1.2.3 多方向准零刚度隔振技术

在复杂动力学环境下，隔振系统在受到多方向干扰或单一激振源在多次放大后，会引起多方向振动响应[11,61]。针对该问题，国内外研究人员开展了多方向非线性隔振技术研究。Ye等[62]基于凸轮滚子机构，设计了一种两自由度准零刚度隔振器，以隔离水平和旋转方向的振动，研究表明，该结构在两个方向上都具有良好的隔离性能，模型如图1-4a所示。周加喜等[63]使用六个准零刚度支腿设计了一种六自由度隔振平台，如图1-4b所示，该结构在六个自由度都表现出良好的隔振性能。Sun等[39]提出了一种基于X型的三自由度准零刚度隔振器，如图1-4c所示，其所构成的非线性刚度和非线性阻尼都可通过结构参数进行调节，具有良好的隔振效果。此外，还提出了一种具有六个X形支腿的新型六自由度隔振器[64]，并用于构建Stewart隔振平台，在所有六个方向上都表现出良好的隔振性能。景兴建团队[65]提出了基于X型结构的仿生隔振结构，如图1-4d所示，该结构具有大行程中增强准零刚度特性的三自由度减振单元，有望同时实现三个方向的低频隔振。一些学者通过使用主动/半主动控制方式来实现多方向隔振效果[46,47]。Kamesh等[66]解决了低频多自由度隔振平台的设计、建模和分析，用于被动和主动衰减低振幅振动，结果表明，使用最优控制策略可有效抑制结构在多种载荷条件下的振动。Wang和Liu[67]设计了一个由工作台、空气弹簧和主动磁致伸缩执行器组成的多自由度混合振动控制平台。

图1-4 多方向准零刚度隔振器

a）凸轮滚子式两自由度准零刚度隔振器[62] b）基于Stewart平台的六自由度准零刚度隔振[63]

图1-4 多方向准零刚度隔振器（续）

c）X型三自由度准零刚度隔振器[39] d）三方向准零刚度隔振器[65]

也有学者研究了基于磁刚度准零刚度隔振器，在多个方向表现出了良好的工作性能。朱等[52]设计了一个六自由度隔振器，采用控制算法控制不稳定的磁悬浮系统。如图1-5a所示，隔振系统采用磁悬浮作为有效载荷支撑机构单元体，实现了垂直方向的准零刚度悬浮特性，而其他五个自由度表现为零刚度特性。在多个自由度中提供接近零刚度，该设计还能够产生静磁力来支撑有效载荷重量。Dong等[68]利用三个环形永磁体，设计了一种基于磁悬浮和空间摆结构的六自由度准零刚度隔振器，如图1-5b所示，这种六自由度支架具有弱动态耦合的特点，不同方向的响应不会相互影响，同时也分析了三个方向上的隔振性能[69]，之后，利用分支电路和几何特性构建了非线性阻尼，将其应用到非线性隔振器，进一步提高了隔振效果[70]。Zheng等[12]将图1-5b所示的准零刚度隔振系统引入Stewart平台，形成图1-5c所示的六自由度隔振器。结果表明，基于磁悬浮式准零刚度的Stewart平台可以有效提升六个自由度的隔振性能。