CN112343960B - 一种六自由度地面振动隔离系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种被动式宽频六自由度地面振动隔离系统，属于隔振与精密测量技术领域。所述振动隔离系统包括刚性支撑平台和柔性曲梁，三个以上柔性曲梁均匀安装在刚性支撑平台的圆周方向，主要通过调控柔性曲梁的形状以及尺寸，使该振动隔离系统能够在宽频范围内隔离来自地面或其他振源的X、Y、Z三个方向的线振动和角振动，而且该振动隔离系统具有结构简单、易于设计制造、体积小、易于携带以及安装方便等优点，具有很好的应用前景。

Description

一种六自由度地面振动隔离系统
技术领域
本发明涉及一种被动式宽频六自由度地面振动隔离系统，属于隔振与精密测量技术领域。
背景技术
随着以航天工业为代表的高精尖科技领域发展，精密仪器与复杂机电设备的应用越来越广泛，对先进测量技术提出了更高的要求。对精密装备关键参数的准确测量不仅需要高精度的传感器，还需要对测试环境状态进行严格控制。地面环境振动产生的原因多种多样且具有频带宽、分布随机的特点，对航天器整体以及各关键部件的地面测试影响广泛。因此，在航天器部件地面测试过程中，必须考虑环境扰振的影响，并设计宽频适用的隔振系统来保证准确、可靠的测量结果。
现有对来自地面扰振的隔振技术或手段主要是在扰振传播路径上或受控对象上进行设计，常用的地面测量系统抑振设计主要有气浮平台隔振器、悬吊式隔振器、阻尼吸振器。气浮平台主要隔离来自平台之外的环境振动，但是无法隔离平台上的扰振，即气浮平台上多个设备同时工作时产生的相互扰振影响。此外，气浮平台体积普遍偏大，不易于移动与卸装。悬吊式隔振器结构相对复杂，对安装拆卸精度要求较高，限制了其使用范围。阻尼吸振器在低频区域吸振效果不佳，且给系统带来很大的附加质量。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种六自由度地面振动隔离系统，该系统能够在宽频范围内隔离来自地面或其他振源的X、Y、Z三个方向的线振动和角振动，而且具有结构简单、体积小、易于携带以及安装方便等优点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种六自由度地面振动隔离系统，所述振动隔离系统包括刚性支撑平台和柔性曲梁；
刚性支撑平台是一个圆台，圆台的外圆周面上均布n个安装平面，n≥3；
柔性曲梁是由内连接单元、曲面单元以及外连接单元依次连接形成的等截面一体化结构，内连接单元和外连接单元是结构相同的矩形结构，曲面单元为周期性三维曲面结构(包括类方波三维曲面结构或类正弦三维曲面结构等，而类正弦三维曲面结构能有效地改进由类方波等含折角三维曲面结构所带来的应力集中问题)；
刚性支撑平台的n个安装平面与n个柔性曲梁的内连接单元一一对应固连，即刚性支撑平台沿圆周方向均匀安装有n个柔性曲梁，每一个柔性曲梁的外连接单元与地面(或测试平台)固连。
柔性曲梁的曲面单元为类方波三维曲面结构时，可以由方波二维平面形状拉伸而成，曲面单元的中心线是方波曲线，其表达式记为y＝Hsgn(sin(πx/L2))，0≤x≤mL2，sgn为符号函数，H为方波曲线的幅值，L2为方波曲线的半周期，m为曲面单元中半周期的个数，m为奇数时曲面单元是轴对称图形，m为偶数时曲面单元是中心对称图形，柔性曲梁的厚度为T，柔性曲梁的宽度记为B，内连接单元和外连接单元的长度均为L1。
柔性曲梁的曲面单元为类正弦曲面结构时，可以由垂直于中心线的线段沿中心线扫掠形成，曲面单元的中心线是正弦曲线，其表达式记为y＝Hsin(πx/L2)，0≤x≤mL2，H为正弦曲线的幅值，L2为正弦曲线的半周期，m为曲面单元中半周期的个数，m为奇数时曲面单元是轴对称图形，m为偶数时曲面单元是中心对称图形，柔性曲梁的厚度为T，柔性曲梁的宽度记为B，内连接单元和外连接单元的长度均为L1。
