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第 43 卷第 4 期2023 年 8 月振动、测试与诊断Vol. 43 No. 4Aug.2023 Journal of Vibration，Measurement & Diagnosis内燃动力总成双层隔振系统弹性模态匹配方法∗宋世哲，董大伟，黄燕，闫兵，徐昉晖（西南交通大学机械工程学院成都，610031）摘要为了评价机组和构架弹性振动模态间的耦合程度并指导其弹性模态匹配设计，提出了基于广义弹性力做功的柔性结构能量解耦法。
首先，基于某内燃动车动力总成双层隔振系统，建立多自由度动力学模型来描述考虑弹性模态后的双层隔振系统动力学特征；其次，利用柔性能量解耦法量化机组和构架弹性模态间的振动耦合程度，获得不同弹性频率下的耦合频带宽度曲线。
研究表明：弹性模态间耦合的本质是振型间的反相振动能够减小模态等效质量，同相振动增加模态等效质量，从而改变系统固有特性；基于弹性振动耦合频带曲线图，根据隔振系统设计需求，确定机组和构架弹性模态频率间避免耦合的频带宽度，完成机组和构架的弹性模态匹配。
通过振动性能测试，验证了该方法能够有效控制机组和构架间弹性振动耦合，且隔振性能良好。
该方法能够为同类问题提供理论支持，并为同类机型的弹性模态匹配提供参考。
关键词内燃动车；动力总成系统；弹性双层隔振系统；弹性模态匹配；设计方法中图分类号TB533+.2；O326；TH113.1引言内燃动车是非电气化线路的最佳交通工具，通常采用动力分散设计，将内燃动力总成双层隔振系统悬挂在车下。
这种设计能够减轻对线路的冲击，降低轮轨噪声，且具有编组灵活、空间利用率高等优势［1］。
然而，为保证车辆提速的需求，大量结构采用轻量化设计。
内燃动力总成轻量化设计使柴油发电机组（简称机组）和中间构架（简称构架）结构刚度下降，使机组和构架间的弹性模态频率靠近，激励更容易激发结构振动，引起振动耦合。
因此，在隔振设计中有必要重视机组和构架间的模态匹配问题。
隔震结构工程设计1工程概况某商业办公楼，地上6层，首层5.1m,其余层高度皆为3.6m，总高24.6m，隔震支座设置于基础顶部。
上部结构为钢框架结构，楼盖为普通梁板体系，基础采用独立基础。
丙类建筑，设防烈度7度，设计基本加速度0.15g，场地类别Ⅱ类，地震分组第一组，不考虑近场影响。
表1.1 上部结构重量及侧移刚度层号重力荷载代表值(KN) 侧移刚度（KN/mm）1 7760 8152 7760 7963 7760 7964 7760 7965 7760 7966 5100 7962 初步设计2.1是否采用隔震方案(1)不隔震时，该建筑物的基本周期为0.45s，小于1.0s。
(2)该建筑物总高度为24.6m，层数6层，符合《建筑抗震设计规范》的有关规定。
(3)建筑场地为Ⅱ类场地，无液化。
(4)风荷载和其他非地震作用的水平荷载未超过结构总重力的10%。
以上几条均满足规范中关于建筑物采用隔震方案的规定。
2.2确定隔震层的位置隔震层设在基础顶部，橡胶隔震支座设置在受力较大的位置，其规格、数量和分布根据竖向承载力、侧向刚度和阻尼的要求通过计算确定。
隔震层在罕遇地震下应保持稳定，不宜出现不可恢复的变形。
隔震层橡胶支座在罕遇地震作用下，不宜出现拉应力。
2.3隔震层上部重力设计上部总重力为如表1.1所示。
3 隔震支座的选型和布置确定目标水平向减震系数为0.50，进行上部结构的设计，并计算出每个支座上的轴向力。
根据抗震规范相应要求，丙类建筑隔震支座平均应力限制不应大于15MPa，由此确定每个支座的直径（隔震装置平面布置图如图1.1所示，即各柱底部分别安置橡胶支座）。
