內容簡介：
低頻與寬頻隔振技術是提升國防裝備科技水平的核心技術。作者長期致力于機械結構的低寬頻振動抑制新原理、新方法與新機理研究，在低頻磁剛度非線性隔振領域取得了創(chuàng)新成果，進行總結，據(jù)此著成本書。
本書建立了非線性磁力及磁剛度的理論模型，提出了磁剛度非線性隔振系統(tǒng)的動力學設計方法，揭示了其低頻隔振機理，引入了杠桿原理和電磁分支電路阻尼技術，介紹了磁剛度非線性隔振系統(tǒng)的隔振品質調控與性能提升方法。通過優(yōu)化磁結構，提出了雙穩(wěn)態(tài)磁剛度隔振方法，從動力學分析、抗沖擊能力及谷響應調控等方面系統(tǒng)深入地建立了其理論模型，揭示了磁剛度非線性隔振系統(tǒng)的低頻隔振機理。
本書理論性和實用性強，采用了理論建模、仿真和試驗等手段，圖、表豐富，可為從事機械結構振動控制的技術人員、博士與碩士研究生提供參考。
機電類基礎專著，作者團隊是相關內容方面的專家。本書適用范圍較廣，適合航空、艦船、高端裝備、儀器與機械工程等領域，對于機械動力學科發(fā)展和國民經濟、社會發(fā)展具有重要的意義。
前 言
低頻磁剛度非線性隔振理論與方法以航天航空器及艦船等為代表的重大裝備是保障國防安全的重要基石。隨著空間結構逐步向大型化與輕量化方向發(fā)展，導致固有頻率低、模態(tài)密度大。在火箭發(fā)射產生的短時激勵及在軌工作的長時間激勵下，使低頻振動響應突出、衰減速度慢、不易控制，導致故障易發(fā)生、服役可靠性差，嚴重制約了航天器性能提升。因此，航天結構面臨的低頻振動是航天器動力學設計中的卡脖子問題，亟須發(fā)展新型減隔振理論和方法，為航天器高精、超穩(wěn)與超靜可靠運行提供基礎理論和技術支撐，相關成果可以擴展到航空、艦船、高端裝備、儀器與機械工程等領域，對于機械動力學的學科完善和國民經濟、社會發(fā)展具有重要的意義。
隔振是應用最為廣泛且極為有效的一種減振方式，但其工作頻帶受限于支撐剛度和負載質量，較小剛度雖然可以獲得較寬的隔振頻帶，但會導致位移響應過大，影響支撐能力，在重載支撐與低頻隔振間存在魚和熊掌不可兼得的矛盾。非線性隔振利用幾何非線性構建等效負剛度，具有高靜剛度、低動剛度的特性，可實現(xiàn)準零剛度隔振，降低共振頻率，拓寬隔振帶寬，提升隔振品質，解決了低頻和重載之間的矛盾。早在1989年就有了準零剛度隔振這一思想，但直到2008年，才開始逐步成為隔振領域的研究熱點。目前，低頻非線性隔振主要基于準零剛度隔振技術展開，主要有三彈簧式、電磁式與仿生式。電磁結構具有非接觸、響應時間快、作動力大、可控性好等優(yōu)點，可用于設計準零剛度隔振系統(tǒng)。然而，現(xiàn)有研究基于磁懸浮式準零剛度結構存在大幅失穩(wěn)等問題，離工程應用存在較大距離。
為了解決這些基礎理論難題和挑戰(zhàn)，本書作者所在課題組多年來致力于磁剛度隔振系統(tǒng)的設計、動力學分析與阻尼調控等方面研究，取得了一批原創(chuàng)性成果，有關理論、方法和規(guī)律性的認識形成了一個完整的體系。本書旨在通過對磁剛度非線性隔振系統(tǒng)性能綜合探討，引起研究人員對非線性隔振理論與技術的興趣和重視；通過動力學設計與理論研究，促進磁剛度非線性隔振技術的發(fā)展，推動這項技術的基礎研究和工程應用。