T对隔振效果的影响：T增大，振动隔离系统在Z方向上的起始隔振频率会上升，T减小，振动隔离系统在Z方向上的起始隔振频率会下降；
B对隔振效果的影响：B增大，振动隔离系统在X/Y方向上的起始隔振频率会上升，B减小，振动隔离系统在X/Y方向上的起始隔振频率会下降；
H对隔振效果的影响：H增大，振动隔离系统在Z方向上的起始隔振频率会下降，H减小，振动隔离系统在Z方向上的起始隔振频率会上升；
L1对隔振效果的影响：L1增大，振动隔离系统在Z方向上的起始隔振频率会下降，L1减小，振动隔离系统在Z方向上的起始隔振频率会上升；
L2对隔振效果的影响：L2增大，振动隔离系统在Z方向上的起始隔振频率会下降，L2减小，振动隔离系统在Z方向上的起始隔振频率会上升；
其中，满足几何关系T<L2；起始隔振频率是指开始有隔振效果的频率。
进一步地，曲面单元的周期数M≥2时，曲面单元中一个周期数对应的结构记为周期重复结构，则曲面单元中的M个周期重复结构可以沿同一方向依次连接形成，也可以沿不同方向依次连接形成；主要对Z方向振动进行隔离时，M个周期重复结构优选沿不同方向依次连接；主要对X方向振动进行隔离时，M个周期重复复结构优选沿同一方向依次连接。
进一步地，n以及m的个数可以以根据不同的载荷要求进行适量增减；其中，被测物为圆柱体时，n优选为4；被测物为N棱柱结构时，优选n与N相等。
进一步地，刚性支撑平台选用杨氏模量不小于200GPa的金属材料，且刚性支撑平台材料的杨氏模量为柔性曲梁材料的杨氏模量的2.8倍以上；例如，刚性支撑平台的材料可以选用钢材，柔性曲梁的材料可以选用铝合金。
本发明所述的振动隔离系统，通过调控柔性曲梁的形状和尺寸，可以精确控制柔性曲梁三个方向上的刚度，进而根据隔振器原理，对三个方向上的振动力和力矩产生很好的隔离效果，单个柔性曲梁受迫振动的控制方程为：
[K][Δ]-ω2[M0][Δ]＝[F]
其中，[K]为单个柔性曲梁的6x6刚度矩阵，[M0]为单个柔性曲梁的6x6广义惯性量(质量和转动惯量)矩阵，[Δ]为单个柔性曲梁的广义位移矩阵，[F]为广义激振力，ω为激励频率。由n个柔性曲梁构成的振动隔离系统的受迫振动控制方程为：
Figure BDA0002763062600000031
其中，[M]是振动隔离系统的质量矩阵，下标i表示第i个柔性曲梁。当激励频率大于
Figure BDA0002763062600000032
倍系统共振频率时，振动隔离系统开始有隔振效果。
有益效果：
(1)本发明简化了振动隔离系统的设计，结构紧凑，占用空间小，有效缩短了隔振产品的开发周期；
(2)本发明所述的振动隔离系统能够有效承载待测装置，并能宽频的隔离来自地面或其他来源的三个方向(X、Y、Z)的线振动和三个方向(X、Y、Z)的角振动；
(3)本发明所述的振动隔离系统结构简单、易于设计制造、方便安装、利于携带。
附图说明
图1为实施例1中所述振动隔离系统的结构示意图。
图2为实施例1中柔性曲梁的平面二维结构示意图。
图3为实施例1中柔性曲梁的空间三维结构示意图。
图4为实施例1中所述振动隔离系统在仅有X方向位移载荷下的隔振效果图。
图5为实施例1中所述振动隔离系统在仅有Z方向位移载荷下的隔振效果图。
图6为实施例2中所述振动隔离系统的结构示意图。
图7为实施例2中柔性曲梁的平面二维结构示意图。
图8为实施例2中柔性曲梁的空间三维结构示意图。
图9为实施例2中所述振动隔离系统在仅有X方向位移载荷下的隔振效果图。
图10为实施例2中所述振动隔离系统在仅有Z方向位移载荷下的隔振效果图。
图11为实施例3中所述振动隔离系统的结构示意图。
图12为实施例3中柔性曲梁的平面二维结构示意图。
图13为实施例3中柔性曲梁的空间三维结构示意图。
图14为实施例3中所述振动隔离系统在仅有X方向位移载荷下的隔振效果图。
图15为实施例3中所述振动隔离系统在仅有Z方向位移载荷下的隔振效果图。
