隔振器动力学参数相关测试技术

摘 要：在隔振器的设计与使用过程中，针对隔振器的阻尼系数以及刚度系数等动力学参数类型进行科学合理的测试，以最终确定隔振器在使用过程中的具体使用性能以及使用标准，是隔振器在设计检测过程中必须着重考虑的问题。然而在以往的隔振器阻尼系数以及刚度系数的测量检测过程中，针对隔振器相关动力学参数的测试却存在着工艺流程较为繁复、测试结果不够标准的问题，对于隔振器设备的动力学参数测试结果和最终应用范围造成了较为不利的影响。文章将以大阻尼粘性流体微振动隔震器为具体的测试类型，在以往隔振器阻尼系数以及刚度系数测试技术的基础上，提出一种新型的隔振器多参数模型阻尼系数以及刚度系数测试方法，并将最终的阻尼系数以及刚度系数数据进行仿真实验与隔振器的迟滞环法动力学参数测试结果进行比较，验证两种测试方法的结果误差，评论两种方法的具体隔振器动力学参数测试过程中的优异性。

关键词：隔振器；动力学参数；多参数模型；迟滞环法；测试结果

隔振器为机器设备与机器基础提供连接功能的弹性元件，能够有效的减少设备在运动过程中传递到机器基础以及机器基础传递到机器设备上的振动力，因此广泛的适用于与航天、航空、国防、汽车等诸多领域。以隔振器在航天领域中的应用为例，一般来说航天器建设使用过程中的振动控制方法包括吸振、阻振以及隔振三种类型，而隔振器结构在航天器飞行使用过程中能够有效的减少航天器本体结构上的高频扰动震动能量传递，对保证航天器飞行过程中的稳定性有着非常重要的意义。值得注意的是，隔振器虽然在航天器结构中的应用具备非常重要的作用，但是当前阶段针对隔振器使用过程中的阻尼系数以及刚度系数等动力学参数在具体的测试方法中却一直存在着测试流程较为复杂、测试结果精度较低的现象，对于隔振器性能的精确设计和使用造成了一定的影响。

1 隔振器动力学参数的传统测试方法

针对隔振器动力学参数的传统测试方法，主要是根据隔振器结构使用过程中的内在隔震原理，采取实验机械阻抗曲线拟合获取方法来完成对隔振器结构阻尼系数以及刚度系数的测试工作，但是值得注意的是实验机械阻抗曲线拟合获取方法只能针对隔振器动力学参数中的阻尼以及刚度数值进行单一的验算，在具体验算的过程中没有充分的考虑到粘性流体的阻尼和刚度会随着振动频率的变化而出现变化，进而对振动器的隔震性能产生影响这一状况。

此外，针对隔振器阻尼系数的测试方法还包括半功率带宽法和自由衰减法等等，但是半功率带宽法与自由衰减法都只是针对小阻尼的系数测试，并不能够有效的适用在大阻尼隔振器的阻尼系数测试过程中。而针对阻尼系数测试的设备机械一般包括万能材料试验机、凸轮试验系统以及高频率疲劳试验机等诸多机械，但是上述机械在阻尼系数的实验过程中人为存在测试结果的精度不能有效的满足测试要求的现象，传统的阻尼系数以及刚度系数的测试方法已经渐渐的呈现出相应的局限性。

2 隔振器动力学参数的多参数模型测试方法

在传统隔振器动力学参数的测试方法基础上，文章采取了多参数模型的测试方法，在完成了相应的测试平台建设工作以后，根据机械阻抗等效原理将多参数模型测试方法应用在隔振器结构的阻尼系数以及刚度系数的测试过程中，将机械阻抗等效五参数模型逐渐简化为等效两参数模型，进而利用迟滞环法完成对多参数模型中刚度系数以及阻尼系数的反推工作。此外，将多参数模型测试方法应用在隔振器动力学参数的测试过程中，本次试验还将隔振器各个组件结构中的动力学参数进行全面细致的分析和应用，将Simulink仿真模型方法用在了隔振器结构的整体阻尼系数以及刚度系数的仿真实验中，最终将多参数模型方法的测试结构与仿真实验的结构进行两相对比，更加有效的证明了将多参数模型测试方法应用在隔振器动力学参数测试过程中的正确性。

具体来讲，本次隔振器动力学参数的多参数模型测试方法主要包括以下内容：

2.1 隔振器动力学参数的多参数模型

将多参数模型测试方法应用在隔振器阻尼系数以及刚度系数的测验过程中，可以将隔振器结构的五种参数具体的设置为刚度系数k1、k2、k3、k4以及阻尼系数c，同时在模型设置的过程中应该将刚度系数k4与阻尼系数c进行串联，并且将将刚度系数k4与刚度系数k2进行并联，在五参数模型中建立相应的三参数模型。而三参数模型的整体则与刚度系数k2串联，同时与刚度系数k1并联。

在具体的结构中，三参数模型主要代表隔振器的内芯结构，而k2则代表隔振器的内筒刚度，k1则代表的是隔振器的外筒刚度。同时在隔振器设备的使用过程中，阻尼系数c由隔振器结构内的内芯油腔产生，在阻尼系数c的运转过程中会伴随着与阻尼系数相串联的刚度系数k4的产生。

在具体的计算过程中，根据机械阻抗等效理论的原则可以将弹簧元件的机械阻抗设置为Zk=k，而阻尼元件的机械阻抗则设置为Zc=jwc，多参数模型中并联结构的整体阻抗大小等于各个组成元素阻抗的整体之和，整体受力也等于各个元素的受力之和，多参数模型中串联结构在整体结构中的各个组成元素的阻抗则是相等的，其受到的整体受力也是相等的，但是串联结构整体阻抗的大小的倒数则等于各个组成元素阻抗大小的倒数之和。因此多参数模型中三参数模型的机械阻抗Z1的计算公式如下：

其中给拉普拉斯算子s=jw，w代表的是振动圆频率。而多参数模型中五参数模型的机械阻抗ZF的计算公式则如下所示：

此时，可以将五参数模型进一步简化为三参数模型，再将三参数模型进一步简化为二参数模型，即整体模型中刚度系数k以及阻尼系数c相互并联的模型。

2.2 迟滞环法测试

将隔振器等效两参数模型计算出的阻尼系数c以及刚度系数k进行迟滞环法的测试，主要是凭借阻尼力与位移之间因为阻尼作用而形成相应的迟滞环的测试原理。在具体的测试结果中，阻尼系数c以及刚度系数k均能满足迟滞环法的测试要求。

2.3 仿真分析

将等效参数模型进行仿真分析，主要是将隔振器结构等效多参数模型计算得出的刚度系数k以及阻尼系数c的曲线图进行绘制，并验真仿真模拟过程中计算结果的正确与否。在具体的仿真分析结果中，阻尼系数c以及刚度系数k也均能有效的符合仿真分析的内容。

3 结束语

综上所述，文章对隔振器结构中阻尼系数以及刚度系数等动力学参数的计算采取了新的等效多参数模型的计算方法，多参数模型的测试方法与传统方法相比有着较为明显的优良性，有效的提升了隔振器动力学参数计算结果的精确性，对于进一步提高隔振器在航天领域的使用性能和使用质量有着非常重要的作用。

参考文献

[1]王杰，赵寿根，吴大芳，等.隔振器动力学参数的测试方法研究[J].振动工程学报，2014，27（6）：885-892.