矩形脉冲激励下斜支承弹簧系统冲击特性的研究

作者:陈安军 刊名:振动与冲击 上传者:张明跃

【摘要】以斜支承弹簧系统为研究对象,建立了矩形脉冲激励下系统非线性动力学方程,利用龙格-库塔法对系统冲击特性进行数值分析。以系统加速度响应峰值与脉冲激励幅值之比为反映系统在冲击作用下的响应指标,脉冲激励时间、系统支撑角作为变量,构建了系统的三维冲击谱。讨论了脉冲激励幅值以及系统阻尼等对冲击谱的影响规律。研究表明,脉冲激励幅值、系统支撑角、系统阻尼等对系统冲击响应峰值影响显著,增加系统阻尼可使系统加速度响应峰值明显降低。研究结论可为斜支撑弹簧减振系统的设计提供理论依据。

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振  动  与  冲  击 第 29卷第 10期 JOURNAL OF V IBRATION AND SHOCK Vol. 29 No. 10 2010  矩形脉冲激励下斜支承弹簧系统冲击特性的研究 收稿日期: 2010 - 01 - 18 修改稿收到日期 : 2010 - 03 - 23 作   者 陈安军 男 ,硕士 ,教授 , 1962年 11月生 陈安军1, 2 (1. 江南大学 包装工程系 ,无锡  214122; 2. 国家轻工业包装制品质量监督检测中心 ,无锡  214122)   摘  要 : 以斜支承弹簧系统为研究对象 ,建立了矩形脉冲激励下系统非线性动力学方程 ,利用龙格 - 库塔法对系统冲击特性进行数值分析。以系统加速度响应峰值与脉冲激励幅值之比为反映系统在冲击作用下的响应指标 ,脉冲激励时间、系统支撑角作为变量 ,构建了系统的三维冲击谱。讨论了脉冲激励幅值以及系统阻尼等对冲击谱的影响规律。研究表明 ,脉冲激励幅值、系统支撑角、系统阻尼等对系统冲击响应峰值影响显著 ,增加系统阻尼可使系统加速度响应峰值明显降低。研究结论可为斜支撑弹簧减振系统的设计提供理论依据。 关键词 : 斜支承弹簧 ;非线性 ;三维冲击谱 ;冲击特性中图分类号 : TB485;O328   文献标识码 : A   弹簧作为减振元件在包装、机械等工程中广泛应用 ,实际应用中通常垂直安装构成线性减振系统。上世纪 60年代包装工程中采用了斜支承弹簧减振系统 , 利用其几何非线性对运输过程中的精密仪器设备进行减振保护 ,其减振效果优于垂直悬挂弹簧组成的线性系统。文献 [1 ]从理论上证明了斜支承弹簧系统的减振作用优于垂直支承弹簧系统 ,文献 [ 2, 3 ]对包装工程中的斜支承弹簧减振系统作了简要的定性论述 ,未进行理论分析 ,文献 [4, 5 ]建立了斜支承弹簧减振系统的竖向非线性振动控制方程 ,研究了斜支承弹簧减振系统的竖向非线性自振问题 ,通过两次近似处理给出了竖向非线性自振的位移及固有频率的近似解 ,讨论了斜支承条件下支承弹簧的倾角对系统自振的影响。文献〔 6〕以斜支承弹簧系统为研究对象 ,在系统非线性振动方程的基础上 ,采用龙格 - 库塔数值积分法分析系统的振动特性 ,讨论了不同支承角、不同振幅对系统振动的影响 ,为该系统在包装工程中的应用提供了一定理论依据。现有的有关斜支撑弹簧系统研究主要集中在针对系统几何非线性 ,探讨系统自振特性及其影响因素的分析 ,而对其冲击特性分析未见报道。 运载火箭、飞机、船舶、车辆以及各种工程机械 ,在其运行中经常受到冲击作用 ,冲击对其结构和性能将产生有害的影响。包装工程中 ,产品流通过程冲击和振动是导致其损坏的两个主要的动力学因素 ,其包装系统冲击特性及其评价的研究对产品的保护意义重大。文献〔 7〕采用统一的方法研究了多种典型非线性包装系统在典型激励脉冲下的冲击响应特性 ,得到系统的冲击响应谱和破损边界 ,将破损边界理论拓展到非线性系统。现有的有关系统冲击特性分析及评价 [7, 8﹞主要是针对材料的非线性 ,由于结构变化而引 起的几何非线性系统冲击特性分析与评价需进一步研究。 本文以斜支承弹簧系统 [6 ]为研究对象 ,建立系统在矩形脉冲激励下非线性动力学方程。以系统加速度响应峰值与脉冲激励幅值之比为反映系统在矩形脉冲激励下的响应指标 ,并以脉冲激励时间、系统支撑角为变量 ,构建系统的三维冲击谱。探讨脉冲激励幅值、脉冲激励时间、系统支撑角以及系统阻尼等对冲击谱的影响规律。为斜支撑弹簧减振缓冲系统的设计提供理论依据。 图

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