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并联隔振系统刚度归一化及固有频率的计算与验证*

2021-06-04

舰船电子工程 2021年5期
关键词:方向振动质量

(中国船舶集团第七二二研究所武汉迈力特通信有限公司 武汉 430205)

1 引言

动力学的经典通用运动方程为[3]

式中:[M]是质量矩阵[4]、[C]是阻尼矩阵[4]、[K]是刚度矩阵[6]、δ是位移、F是激励力。F是时间t的函数。

不同的分析类型对应不同形式的求解方程:1)对于模态分析时,则F(t)=0,[C]被忽略;2)对于谐响应分析,F(t)与δ(t)都假设为谐函数,例如正弦振动;3)对于瞬态动力学分析,上述方程保持其完整性不变等。

因此,单自由度方向正弦振动的微分方程可简化成如下方程:

正弦运动位移:δ(t)=Xsin(ωt+φ)。

式中:ω为角频率,ω=2πf(rad/s);f为周频率(Hz),即单位时间内振动的次数;X为位移峰值(mm),即振幅;φ为初始相位角(rad);t为时间(s)。

解上述简化方程,得:

因此,对于并联隔振系统,明确了系统刚度和载荷质量后,即可得到隔振系统的振动频率(即固有频率)。

材料的刚度是由使其产生单位变形所需的外力值来衡量的。各向同性材料的刚度取决于它的弹性模量E和剪切模量G,还与其几何形状、边界条件等因素有关。

等效刚度:材料、外形及几何尺寸固定的物体,其自然频率(又称固有频率)是固定不变的,因此使用线性等刚度或非线性变刚度隔振器时,在固定载荷质量作用下,其固有频率是固定不变的。为了简化计算,可先简化计算用的数学模型。实际研究过程中,将刚度做归一化处理[7],得到一个固定的刚度值。这个固定的刚度值,就是等效刚度[8]。

下图表示由两个弹性系统,归一化拟合成一个弹性系统的过程[8]。

图1(a)表示由刚度分别为K1和K2的组成的弹性系统,在矢量力作用下,产生位移。……

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