内容简介：
低频与宽频隔振技术是提升国防装备科技水平的核心技术。作者长期致力于机械结构的低宽频振动抑制新原理、新方法与新机理研究，在低频磁刚度非线性隔振领域取得了创新成果，进行总结，据此著成本书。
本书建立了非线性磁力及磁刚度的理论模型，提出了磁刚度非线性隔振系统的动力学设计方法，揭示了其低频隔振机理，引入了杠杆原理和电磁分支电路阻尼技术，介绍了磁刚度非线性隔振系统的隔振品质调控与性能提升方法。通过优化磁结构，提出了双稳态磁刚度隔振方法，从动力学分析、抗冲击能力及谷响应调控等方面系统深入地建立了其理论模型，揭示了磁刚度非线性隔振系统的低频隔振机理。
本书理论性和实用性强，采用了理论建模、仿真和试验等手段，图、表丰富，可为从事机械结构振动控制的技术人员、博士与硕士研究生提供参考。
机电类基础专著，作者团队是相关内容方面的专家。本书适用范围较广，适合航空、舰船、高端装备、仪器与机械工程等领域，对于机械动力学科发展和国民经济、社会发展具有重要的意义。
前 言
低频磁刚度非线性隔振理论与方法以航天航空器及舰船等为代表的重大装备是保障国防安全的重要基石。随着空间结构逐步向大型化与轻量化方向发展，导致固有频率低、模态密度大。在火箭发射产生的短时激励及在轨工作的长时间激励下，使低频振动响应突出、衰减速度慢、不易控制，导致故障易发生、服役可靠性差，严重制约了航天器性能提升。因此，航天结构面临的低频振动是航天器动力学设计中的卡脖子问题，亟须发展新型减隔振理论和方法，为航天器高精、超稳与超静可靠运行提供基础理论和技术支撑，相关成果可以扩展到航空、舰船、高端装备、仪器与机械工程等领域，对于机械动力学的学科完善和国民经济、社会发展具有重要的意义。
隔振是应用最为广泛且极为有效的一种减振方式，但其工作频带受限于支撑刚度和负载质量，较小刚度虽然可以获得较宽的隔振频带，但会导致位移响应过大，影响支撑能力，在重载支撑与低频隔振间存在鱼和熊掌不可兼得的矛盾。非线性隔振利用几何非线性构建等效负刚度，具有高静刚度、低动刚度的特性，可实现准零刚度隔振，降低共振频率，拓宽隔振带宽，提升隔振品质，解决了低频和重载之间的矛盾。早在1989年就有了准零刚度隔振这一思想，但直到2008年，才开始逐步成为隔振领域的研究热点。目前，低频非线性隔振主要基于准零刚度隔振技术展开，主要有三弹簧式、电磁式与仿生式。电磁结构具有非接触、响应时间快、作动力大、可控性好等优点，可用于设计准零刚度隔振系统。然而，现有研究基于磁悬浮式准零刚度结构存在大幅失稳等问题，离工程应用存在较大距离。
为了解决这些基础理论难题和挑战，本书作者所在课题组多年来致力于磁刚度隔振系统的设计、动力学分析与阻尼调控等方面研究，取得了一批原创性成果，有关理论、方法和规律性的认识形成了一个完整的体系。本书旨在通过对磁刚度非线性隔振系统性能综合探讨，引起研究人员对非线性隔振理论与技术的兴趣和重视；通过动力学设计与理论研究，促进磁刚度非线性隔振技术的发展，推动这项技术的基础研究和工程应用。
本书的撰写参考了作者多年来发表的科技论文，是作者多年科研工作的系统性总结。本书包括10章内容。第1章绪论介绍了非线性隔振技术，并从准零刚度隔振的实现方式与电磁分支电路阻尼技术两个层面介绍了其发展趋势和存在的问题。第2章介绍了非线性磁力模型及磁刚度分析理论基础。第3章设计了磁刚度非线性隔振系统，揭示了其低频隔振机理。第4章通过引入杠杆结构，介绍了一种磁刚度非线性隔振系统的调频方法。第5章针对磁刚度非线性隔振系统存在的不稳定动力学行为，通过电磁分支电路阻尼实现了隔振性能的调控。第6章通过磁结构的优化，对磁刚度非线性隔振系统的动力学进行了分析。第7章基于第6章发现的双稳态振动响应，建立了双稳态低频隔振理论，包括隔振特性分析、稳定性判定等。第8章研究了双稳态磁刚度隔振系统的抗冲击特性。第9章针对双稳态系统的复杂动力学行为，基于电磁分支电路阻尼实现了隔振性能调控，有效提升了隔振品质。第10章对低频非线性隔振技术进行了展望，包括仿生隔振技术、折纸隔振技术、仿生结构与折纸结构的磁刚度调节及非线性隔振系统的主动控制。
