尼
3.5.2位移傳遞率
3.6磁剛度非線性隔振系統(tǒng)的低頻隔振性能
3.6.1數(shù)值仿真
3.6.2試驗(yàn)驗(yàn)證
3.6.3大加速度激勵(lì)下磁剛度非線性隔振器的隔振性能
3.7周向磁體不對(duì)稱磁剛度非線性隔振器隔振特性
3.8本章小結(jié)
第4章杠桿式磁剛度非線性隔振理論與調(diào)頻方法
4.1引言
4.2杠桿式磁剛度非線性隔振原理
4.3非線性恢復(fù)力及電渦流阻尼力
4.3.1非線性恢復(fù)力
4.3.2電渦流阻尼力的杠桿放大原理
4.4理論建模
4.4.1運(yùn)動(dòng)微分方程
4.4.2幅頻響應(yīng)關(guān)系
4.5隔振性能仿真分析
4.5.1杠桿式磁剛度非線性隔振器隔振性能研究
4.5.2基于電渦流阻尼的杠桿式磁剛度非線性隔振器
隔振性能研究
4.5.3杠桿結(jié)構(gòu)對(duì)隔振性能的影響規(guī)律
4.6試驗(yàn)研究
4.6.1試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.6.2杠桿式磁剛度非線性隔振器的隔振性能
4.6.3電渦流阻尼對(duì)隔振性能的影響
4.6.4仿真與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比
4.7本章小結(jié)
第5章磁剛度非線性隔振系統(tǒng)的阻尼設(shè)計(jì)
5.1引言
5.2負(fù)阻抗電磁分支電路阻尼
5.2.1受控源簡(jiǎn)介
5.2.2分支電路阻尼機(jī)理
5.2.3負(fù)電阻分支電路
5.2.4負(fù)電阻電路分析
5.2.5負(fù)電阻電路板
5.3磁剛度非線性隔振系統(tǒng)的線性阻尼設(shè)計(jì)
5.3.1半主動(dòng)線性電磁分支電路阻尼結(jié)構(gòu)
5.3.2電磁分支電路阻尼的理論模型
5.3.3非線性永磁力
5.3.4基于電磁分支電路阻尼的磁剛度非線性隔振
理論模型
5.3.5數(shù)值仿真
5.3.6試驗(yàn)研究
5.4磁剛度非線性隔振系統(tǒng)的非線性阻尼設(shè)計(jì)
5.4.1非線性電磁分支電路阻尼機(jī)理
5.4.2非線性電磁分支電路阻尼的理論模型
5.4.3基于非線性電磁分支電路阻尼的磁剛度非線性隔振模型
5.4.4等效質(zhì)量及等效阻尼
5.4.5非線性電磁分支電路阻尼的穩(wěn)定性判別
5.4.6數(shù)值仿真
5.4.7試驗(yàn)研究
5.5本章小結(jié)
第6章磁剛度非線性隔振系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性
6.1引言
6.2雙狀態(tài)磁剛度非線性隔振器模型
6.2.1雙狀態(tài)磁剛度非線性隔振器設(shè)計(jì)
6.2.2雙狀態(tài)特性分析
6.2.3非線性恢復(fù)力分析
6.3理論建模
6.4單穩(wěn)態(tài)磁剛度非線性隔振器的動(dòng)力學(xué)特性
6.4.1數(shù)值仿真
6.4.2試驗(yàn)研究
6.5雙穩(wěn)態(tài)磁剛度非線性隔振器的動(dòng)力學(xué)特性
6.5.1數(shù)值仿真
6.5.2試驗(yàn)研究
6.6本章小結(jié)
第7章雙穩(wěn)態(tài)低頻隔振理論與方法
7.1引言
7.2雙穩(wěn)態(tài)隔振結(jié)構(gòu)等效模型
7.2.1非線性恢復(fù)力計(jì)算
7.2.2雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)勢(shì)能
7.2.3運(yùn)動(dòng)方程
7.2.4幅頻響應(yīng)關(guān)系
7.2.5動(dòng)力學(xué)分析
7.3雙穩(wěn)態(tài)隔振系統(tǒng)的隔振性能評(píng)估
7.3.1力傳遞率
7.3.2位移傳遞率
7.4隨機(jī)振動(dòng)討論
7.5常見的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)
7.6本章小結(jié)
第8章雙穩(wěn)態(tài)磁剛度隔振系統(tǒng)的抗沖擊特性
8.1引言
8.2沖擊隔振原理
8.3雙穩(wěn)態(tài)磁剛度沖擊隔振器的理論模型
8.3.1雙穩(wěn)態(tài)磁剛度沖擊隔振結(jié)構(gòu)
8.3.2非線性恢復(fù)力和勢(shì)能
8.3.3理論建模
8.3.4沖擊傳遞率
8.4數(shù)值仿真
8.4.1勢(shì)壘對(duì)抗沖擊特性的影響
8.4.2阻尼比對(duì)抗沖擊特性的影響
8.4.3沖擊傳遞率
8.4.4動(dòng)能與勢(shì)能的關(guān)系
8.4.5勢(shì)能函數(shù)形狀對(duì)抗沖擊特性影響
8.5雙穩(wěn)態(tài)磁剛度沖擊隔振系統(tǒng)的抗沖擊試驗(yàn)
8.5.1勢(shì)壘的影響
8.5.2沖擊持續(xù)時(shí)間
8.5.3勢(shì)能函數(shù)形狀
8.6本章小結(jié)
第9章雙穩(wěn)態(tài)磁剛度隔振系統(tǒng)的阻尼調(diào)控方法
9.1引言
9.2基于電磁分支電路阻尼的雙穩(wěn)態(tài)磁剛度隔振系統(tǒng)模型
9.2.1結(jié)構(gòu)模型
9.2.2非線性恢復(fù)力及勢(shì)能
9.2.3電磁耦合建模
9.3理論建模
9.3.1非線性電磁分支電路阻尼
9.3.2耦合系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程
9.3.3幅頻響應(yīng)關(guān)系
9.3.4穩(wěn)定性分析
9.4數(shù)值仿真
9.4.1負(fù)電阻對(duì)隔振性能的影響
9.4.2電磁耦合系數(shù)Cm對(duì)隔振性能的影響
9.4.3動(dòng)力學(xué)行為
9.5試驗(yàn)研究
9.5.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)
9.5.2試驗(yàn)結(jié)果
9.6本章小結(jié)
第10章低頻非線性隔振技術(shù)的發(fā)展前景
10.1仿生隔振技術(shù)
10.2折紙隔振技術(shù)
10.3仿生結(jié)構(gòu)與折紙結(jié)構(gòu)的磁剛度調(diào)節(jié)
10.4非線性隔振系統(tǒng)的主動(dòng)控制
參考文獻(xiàn)
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