本書的撰寫參考了作者多年來發(fā)表的科技論文，是作者多年科研工作的系統(tǒng)性總結。本書包括10章內容。第1章緒論介紹了非線性隔振技術，并從準零剛度隔振的實現(xiàn)方式與電磁分支電路阻尼技術兩個層面介紹了其發(fā)展趨勢和存在的問題。第2章介紹了非線性磁力模型及磁剛度分析理論基礎。第3章設計了磁剛度非線性隔振系統(tǒng)，揭示了其低頻隔振機理。第4章通過引入杠桿結構，介紹了一種磁剛度非線性隔振系統(tǒng)的調頻方法。第5章針對磁剛度非線性隔振系統(tǒng)存在的不穩(wěn)定動力學行為，通過電磁分支電路阻尼實現(xiàn)了隔振性能的調控。第6章通過磁結構的優(yōu)化，對磁剛度非線性隔振系統(tǒng)的動力學進行了分析。第7章基于第6章發(fā)現(xiàn)的雙穩(wěn)態(tài)振動響應，建立了雙穩(wěn)態(tài)低頻隔振理論，包括隔振特性分析、穩(wěn)定性判定等。第8章研究了雙穩(wěn)態(tài)磁剛度隔振系統(tǒng)的抗沖擊特性。第9章針對雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的復雜動力學行為，基于電磁分支電路阻尼實現(xiàn)了隔振性能調控，有效提升了隔振品質。第10章對低頻非線性隔振技術進行了展望，包括仿生隔振技術、折紙隔振技術、仿生結構與折紙結構的磁剛度調節(jié)及非線性隔振系統(tǒng)的主動控制。
本書在撰寫過程中得到了西安交通大學張希農教授、浙江理工大學李秦川教授、上海交通大學鄭宜生博士、合肥工業(yè)大學董光旭副教授的大力支持。在這里，感謝我課題組的所有成員，他們?yōu)楸緯淖珜懾暙I了重要力量，尤其是馬洪業(yè)博士、余寧博士、凌鵬博士、潘俠圭博士、苗倫倫碩士。
本書的研究和出版得到了國家自然科學基金項目（52175215）和浙江省萬人計劃青年拔尖人才項目的支持，在此致以深切的謝意。
雖然全體作者為本書的撰寫工作付出了巨大的努力，但由于水平和時間有限，書中仍難免有不足之處，敬請各位讀者批評指正。
嚴博2022年10月
嚴博：
浙江理工大學機械工程學院教授，入選浙江省萬人計劃青年拔尖人才。主要從事低寬頻振動控制、非線性隔振、仿生隔振結構設計與阻尼設計等領域的研究。2014年12月至2016年3月在中國科學院空間應用工程與技術中心工作，2016年3月調入浙江理工大學。主持國家自然科學基金項目2項（面上和青年各1項），軍科委項目1項，浙江省自然科學基金及其余縱橫向項目十余項。以第一或通訊作者在機械動力學領域權威期刊IEEE/ASME Transactions on Mechatronics、 Mechanical Systems and Signal Processing、 Journal of Sound and Vibration及ASME/IEEE匯刊等發(fā)表SCI論文44篇，其中，ESI高被引論文3篇，SCI他引1000余次。授權國家發(fā)明專利10件。
武傳宇：
浙江省科協(xié)副主席，浙江理工大學教授，博導。浙江省"新世紀151人才工程"第一層次人選、浙江省杰出青年基金獲得者。主要從事機構學、機器人技術和智能農業(yè)裝備的教學和研究工作。主持國家級省部級項目20余項。發(fā)表論文150余篇，其中SCI論文100余篇，合著專著2部。獲國家技術發(fā)明二等獎1項、省部級科技獎二等獎及以上10項，授權國家發(fā)明專利60余件，轉化20余件。
張文明：
