剪切增稠液及阻尼器性能研究

以聚苯乙烯-丙烯酸乙酯纳米粒子为分散介质,制备剪切增稠液（Shear Thickening Fluid, STF）,研究以STF为工作介质的双出杆式阻尼器动态性能,利用流变仪测量STF流变特性。实验结果显示,STF粘度特性曲线呈现明显非线性：低剪切速率时轻微剪切变稀（shear thinning）;达临界剪切速率后剪切增稠（shear thickening）。利用MTS对阻尼器进行不同频率、不同振幅加载条件下的动态测试,结果表明,阻尼器工作在STF剪切增稠区间时,STF粘度急剧增加,储能模量、耗能模量迅速增大,阻尼器输出力跃升,表现出巨大的吸收及耗能能力。采用以有效刚度、有效粘滞阻尼建立线性模型,定性评价STF阻尼器的弹性特性、阻尼特性。     

电磁场下颗粒阻尼动态特性试验研究

利用稳态能量流法对直流电磁场作用下颗粒阻尼器的阻尼特性进行了试验研究。试验结果表明:在一定振动情况下,通过施加直流电磁场的方法,可以改变颗粒阻尼器阻尼性能;在较低振动加速度幅值(32.5 m/s~2)下,颗粒体产生的损耗功率和损耗因子随电流强度的增强而减小;当振动加速度增大到32.5 m/s~2后,损耗功率和损耗因子会随电流强度的增强而增大。阻尼颗粒的有效质量随激励幅值的增加呈先平缓再降低的趋势,且电流强度的变化对有效质量影响较小。     

基于激振法的空气弹簧垂向刚度和阻尼特性研究

以Firestone公司的1T15M-2型膜式空气弹簧为基础,与容积为22L的附加空气室构成带附加空气室空气弹簧.采用激振法研究了当空气弹簧与带附加空气室之间安装有孔口连续调节装置时,系统的振幅放大率和加速度稳态响应随激振频率和节流孔面积的变化规律,以及空气压力、节流孔流通面积对空气弹簧垂向刚度和阻尼的影响.研究发现,在3种各自不同压力条件下,无论节流孔面积大小如何,随着激振频率的增加,系统振幅放大率和加速度稳态响应值都先增大,并且在共振点时达到响应峰值,然后减小至较小的稳定值.当节流孔面积变化时,系统共振时的振幅放大率和加速度稳态响应峰值在节流孔面积调节至大约57 mm2时出现最小.节流孔面积对垂向刚度和阻尼都有影响,其中节流孔面积从57 mm2变化到78 mm2时,带附加空气室空气弹簧的刚度发生显著减小;阻尼的敏感变化范围为11 mm2～187mm2,在57 mm2附近阻尼达到最大值.空气弹簧中的空气压力对垂向刚度和阻尼也有影响,内压越大,对应的刚度越大,而阻尼反而越小.该研究结论为刚度和阻尼连续可调空气悬架的研发提供了一定的依据.     

一种改进型磁流变阻尼器用于宽频隔振研究

磁流变阻尼器是新一代智能型耗能器，具有反应迅速、提供阻尼力大、控制方便等优点，是实现半主动振动控制的理想元件，目前已在工程领域得到较广泛的应用。但同其它常规流体阻尼器类似，在高频振动时会出现刚度硬化现象，使高频传递率增大，常规磁流变阻尼器多应用于较低频域的振动控制。针对这种情况，提出一种带有解耦机构的新型磁流变阻尼器，即在常规磁流变阻尼器内增加解耦机构。解耦机构的加入使磁流变阻尼器成为一个对振幅敏感的器件，即在不同的振幅下具有截然不同的刚度和阻尼特性。采用Bingham模型建立磁流变阻尼器的阻尼力模型，由隔振系统的动力学模型推导出传递率的表达式。通过对两种磁流变阻尼器进行仿真对比后认为：带有解耦机构的磁流变阻尼器在低频、大振幅时解耦机构几乎不起作用，新型磁流变阻尼器的性能与常规磁流变阻尼器相同，具有大阻尼特性；而在高频、小振幅时，解耦机构处于近似解耦状态，阻尼器具有小阻尼、低动刚度的特性，可减小高频传递率。     

