下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
航天航空器、大型舰船、大型盾构机及大型汽轮机等重大装备是保障国防安全的重要基石。随着科技的发展，重大装备逐步向大型化与轻量化方向发展，如空间可展开天线、太阳电池板、汽轮机叶片等。这种结构往往有固有频率低、模态密度大的特点。在外界周期性、随机及冲击等复杂激励下产生的低频振动响应衰减速度慢，导致故障易发生、服役可靠性差，严重制约我国重大装备的性能提升。
隔振技术广泛应用于工程装备的各个领域，简单易行、成本低，可有效隔离大部分振动，尤其是在航天领域。然而，线性隔振的隔振频带受限于支撑刚度和负载质量，宽频带隔振需较小刚度，但是会导致系统位移响应过大，影响支撑能力。增大线性阻尼可以提高低频共振区的抑振能力，然而隔振区响应会随之增大，不利于高频隔振。近年来，将非线性引入隔振系统来拓宽隔振频带并提高隔振性能已经成为研究热点 [2] ，主要利用几何非线性构建负刚度，实现准零刚度隔振。Carrella等 [3，4，7，23] 提出了“三弹簧”式准零刚度隔振方法，推导了非线性弹性恢复力与刚度表达式，研究了准零刚度工作区间及对隔振频带的影响规律。Kovacic等 [5，136-139] 从理论上研究了“三弹簧”式隔振器的软、硬弹簧、跳跃与混沌特性等。Lan等 [8] 优化了“三弹簧”准零刚度隔振器的弹簧构型，可实现任意刚度调节以匹配负载。Huang等 [9，27] 采用Euler屈曲梁替代了“三弹簧”准零刚度隔振器的两个水平弹簧，结果表明，随激励幅值的变化，不对称隔振器可表现出纯软弹簧、纯硬弹簧和软-硬耦合式弹簧的特性。Zhou等 [10] 将准零刚度隔振器应用于六自由度隔振平台中，在小阻尼或大激励下，准零刚度隔振器的传递率增大，由于硬弹簧特性，使得隔振器的峰值频率向右漂移并产生跳跃现象，降低隔振性能。陆泽琦 [140] 使用双平台结构提高了准零刚度隔振器的隔振能力。
非线性隔振具有高静低动刚度特性，相比线性隔振，可以降低共振频率，拓宽隔振带宽，提高隔振性能，因此近年来受到研究人员的广泛关注 [141] 。利用永磁体构建的非线性隔振器具有非接触、无摩擦、响应速度快、非线性强及易于集成的优点，因此，具有广阔的应用前景。目前，关于电-永磁式准零刚度隔振系统的设计主要聚焦在磁悬浮结构 [18，68] ，存在等效负刚度难于调节、位置敏感性强及不易安装等缺陷，限制了其工程应用。
本章提出了磁刚度非线性隔振系统设计及低频隔振理论，主要介绍了磁刚度非线性隔振系统的设计，以此为基础，揭示了其负刚度机理，建立了磁刚度非线性低频隔振理论；其次，研究了结构参数对磁刚度非线性隔振系统隔振频带和性能的影响规律；最后，设计了试验系统，开展了基于轴向对称与不对称磁结构磁刚度非线性隔振器的低频隔振特性试验研究。