CN105115690A - 一种隔振器多向阻抗矩阵及刚度测试试验装置和试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种隔振器多向阻抗矩阵及刚度测试试验装置和试验方法，用于检测加载状态下所述待测隔振器的纵横向和弯曲阻抗及刚度，包括左端质量块、右端质量块、左端弹性细绳索、左端空气弹簧、左端支撑架、浮动平台、右端弹性细绳索、右端空气弹簧、右端支撑架、激振器、阻抗头、加速度传感器、数据采集仪和计算机。本发明提供的隔振器纵横向和弯曲阻抗及刚度的试验装置和试验方法能够考虑隔振器受到静载的作用，方便地通过调整空气弹簧的气压来施加静载，获得更接近于真实工作状态下的隔振器刚度。

Description

一种隔振器多向阻抗矩阵及刚度测试试验装置和试验方法

技术领域

本发明涉及隔振器试验技术领域，具体涉及一种隔振器多向阻抗矩阵及刚度测试试验装置和试验方法。

背景技术

隔振器被广泛应用于机械设备的隔振中。决定隔振器隔振性能的动态刚度及阻抗是其关键参数，动态刚度及阻抗不仅和材料、结构有关，也和承受的载荷、频率有关。从理论建模的角度只能够预测隔振器刚度、阻抗的量级，准确的数值需要通过测试获得。从动力学响应的角度来看，隔振器工作在三向横向变形和复杂的弯曲变形状态，其横向阻抗、阻抗和弯曲刚度、阻抗都对隔振器的隔振性能有重要影响。因此，准确获取隔振器的横向刚度、阻抗和弯曲刚度、阻抗对于指导隔振器的选型与应用有重要参考价值。

隔振器阻抗和刚度的测试方法有直接测试方法和间接测试方法。直接测试方法如阻抗台等【Dickens,J.,Norwood,C.Universalmethodtomeasuredynamicperformanceofvibrationisolatorsunderstaticload.JournalofSoundandVibration,244(4):685-696,2001.】。目前，国外瑞典皇家技术学院(KTH)建立了不同载荷下隔振器6个自由度方向动刚度的测量方法，最高测量频率能够达到1000Hz。芬兰技术中心(VTT)参与制定了ISO10846隔振器动刚度测量国际标准。俄罗斯克雷洛夫研究院(KSRI)编制了隔振器机械阻抗、声阻抗的测试章程，测量频率5Hz～1000Hz，最大测量从、载荷近100吨。国内建立了单向加载状态下隔振器的三向阻抗测试方法。在测量的载荷覆盖范围、测量频率上限及测量参数多样性方面存在一定差距，缺乏20吨以上隔振器机械阻抗测试能力，上限频率为1000Hz。间接测试方法有导纳辨识方法【[13]Kim,S.,Singh,R.Multi-dimensionalcharacterizationofvibrationisolatorsoverawiderangeoffrequencies.JournalofSoundandVibration,245(5):877-913,2001.】，但是该方法无法施加静载。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提出了一种隔振器试验装置和试验方法，用于检测加载状态下所述待测隔振器的纵横向和弯曲阻抗及刚度。

本发明的技术方案如下：

一种隔振器多向阻抗矩阵及刚度测试试验装置，用于检测加载状态下所述待测隔振器的纵横向和弯曲阻抗及刚度，包括左端质量块、右端质量块、左端弹性细绳索、左端空气弹簧、左端支撑架、浮动平台、右端弹性细绳索、右端空气弹簧、右端支撑架、激振器、阻抗头、加速度传感器、数据采集仪和计算机，其中，

所述待测隔振器的两端分别连接左端质量块和右端质量块；

所述左端质量块的上部通过所述左端弹性细绳索自由悬挂，且所述左端质量块的左端连接所述左端空气弹簧，所述左端空气弹簧固定于所述左端支撑架的侧部，所述左端支撑架固定于所述浮动平台上；

所述右端质量块的上部通过所述右端弹性细绳索自由悬挂，且所述右端质量块的右端连接所述右端空气弹簧，所述右端空气弹簧固定于所述右端支撑架的侧部，所述右端支撑架固定于所述浮动平台上；