图16为实施例4中所述振动隔离系统的结构示意图。
图17为实施例4中柔性曲梁的空间三维结构示意图。
图18为实施例4中所述振动隔离系统在仅有X方向位移载荷下的隔振效果图。
图19为实施例4中所述振动隔离系统在仅有Z方向位移载荷下的隔振效果图。
图20为实施例5中所述振动隔离系统的结构示意图。
图21为实施例5中所述振动隔离系统在仅有X方向位移载荷下的隔振效果图。
图22为实施例5中所述振动隔离系统在仅有Y方向位移载荷下的隔振效果图。
图23为实施例5中所述振动隔离系统在仅有Z方向位移载荷下的隔振效果图。
图24为实施例6中所述振动隔离系统的结构示意图。
图25为实施例6中柔性曲梁的平面二维结构示意图。
图26为实施例6中柔性曲梁的平面二维尺寸示意图。
图27为实施例6中柔性曲梁的空间三维结构示意图。
图28为实施例6中所述振动隔离系统在仅有X方向位移载荷下的隔振效果图。
图29为实施例6中所述振动隔离系统在仅有Z方向位移载荷下的隔振效果图。
图30为实施例7中含有被测物的振动隔离系统的结构示意图。
图31为实施例7中所述振动隔离系统在仅有X方向位移载荷下的隔振效果图。
图32为实施例7中所述振动隔离系统在仅有Z方向位移载荷下的隔振效果图。
图33为实施例8中所述振动隔离系统在仅有Z方向位移载荷下的隔振效果图。
其中，10-柔性曲梁，11-内连接单元、12-曲面单元，13-外连接单元，20-刚性支撑平台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法。
实施例1
一种六自由度地面振动隔离系统包括刚性支撑平台20和四个柔性曲梁10，如图1所示；
刚性支撑平台20是一个结构钢材质的圆台，半径r＝62.5mm，厚度d＝5mm，杨氏模量为200GPa，密度为7850kg/m3，圆台的外圆周面上对称加工有四个安装平面；
柔性曲梁10是采用6063铝合金制成的等截面一体化结构，杨氏模量为69GPa，密度为2700kg/m3，可以分为内连接单元11、曲面单元12以及外连接单元13三部分，如图2所示；内连接单元11和外连接单元13是结构相同的矩形结构，其长度L1＝32.5mm，如图2和图3所示；曲面单元12为类方波三维曲面结构，曲面单元12的中心线是方波曲线，方波曲线的幅值H＝30mm，方波曲线的半周期L2＝15mm，方波曲线的周期数M＝1(或m＝2)，曲面单元12是中心对称图形，如图2和图3所示；柔性曲梁10的厚度T＝5mm，柔性曲梁10的宽度B＝5mm，如图2和图3所示；
刚性支撑平台20的四个安装平面与四个柔性曲梁10的内连接单元11一一对应固连，四个柔性曲梁10的外连接单元13分别与地面(或测试平台)固连。
采用商业有限元元件COMSOL对本实施例所述的振动隔离系统进行仿真计算，得到该振动隔离系统的有效隔振范围。在仅有X方向位移加载情况下，该振动隔离系统有效隔振范围是115Hz～400Hz，如图4所示；由于结构的对称性，在仅有Y方向位移加载情况下，该振动隔离系统的隔振效果与在仅有X方向位移加载情况下是相同的；在仅有Z方向位移加载情况下，该振动隔离系统的有效隔振范围是49.5Hz～400Hz，如图5所示。
实施例2
一种六自由度地面振动隔离系统包括刚性支撑平台20和四个柔性曲梁10，如图6所示；
刚性支撑平台20是一个结构钢材质的圆台，半径r＝62.5mm，厚度d＝5mm，杨氏模量为200GPa，密度为7850kg/m3，圆台的外圆周面上对称加工有四个安装平面；
柔性曲梁10是采用6063铝合金制成的等截面一体化结构，杨氏模量为69GPa，密度为2700kg/m3，可以分为内连接单元11、曲面单元12以及外连接单元13三部分，如图7所示；内连接单元11和外连接单元13是结构相同的矩形结构，其长度L1＝32.5mm，如图7和图8所示；曲面单元12为类正弦三维曲面结构，曲面单元12的中心线是正弦曲线，正弦曲线的幅值H＝30mm，正弦曲线的半周期L2＝15mm，正弦曲线的周期数M＝1(或m＝2)，曲面单元12是中心对称图形，如图7和图8所示；柔性曲梁10的厚度T＝5mm，柔性曲梁10的宽度B＝5mm；
