一种创新的准零刚度隔振器，通过双非线性刚度调节实现激励适应性的提升

《MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING》：An innovative quasi-zero stiffness isolator for excitation adaptability via dual nonlinear stiffness regulation

　　

雷宏伟|任辉|范伟|周平

摘要

传统的准零刚度（QZS）隔振器存在低频共振问题，这严重影响了其隔振性能并限制了其可用频率范围。本文提出了一种基于双非线性刚度调节的新型自适应激励QZS隔振器（AQZSI），该隔振器具有出色的共振抑制能力、宽频带隔振效果以及可变负载能力。实验原型由弹簧钢屈曲梁构成的负刚度机构和钕铁硼（NdFeB）磁铁构成的正刚度机构组成，这两种材料具有能耗低和阻尼特性好的优点。该隔振系统通过调节正刚度，在QZS隔振器和高刚度（HS）隔振器之间实现智能且快速的切换。通过及时识别激励频率，半主动控制系统能够使系统在低频时切换到HS模式，在高频时切换到QZS模式，从而有效缓解低频共振问题，并在高频时保持优异的隔振性能。此外，通过同时调节正刚度和负刚度来实现负载适应性调整，以满足不同载荷需求。文中进行了静态分析，并利用谐波平衡方法分析了动态特性。实验结果表明，与独立的QZS系统相比，AQZSI在低频区域的共振峰值降低了82.3%，并且其额定负载可根据负载情况轻松调整，验证了其在宽频带隔振和可变负载能力方面的优越性能。