基于三维实体仿真模型的气囊隔振器刚度特性研究
三维弹性浮筏隔振系统参数对隔振性能的影响
江 国和 邵 文 政
（ 上海海事大学商船学院， 上海 ２０ ３ ） ０ １５ 摘 要： 在三维弹性浮筏隔振系统模型基 础上， 采用威 尔逊 一 方法计算系统的振动响应特性 ， 。 然后 以具 体实例分析了筏体质量和隔振器剐
度对浮筏 隔振性能的影响 ， 为浮筏隔振系统的设计提供一些有益的结论。
机 组通 过 隔振 器安装 在 弹性 筏体 Ｂ 上 ， 性 筏体 Ｂ通 过 隔 振器 安 弹 装在弹 性基础 Ｃ上 。动 力学微 分方 程可表 示 为 ］ ： 本 文 隔振对象 是 ２台 ４３ １５型柴 油发 电机组 。采用 图 １ 示的 所 隔振模 型 ， ２机组 是对称 安装 的 。 每个机 组 下面安 装 ６ 隔振器 ， 个 筏 体通过 ｌ ６个 隔 振 器 安 装 在 基 础 上 。 体 尺 寸 为 （ ×宽 ×高 ） 筏 长
４ ５
其 中 ｛ 是 广 义位 移 列 向量 ， Ｃ Ｋ、 别 为 系 统 的质 量 、 ｘ） Ｍ、 、 Ｆ分 阻尼 、 刚度和 外 力 向量 矩 阵 。由于考 虑筏 体和 基础 的非 刚 性 因素 ，
３１ 筏 体 质 量 对 系 统 的 影 响 ．
分 别 令筏 体质量 为机 组质 量 的 Ｏ 、．、 和 ２倍 ， ．０ １ ２ ５ 分析 系统 的
Ｙａ
固有频 率和 机组 、 体振 幅情 况 。 由表 １ 知随着 筏体 质 量增 加， 筏 可 系统 固有频 率稍 有减 少但 幅度 不大 ，说明筏 体质 量对 系统 频率 影 响不大 。由表 ２ 知随 着筏体 质量 增加 ， 可 机组 振幅并 未发 生 明显 变 化， 而筏 体振 幅 却在 减 小 ， 明隔振 效 果变 好 ， 考虑 到 其应 用 环 说 但
三维隔震结构摇摆动力模型及振动台试验验证
三维隔震结构摇摆动力模型及振动台试验验证作者：刘文光李金乐许浩何文福来源：《振动工程学报》2022年第05期摘要：建立了三维隔震结构的平动⁃摇摆耦联动力分析模型，给出了结构动力方程，得到了三维隔震层的摇摆响应理论表达式，并进行了结构水平、竖向、摇摆频率比以及隔震层阻尼比等参数的影响分析，发现摇摆响应随水平、竖向、摇摆频率比的增大存在峰值区间，但总体上均呈减小趋势，且摇摆运动的激励频率由输入地震主频和水平运动频率共同控制。
完成了三维隔震模型的振动台试验，对比验证了摇摆响应随竖向频率比的变化规律。
最后进行了不同高宽比算例结构的地震响应分析，发现三维隔震结构的摇摆频率易接近摇摆激励主频造成共振，其摇摆响应随高宽比变化存在峰值区间，总体呈增大趋势。
关键词：三维隔震；摇摆响应；频率比；阻尼比；高宽比中图分类号： TU352.1；TU311.3 文献标志码： A 文章编号：1004-4523（2022）05-1200-11DOI：10.16385/j .cnki .issn .1004-4523.2022.05.018引言基础隔震技术具有优异的减震效果，可显著提升结构抗震能力，自1994年洛杉矶Northridge 地震以来已在世界范围内得到了广泛应用[1]。
传统的抗震设计中重视水平地震作用，认为竖向地震作用不会对结构造成严重影响[2]。
然而地震是一项复杂的三维运动，多次强震记录也显示，地震动竖向加速度峰值超过水平加速度峰值，竖向地震作用对结构的影响不容忽视[3⁃4]，因此对结构进行三维隔震设计是非常必要的。
国内外学者进行了大量三维隔震系统研发和结构分析理论研究。
Lee 等[5]设计了一种由弹簧和楔形摩擦块组成的竖向隔震装置，通过楔形摩擦块将竖向荷载转化为水平荷载，从而起到竖向减震的效果。
Chen 等[6]提出了一种利用组合液压油缸的变刚度隔震装置，并在一大跨结构中验证了其减震效果。
Walaa等[7]提出了以磁流变阻尼器为竖向元件的半主动三维隔震装置。
仿生隔振器设计方法研究进展
仿生隔振器设计方法研究进展
肖国栋;孙秀婷
【期刊名称】《动力学与控制学报》
【年(卷),期】2024(22)2
【摘要】基于仿生学的思想,通过模仿生物系统的结构几何构成特性,创新优化隔振模型是当今隔振领域的热门问题.本文基于仿生灵感来源的不同,对现有的仿生隔振器进行了系统的分类,并对不同设计原理的仿生隔振器恢复力本构与隔振性能做了详细的阐述和对比,旨在通过隔振器隔振频带的横向对比厘清几何构型与可调参数的影响,以此厘清隔振器几何设计和隔振性能的关系.并且,本文展望了未来仿生隔振器的发展前景和研究方向.
