基于负刚度调节器的双层隔振系统隔振机理研究

This project focuses on the dynamic characteristics and vibration isolation mechanism of a dual-stage high-static-low-dynamic stiffness vibration isolation system, which can offer the advantages of both active and passive vibration isolation system through passive structure. The ultimate goal of this research is to provide theoretical basis and specific ways to realize high-resolution payload vibration isolation on satellite. The static and nonlinear dynamic characteristics are unveiled through the analysis of the static feature and the response characteristic of the system under micro-vibration excitation. The transmissibility characteristic and vibration isolation performance are evaluated by defining different transmissibility index. From the perspective of the energy transformation and energy sink, the unique mechanism of the whole-frequency vibration isolation and high vibration attenuation ability in the high frequency range are explained. The novel isolation structure is advanced. The static test as well as the vibration isolation performance test considering the satellite on-orbit micro-vibration data is performed to validate the magnificent vibration isolation performance. The research can not only deepen the understanding on the vibration isolation mechanism of the dual-stage high-static-low-dynamic stiffness, but also provide concrete theory and technique support to construct vibration isolation devices for high performance satellite.

项目以双层高静低动刚度隔振系统的动力学特性和隔振机理为研究内容，使用被动结构来实现兼具主动隔振和被动隔振优点的隔振系统，为实现卫星高精密载荷的隔振提供理论基础和实现方式。通过对双层高静低动刚度静态特性的分析以及对微振动激励下的系统响应特性研究,揭示系统的静力学和非线性动力学特性，并使用不同的传递性能评价方法对系统的传递特性和隔振效果进行评价。从能量转换和能量池的角度出发，对双层高静低动刚度隔振系统所独有的全频段振动衰减以及高频高速衰减优点进行阐述。提出双层高静低动刚度隔振系统的结构实现，测试其静态特性，并以卫星在轨实测微振动数据为激励源，对双层高静低动刚度隔振系统的振动衰减性能进行验证。研究成果将有助于对双层高静低动刚度隔振系统全频段、高速振动衰减机理的认识，为构建卫星用高性能隔振设备提供有力的理论依据。

制约卫星分辨率提升的因素之一是卫星在轨工作时产生的微振动。微振动会激发卫星特有的板、梁结构振动，传递至敏感载安装处，进而影响有效载荷的成像质量。本项目立足于探索卫星微振动控制用的隔振新技术和新方法。.本项目的隔振方法基于欧拉屈曲梁负刚度调节器，在完成负刚度调节器的静态刚度静力学分析后，开展并联后的准零刚度隔振系统的动力学特性和隔振特性分析，完成双层高静低动刚度隔振系统的动力学分析和隔振性能。引入摩擦力后的准零刚度隔振系统的建模和分析，通过微振动激振台进行微振动激励下系统的隔振性能试验，验证系统的隔振性能。.不同于其它学者的研究，本项目考虑了两个其它学者未予考虑并且很重要的参数的影响，第一个是双层高静低动刚度隔振系统的负刚度取值界限，第二个是摩擦力在隔振系统中扮演重要的角色；基于欧拉屈曲梁负刚度调节器的单层隔振系统在使用过程中有振幅的限制，适用于不太大的激励，和线性系统相比，其低频响应有所加大，但是其高频衰减效果有优势；双层高静低动刚度隔振系统在使用过程中，需要严格控制第一层和第二层高静低动刚度的负刚度值，并不能将两层刚度都设置为零，这样系统不稳定，无法再工程中使用；因为负刚度的不稳定性，通常需要将能量限制在一定的范围内，因此会引入摩擦力，这个摩擦力会严重影响隔振系统的隔振性能，工程实际使用时，应首先评价激励量级，然后根据激励量级设计摩擦力指标。.基于负刚度调节器的隔振机构具有良好的工程应用前景，在超精密加工、光学成像等领域均具有应用前景，用于隔离振动向敏感元器件的传递。