图1.1 隔震支座布置图3.1确定轴向力竖向地震作用 G F v evk α==19261kN柱底轴力设计 kN N 84679竖向地震作用3.1活载）5.0恒载(2.1=⨯+⨯+⨯= 中柱柱底轴力 kN N 2057.92中= 边柱柱底轴力 kN N 1884.86边= 3．2确定隔震支座类型及数目中柱支座：LRB600型，竖向承载力2673KN ，共20个。
橡胶隔振器设计
E
丁晴
天然
丁晴
G
天然
弹性模量与硬度的关系 温度影响系数曲线
弹性模量 E ，G ，105
N /m 2 硬度值 H
t,℃λ
t
注：1、静刚度设计中，有三个独立尺寸，可根据具体安装情况，先假设两个尺寸，求出第三尺寸，然后用设计准则进行验算，若不满足设计准则，应重新假定尺寸，再进行计算，直至满足设计准则中的条件为止。
2、表中的E、G为橡胶材料的静态弹性模量，可按表橡胶材料的主要性能参数中给出的范围或弹性模量与硬度的关系图选定，计算所得刚度为静刚度，乘以动静比d即为隔振器动刚度。
3、表中计算的刚度为15℃情况下的刚度，当环境温度偏差大时，应用温度影响系数修正。
3、橡胶隔振器设计要点
⑴应根据使用环境和条件，选用合适的橡胶。
⑵注意橡胶与金属的粘接强度，避免粘接面处的应力集中。
⑶对于剪切变形隔振器，为了提高寿命，通常在垂直剪切方向给予适当预压缩，压缩方向刚度变硬，剪切方向硬度变软。
⑷隔振器应避免长期在受拉状态工作。
⑸由于有阻尼就要消耗能量，这部分损失的能量转换成热能，而橡胶是热的不良导体，为防止温升过高影响橡胶隔振性能，第一，橡胶隔振器不宜做得过大，其次，从结构上应采取易于散热的措施，或选用生热较少的天然橡胶。
正因橡胶隔振器能将部分能量转换成热能，降低了振动能量，达到减振目的，所以，常将橡胶隔振器称作减振器。
基于结构动力学的隔振器原理研究隔振器是一种能够减小结构振动、降低噪音和抑制震动传递的装置。
它的运作原理基于结构动力学的理论。
在各种工程和科学领域中，隔振器被广泛应用于建筑物、交通工具、电子设备以及其他需要控制振动和噪音的系统中。
本文旨在探讨基于结构动力学的隔振器原理研究。
结构动力学研究涉及了结构的自由振动和强迫振动响应，以及结构与外界激励之间的相互作用。
隔振器的设计需要考虑结构的特性和振动频率，以实现有效的振动控制。
隔振器的原理之一是利用弹性元件。
弹性元件可以吸收和分散结构振动的能量，从而减小振动的幅度和传递。
常见的弹性元件包括弹簧、橡胶垫和气囊。
这些元件具有高度的弹性和低刚度，能够在结构受到外界振动刺激时减小振动的传递。
另一个隔振器原理是采用质量阻尼器。
质量阻尼器可通过调节系统的质量和阻尼来控制结构的振动。
质量阻尼器的设计基于振动系统的自然频率和振动模态。
常见的质量阻尼器包括减震器、阻尼块和液体阻尼器。
通过调整质量的大小和阻尼的设置，能够减小结构的振动幅度和传递。
在隔振器设计过程中，还需要考虑位移限制和刚度调控。
位移限制是指在振动系统中约束结构的位移范围，以避免结构受到过大的振动影响。
刚度调控是通过调整系统的刚度来改变结构的振动频率和模态，以实现更好的隔振效果。
隔振器的性能评估和优化通常通过模拟和实验来进行。
结构动力学模型被广泛应用于预测和分析隔振器的效果。
这些模型可以通过有限元分析或其他数值方法求解，以得到结构的振动特性。
实验测试也是评估隔振器性能的重要手段，通过在实际结构上安装隔振器并进行振动测试，可以验证设计的有效性。
在实际应用中，隔振器可以根据不同的需求和应用场景进行定制设计。
例如，在建筑物中，隔振器可以用于减少地震和风振引起的结构振动。
在交通运输领域，隔振器可以改善车辆的稳定性和乘坐舒适度。
在电子设备中，隔振器可以减少振动对设备性能和寿命的影响。
综上所述，基于结构动力学的隔振器原理研究在振动控制领域起着重要作用。