本书在撰写过程中得到了西安交通大学张希农教授、浙江理工大学李秦川教授、上海交通大学郑宜生博士、合肥工业大学董光旭副教授的大力支持。在这里，感谢我课题组的所有成员，他们为本书的撰写贡献了重要力量，尤其是马洪业博士、余宁博士、凌鹏博士、潘侠圭博士、苗伦伦硕士。
本书的研究和出版得到了国家自然科学基金项目（52175215）和浙江省万人计划青年拔尖人才项目的支持，在此致以深切的谢意。
虽然全体作者为本书的撰写工作付出了巨大的努力，但由于水平和时间有限，书中仍难免有不足之处，敬请各位读者批评指正。
严博2022年10月
严博：
浙江理工大学机械工程学院教授，入选浙江省万人计划青年拔尖人才。主要从事低宽频振动控制、非线性隔振、仿生隔振结构设计与阻尼设计等领域的研究。2014年12月至2016年3月在中国科学院空间应用工程与技术中心工作，2016年3月调入浙江理工大学。主持国家自然科学基金项目2项（面上和青年各1项），军科委项目1项，浙江省自然科学基金及其余纵横向项目十余项。以第一或通讯作者在机械动力学领域权威期刊IEEE/ASME Transactions on Mechatronics、 Mechanical Systems and Signal Processing、 Journal of Sound and Vibration及ASME/IEEE汇刊等发表SCI论文44篇，其中，ESI高被引论文3篇，SCI他引1000余次。授权国家发明专利10件。
武传宇：
浙江省科协副主席，浙江理工大学教授，博导。浙江省"新世纪151人才工程"第一层次人选、浙江省杰出青年基金获得者。主要从事机构学、机器人技术和智能农业装备的教学和研究工作。主持国家级省部级项目20余项。发表论文150余篇，其中SCI论文100余篇，合著专著2部。获国家技术发明二等奖1项、省部级科技奖二等奖及以上10项，授权国家发明专利60余件，转化20余件。
张文明：
上海交通大学特聘教授。国家杰青、优青、中组部青年拔尖人才、科技部中青年科技创新领军人才、上海市优秀青年学术带头人、上海市曙光学者、上海市青年科技启明星。长期从事动力学设计理论与控制技术研究，主持国家自然科学基金重点项目、国防科技创新特区项目等30多项，出版专著3部，在Nature Communication、Science Advances、Advanced Materials及ASME/IEEE汇刊等期刊上发表论文200多篇，授权国家发明专利50多项、软件著作权10多项。获自然科学一等奖、中国振动工程学会青年科技奖、上海市青年五四奖章标兵等荣誉奖励。
目录
前言
第1章绪论
1.1概述
1.2准零刚度隔振技术
1.2.1三弹簧式准零刚度隔振技术
1.2.2磁悬浮式准零刚度隔振技术
1.2.3多方向准零刚度隔振技术
1.2.4双稳态振动抑制技术
1.3电磁分支电路阻尼技术
1.3.1被动式分支电路阻尼振动控制技术
1.3.2主动式分支电路阻尼振动控制技术
1.4本章小结
第2章非线性磁力模型及磁刚度分析理论基础
2.1引言
2.2永磁体材料
2.3环形永磁体的磁感应强度
2.3.1理论模型
2.3.2仿真分析
2.3.3剩磁强度的标定
2.4非线性磁力模型
2.4.1轴线重合的一对环形永磁体间非线性磁力
2.4.2轴线不平行的一对环形永磁体间非线性磁力
2.4.3非线性磁力的测量
2.5非线性磁刚度
2.6其他常见的磁结构的非线性磁力模型
2.6.1矩形磁体
2.6.2圆柱形磁体
2.6.3楔形磁体
2.7本章小结
第3章磁刚度非线性隔振系统设计及低频隔振理论
3.1引言
3.2隔振理论
3.2.1线性隔振理论
3.2.2低频非线性隔振理论
3.3磁刚度非线性隔振器的设计
3.4非线性磁力及磁刚度的理论建模与分析
3.4.1非线性磁力
3.4.2磁刚度
3.4.3结构参数对非线性磁力及磁刚度的影响规律
3.5磁刚度非线性隔振系统理论模型
3.5.1电涡流阻尼
3.5.2位移传递率
3.6磁刚度非线性隔振系统的低频隔振性能
3.6.1数值仿真
3.6.2试验验证
3.6.3大加速度激励下磁刚度非线性隔振器的隔振性能