玻璃纤维芯-铅网增强橡胶复合材料动态性能

制备了具有不同结构和界面结合强度的玻璃纤维芯2铅网增强橡胶复合材料( GF- Pb/ R) , 并通过测试复合材料的力滞回线, 研究了其在3～20 Hz 时的动态性能。结果表明, GF- Pb 网增强结构可以同时提高橡胶的动态力学性能和阻尼性能, 其中GF-Pb 网垂向增强方式的性能改善效果明显, 当GF-Pb 网体积分数为4 %时, 其动刚度和损耗因子的提高率可分别达到49 %和25 %。GF- Pb/ R 复合材料阻尼性能是材料阻尼、界面微滑移阻尼、Pb 塑性变形阻尼等多种阻尼机制共同作用的结果。界面粘结强度显著影响了复合材料的力学性能和阻尼行为: GF-Pb/ R 刚度随界面结合强度的增大而提高; 损耗因子按照界面中等强度结合、强结合、弱结合的顺序递增。      

不同剪切变形下橡胶隔震支座竖向压缩刚度试验研究

针对橡胶隔震支座,研究了其在不同水平剪切变形状态下的竖向压缩刚度理论计算方法,基于双弹簧模型,提出了改进的不同剪切变形状态下橡胶隔震支座竖向压缩刚度理论计算公式。采用建筑结构中常用的第二形状系数S 2=5系列(G4)天然橡胶支座及铅芯橡胶支座,进行了不同压应力及不同剪切变形下的压缩性能试验,通过试验研究不同水平剪切变形状态下的橡胶隔震支座竖向压缩刚度。研究结果表明:橡胶隔震支座竖向压缩刚度随剪应变增大而减小,随设计压应力增大而增大;在设计压应力相同的条件下,橡胶隔震支座竖向压缩刚度随压应力变化范围的增大而减小;基于橡胶隔震支座有效承载面积的公式虽能反映支座竖向压缩刚度随剪应变增大而减小这一趋势,但与试验结果相比误差较大;既有的基于双弹簧模型的竖向压缩刚度计算公式计算精度优于基于有效承载面积的竖向压缩刚度计算公式,但在150%以上剪应变时,也存在误差较大的问题;提出的改进的基于双弹簧模型的不同剪切变形状态下橡胶隔震支座竖向压缩刚度计算公式与试验结果吻合较好,与既有基于有效承载面积计算橡胶隔震支座竖向压缩刚度和基于双弹簧模型的计算橡胶隔震支座竖向压缩刚度的公式相比较,具有较高的计算精确度。     

钢筋及其锈蚀对混凝土构件阻尼的影响

钢筋及其锈蚀将显著影响混凝土构件的动力特征参数。以纵筋配筋率、纵筋表面形式、箍筋间距、钢筋锈蚀率为主要参数,采用简支梁三点弯曲动态阻尼测试,研究各因素对弯曲小变形混凝土梁弹性阶段损耗因子与耗散模量的影响,探讨其作用机理,并对比分析构件刚度退化、阻尼演变随钢筋锈蚀率的变化规律。结果表明:损耗因子与耗散模量随配筋率增加先增加后减小,在配筋率为1%时达到峰值;损耗因子与耗散模量随钢筋锈蚀率增加先减小后增大,在锈蚀率为0.4%时达到最小值;损耗因子与耗散模量随箍筋间距的增大而减小;损耗因子与耗散模量按纵筋表面形式从大到小依次为月牙肋、光圆、方钢。随钢筋锈蚀率增加,阻尼比增长比刚度退化更显著,用阻尼参数探测钢筋混凝土构件的锈蚀损伤具有可行性。     

玻璃纤维增强铅网/橡胶阻尼复合材料研究

为了改善橡胶的力学性能和阻尼性能,以橡胶、纤维和铅为原料设计了玻璃纤维增强铅网/橡胶阻尼复合材料,研究了不同玻璃纤维增强铅网铺层数量的横向玻璃纤维增强铅网/橡胶复合材料力学性能和阻尼性能,分析了其阻尼机制.结果表明,复合材料具有比橡胶更高的力学性能和阻尼特性,其刚度随铅网铺层数量的增加而提高,而阻尼损耗因子与铺层数呈非线性关系.复合材料中存在材料变形耗能、界面耗能、摩擦耗能等多种阻尼损耗机制.     