上海交通大學特聘教授。國家杰青、優(yōu)青、中組部青年拔尖人才、科技部中青年科技創(chuàng)新領軍人才、上海市優(yōu)秀青年學術帶頭人、上海市曙光學者、上海市青年科技啟明星。長期從事動力學設計理論與控制技術研究，主持國家自然科學基金重點項目、國防科技創(chuàng)新特區(qū)項目等30多項，出版專著3部，在Nature Communication、Science Advances、Advanced Materials及ASME/IEEE匯刊等期刊上發(fā)表論文200多篇，授權國家發(fā)明專利50多項、軟件著作權10多項。獲自然科學一等獎、中國振動工程學會青年科技獎、上海市青年五四獎章標兵等榮譽獎勵。
目錄
前言
第1章緒論
1.1概述
1.2準零剛度隔振技術
1.2.1三彈簧式準零剛度隔振技術
1.2.2磁懸浮式準零剛度隔振技術
1.2.3多方向準零剛度隔振技術
1.2.4雙穩(wěn)態(tài)振動抑制技術
1.3電磁分支電路阻尼技術
1.3.1被動式分支電路阻尼振動控制技術
1.3.2主動式分支電路阻尼振動控制技術
1.4本章小結
第2章非線性磁力模型及磁剛度分析理論基礎
2.1引言
2.2永磁體材料
2.3環(huán)形永磁體的磁感應強度
2.3.1理論模型
2.3.2仿真分析
2.3.3剩磁強度的標定
2.4非線性磁力模型
2.4.1軸線重合的一對環(huán)形永磁體間非線性磁力
2.4.2軸線不平行的一對環(huán)形永磁體間非線性磁力
2.4.3非線性磁力的測量
2.5非線性磁剛度
2.6其他常見的磁結構的非線性磁力模型
2.6.1矩形磁體
2.6.2圓柱形磁體
2.6.3楔形磁體
2.7本章小結
第3章磁剛度非線性隔振系統(tǒng)設計及低頻隔振理論
3.1引言
3.2隔振理論
3.2.1線性隔振理論
3.2.2低頻非線性隔振理論
3.3磁剛度非線性隔振器的設計
3.4非線性磁力及磁剛度的理論建模與分析
3.4.1非線性磁力
3.4.2磁剛度
3.4.3結構參數(shù)對非線性磁力及磁剛度的影響規(guī)律
3.5磁剛度非線性隔振系統(tǒng)理論模型
3.5.1電渦流阻尼
3.5.2位移傳遞率
3.6磁剛度非線性隔振系統(tǒng)的低頻隔振性能
3.6.1數(shù)值仿真
3.6.2試驗驗證
3.6.3大加速度激勵下磁剛度非線性隔振器的隔振性能
3.7周向磁體不對稱磁剛度非線性隔振器隔振特性
3.8本章小結
第4章杠桿式磁剛度非線性隔振理論與調頻方法
4.1引言
4.2杠桿式磁剛度非線性隔振原理
4.3非線性恢復力及電渦流阻尼力
4.3.1非線性恢復力
4.3.2電渦流阻尼力的杠桿放大原理
4.4理論建模
4.4.1運動微分方程
4.4.2幅頻響應關系
4.5隔振性能仿真分析
4.5.1杠桿式磁剛度非線性隔振器隔振性能研究
4.5.2基于電渦流阻尼的杠桿式磁剛度非線性隔振器
隔振性能研究
4.5.3杠桿結構對隔振性能的影響規(guī)律
4.6試驗研究
4.6.1試驗系統(tǒng)設計
4.6.2杠桿式磁剛度非線性隔振器的隔振性能
4.6.3電渦流阻尼對隔振性能的影響
4.6.4仿真與試驗結果對比
4.7本章小結
第5章磁剛度非線性隔振系統(tǒng)的阻尼設計
5.1引言
5.2負阻抗電磁分支電路阻尼
5.2.1受控源簡介
5.2.2分支電路阻尼機理
5.2.3負電阻分支電路
5.2.4負電阻電路分析
5.2.5負電阻電路板
5.3磁剛度非線性隔振系統(tǒng)的線性阻尼設計
5.3.1半主動線性電磁分支電路阻尼結構
5.3.2電磁分支電路阻尼的理論模型