刚性支撑平台20的四个安装平面与四个柔性曲梁10的内连接单元11一一对应固连，四个柔性曲梁10的外连接单元13分别与地面(或测试平台)固连。
采用商业有限元元件COMSOL对本实施例所述的振动隔离系统进行仿真计算，得到该振动隔离系统的有效隔振范围。在仅有X方向位移加载情况下，该振动隔离系统有效隔振范围是133.2Hz～400Hz，如图9所示；由于结构的对称性，在仅有Y方向位移加载情况下，该振动隔离系统的隔振效果与在仅有X方向位移加载情况下是相同的；在仅有Z方向位移加载情况下，该振动隔离系统的有效隔振范围是51.8Hz～400Hz，如图10所示。
在0～400Hz频率范围内，本实施例在Z方向上的有效隔振频率的起始频率比实施例1的高2.3Hz，但结构体积(质量)却有较大降低，实施例1中单个柔性曲梁10的体积为5375mm3，而本实施例中单个柔性曲梁10的体积为4750mm3，体积减少了11.6％。
实施例3
一种六自由度地面振动隔离系统包括刚性支撑平台20和四个柔性曲梁10，如图11所示；
刚性支撑平台20是一个结构钢材质的圆台，半径r＝62.5mm，厚度d＝5mm，杨氏模量为200GPa，密度为7850kg/m3，圆台的外圆周面上对称加工有四个安装平面；
柔性曲梁10是采用6063铝合金制成的等截面一体化结构，杨氏模量为69GPa，密度为2700kg/m3，可以分为内连接单元11、曲面单元12以及外连接单元13三部分，如图12所示；内连接单元11和外连接单元13是结构相同的矩形结构，其长度L1＝32.5mm，如图12和图13所示；曲面单元12为类方波三维曲面结构，曲面单元12的中心线是方波曲线，方波曲线的幅值H＝30mm，方波曲线的半周期L2＝15mm，方波曲线的周期数M＝2(或m＝4)，两个周期的方波曲线沿同一方向连接形成，曲面单元12是中心对称图形，如图12和图13所示；柔性曲梁10的厚度T＝5mm，柔性曲梁10的宽度B＝5mm；
刚性支撑平台20的四个安装平面与四个柔性曲梁10的内连接单元11一一对应固连，四个柔性曲梁10的外连接单元13分别与地面(或测试平台)固连。
采用商业有限元元件COMSOL对本实施例所述的振动隔离系统进行仿真计算，得到该振动隔离系统的有效隔振范围。在仅有X方向位移加载情况下，该振动隔离系统有效隔振范围被分为了三个频率段，分别是79Hz～256.1Hz，256.2Hz～261.8Hz，265Hz～400Hz，如图14所示；由于结构的对称性，在仅有Y方向位移加载情况下，该振动隔离系统的隔振效果与在仅有X方向位移加载情况下是相同的；在仅有Z方向位移加载情况下，该振动隔离系统的有效隔振范围被分为了三个频率段，分别是28.6Hz～278.3Hz，278.5Hz～329Hz，340Hz～400Hz，如图15所示。
在0～400Hz频率范围内，本实施例在X方向上的有效隔振频率的起始频率比实施例1低36Hz，降低了31.3％；本实施例在Z方向上的有效隔振频率的起始频率比实施例1低20.9Hz，降低了42.2％。
实施例4
一种六自由度地面振动隔离系统包括刚性支撑平台20和四个柔性曲梁10，如图16所示；
刚性支撑平台20是一个结构钢材质的圆台，半径r＝62.5mm，厚度d＝5mm，杨氏模量为200GPa，密度为7850kg/m3，圆台的外圆周面上对称加工有四个安装平面；