黏弹阻尼层共固化复合材料不同温度下的阻尼性能

采用共固化工艺制备了以丁腈橡胶为黏弹性阻尼层的复合材料 , 应用动态机械分析仪(DMA)测定了该材料损耗因子的温度谱 , 并对不同温度环境下该材料的阻尼性能和阻尼机制进行了分析。结果表明 : 当温度处于阻尼层玻璃态和高弹态区时 , 共固化复合材料损耗因子较小且随温度变化不大 ; 当温度处于阻尼层黏流态区时 ,共固化复合材料的损耗因子迅速增加到最大值后变小 , 最大损耗因子为 19. 2 % , 约为未插入黏弹阻尼层复合材料的 13倍; 共固化过程中阻尼层损耗因子的减小 , 使共固化复合材料的阻尼性能降低 , 并在阻尼层的黏流态区其损耗因子明显小于预报结果 ; 界面阻尼的影响提高了共固化复合材料的阻尼性能 , 并在阻尼层的玻璃态区其损耗因子大于预报结果。      

橡胶钢丝绳隔振器冲击特性试验研究

冲击刚度及阻尼是隔振器的重要参数,对隔振系统设计起重要作用。采用落锤式冲击方法对橡胶钢丝绳隔振器的冲击刚度及阻尼进行测试。将负载质量的加速度时间曲线转化为隔振器的迟滞回线以求解其冲击刚度及等效阻尼,并用多项式对冲击刚度进行拟合。不同工况下的数据结果表明:橡胶钢丝绳隔振器的弹性恢复力与隔振器的变形在小变形情况下基本呈线性关系,且随着冲击位移的增大而呈三次函数关系;整个冲击过程的等效冲击刚度正比于冲击过程的初始冲量;但其阻尼系数随最大变形量先增大后减小。上述结论对橡胶钢丝绳隔振器的工程选型及应用具有指导作用。     

玻璃微珠/环氧树脂胶结型复合材料的刚架-弹簧-阻尼模型

针对玻璃微珠/环氧树脂构成的胶结型颗粒复合材料提出了刚架-弹簧-阻尼模型。考虑到环氧树脂基体的阻尼特性,通过动态热机械分析,得到常温低频下环氧树脂的损耗因子,并应用于刚架-弹簧-阻尼模型。采用有限单元分析方法进行数值仿真分析,得到了玻璃微珠/环氧树脂胶结型复合材料损耗因子随玻璃微珠粒径增大的变化规律。结果表明:随着玻璃微珠粒径的增大,颗粒复合材料的刚架-弹簧-阻尼模型单元计算的损耗因子会逐渐增大,且切向损耗因子要比轴向的大;对整体材料而言,刚架-弹簧-阻尼有限元模型计算的损耗因子也会逐渐增大,其中,按照平面正四边形网格模型计算得到的损耗因子要大于平面正六边形网格模型,即颗粒复合材料的孔隙率越大,材料的损耗因子越大。仿真分析结果与实际材料的阻尼变化规律相符,这种模型是可靠的。      

阻尼材料模量与损耗因子的双边梁测量反演误差机理与控制EI北大核心CSCD

通过引入中间变量,得到了双边自由阻尼梁阻尼层杨氏模量和损耗因子的简化反演公式,并在此基础上进行误差分析,给出了高阶误差预测公式。研究表明,影响反演精度的重要参数为复合梁与基底梁的刚度比;刚度比越大,反演精度越高;当刚度比接近于1时,共振频率比和质量比的误差放大倍数急剧增加,导致反演误差变大;通过增大阻尼层与基底层的厚度比和模量比,可以增大刚度比,进而提高反演精度。仿真分析验证了该结论的正确性。     

减振橡胶垫动态性能实验研究

处于轨道与道床之间的减振橡胶垫对降低轮轨接触噪声起着重要作用,所以对减振橡胶垫各项性能的研究显得非常重要.介绍橡胶复刚度的模型,根据ISO10846动刚度间接测量国际标准,结合现有测试台架在一定预载力下测试不同温度下各块橡胶垫的动态性能(动刚度和损耗因子).实验结果表明:橡胶垫的动刚度随频率增大缓慢增长,随温度升高而降低,损耗因子在一定频率范围内(800Hz～2000Hz)小幅升降,相对稳定,随温度升高而升高.     