所述浮动平台上设置有滑槽，所述滑槽内设有左右两个滑块，其中，左滑块和右滑块分别连接所述左端支撑架和右端支撑架；

所述激振器通过悬挂件自由悬挂，用于依次在左端质量块和右端质量块上的传感器位置施加激励；

所述数据采集仪连接所述阻抗头、加速度传感器；

所述计算机用于根据所述数据采集仪收集的数据进行分析，得到所述待测隔振器的纵横向和弯曲阻抗及刚度。

进一步的，所述左端质量块和右端质量块采用长方形结构。

进一步的，所述左端质量块和右端质量块的水平中心线共线。

进一步的，所述左端支撑架和右端支撑架通过所述滑槽内的左滑块和右滑块调整隔振器的高度，以及左端空气弹簧和右端空气弹簧的充气高度。

进一步的，所述左端空气弹簧和右端空气弹簧的数量均为4-12个。

进一步的，对所述左端空气弹簧和右端空气弹簧施加静载时，所述左端空气弹簧和右端空气弹簧的刚度相等。

本发明同时提出了一种隔振器多向阻抗矩阵及刚度测试试验方法，用于检测加载状态下所述待测隔振器的纵横向和弯曲阻抗及刚度，采用上述的试验装置进行检测，其中隔振器阻抗在xoy平面内的三向自由度的具体测试流程步骤如下：

第一步，通过理论计算或实际测试获得左端质量块和右端质量块的导纳矩阵；

第二步，采用隔振器试验装置对左端空气弹簧和右端空气弹簧充气，待达到额定的静载荷，利用激振器在右端质量块上的某些激励点进行激励，通过布置在特定位置处的加速度传感器、激振器顶杆处的阻抗头对振动和激励力进行测试，通过激励力和加速度响应获得加速度导纳；

第三步，通过公式计算隔振器左右两端的导纳矩阵；

第四步，由测得的导纳矩阵求逆即可求得隔振器的阻抗矩阵；

第五步，由测得的阻抗矩阵可以进一步识别出隔振器的刚度，隔振器的阻抗可以表示为Z＝K-ω²M，式中K为隔振器刚度，M为隔振器的驻波质量，ω为角频率，由随频率变化的阻抗特性曲线，通过数值拟合可以拟合出K和M。

进一步的，第一步中，所述的导纳矩阵包含左端质量块与隔振器的连接点、右端质量块与隔振器的连接点以及左端质量块和右端质量块上传感器连接点之间的导纳矩阵；

令左端质量块左部测点为点1，左端质量块与隔振器的连接点为点2，右端质量块与隔振器的连接点为点3，右端质量块右部测点为点4；左端质量块和右端质量块导纳矩阵分别记为α_ij(i,j＝1,2)和γ_ij(i,j＝3,4)，其中原点导纳为α₁₁,α₂₂或γ₃₃,γ₄₄表示，跨点导纳采用α₁₂,α₂₁或γ₃₄,γ₄₃表示，另外规定由激励点到左端质量块和右端质量块上与隔振器连接点的导纳记为α₁₂或γ₄₃，由左端质量块和右端质量块上与隔振器连接点到激励点的导纳记为α₂₁或γ₃₄，左端质量块和右端质量块的纵向导纳为2×2的矩阵，横向导纳为4×4的矩阵，可以通过刚体理论得到左端质量块和右端质量块原点导纳和跨点导纳的解析表达式：

$H\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{1}{i\mathrm{\ω}}\left[\begin{array}{ccc}\frac{1}{m}+\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1c}\·{\mathrm{\Δy}}_{2c}}{J_{gc}}& -\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1c}\·{\mathrm{\Δx}}_{2c}}{J_{gc}}& -\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1c}}{J_{gc}}\\ -\frac{{\mathrm{\Δx}}_{1c}\·{\mathrm{\Δy}}_{2c}}{J_{gc}}& \frac{1}{m}+\frac{{\mathrm{\Δx}}_{1c}\·{\mathrm{\Δx}}_{2c}}{J_{gc}}& \frac{{\mathrm{\Δx}}_{1c}}{J_{gc}}\\ -\frac{{\mathrm{\Δy}}_{2c}}{J_{gc}}& \frac{{\mathrm{\Δx}}_{2c}}{J_{gc}}& \frac{1}{J_{gc}}\end{array}\right]$

式中x_i,y_i为激励点和响应点的坐标，x_c,y_c为刚体质心坐标，激励点、响应点与刚体质心之间的相对位置分别可以表示为{Δx_ic＝x_i-x_c,Δy_ic＝y_i-y_c}(i＝1,2)。

进一步的，所述第二步中，测试系统中特定点的导纳矩阵记为M，原点导纳记为M₁₁和M₄₄，跨点导纳记为M₁₄和M₄₁，

所述原点导纳和跨点导纳均为3×3的矩阵，通过测试三个方向激励下的测试数据，得以获取三向导纳矩阵M_ij，所述测试三个方向的激励对应三种不同的测试工况，所述三种不同的工况使用了相同的测试系统和装置，其中，原点导纳M₁₁的测试过程的步骤如下：

