慣性平臺新型金屬橡膠減振器非線性特性分析

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1、慣性平臺新型金屬橡膠減振器非線性特性分析王佳民，裴聽國(中國航天科技集團第16研究所.西安710100)摘要概述了金屬橡膠材料的構(gòu)成及特性在簡要介紹庫侖摩擦阻尼產(chǎn)生機理的基礎(chǔ)上?通過對干摩擦理想模型及線性雙滯遲恢復(fù)力的分析?運用非線性振動理論中的諧波平衡法及傅立葉級數(shù)分析技巧，對含有位移三次非線性的粘性阻尼雙線性滯遲隔振系統(tǒng)進行了硏究;通過對不同參數(shù)下系統(tǒng)振動遞率變化規(guī)律的分析，得出了一些有用的結(jié)論?為慣性平臺新型金屬橡膠減振器(以下簡稱MRD)的研制提供了理論依據(jù)，矢鍵詞：慣性平臺：金屬橡膠；減振器；非線性

2、；分析中圖分類號：V4I612文獻標識碼：A文章編號：100021328(2()()4)03202562060刖呂MRD是為適應(yīng)新型號武器系統(tǒng)惡劣力學(xué)環(huán)境條件而研制的一種新型慣性平臺減振器。它不僅具有較好的動.靜態(tài)特性,在高真空、高低溫條件下儀正常工作,而且抗腐蝕、保存期不受限制，從而克月E了目前平臺常用橡膠減振器隨時間老化這一致命垂點因此,MRD具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其是在冊空航天等軍事領(lǐng)域＞由于MRD影響動.靜態(tài)特性參數(shù)的因素較多，其設(shè)計目前在國內(nèi)主要依靠經(jīng)驗及試湊，缺乏系統(tǒng)的理論基礎(chǔ).因而MRD在慣性平

3、臺上的應(yīng)用尚處于探索階段1金屬橡膠材料(MRM)的構(gòu)成及特性金屬橡膠材料(MctalRubbcrMaterm1),簡稱MRM,是一種新型精細結(jié)構(gòu)材料。它是由金屬絲經(jīng)過螺旋成型拉長纏繞毛坯.模壓等幾道工序制成,由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是金屬絲相互交錯勾聯(lián)形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，類似于橡膠的大分子結(jié)構(gòu)，因而得名。11金屬橡膠材料(MRM)的構(gòu)成MRM是用細金屬螺旋絲來代替高聚物中的螺旋分子鏈，通過金屬螺旋絲的各種纏繞方式和壓制成型，來模擬螺旋分子通過化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)最終形成體型高聚物的過程，金屬螺旋絲之間的相互勾聯(lián)相當于高聚物中支

4、化鏈節(jié)的作用，因此稱其為金屬橡膠材料?；贛RM的構(gòu)成機理，因此，它具有類似于橡膠的彈塑性性質(zhì)。在受到振動力作用時，由于細金屬螺旋絲之間的摩擦、滑移、擠壓和變形，可以耗就大量的能量而起到大阻尼粘彈性材料的作用;同時,它是由金屬絲制成的具有空狀結(jié)構(gòu)的金屬制品，苗具有很高的靜、動態(tài)強度?通過選用不同的金屬絲，既可以在無腐蝕、非高溫條件下應(yīng)用，也可以在高溫有腐蝕的惡劣環(huán)境中正常工作，而且保存期不受限制?也不會產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì),可以在高真空環(huán)境中使甩總之，這種材料既具有較高的損耗因子來消科振動能量?又具有較好的導(dǎo)熱性能

5、，克服了一般橡膠材料和粘彈性材料對溫度過于敏感的缺點由于MRM具有上述優(yōu)異性能,而且這種材料的研究和應(yīng)用在國內(nèi)基本上還處于起步階段?因此,研制出這種材料并用來制作新型減振器，不但可行,而且具有非常廣闊的應(yīng)用前景

6、。2庫侖摩擦阻尼的產(chǎn)生機理及其理想模型MRD在受到振動位移時，會由于金屬絲間的摩擦、擠壓和變形而耗散大量的振動能量，因此可以歸于庫侖摩擦阻尼減振器一類21庫侖摩擦阻尼的產(chǎn)生機理及其理想模型在機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動的過程中,當相互壓緊的兩個表面有滑動趨勢或者出現(xiàn)相對滑動時，這兩個表面之間就會產(chǎn)生一個抵抗繼續(xù)滑

7、動的反力，這就是干摩擦力、也稱為庫侖摩擦力。由干摩擦力而產(chǎn)生先肉眼看上去很光滑的工程表面,放在顯微鏡下觀察時，會發(fā)現(xiàn)它是由許多個顯然不規(guī)則的尖峰和凹谷所組成:當兩個表面在載荷的作用下發(fā)生接觸時、表面上多數(shù)微凸體的尖端處產(chǎn)生局部焊合2,同時許多峰谷彼此嚙合。若有一側(cè)向力F施加于上表面使兩個表面有相對滑動的趨勢時，焊合處及嚙合的峰谷間即產(chǎn)生阻力，只有當力F大于這些尖峰和焊合處的強度而產(chǎn)生剪切時?兩表面才會產(chǎn)生相對滑動,這個剪切力就是這兩個表面間的最大靜摩擦力。物體表面產(chǎn)生相對滑移后?殘存的和新生的峰谷在載荷作用下

8、又會產(chǎn)生局部焊合和嚙合.因此，接觸面上仍然有阻力，這就是動摩擦力。一般情況下.滑動過程中焊合點和嚙合峰谷數(shù)比靜止狀態(tài)時少,嚙合得也比較淺，所以，動摩擦力比靜摩擦力要由于時間.溫度運動歷程(記憶效應(yīng))甚至濕度都會影響靜摩擦力的大小，因此，從滿足工程計算精度要求出這樣，庫侖摩擦力可以表示為：)AJVVr>0鬥二IZV,<0G)式(1)中:A為摩擦副間的摩擦系數(shù);八為接觸表面的正壓力;V，為摩擦副間的相對速度上式通常簡寫為：Ff=A/Vsgn(yr；(2)式⑵中：1Vr>0sgn(Vr)=0Vr=0L1Vr<0因此

9、，在一個具有庫侖摩擦阻尼的單自由度系統(tǒng)中,可以得到如圖1(G所示的庫侖摩擦理想模型即鄧哈達(DenHartog)模型宀。庫侖摩擦力&與位移的關(guān)系可用圖1(b)表示,其時域波形為理想方波,見圖1(c)。AB(b)庫侖摩擦力與位移的關(guān)系(b)Relatbnshipbetweencoulombfrictbnforceanddisplacement■■A*145jLt：Y?■03(-/xJV2,■3F(c)