【总页数】19页(P4-22)
【作者】肖国栋;孙秀婷
【作者单位】同济大学航空航天与力学学院
【正文语种】中文
【中图分类】O328
【相关文献】
1.隔振器适航设计要求与符合性验证方法研究
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5.《岳阳楼记》“承变”创作逻辑探微
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一种基于囊壁骨架层的气囊隔振器爆破压力预测方法
第42卷第7期2020年7月舰船科学技术SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.42,No.7Jul.,2020一种基于囊壁骨架层的气囊隔振器爆破压力预测方法刘健何琳】，2,赵应龙】，2,金著I(1.海军工程大学振动与噪声研究所，湖北武汉430033;;2.船舶振动噪声重点实验室，湖北武汉430033)摘要：针对气囊隔振器爆破压力参数所需试验工作量较大且成本较高的问题，以某型JYQN气囊隔振器为例，建立气囊隔振器有限元模型，并分别得出气囊承载特性曲线和帘线拉伸强力特性曲线。
对比承载特性试验曲线结果表明，仿真模型精度较好。
通过Weibull分布对芳纶帘线断裂强力试验数据进行分散性拟合，将帘线断裂强力期望值代入帘线拉伸特性曲线，得到气囊隔振器预测爆破压力。
通过气囊隔振器爆破压力试验验证预测结果的精度，结果表明，结合帘线拉伸特性曲线和帘线断裂强力建立的气囊隔振器爆破压力预测方法精度较高，该方法可用于JYQN系列气囊隔振器爆破压力的预测。
关键词：气囊隔振器；囊壁骨架层；芳纶帘线；爆破压力中图分类号：TB535文献标识码：A文章编号：1672-7649(2020)07-0025-05doi：10.3404/j.issn,1672-7649.2020.07.005Burst pressure prediction method of air vibration isolator based oncapsule framework layerLIU Jian12,HE Lin1-2,ZHAO Ying-long12,JIN Zhu1'2(1.Naval University of Engineering Institution of N oise and Vibration,Wuhan430033,China;2.National Key Laboratory on Ship Vibration and Noise,Wuhan430033,China)Abstract:To solve the problem of large test workload and high cost required by blasting pressure parameters of air bag vibration isolator,the finite element model of a certain JYQN air bag vibration isolator is established,and the load characteristic curve of the air bag and the tensile strength curve of the cord are set up respectively.By comparing the test results of load bearing characteristics,the simulation model has good precision.According to Weibull distribution,the test data of breaking strength of aromatic polyamide cord is fitted with dispersion.By bringing the expected strength of cord fracture into the cord stretch characteristic curve,the air spring vibration isolator's predicted blasting pressure is calculated.The precision of prediction results is verified by the bursting pressure test of the air spring vibration isolator,and the results show that the prediction method of air spring vibration isolator's bursting pressure is established by combining the stretching characteristic curve of the curtain line and the strength of the curtain line fracture has a higher accuracy,which can be used to predict the bursting pressure of the JYQN series air spring vibration isolator.Key words:air vibration isolator;capsule framework layer;aramid cord;bursting pressure0引言随着对减振性能良好的减振元件器需求的增加，气囊隔振器被大量应用于现代舰艇，尤其是核潜艇-3],应用舱段也越来越关键和重要，因此其安全性和可靠性也得到了重点关注。