工况1中，测试纵向导纳，在点1处施加单位纵向力f_x1,1，测得点1的纵向加速度响应v_x1,1，下标中第一项x1代表点1处x方向的力或位移，第2项中的数字1代表测试工况；

工况2中，在点1处施加单位横向力f_y1,2，横向激励同时会激发出弯曲变形，需要同时测量这两个方向的响应，受到试验条件的限制，无法直接测得点1位置的转角，通过对相邻的1、2号测点的垂向响应v_y1,2、v_y2,2进行差分，近似计算点1处的转角θ_z1,2＝(v_y1,3-v_y1,2)/L_x1；

工况3中，测试系统在弯矩作用下的响应，由于无法直接在点1位置上施加弯矩，同样采用近似的方法，在点2处施加单位横向激励f_y2,3，将其等效为作用在1号点的绕_z轴弯矩以及作用在2号点的横向力，测得系统在该激励下的横向位移v_y1,3和近似转角θ_z1,3；

系统的原点导纳M₁₁，可以将其表示为：

$M_{11}=\left[\begin{array}{ccc}{v}_{x1,1}& 0& 0\\ 0& v_{y1,2}& (v_{y1,3}-v_{y1,2})/L_{x1}\\ 0& {\mathrm{\θ}}_{z1,2}& ({\mathrm{\θ}}_{z1,3}-{\mathrm{\θ}}_{z1,2})/L_{x1}\end{array}\right]$

同理，可以得到1-4、4-1、4-4测点之间的导纳矩阵M₁₄、M₄₁及M₄₄，

$M_{14}=\left[\begin{array}{ccc}{v}_{x4,1}& 0& 0\\ 0& v_{y4,2}& (v_{y4,3}-v_{y4,2})/L_{x2}\\ 0& {\mathrm{\θ}}_{z4,2}& ({\mathrm{\θ}}_{z4,3}-{\mathrm{\θ}}_{z4,2})/L_{x2}\end{array}\right]$

$M_{41}=\left[\begin{array}{ccc}{v}_{x1,4}& 0& 0\\ 0& v_{y1,5}& (v_{y1,6}-v_{y1,5})/L_{x1}\\ 0& {\mathrm{\θ}}_{z1,5}& ({\mathrm{\θ}}_{z1,6}-{\mathrm{\θ}}_{z1,5})/L_{\mathrm{\κ}1}\end{array}\right]$

$M_{44}=\left[\begin{array}{ccc}{v}_{x4,4}& 0& 0\\ 0& v_{y4,5}& (v_{y4,6}-v_{y4,5})/L_{x2}\\ 0& {\mathrm{\θ}}_{z4,5}& ({\mathrm{\θ}}_{z4,6}-{\mathrm{\θ}}_{z4,5})/L_{x2}\end{array}\right].$

进一步的，所述第三步中，假设隔振器的导纳矩阵为β，其原点导纳记为β₂₂、β₃₃，跨点导纳记为β₂₃和β₃₂，则可以通过以下公式进行计算：

β₃₃＝-γ₃₃-γ₃₄[[M₄₄-γ₄₄]-M₄₁[M₁₁-α₁₁]^-1M₁₄]^-1γ₄₃。

进一步的，隔振器阻抗在xoz平面内的三向自由度的具体测试流程步骤与在xoz平面内的三向自由度的具体测试流程步骤一致，或者将所述隔振器绕X轴旋转90度后进行测试。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明基于子结构导纳分解的辨识方法，利用已知质量块的导纳和测试得到的系统导纳来获得待测隔振器的导纳，测试原理简单明确，测试装置简单。

2.由于空气弹簧可以实现高静刚度低动刚度非线性刚度特性，因此可以提供较大的静载荷，同时提供较低的支撑频率，这样既可以实现加载，也可以避免对隔振器性能的影响。

3.本发明提供的隔振器纵横向和弯曲阻抗及刚度的辨识方法及试验装置能够考虑隔振器受到静载的作用，能够方便地通过调整左端空气弹簧和右端空气弹簧的气压来施加静载，获得更接近于真实工作状态下的隔振器刚度、阻抗。