3.7周向磁体不对称磁刚度非线性隔振器隔振特性
3.8本章小结
第4章杠杆式磁刚度非线性隔振理论与调频方法
4.1引言
4.2杠杆式磁刚度非线性隔振原理
4.3非线性恢复力及电涡流阻尼力
4.3.1非线性恢复力
4.3.2电涡流阻尼力的杠杆放大原理
4.4理论建模
4.4.1运动微分方程
4.4.2幅频响应关系
4.5隔振性能仿真分析
4.5.1杠杆式磁刚度非线性隔振器隔振性能研究
4.5.2基于电涡流阻尼的杠杆式磁刚度非线性隔振器
隔振性能研究
4.5.3杠杆结构对隔振性能的影响规律
4.6试验研究
4.6.1试验系统设计
4.6.2杠杆式磁刚度非线性隔振器的隔振性能
4.6.3电涡流阻尼对隔振性能的影响
4.6.4仿真与试验结果对比
4.7本章小结
第5章磁刚度非线性隔振系统的阻尼设计
5.1引言
5.2负阻抗电磁分支电路阻尼
5.2.1受控源简介
5.2.2分支电路阻尼机理
5.2.3负电阻分支电路
5.2.4负电阻电路分析
5.2.5负电阻电路板
5.3磁刚度非线性隔振系统的线性阻尼设计
5.3.1半主动线性电磁分支电路阻尼结构
5.3.2电磁分支电路阻尼的理论模型
5.3.3非线性永磁力
5.3.4基于电磁分支电路阻尼的磁刚度非线性隔振
理论模型
5.3.5数值仿真
5.3.6试验研究
5.4磁刚度非线性隔振系统的非线性阻尼设计
5.4.1非线性电磁分支电路阻尼机理
5.4.2非线性电磁分支电路阻尼的理论模型
5.4.3基于非线性电磁分支电路阻尼的磁刚度非线性隔振模型
5.4.4等效质量及等效阻尼
5.4.5非线性电磁分支电路阻尼的稳定性判别
5.4.6数值仿真
5.4.7试验研究
5.5本章小结
第6章磁刚度非线性隔振系统的动力学特性
6.1引言
6.2双状态磁刚度非线性隔振器模型
6.2.1双状态磁刚度非线性隔振器设计
6.2.2双状态特性分析
6.2.3非线性恢复力分析
6.3理论建模
6.4单稳态磁刚度非线性隔振器的动力学特性
6.4.1数值仿真
6.4.2试验研究
6.5双稳态磁刚度非线性隔振器的动力学特性
6.5.1数值仿真
6.5.2试验研究
6.6本章小结
第7章双稳态低频隔振理论与方法
7.1引言
7.2双稳态隔振结构等效模型
7.2.1非线性恢复力计算
7.2.2双稳态系统势能
7.2.3运动方程
7.2.4幅频响应关系
7.2.5动力学分析
7.3双稳态隔振系统的隔振性能评估
7.3.1力传递率
7.3.2位移传递率
7.4随机振动讨论
7.5常见的双稳态结构
7.6本章小结
第8章双稳态磁刚度隔振系统的抗冲击特性
8.1引言
8.2冲击隔振原理
8.3双稳态磁刚度冲击隔振器的理论模型
8.3.1双稳态磁刚度冲击隔振结构
8.3.2非线性恢复力和势能
8.3.3理论建模
8.3.4冲击传递率
8.4数值仿真
8.4.1势垒对抗冲击特性的影响
8.4.2阻尼比对抗冲击特性的影响
8.4.3冲击传递率
8.4.4动能与势能的关系
8.4.5势能函数形状对抗冲击特性影响
8.5双稳态磁刚度冲击隔振系统的抗冲击试验
8.5.1势垒的影响
8.5.2冲击持续时间
8.5.3势能函数形状
8.6本章小结
第9章双稳态磁刚度隔振系统的阻尼调控方法
9.1引言
9.2基于电磁分支电路阻尼的双稳态磁刚度隔振系统模型
9.2.1结构模型
9.2.2非线性恢复力及势能
9.2.3电磁耦合建模
9.3理论建模
9.3.1非线性电磁分支电路阻尼
9.3.2耦合系统的运动方程
9.3.3幅频响应关系
9.3.4稳定性分析
9.4数值仿真
9.4.1负电阻对隔振性能的影响
9.4.2电磁耦合系数Cm对隔振性能的影响
9.4.3动力学行为
9.5试验研究
9.5.1试验设计
9.5.2试验结果
9.6本章小结
第10章低频非线性隔振技术的发展前景
10.1仿生隔振技术
10.2折纸隔振技术
10.3仿生结构与折纸结构的磁刚度调节
10.4非线性隔振系统的主动控制
参考文献
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