隔振器動力學參數相關測試技術

溫炳舉

摘 要：在隔振器的設計與使用過程中，針對隔振器的阻尼系數以及剛度系數等動力學參數類型進行科學合理的測試，以最終確定隔振器在使用過程中的具體使用性能以及使用標準，是隔振器在設計檢測過程中必須著重考慮的問題。然而在以往的隔振器阻尼系數以及剛度系數的測量檢測過程中，針對隔振器相關動力學參數的測試卻存在著工藝流程較為繁復、測試結果不夠標準的問題，對于隔振器設備的動力學參數測試結果和最終應用范圍造成了較為不利的影響。文章將以大阻尼粘性流體微振動隔震器為具體的測試類型，在以往隔振器阻尼系數以及剛度系數測試技術的基礎上，提出一種新型的隔振器多參數模型阻尼系數以及剛度系數測試方法，并將最終的阻尼系數以及剛度系數數據進行仿真實驗與隔振器的遲滯環法動力學參數測試結果進行比較，驗證兩種測試方法的結果誤差，評論兩種方法的具體隔振器動力學參數測試過程中的優異性。

關鍵詞：隔振器；動力學參數；多參數模型；遲滯環法；測試結果

隔振器為機器設備與機器基礎提供連接功能的彈性元件，能夠有效的減少設備在運動過程中傳遞到機器基礎以及機器基礎傳遞到機器設備上的振動力，因此廣泛的適用于與航天、航空、國防、汽車等諸多領域。以隔振器在航天領域中的應用為例，一般來說航天器建設使用過程中的振動控制方法包括吸振、阻振以及隔振三種類型，而隔振器結構在航天器飛行使用過程中能夠有效的減少航天器本體結構上的高頻擾動震動能量傳遞，對保證航天器飛行過程中的穩定性有著非常重要的意義。值得注意的是，隔振器雖然在航天器結構中的應用具備非常重要的作用，但是當前階段針對隔振器使用過程中的阻尼系數以及剛度系數等動力學參數在具體的測試方法中卻一直存在著測試流程較為復雜、測試結果精度較低的現象，對于隔振器性能的精確設計和使用造成了一定的影響。

1 隔振器動力學參數的傳統測試方法

針對隔振器動力學參數的傳統測試方法，主要是根據隔振器結構使用過程中的內在隔震原理，采取實驗機械阻抗曲線擬合獲取方法來完成對隔振器結構阻尼系數以及剛度系數的測試工作，但是值得注意的是實驗機械阻抗曲線擬合獲取方法只能針對隔振器動力學參數中的阻尼以及剛度數值進行單一的驗算，在具體驗算的過程中沒有充分的考慮到粘性流體的阻尼和剛度會隨著振動頻率的變化而出現變化，進而對振動器的隔震性能產生影響這一狀況。

此外，針對隔振器阻尼系數的測試方法還包括半功率帶寬法和自由衰減法等等，但是半功率帶寬法與自由衰減法都只是針對小阻尼的系數測試，并不能夠有效的適用在大阻尼隔振器的阻尼系數測試過程中。而針對阻尼系數測試的設備機械一般包括萬能材料試驗機、凸輪試驗系統以及高頻率疲勞試驗機等諸多機械，但是上述機械在阻尼系數的實驗過程中人為存在測試結果的精度不能有效的滿足測試要求的現象，傳統的阻尼系數以及剛度系數的測試方法已經漸漸的呈現出相應的局限性。

2 隔振器動力學參數的多參數模型測試方法

在傳統隔振器動力學參數的測試方法基礎上，文章采取了多參數模型的測試方法，在完成了相應的測試平臺建設工作以后，根據機械阻抗等效原理將多參數模型測試方法應用在隔振器結構的阻尼系數以及剛度系數的測試過程中，將機械阻抗等效五參數模型逐漸簡化為等效兩參數模型，進而利用遲滯環法完成對多參數模型中剛度系數以及阻尼系數的反推工作。此外，將多參數模型測試方法應用在隔振器動力學參數的測試過程中，本次試驗還將隔振器各個組件結構中的動力學參數進行全面細致的分析和應用，將Simulink仿真模型方法用在了隔振器結構的整體阻尼系數以及剛度系數的仿真實驗中，最終將多參數模型方法的測試結構與仿真實驗的結構進行兩相對比，更加有效的證明了將多參數模型測試方法應用在隔振器動力學參數測試過程中的正確性。

具體來講，本次隔振器動力學參數的多參數模型測試方法主要包括以下內容：

2.1 隔振器動力學參數的多參數模型

將多參數模型測試方法應用在隔振器阻尼系數以及剛度系數的測驗過程中，可以將隔振器結構的五種參數具體的設置為剛度系數k1、k2、k3、k4以及阻尼系數c，同時在模型設置的過程中應該將剛度系數k4與阻尼系數c進行串聯，并且將將剛度系數k4與剛度系數k2進行并聯，在五參數模型中建立相應的三參數模型。而三參數模型的整體則與剛度系數k2串聯，同時與剛度系數k1并聯。

在具體的結構中，三參數模型主要代表隔振器的內芯結構，而k2則代表隔振器的內筒剛度，k1則代表的是隔振器的外筒剛度。同時在隔振器設備的使用過程中，阻尼系數c由隔振器結構內的內芯油腔產生，在阻尼系數c的運轉過程中會伴隨著與阻尼系數相串聯的剛度系數k4的產生。

在具體的計算過程中，根據機械阻抗等效理論的原則可以將彈簧元件的機械阻抗設置為Zk=k，而阻尼元件的機械阻抗則設置為Zc=jwc，多參數模型中并聯結構的整體阻抗大小等于各個組成元素阻抗的整體之和，整體受力也等于各個元素的受力之和，多參數模型中串聯結構在整體結構中的各個組成元素的阻抗則是相等的，其受到的整體受力也是相等的，但是串聯結構整體阻抗的大小的倒數則等于各個組成元素阻抗大小的倒數之和。因此多參數模型中三參數模型的機械阻抗Z1的計算公式如下：

其中給拉普拉斯算子s=jw，w代表的是振動圓頻率。而多參數模型中五參數模型的機械阻抗ZF的計算公式則如下所示：

此時，可以將五參數模型進一步簡化為三參數模型，再將三參數模型進一步簡化為二參數模型，即整體模型中剛度系數k以及阻尼系數c相互并聯的模型。

2.2 遲滯環法測試

將隔振器等效兩參數模型計算出的阻尼系數c以及剛度系數k進行遲滯環法的測試，主要是憑借阻尼力與位移之間因為阻尼作用而形成相應的遲滯環的測試原理。在具體的測試結果中，阻尼系數c以及剛度系數k均能滿足遲滯環法的測試要求。

2.3 仿真分析

將等效參數模型進行仿真分析，主要是將隔振器結構等效多參數模型計算得出的剛度系數k以及阻尼系數c的曲線圖進行繪制，并驗真仿真模擬過程中計算結果的正確與否。在具體的仿真分析結果中，阻尼系數c以及剛度系數k也均能有效的符合仿真分析的內容。

3 結束語

綜上所述，文章對隔振器結構中阻尼系數以及剛度系數等動力學參數的計算采取了新的等效多參數模型的計算方法，多參數模型的測試方法與傳統方法相比有著較為明顯的優良性，有效的提升了隔振器動力學參數計算結果的精確性，對于進一步提高隔振器在航天領域的使用性能和使用質量有著非常重要的作用。

參考文獻

[1]王杰，趙壽根，吳大芳，等.隔振器動力學參數的測試方法研究[J].振動工程學報，2014，27（6）：885-892.