管状层间过渡阻尼结构物理—机械参数耦联机理研究

To solve the violent vibration and impact problem of heavy duty construction machinery and considering that there are many tubular structures on it, the concept of transitional layer is introduced, and a tubular damping structure with transitional layer is proposed. Under the changing conditions of external environment parameters, the coupling mechanism of physical and mechanical parameters of tubular damping structure is explored. And the coupling factors among each parameter are studied, the nested coupling equations are also reasoned out. The unit layer dimension-lowering and partial decoupling strategies are used, and the improved algorithm of the tubular damping structure performance optimization based on SEGA is explored, the best matching design parameter group is gotten. According to the feedback information of environmental parameter’s change, the function relationship of mapping transformation factor between the tubular damping structure theory model and applied structure is derived. Damping composition is given, samples and experiments are made, and the model parameters are revised. The research results of this project are helpful to the further development of high-performance tubular damping structures used in construction machinery. At the same time, it could also provide methods and theoretical basis for the design of other vehicles and vibration-isolating structures in many engineering.

为解决大型工程机械受振动冲击剧烈的问题，针对其上大量各类管状结构，引入“层间过渡层”设计的概念，提出一种管状层间过渡阻尼结构。在外界环境参数多变条件下，探索管状层间过渡阻尼结构的物理—机械参数的耦联机理，研究其参数间的耦联因素，推绎出参数“嵌套”耦联方程；对耦联模型采取单元层降维、分步解耦策略，并基于SEGA探索其性能一致优化的改进算法，获得其最佳匹配设计参数组。根据环境参数变化的反馈信息，导出管状层间过渡阻尼结构理论模型与工程应用结构之间的映射变换函数关系。研制阻尼材料配方，试制样品并开展实验研究，修正模型参数。本文的理论和方法可为我国大型工程机械用高品质管状阻尼减振结构的研究提供参考，同时也可为其它车辆或实际工程中减振结构的设计提供理论依据与方法。

大型工程机械已成为国民经济建设的主力军，为降低其上大量的管状结构的振动水平，提出一种层间过渡阻尼结构形式。研究工作主要围绕粘弹阻尼材料的本构模型及动态特性、管状层间过渡阻尼结构的理论分析及阻尼结构的工程应用等方面开展，并取得了以下成果：1）建立了考虑形状参数的粘弹材料分数阶本构模型，将其与粘弹性振子动力学模型相结合，获得了系统幅、相频特征。提出了粘弹性材料动态特性的分数阶时温等效模型，为实际工程中粘弹材料性能参数的准确获取提供了方便。2）分别从复刚度法、分布参数传递函数法及有限元法，获得了过渡约束阻尼梁结构损耗因子的计算公式，并对结构—阻尼材料的最优匹配开展了研究。同时，从不同角度获得了管状过渡约束阻尼结构的阻尼特性。过渡层的增设，可对阻尼层的剪切变形起到杠杆放大作用，随着过渡层厚度的增加，结构刚度相对于质量变化更为明显，呈现出变“硬”趋势，故阻尼结构的各阶固有频率该条件下皆增大，但改变不明显。另外，结构损耗因子并未随着过渡层厚度的增加而持续增加，存在最优值。过渡层剪切模量需介于阻尼层和基层之间，过渡层密度及泊松比对阻尼结构动力学特性影响不大。采用子问题逼近法，对管状过渡约束阻尼结构物理-机械参数进行了优化，较优化前，各阶损耗因子皆有了不同程度的提高。并将该优化结果映射到工程车辆的履带行走机构中。对管状间隔阻尼结构物理—机械参数间复杂的耦合嵌套模型进行了解耦计算。3）针对工程施工车辆构造特点，提出了一种管状粘弹性悬挂及管状人工肌肉阻尼座椅结构。进行了阻尼材料的DMA实验及掘进机电控箱橡胶悬置系统的阻尼减振效果测试。研究成果可为高阻尼缓冲装置的研发提供理论和方法，同时也可为阻尼结构在实际工程结构的应用提供一定的参考。