柔性曲梁10是采用6063铝合金制成的等截面一体化结构，杨氏模量为69GPa，密度为2700kg/m3，可以分为内连接单元11、曲面单元12以及外连接单元13三部分，如图17所示；内连接单元11和外连接单元13是结构相同的矩形结构，其长度L1＝32.5mm，如图17所示；曲面单元12为类方波三维曲面结构，曲面单元12的中心线是方波曲线，方波曲线的幅值H＝30mm，方波曲线的半周期L2＝15mm，方波曲线的周期数M＝2(或m＝4)，两个周期的方波曲线沿不同方向连接形成，曲面单元12是中心对称图形，如图17所示；柔性曲梁10的厚度T＝5mm，柔性曲梁10的宽度B＝5mm；
刚性支撑平台20的四个安装平面与四个柔性曲梁10的内连接单元11一一对应固连，四个柔性曲梁10的外连接单元13分别与地面(或测试平台)固连。
采用商业有限元元件COMSOL对本实施例所述的振动隔离系统进行仿真计算，得到该振动隔离系统的有效隔振范围。在仅有X方向位移加载情况下，该振动隔离系统有效隔振范围被分为了七个频率段，分别是79.4Hz～177.1Hz，177.5Hz～213.7Hz，213.8Hz～252Hz，252.3Hz～261.7Hz，262.5Hz～316.5Hz，318.6Hz～381Hz，382.7Hz～400Hz，如图18所示；由于结构的对称性，在仅有Y方向位移加载情况下，该振动隔离系统的隔振效果与在仅有X方向位移加载情况下是相同的；在仅有Z方向位移加载情况下，该振动隔离系统的有效隔振范围被分为了三个频率段，分别是25.5Hz～252Hz，256Hz～287Hz，292Hz～400Hz，如图19所示。
在0～400Hz频率范围内，本实施例在X方向上的有效隔振频率的起始频率比实施例1低35.6Hz，降低了31％；本实施例在Z方向上的有效隔振频率的起始频率比实施例1低24Hz，降低了48.5％。
实施例5
一种六自由度地面振动隔离系统包括刚性支撑平台20和六个柔性曲梁10，如图20所示；
刚性支撑平台20是一个结构钢材质的圆台，半径r＝62.5mm，厚度d＝5mm，杨氏模量为200GPa，密度为7850kg/m3，圆台的外圆周面上对称加工有六个安装平面；
柔性曲梁10是采用6063铝合金制成的等截面一体化结构，杨氏模量为69GPa，密度为2700kg/m3，可以分为内连接单元11、曲面单元12以及外连接单元13三部分；内连接单元11和外连接单元13是结构相同的矩形结构，其长度L1＝32.5mm；曲面单元12为类方波三维曲面结构，曲面单元12的中心线是方波曲线，方波曲线的幅值H＝30mm，方波曲线的半周期L2＝15mm，方波曲线的周期数M＝1(或m＝2)，曲面单元12是中心对称图形；柔性曲梁10的厚度T＝5mm，柔性曲梁10的宽度B＝5mm；
刚性支撑平台20的六个安装平面与六个柔性曲梁10的内连接单元11一一对应固连，六个柔性曲梁10的外连接单元13分别与地面(或测试平台)固连。
采用商业有限元元件COMSOL对本实施例所述的振动隔离系统进行仿真计算，得到该振动隔离系统的有效隔振范围。在仅有X方向位移加载情况下，该振动隔离系统有效隔振范围被分为了两个频率段，分别是146Hz～250.3Hz，250.7Hz～400Hz，如图21所示；在仅有Y方向位移加载情况下，该振动隔离系统有效隔振范围被分为了两个频率段，分别是131.7Hz～287.3Hz，288.7Hz～400Hz，如图22所示；在仅有Z方向位移加载情况下，该振动隔离系统的有效隔振范围是59.5Hz～400Hz，如图23所示。
实施例6
一种六自由度地面振动隔离系统包括刚性支撑平台20和四个柔性曲梁10，如图24所示；
刚性支撑平台20是一个结构钢材质的圆台，半径r＝62.5mm，厚度d＝5mm，杨氏模量为200GPa，密度为7850kg/m3，圆台的外圆周面上对称加工有四个安装平面；