附图说明

图1为本发明的试验装置示意图；

图2为本发明中空气弹簧的工作点；

图3为本发明系统导纳测试时测点布置图；

图4为本发明以xoy平面内为例时的施加纵向激励力的测试工况示意图；

图5为本发明以xoy平面内为例时的施加横向激励力的测试工况示意图；

图6为本发明以xoy平面内为例时的施加弯矩的测试工况示意图。

【主要符号说明】

1隔振器

2左端质量块

3右端质量块

4左端弹性细绳索

5左端空气弹簧

6左端支撑架

7浮动平台

8右端弹性细绳索

9右端空气弹簧

10右端支撑架

11激振器

12阻抗头

13加速度传感器

14数据采集仪

15计算机

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，公开了一种隔振器试验装置，用于检测加载状态下所述待测隔振器1的纵横向和弯曲阻抗及刚度，包括左端质量块2、右端质量块3、左端弹性细绳索4、左端空气弹簧5、左端支撑架6、浮动平台7、右端弹性细绳索8、右端空气弹簧9、右端支撑架10、激振器11、阻抗头12、加速度传感器13、数据采集仪14和计算机15，其中，所述待测隔振器1的两端分别连接左端质量块2和右端质量块3；所述左端质量块2的上部通过所述左端弹性细绳索4自由悬挂，且所述左端质量块2的左端连接所述4-12个左端空气弹簧5；所述左端空气弹簧5通过螺栓固定于所述左端支撑架6的侧部；所述左端支撑架6的底部通过螺栓固定于所述浮动平台7上；所述右端质量块3的上部通过所述右端弹性细绳索8自由悬挂，且所述右端质量块3的右端连接所述4-12个右端空气弹簧9；所述右端空气弹簧9通过螺栓固定于所述右端支撑架10的侧部；所述右端支撑架10的底部通过螺栓固定于所述浮动平台7上；所述浮动平台7上设置有滑槽，所述滑槽内设有左右两个滑块，其中，左滑块和右滑块分别连接所述左端支撑架6和右端支撑架10，可以通过调整在滑槽中的位置适应不同高度隔振器、空气弹簧不同的充气高度，并且由于左端空气弹簧5和右端空气弹簧9的质量较轻，不会对左端质量块2和右端质量块3在垂向的振动产生影响；所述激振器11通过悬挂件自由悬挂于所述右端质量块3或左端质量块2的外侧，用于依次在左端质量块2和右端质量块3上的传感器位置施加激励；所述数据采集仪14连接所述阻抗头12、加速度传感器13；所述计算机15用于针对所述数据采集仪14收集的数据进行分析，得到所述待测隔振器1的纵横向和弯曲阻抗及刚度。

试验装置采用空气弹簧提供静载荷，由于空气弹簧的质量较轻，不会对质量块在垂向的振动产生影响；由于空气弹簧可以实现高静刚度低动刚度非线性刚度特性，因此可以提供较大的静载荷，同时提供较低的支撑频率，这样既可以实现加载，也可以避免对隔振器1性能的影响。

进一步的，所述左端质量块2和右端质量块3采用便于计算其导纳的长方形结构。

进一步的，所述左端弹性细绳索4和右端弹性细绳索8对称悬挂于所述左端质量块2和右端质量块3的顶部，使得所述左端质量块2和右端质量块3的水平中心线共线，隔振器1不会发生额外的弯曲变形。

进一步的，所述左端支撑架6和右端支撑架10通过所述滑槽调整隔振器1的高度，以及左端空气弹簧5和右端空气弹簧9的充气高度。

优选的，对所述左端空气弹簧5和右端空气弹簧9施加静载时，所述左端空气弹簧5和右端空气弹簧9的刚度相等，如图2所示。

利用已知的左端质量块2和右端质量块3将待测隔振器1连接好，按照所示的试验装置构造试验系统。对空气弹簧充气达到额定的静载荷。

利用激振器11对右端质量块3上的特定激励点依次进行激励，通过布置在右端质量块3和左端质量块2上的加速度传感器13、激振器11顶杆处的阻抗头12对振动和激励力进行测试，通过激励力和加速度响应获得系统右端质量块3的原点导纳、右端质量块3上不同点之间的跨点加速度导纳及右端质量块3到左端质量块2的跨点加速度导纳。

当右端质量块3上的点激励完后，利用激振器11对左端质量块2上的传感器安装点依次进行激励，通过布置在左端质量块2和右端质量块3上的加速度传感器13、激振器11顶杆处的阻抗头12对振动和激励力进行测试，通过激励力和加速度响应获得系统质量块的原点导纳、左端质量块2上不同点之间的跨点加速度导纳及左端质量块2到右端质量块3的跨点加速度导纳。

实施例2

一种隔振器试验方法，用于检测加载状态下所述待测隔振器1的纵横向和弯曲阻抗及刚度，采用上述试验装置进行检测，其中隔振器1阻抗在xoy平面内的三向自由度的具体测试流程步骤如下：

第一步，通过理论计算或实际测试获得左端质量块2和右端质量块3的导纳矩阵；

第二步，采用隔振器1试验装置对左端空气弹簧5和右端空气弹簧9充气，待达到额定的静载荷，利用激振器11在右端质量块3上的某些激励点进行激励，通过布置在特定位置处的加速度传感器13、激振器11顶杆处的阻抗头12对振动和激励力进行测试，通过激励力和加速度响应获得加速度导纳；