5.3.3非線性永磁力
5.3.4基于電磁分支電路阻尼的磁剛度非線性隔振
理論模型
5.3.5數(shù)值仿真
5.3.6試驗研究
5.4磁剛度非線性隔振系統(tǒng)的非線性阻尼設計
5.4.1非線性電磁分支電路阻尼機理
5.4.2非線性電磁分支電路阻尼的理論模型
5.4.3基于非線性電磁分支電路阻尼的磁剛度非線性隔振模型
5.4.4等效質量及等效阻尼
5.4.5非線性電磁分支電路阻尼的穩(wěn)定性判別
5.4.6數(shù)值仿真
5.4.7試驗研究
5.5本章小結
第6章磁剛度非線性隔振系統(tǒng)的動力學特性
6.1引言
6.2雙狀態(tài)磁剛度非線性隔振器模型
6.2.1雙狀態(tài)磁剛度非線性隔振器設計
6.2.2雙狀態(tài)特性分析
6.2.3非線性恢復力分析
6.3理論建模
6.4單穩(wěn)態(tài)磁剛度非線性隔振器的動力學特性
6.4.1數(shù)值仿真
6.4.2試驗研究
6.5雙穩(wěn)態(tài)磁剛度非線性隔振器的動力學特性
6.5.1數(shù)值仿真
6.5.2試驗研究
6.6本章小結
第7章雙穩(wěn)態(tài)低頻隔振理論與方法
7.1引言
7.2雙穩(wěn)態(tài)隔振結構等效模型
7.2.1非線性恢復力計算
7.2.2雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)勢能
7.2.3運動方程
7.2.4幅頻響應關系
7.2.5動力學分析
7.3雙穩(wěn)態(tài)隔振系統(tǒng)的隔振性能評估
7.3.1力傳遞率
7.3.2位移傳遞率
7.4隨機振動討論
7.5常見的雙穩(wěn)態(tài)結構
7.6本章小結
第8章雙穩(wěn)態(tài)磁剛度隔振系統(tǒng)的抗沖擊特性
8.1引言
8.2沖擊隔振原理
8.3雙穩(wěn)態(tài)磁剛度沖擊隔振器的理論模型
8.3.1雙穩(wěn)態(tài)磁剛度沖擊隔振結構
8.3.2非線性恢復力和勢能
8.3.3理論建模
8.3.4沖擊傳遞率
8.4數(shù)值仿真
8.4.1勢壘對抗沖擊特性的影響
8.4.2阻尼比對抗沖擊特性的影響
8.4.3沖擊傳遞率
8.4.4動能與勢能的關系
8.4.5勢能函數(shù)形狀對抗沖擊特性影響
8.5雙穩(wěn)態(tài)磁剛度沖擊隔振系統(tǒng)的抗沖擊試驗
8.5.1勢壘的影響
8.5.2沖擊持續(xù)時間
8.5.3勢能函數(shù)形狀
8.6本章小結
第9章雙穩(wěn)態(tài)磁剛度隔振系統(tǒng)的阻尼調控方法
9.1引言
9.2基于電磁分支電路阻尼的雙穩(wěn)態(tài)磁剛度隔振系統(tǒng)模型
9.2.1結構模型
9.2.2非線性恢復力及勢能
9.2.3電磁耦合建模
9.3理論建模
9.3.1非線性電磁分支電路阻尼
9.3.2耦合系統(tǒng)的運動方程
9.3.3幅頻響應關系
9.3.4穩(wěn)定性分析
9.4數(shù)值仿真
9.4.1負電阻對隔振性能的影響
9.4.2電磁耦合系數(shù)Cm對隔振性能的影響
9.4.3動力學行為
9.5試驗研究
9.5.1試驗設計
9.5.2試驗結果
9.6本章小結
第10章低頻非線性隔振技術的發(fā)展前景
10.1仿生隔振技術
10.2折紙隔振技術
10.3仿生結構與折紙結構的磁剛度調節(jié)
10.4非線性隔振系統(tǒng)的主動控制
參考文獻
書單推薦
