圆环非线性恢复力的梁约束模型建模

摘要

圆环隔振器是一种以圆环结构为基础的非线性隔振器，圆环结构在压缩变形过程中会受到压力和环面拉伸的耦合作用，从而产生非线性恢复力，对圆环结构非线性恢复力的精确建模是研究隔振器性能的关键。将圆环结构等分为多段曲梁，利用梁约束模型对每段曲梁建立计及几何非线性的力-位移关系模型，结合曲梁间的力传递关系和几何约束关系，建立了圆环整体在压缩过程中的非线性恢复力模型，并计算了圆环变形过程中所有分段点处的正应力。通过电子伺服疲劳试验机对圆环结构在压缩过程中的恢复力进行了测量，验证了梁约束模型的建模精度。研究结果表明，利用梁约束模型可以表征圆环结构非线性恢复力特性，其建模精度与椭圆积分法相当，而模型表达式和求解过程都比椭圆积分法简洁。圆环在压缩量最大时正应力最大，此时最大正应力在圆环的上下端点。梁约束模型的建模精度随着分段数的增加而提高，当分段数大于12时，梁约束模型的恢复力计算误差小于2%。

关键词

圆环隔振器 / 非线性恢复力 / 梁约束模型 / 最大正应力 / 椭圆积分法

基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.11872159;11902097)