长方体形气囊隔振器试验方法及垂向刚度特性研究
长方体形气囊隔振器试验方法及垂向刚度特性研究楼京俊;李爽;杨庆超;柴凯【摘要】气囊隔振器具有恒定工作高度下通过改变充气压力调节刚度和承载能力,以满足不同设备隔振需求的特性.分析了该特性对其性能试验方法的影响,针对气囊隔振器载荷-变形曲线呈封闭迟滞状,提出了基于多项式拟合的静刚度计算方法,采用恒定载荷激振对气囊隔振器动态性能展开试验研究,并以某型带嵌入撑条的橡胶-帘布长方体形气囊隔振器为试样,进行了静、动态性能试验.试验结果表明,长方体形气囊隔振器额定载荷以及额定载荷作用下的静刚度、动刚度与囊内充气气压之间基本成线性关系.并且,不同充气压力下,气囊隔振器与相应额定承载质量组成的系统在垂直方向上固有频率差别很小.%An airbag vibration isolator can adjust its stiffness and load-bearing ability through changing its internal air pressure under a constant working height to meet the vibration isolation requirement of different equipment.The effects of this characteristic on the airbag vibration isolator''s performance test method were analyzed here.Aiming at its load-deformation curve being closed and hysteretic, a calculation method of its vertical static stiffness based on the polynomial fitting was proposed.Its dynamic performances under the excitation of constant loads were tested and studied.Finally, static and dynamic performance tests were conducted for a certain type rectangular airbag vibration isolator.The test results showed that the rated load, the static stiffness and the dynamic one of the airbag vibration isolator under the rated load are linearly related to its internal air pressure;its internal air pressure has little influence on the natural frequency in vertical direction ofthe system composed of the airbag vibration isolator and its rated loaded mass.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2017(036)013【总页数】5页(P184-188)【关键词】气囊隔振器;刚度;多项式拟合;试验研究【作者】楼京俊;李爽;杨庆超;柴凯【作者单位】海军工程大学科研部,武汉 430033;海军工程大学船舶振动噪声重点实验室,武汉 430033;海军工程大学动力工程学院,武汉 430033;海军工程大学科研部,武汉 430033;海军工程大学动力工程学院,武汉 430033【正文语种】中文【中图分类】O328为了抑制机械振动传递到基础，隔振技术在工程上已得到了广泛的应用。
基于接触算法的气囊隔振特性分析及简化
１ 引 言
第１ ５卷第 ７期
２ １ 年 ７月 ０１
文 章 编 号 ： ０ ７ ７９ （０ ）７ ０ ９ — ７ １ ０ — ２ ４ ２ １ ０ — ７ ９ ０ １
船 舶力 学
Ｊｕ ｎ ｌｏ ｈｐ Ｍｅ ｈ ｎｃ ｏ ｒ ａ ｆＳ ｉ ｃ ａ ｉｓ
Ｖｏ ＿５ ｌ１ Ｎｏ． ７
Ｊ１２ １ ｕ． ０ １
气 囊隔振 器 主要 由上 下安 装板 之 间囊 式帘 线橡胶 层及 囊 内密封 的 高压空 气组 成 ， 囊 隔振器 的载 气 荷 可 以通 过充 、 气来 调 整 ， 放 通过 高度 保 持装 置 ， 能够 使各 个 气囊 的高度 保 持一 致 ， 保 输 出端 与 轴系 确 的对 中要 求 。另 外 ， 囊 隔振 器 还 具 有 承 载 大 （ 达 １ ｔ 气 可 ５ 以上 ）结 构 尺寸 小 、 、 隔振 频 率 低 （ 般 小 于 一 ２ ｚ、 Ｈ ） 阻尼性 能好 、 驻波 效应 和高频 隔振性 能好 等优 点 ， 无 能够显 著 降低船 舶 的结构 振 动 。 本 文使用 ＡＢ Ｑ Ｓ软件 以及 接触 算 法对 两种 安装模 式 不 同的囊 式空气 弹 簧隔振 器 的隔振 特性 进 Ａ Ｕ 行 了数值 计算 ， 分析 结果 的基 础 上找 出结 构 的薄 弱之 处 ， 提 出相应 的改进 措施 与有 限元 模 型 的简 在 并
化方 法 。
收稿 日期 ：２ １ 一 １ ２ ００ ｌ— １
基于Matlab的橡胶气囊隔振系统非线性数值分析及特性试验
