新型细长支杆振动抑制方法

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2024.10.008

摘要/Abstract

摘要：

基于点阵结构比刚度高、轻质量和设计性强等优点，提出在点阵结构内部填充黏弹性阻尼材料，设计了新型细长支杆-阻尼填充点阵支杆，该结构在具有足够承载能力的基础上拥有较高的阻尼性能.利用有限元方法对点阵支杆和阻尼填充支杆进行动力学分析，并通过响应面方法建立了一阶共振频率对应的动刚度峰值的响应面近似模型，分析了结构参数对动力学特性的影响，使用遗传算法对动刚度峰值进行了优化，确定了在给定结构参数范围内减振性能最好的结构尺寸参数.最后实验证明阻尼填充点阵支杆的加速度响应幅值降低了57.14%，验证其优越的减振性能.

关键词: 细长支杆, 振动抑制, 点阵结构, 黏弹性阻尼材料, 参数优化

Abstract:

Based on the advantages of high specific stiffness， light weight and designability of the lattice structure， a new type of slender support rod with the lattice structure filled with viscoelastic damping material was proposed， which enables the structure have strong damping performance on the basis of sufficient load?bearing capacity. The finite element method was used to analyze the dynamics of the lattice support rod and damping filled lattice support rod， and a response surface approximate model of dynamic stiffness peak corresponding to the first?order resonance frequency was established by the response surface method. The influence of the structural parameters on the dynamic characteristics was analyzed， and the dynamic stiffness peak was optimized by the genetic algorithm. Finally， the test demonstrated 57.14% reduction in the acceleration response amplitude for the lattic support rod filled with damping， confirming their superior damping performance.

Key words: slender support rod, vibration suppressing, lattice structure, viscoelastic damping material, parameter optimization

中图分类号:

TB 53

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图/表 25

图1 实心支杆结构简图

Fig.1 Schematic diagram of the solid support rod structure

图2 点阵支杆结构简图

Fig.2 Schematic diagram of the Lattice support rod structure

图3 体心立方夹芯单胞结构

Fig.3 Body?centered cubic sandwich cell structure

图4 支撑系统简化模型

Fig.4 Simplified model of the support system

图5 氯丁橡胶动态力学性能

Fig.5 Dynamic mechanical properties of neoprene

图6 周向单胞数为6的阻尼填充体心立方点阵支杆模型

Fig.6 Damping filled body?centered cubic lattice support rod model with circumferential cell number of 6

表1 响应面实验结构参数取值范围 (mm)

Table 1 Range of the response surface test parameters

因素	水平
因素	-1	0	1
H₁	0.5	2	3.5
H₂	0.5	2	3.5
D	0.5	1.25	2

图7 预测值与实际值对比

Fig.7 Predicted values compared with the actual values

图8 Kd关于参数H1，H2响应曲面图（D=1.25 mm）

Fig.8 Response surface diagram of Kd on parameters H1 and H2 （D=1.25 mm）

图9 Kd关于参数H1，D响应曲面图（H2=1.25 mm）

Fig.9 Response surface diagram of Kd on parameters H1 and D （H2=1.25 mm）

图10 Kd关于参数H2，D响应曲面图（H1=1.25 mm）

Fig.10 Response surface diagram of Kd on parameters H2 and D （H1=1.25mm）

图11 遗传算法优化迭代过程

Fig.11 Iterative process of genetic algorithm optimization

图12 优化前后支杆截面（a）—优化前；（b）—优化后.

Fig.12 Optimized front and rear rod sections

表2 实心支杆和优化后阻尼填充点阵支杆模态参数对比

Table 2 Comparison of modal parameters between the solid support and the optimized damping filled lattice support rod

阶次	固有频率/Hz		损耗因子/%
阶次	实心	优化后	实心	优化后
一	368.25	326.61	0.03	0.103 9
二	368.25	326.72	0.03	0.103 9
三	2 117.1	1 839.9	0.03	0.134 6
四	2 117.1	1 840.5	0.03	0.134 6
五	2 653.9	2 364.8	0.03	0.089 9
六	4 277	3 642.4	0.03	0.338 5

图13 谐响应分析边界条件

Fig.13 Harmonic response analysis boundary conditions

图14 实心支杆和阻尼填充点阵支杆幅频响应曲线

Fig.14 Amplitude?frequency response curves of the solid support and damping filled lattice support rod

图15 第一阶共振频率激励下时域稳态响应

Fig.15 Time?domain steady?state response under first?order resonant frequency excitation

图16 非共振频率100 Hz激励下的稳态响应

Fig.16 Steady state response under excitation with non?resonant frequency of 100 Hz

图17 实心支杆和阻尼填充点阵支杆时域衰减曲线（a）—实心支杆衰减曲线；（b）—阻尼填充点阵支杆衰减曲线.

Fig.17 Time domain attenuation curves of the solid and damping filled lattice support rod

图18 未填充氯丁橡胶的节点增强型点阵支杆（a）—点阵支杆的长度；（b）—点阵支杆的横截面；（c）—填充氯丁橡胶的点阵支杆.

Fig.18 Unfilled neoprene rubber reinforced dot?matrix rod

图19 实心支杆模态测试（a）—相干性函数；（b）—频响函数.

Fig.19 Modal testing of the solid support

图20 阻尼填充点阵支杆模态测试相干性（a）—相干性函数；（b）—频响函数.

Fig.20 Modal testing coherence of the damping filled lattice support rod

表3 第一阶模态实验结果

Table 3 Results of the first?order modal test

支杆类型	固有频率/Hz	阻尼比
实心支杆	357.40	0.018 7
阻尼填充点阵支杆	307.98	0.032 6

图21 阻尼填充点阵支杆扫频实验

Fig.21 Sweep test of the damping filled lattice support rod

图22 点阵支杆在0~500 Hz频率范围内的扫频结果

Fig.22 Frequency sweep results of the solid support in the frequency range of 0~500 Hz

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