基于混合打靶-谐波平衡法研究金属橡胶隔振系统冲击响应

doi:10.3901/JME.2025.11.183

机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (11): 183-193.doi: 10.3901/JME.2025.11.183

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基于混合打靶-谐波平衡法研究金属橡胶隔振系统冲击响应

周春辉^1,2, 任志英^1,2, 林有希^1,2, 李帅军³, 石先杰⁴, 杜鹏程⁵

1. 福州大学机械工程及自动化学院福州 350116;
2. 福州大学金属橡胶与振动噪声研究所福州 350116;
3. 武汉第二船舶设计研究所武汉 430200;
4. 中国工程物理研究院总体工程研究所绵阳 621000;
5. 福建福清核电有限公司福清 350318

收稿日期:2024-06-01 修回日期:2024-11-01 发布日期:2025-07-12
作者简介:周春辉，男，1995年出生，博士研究生。主要研究方向为金属橡胶非线性振动。E-mail：210210012@fzu.edu.cn;任志英(通信作者)，女，1980年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为金属橡胶减振材料设计及高端装备减振降噪技术。E-mail：renzyrose@126.com
基金资助:
国家自然科学基金-NSAF联合基金(U2330202)、国家自然科学基金(52175162，51805086，51975123)和福建省技术创新重点研究及产业化(2023780200030009506)资助项目。

Study of Impact Response of Metal Rubber Vibration Isolation System Based on Mixed Shooting Harmonic Balance Method

ZHOU Chunhui^1,2, REN Zhiying^1,2, LIN Youxi^1,2, LI Shuaijun³, SHI Xianjie⁴, DU Pengcheng⁵

1. School of Mechanical Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou 350116;
2. Institute of Metal Rubber & Vibration Noise, Fuzhou University, Fuzhou 350116;
3. Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430200;
4. Institute of Systems Engineering, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621000;
5. Fujian Fuqing Nuclear Power Co., Ltd., Fuqing 350318

Received:2024-06-01 Revised:2024-11-01 Published:2025-07-12

摘要/Abstract

摘要： 提出了一种基于混合打靶-谐波平衡法(Mixed shooting harmonic balance method，MS-HBM)的金属橡胶隔振系统冲击响应求解策略。充分考虑安装板柔性特性，构建金属橡胶隔振系统的动力学模型。在此基础上将冲击激励分为半正弦受迫振动与自由振动，利用混合打靶-谐波平衡方程法分别求解系统响应再耦合，分析系统参数与外部激励对隔振系统响应的影响规律。结果表明：在系统参数中，线性刚度的影响最为显著，阻尼在自由振动阶段起主导作用，而质量与非线性刚度的影响较不明显，在外部激励参数中，持续冲击时间最为显著，冲击激励幅值影响较小。进一步利用冲击试验对金属橡胶隔振系统冲击响应的求解结果进行验证，同时与傅里叶变换方法进行对比，所提出的冲击响应动力学求解策略具有较高的精度，MS-HBM求解的模型方差为R²=0.75大于采用FFT变换方法求解的模型方差R²=0.5。研究结果为金属橡胶隔振系统冲击响应的求解提供了一种新思路。

关键词: 冲击, 非线性系统, 谐波平衡法, 混合打靶法, 金属橡胶隔振系统

Abstract: A strategy for solving the impact response of metal-rubber vibration isolation systems is proposed based on the mixed shooting harmonic balance method. The dynamic model of the metal rubber vibration isolation system is constructed by fully considering the flexible characteristics of the mounting plate, based on which the impact excitation is divided into half-sinusoidal forced vibration and free vibration, and the mixed shooting harmonic balance method are used to solve the system response and then coupling, and to analyze the vibration isolation system by the influence of the system parameters and the external excitation law. The results show that among the system parameters, the linear stiffness has the most significant effect, the damping plays a dominant role in the free vibration phase, while the mass and nonlinear stiffness have less significant effects. Among the external excitations, the duration of the shock is the most significant, and the shock excitation amplitude has a smaller effect. The impact response of the metal-rubber vibration isolation system is further verified by impact test and compared with the Fourier transform method. The proposed impact response dynamics solution strategy has high accuracy and the variance of the model solved by MS-HBM is R²=0.75, which is much larger than that of the model solved by the FFT transform method with R²=0.5. The results of this study provide a new idea to solve the impact response of the metal-rubber vibration isolation system.

Key words: impact, nonlinear systems, harmonic balance method, mixed shooting, metal rubber

中图分类号:

TB122

周春辉, 任志英, 林有希, 李帅军, 石先杰, 杜鹏程. 基于混合打靶-谐波平衡法研究金属橡胶隔振系统冲击响应[J]. 机械工程学报, 2025, 61(11): 183-193.

ZHOU Chunhui, REN Zhiying, LIN Youxi, LI Shuaijun, SHI Xianjie, DU Pengcheng. Study of Impact Response of Metal Rubber Vibration Isolation System Based on Mixed Shooting Harmonic Balance Method[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2025, 61(11): 183-193.

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