柔性曲梁10是采用6063铝合金制成的等截面一体化结构，杨氏模量为69GPa，密度为2700kg/m3，可以分为内连接单元11、曲面单元12以及外连接单元13三部分，如图25和图27所示；内连接单元11和外连接单元13是结构相同的矩形结构，其长度L1＝32.5mm，如图26和图27所示；曲面单元12为类正弦三维曲面结构，曲面单元12的中心线是正弦曲线，正弦曲线的幅值H＝30mm，正弦曲线的半周期L2＝15mm，正弦曲线的周期数M＝1.5(或m＝3)，曲面单元12是轴对称图形，如图26和图27所示；柔性曲梁10的厚度T＝5mm，柔性曲梁10的宽度B＝5mm，如图26和图27所示；
刚性支撑平台20的四个安装平面与四个柔性曲梁10的内连接单元11一一对应固连，四个柔性曲梁10的外连接单元13分别与地面(或测试平台)固连。
采用商业有限元元件COMSOL对本实施例所述的振动隔离系统进行仿真计算，得到该振动隔离系统的有效隔振范围。在仅有X方向位移加载情况下，该振动隔离系统有效隔振范围被分为了两个频率段，分别是127.3Hz～382.49Hz，382.53Hz～400Hz，如图28所示；由于结构的对称性，在仅有Y方向位移加载情况下，该振动隔离系统的隔振效果与在仅有X方向位移加载情况下是相同的；在仅有Z方向位移加载情况下，该振动隔离系统的有效隔振范围是40.3Hz～400Hz，如图29所示。
在0～400Hz频率范围内，本实施例在X方向上的有效隔振频率的起始频率比实施例2低5.9Hz，降低了4.4％；本实施例在Z方向上的有效隔振频率的起始频率比实施例2低11.5Hz，降低了22.2％.
实施例7
被测物是底面半径为40mm的圆柱体，质量为15kg。地面扰振会通过振动隔离系统的柔性曲梁10向被测物传递，由于角振动对被测物测量影响较小，主要隔振目标是隔离线振动，根据需求，设计目标是有效隔离从地面传递到被测物的100Hz以上的线振动。
为了满足上述设计目标，设计一种六自由度地面振动隔离系统，包括刚性支撑平台20和四个柔性曲梁10，如图30所示；
刚性支撑平台20是一个结构钢材质的圆台，半径r＝62.5mm，厚度d＝5mm，杨氏模量为200GPa，密度为7850kg/m3，圆台的外圆周面上对称加工有四个安装平面；
柔性曲梁10是采用6063铝合金制成的等截面一体化结构，杨氏模量为69GPa，密度为2700kg/m3，可以分为内连接单元11、曲面单元12以及外连接单元13三部分；内连接单元11和外连接单元13是结构相同的矩形结构，其长度L1＝32.5mm；曲面单元12为类方波三维曲面结构，曲面单元12的中心线是方波曲线，方波曲线的幅值H＝30mm，方波曲线的半周期L2＝15mm，方波曲线的周期数M＝1(或m＝2)，曲面单元12是中心对称图形；柔性曲梁10的厚度T＝5mm，柔性曲梁10的宽度B＝25mm；
刚性支撑平台20的四个安装平面与四个柔性曲梁10的内连接单元11一一对应固连，四个柔性曲梁10的外连接单元13分别与地面(或测试平台)固连，被测物固定安装在刚性支撑平台20上。
采用商业有限元元件COMSOL对本实施例所述的振动隔离系统进行仿真计算，确认本实施例所设计的振动隔离系统满足隔振要求。在仅有X方向位移加载情况下，该振动隔离系统有效隔振范围被分为了两个频率段，分别是90.6Hz～384.5Hz，386.7Hz～400Hz，如图31所示；其中，能达到80％隔振效果的范围是157Hz～380Hz和390Hz～400Hz。由于结构的对称性，在仅有Y方向位移加载情况下，该振动隔离系统的隔振效果与在仅有X方向位移加载情况下是相同的。在仅有Z方向位移加载情况下，该振动隔离系统的有效隔振范围是20Hz～400Hz，如图32所示；其中，能达到80％隔振效果的范围是35Hz～400Hz。
实施例8
某待测设备质量为15.6kg，要求在100Hz附近的线振动隔离效果达到80％，经分析后得知，影响该设备的振动为Z方向线振动。设计目标是对100Hz附近的Z方向线振动的隔离效果达到80％，同时对其他形式的振动有一定的抑制效果。
为了满足上述设计目标，设计一种六自由度地面振动隔离系统，包括刚性支撑平台20和柔性曲梁10；