第三步，通过公式计算隔振器1左右两端的导纳矩阵；

第四步，由测得的导纳矩阵求逆即可求得隔振器1的阻抗矩阵；

第五步，由测得的阻抗矩阵可以进一步识别出隔振器1的刚度，隔振器1的阻抗可以表示为Z＝K-ω²M，式中K为隔振器刚度，M为隔振器的驻波质量，ω为角频率，由随频率变化的阻抗特性曲线，通过数值拟合可以拟合出K和M。

具体的，其中第一步，所述的导纳矩阵包含左端质量块2与隔振器1的连接点、右端质量块3与隔振器1的连接点以及左端质量块2和右端质量块3上传感器连接点之间的导纳矩阵；

如图3所示，令左端质量块2左部测点为点1，左端质量块2与隔振器1的连接点为点2，右端质量块3与隔振器1的连接点为点3，右端质量块3右部测点为点4。左端质量块2和右端质量块3导纳矩阵分别记为α_ij(i,j＝1,2)和γ_ij(i,j＝3,4)，其中原点导纳为α₁₁,α₂₂或γ₃₃,γ₄₄表示，跨点导纳采用α₁₂,α₂₁或γ₃₄,γ₄₃表示，另外规定由激励点到左端质量块2和右端质量块3上上与隔振器1连接点的导纳记为α₁₂或γ₄₃，由左端质量块2和右端质量块3上与隔振器1连接点到激励点的导纳记为α₂₁或γ₃₄。左端质量块2和右端质量块3的纵向导纳为2×2的矩阵，横向导纳为4×4的矩阵，可以通过刚体理论得到左端质量块2和右端质量块3原点导纳和跨点导纳的解析表达式。

$H\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{1}{i\mathrm{\ω}}\left[\begin{array}{ccc}\frac{1}{m}+\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1c}\·{\mathrm{\Δy}}_{2c}}{J_{gc}}& -\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1c}\·{\mathrm{\Δx}}_{2c}}{J_{gc}}& -\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1c}}{J_{gc}}\\ -\frac{{\mathrm{\Δx}}_{1c}\·{\mathrm{\Δy}}_{2c}}{J_{gc}}& \frac{1}{m}+\frac{{\mathrm{\Δx}}_{1c}\·{\mathrm{\Δx}}_{2c}}{J_{gc}}& \frac{{\mathrm{\Δx}}_{1c}}{J_{gc}}\\ -\frac{{\mathrm{\Δy}}_{2c}}{J_{gc}}& \frac{{\mathrm{\Δx}}_{2c}}{J_{gc}}& \frac{1}{J_{gc}}\end{array}\right]$

式中x_i,y_i为激励点和响应点的坐标，x_c,y_c为刚体质心坐标，激励点、响应点与刚体质心之间的相对位置分别可以表示为{Δx_ic＝x_i-x_c,Δy_ic＝y_i-y_c}(i＝1,2)。

具体的第二步中，对左端空气弹簧5和右端空气弹簧9充气达到额定的静载荷，利用激振器11在右端质量块3上的某些激励点进行激励，通过布置在特定位置处的加速度传感器13、激振器11顶杆处的阻抗头12对振动和激励力进行测试，通过激励力和加速度响应获得加速度导纳，假设测试系统中特定点的导纳矩阵记为M。原点导纳表示为M₁₁和M₄₄，而跨点导纳表示为M₁₄和M₄₁。所述原点导纳和跨点导纳均为3×3的矩阵，通过测试三个方向激励下的测试数据，得以获取三向导纳矩阵M_ij，所述测试三个方向的激励对应三种不同的测试工况，所述三种不同的工况使用了相同的测试系统和装置，只是激励工况和响应位置不一样。其中，原点导纳M₁₁的测试过程的步骤如下：

工况1中，测试纵向导纳，在点1处施加单位纵向力f_x1,1，测得点1的纵向加速度响应v_x1,1，下标中第一项x1代表点1处x方向的力或位移，第2项中的数字1代表测试工况。

工况2中，在点1处施加单位横向力f_y1,2，横向激励同时会激发出弯曲变形，需要同时测量这两个方向的响应。受到试验条件的限制，无法直接测得点1位置的转角，通过对相邻的1、2号测点的垂向响应v_y1,2、v_y2,2进行差分，近似计算点1处的转角θ_z1,2。