10.16638/ki.1671-7988.2020.17.035基于Matlab的橡胶气囊隔振系统非线性数值分析及特性试验*冯帆（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安710300）摘要：从车辆动力学方面考虑，悬架系统应保持良好的平顺性。
橡胶气囊隔振系统由空气弹簧、蓄能器和连接二者的管道三个主要部分组成。
通过使用Matlab软件分析橡胶气囊隔振系统非线性数值模型，对悬架刚度、阻尼因子和传递率进行仿真并与试验进行对比，发现上述三个特性所反映的悬架性能与悬架部件的尺寸密切相关。
通过仿真分析及试验结果对比，文章提出了一种隔振系统低频下的优化策略。
关键词：Matlab；橡胶气囊；刚度；仿真分析中图分类号：U463.33+5.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2020)17-107-04 Nonlinear Numerical Analysis of Rubber Airbag Vibration Isolation system Basedon Matlab and Characteristic Test*Feng Fan（Shaanxi Institute of Technology, Shaanxi Xi'an 710300）Abstract:Considering from the vehicle dynamics, the suspension system should maintain a good ride.The rubber airbag vibration isolation system consists of three main parts: an air spring, an accumulator and a pipe connecting the two.By using Matlab software to analyze the nonlinear numerical model of rubber airbag vibration isolation system, the stiffness, damping factor and transfer rate of the suspension are simulated and compared with the test, and it is found that the suspension performance reflected by the above three characteristics is closely related to the size of the suspension parts.Through simulation analysis and comparison of experimental results, an optimization strategy for vibration isolation system at low frequency is proposed.Keywords: Matlab; Rubber Airbag; Stiffness; Simulation analysisCLC NO.: U463.33+5.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)17-107-04前言橡胶气囊隔振系统包含可充气的空气弹簧、支承底板、质量块，如图1所示。
刚度弹性气囊空间动力学数值分析
刚度弹性气囊空间动力学数值分析概述：刚度弹性气囊是一种能够在空间环境下实现精确姿态控制的关键技术之一。
为了深入理解刚度弹性气囊在航天器空间动力学中的行为，数值分析方法成为研究人员常用的工具。
本文将针对刚度弹性气囊的空间动力学特性进行数值分析，并探讨其对航天器姿态控制的影响。
一、刚度弹性气囊的概述1.1 刚度弹性气囊的结构和工作原理：刚度弹性气囊由一种刚度较高的外壳和内部填充的气体组成，通过控制气体的进出来实现姿态控制。
1.2 刚度弹性气囊的应用领域：刚度弹性气囊被广泛应用于卫星、宇宙飞船和空间站等航天器，用于姿态控制和载荷释放等任务。
二、刚度弹性气囊的数值分析方法2.1 刚度弹性气囊的数学模型：建立刚度弹性气囊的数学模型，包括气囊的动力学方程和力学特性参数。
2.2 数值求解方法：介绍数值求解刚度弹性气囊动力学方程的常用方法，如有限元法、有限差分法和边界元法等。
2.3 模型验证和参数敏感性分析：通过实验数据验证数值模型的准确性，并进行参数敏感性分析，评估各参数对气囊行为的影响。
三、刚度弹性气囊的空间动力学特性分析3.1 固有频率和阻尼特性：研究刚度弹性气囊的固有频率和阻尼特性，评估其对姿态控制的影响。
3.2 气囊的受力和变形特性：分析刚度弹性气囊在空间环境下的受力和变形特性，探讨其对航天器姿态控制的影响。
3.3 稳定性分析：通过数值模拟方法，研究刚度弹性气囊在不同工况下的稳定性，评估其在复杂环境下的可靠性。
四、刚度弹性气囊在航天器姿态控制中的应用4.1 姿态控制系统设计：结合刚度弹性气囊的特性，设计航天器姿态控制系统，实现精确的姿态控制。
4.2 仿真和实验验证：利用数值模拟和实验验证方法，评估刚度弹性气囊在航天器姿态控制中的性能，并提出优化方案。
4.3 工程应用：探讨刚度弹性气囊在实际航天工程中的应用案例，并分析其在提高航天器姿态控制精度和可靠性方面的潜力。
五、刚度弹性气囊未来发展方向5.1 材料和制造技术：研究发展新型材料和制造技术，提高刚度弹性气囊的可靠性和性能。
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关键词：气囊隔振器；三维实体单元；rebar 单元；刚度
中图分类号：TB535 文献标识码：
文章编号： 1672 – 7649(2019)06 – 0028 – 04
doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2019.06.006
Research on stiffness of air spring based on 3D entity simulation model
LIU Jian1,2, HE Lin1,2, ZHAO Ying-long1,2, JIN Zhu1,2 (1. Institution of Noise and Vibration, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China;
2. National Key Laboratory on Ship Vibration and Noise, Wuhan 430033, China)
在保证研究关注性能准确度的情况下，简化模型 结构能大大缩小建模时间，如图 2 所示。具体操作如 下：将气囊隔振器的气孔、气道、上三法兰一体化结 构与上盖板结合成一体；将下三法兰一体化结构与下 盖板结合成一体；将囊壁外层橡胶和内层橡胶设计成 一体；将帘线橡胶单独成型嵌入至囊壁中间。
收稿日期: 2018 – 03 – 19 作者简介: 刘健 (1994 – )，男，硕士研究生，研究方向为舰船动力装置振动噪声控制、减振元件寿命评估。
摘 要: 为解决二维轴对称模型或三维壳单元模型准确度不高和后处理空间不足的问题，本文使用 Abaqus 软 件，利用三维实体单元模拟气囊囊壁，使用 rebar 单元模拟帘线层建立气囊隔振器模型，可有效提高仿真模型准确 度，并建立气囊囊体模型对其等效平衡缠绕角进行仿真分析。开展不同载荷下气囊刚度特性试验，对比气囊气压载荷特性、垂向静刚度等参数仿真计算结果和试验结果，表明仿真精度较好。本文的研究成果对下一步气囊隔振器 疲劳寿命与可靠性研究具有一定指导意义。
Key words: air spring；3D element；rebar element；stiffness
0 引 言
1 三维实体建模仿真技术
气囊隔振器，又称空气弹簧，由于其具有尺寸规 格小、刚度低、载荷能力强、载荷可调范围大、固有 频率低等突出优点而被广泛应用于现代舰艇减振降噪 领域[1 – 4]。
第 41 卷
刘 健，等：基于三维实体仿真模型的气囊隔振器刚度特性研究
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2 仿真结果
图 1 回转型气囊的结构模型简图 Fig. 1 Structure model diagram of air spring
2.1 帘线等效平衡缠绕角仿真结果 建立帘线缠绕角模型，帘线缠绕角的取值范围是
0～π/2。在仿真等效平衡缠绕角时，帘布层以内置区 域方式嵌入在囊体内，设置一个分析步，固定其下端 截面 6 个自由度，固定上端截面除 X 方向其他 5 个自 由度，使用压强载荷给囊体缓慢充气至额定气压 0.75 MPa，囊体充气后其上端截面位移值变化与帘线 缠绕角度关系如图 3～图 6 所示。
第 41 卷 第 6 期 2019 年 6 月
舰船科学技术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol. 41, No. 6 Jun. , 2019
基于三维实体仿真模型的气囊隔振器刚度特性研究
刘 健1,2，何 琳1,2，赵应龙1,2，金 著1,2 (1. 海军工程大学振动与噪声研究所，湖北 武汉 430033；2. 船舶振动噪声重点实验室, 湖北 武汉 430033)
Abstract: To solve the problem of not-high accuracy and insufficient post processing space of the two-dimensional axisymmetric model or the 3D shell element model, the 3D entity element is used to simulate the air spring cyst wall by using Abaqus software. Using rebar element to simulate the cord layer, the model’s accuracy was improved effectively and the air spring body model was built to analysis the equivalent balance wound angle. Carrying out the stiffness test of air spring under different loads and comparing simulation results and experiment results of pressure bearing capacity and vertical static stiffness, the simulation precision was preferable. The research results had a certain guiding significance to the study air spring’s fatigue life.
1.1 模型简化 本文以某型气囊隔振器为研究对象，该型气囊采
用囊式的回转型结构形式，使用三法兰一体化结构保 证气囊的密封性，橡胶囊体主要由三部分组成：内胶 层、帘布层、外胶层，如图 1 所示。橡胶是囊体的基体， 帘线是囊体的主要受力部件，帘线增强层包在内外胶 层之间，各层之间反向铺设，呈现各向异性的特点[1，12]。