刚性支撑平台20是采用45号钢制作的一个圆台，半径r＝62.5mm，厚度d＝5mm，杨氏模量为200GPa，密度为7890kg/m3，圆台的外圆周面上对称加工有四个安装平面；
柔性曲梁10是采用6063铝合金制成的等截面一体化结构，杨氏模量为69GPa，密度为2700kg/m3，可以分为内连接单元11、曲面单元12以及外连接单元13三部分；内连接单元11和外连接单元13是结构相同的矩形结构，其长度L1＝27.5mm；曲面单元12为类方波三维曲面结构，曲面单元12的中心线是方波曲线，方波曲线的幅值H＝30mm，方波曲线的半周期L2＝12mm，方波曲线的周期数M＝1(或m＝2)，曲面单元12是中心对称图形；柔性曲梁10的厚度T＝5mm，柔性曲梁10的宽度B＝25mm；
刚性支撑平台20的四个安装平面与四个柔性曲梁10的内连接单元11一一对应固连，四个柔性曲梁10的外连接单元13分别与地面(或测试平台)固连，被测物固定安装在刚性支撑平台20上。
采用商业有限元元件COMSOL对本实施例所述的振动隔离系统进行仿真计算，确认本实施例所设计的振动隔离系统满足隔振要求。在仅有Z方向位移加载情况下，该振动隔离系统在44.4Hz～400Hz范围内均有隔振效果，如图33所示；其中，能达到80％隔振效果的范围是67.3Hz～376.7Hz。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种六自由度地面振动隔离系统，其特征在于：所述振动隔离系统包括刚性支撑平台和柔性曲梁；
刚性支撑平台是一个圆台，圆台的外圆周面上均布n个安装平面，n≥3；
柔性曲梁是由内连接单元、曲面单元以及外连接单元依次连接形成的等截面一体化结构，内连接单元和外连接单元是结构相同的矩形结构，曲面单元为周期性三维曲面结构；
刚性支撑平台的n个安装平面与n个柔性曲梁的内连接单元一一对应固连，每一个柔性曲梁的外连接单元与地面或测试平台固连；
其中，曲面单元的周期数M≥2，曲面单元中一个周期数对应的结构记为周期重复结构，曲面单元中的M个周期重复结构沿不同方向依次连接；
其中，曲面单元为类方波三维曲面结构时，曲面单元的中心线是方波曲线，所述曲面单元中的M个周期重复结构的中心线不在同一个平面内；或，曲面单元为类正弦三维曲面结构时，曲面单元的中心线是正弦曲线，所述曲面单元中的M个周期重复结构的中心线不在同一个平面内。
2.根据权利要求1所述的一种六自由度地面振动隔离系统，其特征在于：曲面单元为类方波三维曲面结构时，曲面单元的中心线是方波曲线，其表达式记为y=H sgn (sin(πx/ L 2 ))，0≤x≤mL2，sgn为符号函数，H为方波曲线的幅值，L2为方波曲线的半周期，m为曲面单元中半周期的个数；
柔性曲梁的厚度为T，则T< L2。
3.根据权利要求1所述的一种六自由度地面振动隔离系统，其特征在于：曲面单元为类正弦三维曲面结构时，曲面单元的中心线是正弦曲线，其表达式记为y=H sin(πx/L 2 )，0≤x≤mL2，H为正弦曲线的幅值，L2为正弦曲线的半周期，m为曲面单元中半周期的个数；
柔性曲梁的厚度为T，则T< L2。
4.根据权利要求1所述的一种六自由度地面振动隔离系统，其特征在于：被测物为圆柱体时，n为4；被测物为N棱柱结构时，n与N相等。
5.根据权利要求1所述的一种六自由度地面振动隔离系统，其特征在于：刚性支撑平台选用杨氏模量不小于200 GPa的金属材料，且刚性支撑平台材料的杨氏模量为柔性曲梁材料的杨氏模量的2.8倍以上。
6.根据权利要求5所述的一种六自由度地面振动隔离系统，其特征在于：刚性支撑平台的材料选用杨氏模量不小于200 GPa的钢材，柔性曲梁的材料选用铝合金，且钢材的杨氏模量与铝合金的杨氏模量比值不小于2.8。
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