工况3中，测试系统在弯矩作用下的响应，由于无法直接在点1位置上施加弯矩，同样采用近似的方法，在点2处施加单位横向激励f_y2,3，将其等效为作用在1号点的绕_z轴弯矩以及作用在2号点的横向力，测得系统在该激励下的横向位移v_y1,3和近似转角θ_z1,3。

系统的原点导纳M₁₁，可以将其表示为：

$M_{11}=\left[\begin{array}{ccc}{v}_{x1,1}& 0& 0\\ 0& v_{y1,2}& (v_{y1,3}-v_{y1,2})/L_{x1}\\ 0& {\mathrm{\θ}}_{z1,2}& ({\mathrm{\θ}}_{z1,3}-{\mathrm{\θ}}_{z1,2})/L_{x1}\end{array}\right]$

同理，可以得到1-4、4-1、4-4测点之间的导纳矩阵M₁₄、M₄₁及M₄₄。

$M_{14}=\left[\begin{array}{ccc}{v}_{x4,1}& 0& 0\\ 0& v_{y4,2}& (v_{y4,3}-v_{y4,2})/L_{x2}\\ 0& {\mathrm{\θ}}_{z4,2}& ({\mathrm{\θ}}_{z4,3}-{\mathrm{\θ}}_{z4,2})/L_{x2}\end{array}\right]$

$M_{41}=\left[\begin{array}{ccc}{v}_{x1,4}& 0& 0\\ 0& v_{y1,5}& (v_{y1,6}-v_{y1,5})/L_{x1}\\ 0& {\mathrm{\θ}}_{z1,5}& ({\mathrm{\θ}}_{z1,6}-{\mathrm{\θ}}_{z1,5})/L_{x1}\end{array}\right]$

$M_{44}=\left[\begin{array}{ccc}{v}_{x4,4}& 0& 0\\ 0& v_{y4,5}& (v_{y4,6}-v_{y4,5})/L_{x2}\\ 0& {\mathrm{\θ}}_{z4,5}& ({\mathrm{\θ}}_{z4,6}-{\mathrm{\θ}}_{z4,5})/L_{x2}\end{array}\right]$

具体的第三步中，假设隔振器1的导纳矩阵为β，其原点导纳记为β₂₂、β₃₃，跨点导纳记为β₂₃和β₃₂，则可以通过以下公式进行计算：

β₃₃＝-γ₃₃-γ₃₄[[M₄₄-γ₄₄]-M₄₁[M₁₁-α₁₁]^-1M₁₄]^-1γ₄₃

上述测试过程为隔振器1阻抗在xoy平面内的三向自由度的具体测试流程步骤，而隔振器1阻抗在xoz平面内的三向自由度的具体测试流程步骤与在xoz平面内的三向自由度的具体测试流程步骤是一致的，或者将所述隔振器1绕X轴旋转90度后进行测试。

本发明采用了以上试验装置及辨识方法后，具有以下技术效果：

1.本发明基于子结构导纳分解的辨识方法，利用已知质量块的导纳和测试得到的系统导纳来获得待测隔振器的导纳，测试原理简单明确，测试装置简单。

2.由于空气弹簧可以实现高静刚度低动刚度非线性刚度特性，因此可以提供较大的静载荷，同时提供较低的支撑频率，这样既可以实现加载，也可以避免对隔振器性能的影响。

3.本发明提供的隔振器纵横向和弯曲阻抗及刚度的辨识方法及试验装置能够考虑隔振器受到静载的作用，能够方便地通过调整左端空气弹簧和右端空气弹簧的气压来施加静载，获得更接近于真实工作状态下的隔振器刚度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种隔振器多向阻抗矩阵及刚度测试试验装置，用于检测加载状态下所述待测隔振器的纵横向和弯曲阻抗及刚度，其特征在于，包括左端质量块、右端质量块、左端弹性细绳索、左端空气弹簧、左端支撑架、浮动平台、右端弹性细绳索、右端空气弹簧、右端支撑架、激振器、阻抗头、加速度传感器、数据采集仪和计算机，其中，

所述待测隔振器的两端分别连接左端质量块和右端质量块；

所述左端质量块的上部通过所述左端弹性细绳索自由悬挂，且所述左端质量块的左端连接所述左端空气弹簧，所述左端空气弹簧固定于所述左端支撑架的侧部，所述左端支撑架固定于所述浮动平台上；

所述右端质量块的上部通过所述右端弹性细绳索自由悬挂，且所述右端质量块的右端连接所述右端空气弹簧，所述右端空气弹簧固定于所述右端支撑架的侧部，所述右端支撑架固定于所述浮动平台上；

所述浮动平台上设置有滑槽，所述滑槽内设有左右两个滑块，其中，左滑块和右滑块分别连接所述左端支撑架和右端支撑架；

所述激振器通过悬挂件自由悬挂，用于依次在左端质量块和右端质量块上的传感器位置施加激励；

所述数据采集仪连接所述阻抗头、加速度传感器；

所述计算机用于根据所述数据采集仪收集的数据进行分析，得到所述待测隔振器的纵横向和弯曲阻抗及刚度。

2.如权利要求1所述的一种隔振器多向阻抗矩阵及刚度测试试验装置，其特征在于，所述左端质量块和右端质量块采用长方形结构。

3.如权利要求1所述的一种隔振器多向阻抗矩阵及刚度测试试验装置，其特征在于，所述左端质量块和右端质量块的水平中心线共线。

4.如权利要求1所述的一种隔振器多向阻抗矩阵及刚度测试试验装置，其特征在于，所述左端支撑架和右端支撑架通过所述滑槽内的左滑块和右滑块调整隔振器的高度，以及左端空气弹簧和右端空气弹簧的充气高度。

5.如权利要求1所述的一种隔振器多向阻抗矩阵及刚度测试试验装置，其特征在于，所述左端空气弹簧和右端空气弹簧的数量均为4-12个。

6.如权利要求1所述的一种隔振器多向阻抗矩阵及刚度测试试验装置，其特征在于，对所述左端空气弹簧和右端空气弹簧施加静载时，所述左端空气弹簧和右端空气弹簧的刚度相等。

7.一种隔振器多向阻抗矩阵及刚度测试试验方法，用于检测加载状态下所述待测隔振器的纵横向和弯曲阻抗及刚度，其特征在于，采用权利要求1-6中任一项所述的试验装置进行检测，其中隔振器阻抗在xoy平面内的三向自由度的具体测试流程步骤如下：

第一步，通过理论计算或实际测试获得左端质量块和右端质量块的导纳矩阵；

第二步，采用隔振器试验装置对左端空气弹簧和右端空气弹簧充气，待达到额定的静载荷，利用激振器在右端质量块上的某些激励点进行激励，通过布置在特定位置处的加速度传感器、激振器顶杆处的阻抗头对振动和激励力进行测试，通过激励力和加速度响应获得加速度导纳；

第三步，通过公式计算隔振器左右两端的导纳矩阵；

第四步，由测得的导纳矩阵求逆即可求得隔振器的阻抗矩阵；

第五步，由测得的阻抗矩阵可以进一步识别出隔振器的刚度，隔振器的阻抗可以表示为Z＝K-ω²M，式中K为隔振器刚度，M为隔振器的驻波质量，ω为角频率，由随频率变化的阻抗特性曲线，通过数值拟合可以拟合出K和M。

8.如权利要求7所述的一种隔振器多向阻抗矩阵及刚度测试试验方法，其特征在于，

第一步中，所述的导纳矩阵包含左端质量块与隔振器的连接点、右端质量块与隔振器的连接点以及左端质量块和右端质量块上传感器连接点之间的导纳矩阵；

令左端质量块左部测点为点1，左端质量块与隔振器的连接点为点2，右端质量块与隔振器的连接点为点3，右端质量块右部测点为点4；左端质量块和右端质量块导纳矩阵分别记为α_ij(i,j＝1,2)和γ_ij(i,j＝3,4)，其中原点导纳为α₁₁,α₂₂或γ₃₃,γ₄₄表示，跨点导纳采用α₁₂,α₂₁或γ₃₄,γ₄₃表示，另外规定由激励点到左端质量块和右端质量块上与隔振器连接点的导纳记为α₁₂或γ₄₃，由左端质量块和右端质量块上与隔振器连接点到激励点的导纳记为α₂₁或γ₃₄，左端质量块和右端质量块的纵向导纳为2×2的矩阵，横向导纳为4×4的矩阵，可以通过刚体理论得到左端质量块和右端质量块原点导纳和跨点导纳的解析表达式：

$H\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{1}{i\mathrm{\ω}}\left[\begin{array}{ccc}\frac{1}{m}+\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1c}\·{\mathrm{\Δy}}_{2c}}{J_{gc}}& -\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1c}\·{\mathrm{\Δx}}_{2c}}{J_{gc}}& -\frac{{\mathrm{\Δy}}_{1c}}{J_{gc}}\\ -\frac{{\mathrm{\Δx}}_{1c}\·{\mathrm{\Δy}}_{2c}}{J_{gc}}& \frac{1}{m}+\frac{{\mathrm{\Δx}}_{1c}\·{\mathrm{\Δx}}_{2c}}{J_{gc}}& \frac{{\mathrm{\Δx}}_{1c}}{J_{gc}}\\ -\frac{{\mathrm{\Δy}}_{2c}}{J_{gc}}& \frac{{\mathrm{\Δx}}_{2c}}{J_{gc}}& \frac{1}{J_{gc}}\end{array}\right]$

式中x_i,y_i为激励点和响应点的坐标，x_c,y_c为刚体质心坐标，激励点、响应点与刚体质心之间的相对位置分别可以表示为{Δx_ic＝x_i-x_c,Δy_ic＝y_i-y_c}(i＝1,2)。

9.如权利要求8所述的一种隔振器多向阻抗矩阵及刚度测试试验方法，其特征在于，所述第二步中，测试系统中特定点的导纳矩阵记为M，原点导纳记为M₁₁和M₄₄，跨点导纳记为M₁₄和M₄₁，

所述原点导纳和跨点导纳均为3×3的矩阵，通过测试三个方向激励下的测试数据，得以获取三向导纳矩阵M_ij，所述测试三个方向的激励对应三种不同的测试工况，所述三种不同的工况使用了相同的测试系统和装置，其中，原点导纳M₁₁的测试过程的步骤如下：

工况1中，测试纵向导纳，在点1处施加单位纵向力f_x1,1，测得点1的纵向加速度响应v_x1,1，下标中第一项x1代表点1处x方向的力或位移，第2项中的数字1代表测试工况；

工况2中，在点1处施加单位横向力f_y1,2，横向激励同时会激发出弯曲变形，需要同时测量这两个方向的响应，受到试验条件的限制，无法直接测得点1位置的转角，通过对相邻的1、2号测点的垂向响应v_y1,2、v_y2,2进行差分，近似计算点1处的转角θ_z1,2＝(v_y1,3-v_y1,2)/L_x1；

工况3中，测试系统在弯矩作用下的响应，由于无法直接在点1位置上施加弯矩，同样采用近似的方法，在点2处施加单位横向激励f_y2,3，将其等效为作用在1号点的绕z轴弯矩以及作用在2号点的横向力，测得系统在该激励下的横向位移v_y1,3和近似转角θ_z1,3；

系统的原点导纳M₁₁，可以将其表示为：

$M_{11}=\left[\begin{array}{ccc}{v}_{x1,1}& 0& 0\\ 0& v_{y1,2}& (v_{y1,3}-v_{y1,2})/L_{x1}\\ 0& {\mathrm{\θ}}_{z1,2}& ({\mathrm{\θ}}_{z1,3}-{\mathrm{\θ}}_{z1,2})/L_{x1}\end{array}\right]$

同理，可以得到1-4、4-1、4-4测点之间的导纳矩阵M₁₄、M₄₁及M₄₄，

$M_{14}=\left[\begin{array}{ccc}{v}_{x4,1}& 0& 0\\ 0& v_{y4,2}& (v_{y4,3}-v_{y4,2})/L_{x2}\\ 0& {\mathrm{\θ}}_{z4,2}& ({\mathrm{\θ}}_{z4,3}-{\mathrm{\θ}}_{z4,2})/L_{x2}\end{array}\right]$

$M_{41}=\left[\begin{array}{ccc}{v}_{x1,4}& 0& 0\\ 0& v_{y1,5}& (v_{y1,6}-v_{y1,5})/L_{x1}\\ 0& {\mathrm{\θ}}_{z1,5}& ({\mathrm{\θ}}_{z1,6}-{\mathrm{\θ}}_{z1,5})/L_{x1}\end{array}\right]$

$M_{44}=\left[\begin{array}{ccc}{v}_{x4,4}& 0& 0\\ 0& v_{y4,5}& (v_{y4,6}-v_{y4,5})/L_{x2}\\ 0& {\mathrm{\θ}}_{z4,5}& ({\mathrm{\θ}}_{z4,6}-{\mathrm{\θ}}_{z4,5})/L_{x2}\end{array}\right].$

10.如权利要求9所述的一种隔振器多向阻抗矩阵及刚度测试试验方法，其特征在于，所述第三步中，假设隔振器的导纳矩阵为β，其原点导纳记为β₂₂、β₃₃，跨点导纳记为β₂₃和β₃₂，则可以通过以下公式进行计算：

β₃₃＝-γ₃₃-γ₃₄[[M₄₄-γ₄₄]-M₄₁[M₁₁-α₁₁]^-1M₁₄]^-1γ₄₃。

11.如权利要求7所述的一种隔振器多向阻抗矩阵及刚度测试试验方法，其特征在于，隔振器阻抗在xoz平面内的三向自由度的具体测试流程步骤与在xoz平面内的三向自由度的具体测试流程步骤一致，或者将所述隔振器绕X轴旋转90度后进行测试。