乙烯-醋酸乙烯酯共聚物增强硅橡胶复合材料的黏弹阻尼性能

在密炼机中将醋酸乙烯基（VA）含量为18%（质量比）的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）与硅橡胶（SR）共混,再在开炼过程中加入橡胶其他组分混合得到EVA/SR混炼胶,硫化形成EVA/SR宽温域黏弹阻尼复合材料。采用毛细管流变仪、橡胶加工分析仪（RPA）、动态力学热分析仪（DMA）和DSC研究了EVA含量对EVA/SR复合材料的力学性能、加工性能、阻尼性能和热性能的影响。结果表明:加入较多EVA可更明显地改善SR的硬度和模量及撕裂强度,并使其拉伸强度和断裂伸长率仍然较高,保持在SR使用要求范围内。EVA/SR混炼胶剪切变稀,增大剪切应变幅值显示明显的Payne效应,用Kraus模型可分析EVA含量和硫化的影响。EVA分散于白炭黑填充的SR化学交联网络中形成多重结构;SR降低了EVA的结晶温度,添加EVA起到了增强和增黏SR的作用。纯SR损耗因子大于0.1的温度范围为-42~-28℃;对于EVA:SR质量比为40:100的EVA/SR复合材料,其最大损耗因子从0.125提高到0.18,有效阻尼温域为-23~37℃。这明显拓宽了SR有效阻尼温域,可应用于较高温度减震降噪工程。      

金属橡胶／硅橡胶复合阻尼材料的研究

复合硅橡胶不仅可解决65Mn金属橡胶的耐腐蚀性差的问题、显著提高金属橡胶的刚度,而且使其应力-应变曲线的曲线特征发生较大改变;复合后的静态损耗因子仍然保持在0.40-0.50的较高水平上,动态损耗因子随密度增加而下降的速度低于复合前,说明金属橡胶/硅橡胶复合阻尼材料在动态减振、隔振方面存在较好的应用前景.     

金属橡胶/碟簧叠层复合结构阻尼特性及其非对称迟滞模型参数识别

针对碟簧(disc springs, DS)、橡胶–碟簧等结构的阻尼性能差以及抗高温等恶劣环境能力弱,采用正弦力激励法对添加弹性阻尼金属橡胶(entangled metallic wire material, EMWM)后的叠层复合结构进行试验研究。以耗能量、损耗因子和动态平均刚度为评价指标,分析了不同激励条件和不同金属橡胶密度对金属橡胶/碟簧叠层复合结构阻尼性能的影响。基于迹法等效阻尼模型,考虑弹性恢复力和阻尼力随变形幅值、频率的变化规律,用参数分解识别法建立该复合结构在一定载荷下的非对称迟滞模型。结果表明,预测的滞回曲线与实测曲线吻合度高,参数识别精度能够满足工程应用的要求。     

汽车悬架衬套静动特性分析中缩径量影响研究

为有效开展整车操稳性、平顺性的仿真研究,有必要对影响较大的汽车悬架衬套的静、动刚度范围进行精确设计及控制。本文通过采用3阶Ogden超弹性本构模型与3阶PRONY级数粘弹性模型建立了某汽车悬架减振器橡胶连接衬套超－粘弹性有限元模型,利用ABAQUS/Standard有限元分析模块分别研究了衬套缩径量大小与静、动刚度的关系,得到了不同缩径量下橡胶衬套静、动刚度曲线;结果表明,当缩径量小于0.6mm时,橡胶衬套静、动刚度随缩径量的增加而增大并呈近似的线性关系;当缩径量大于0.6mm后,静、动刚度随缩径量增大而增大的速率急剧变大而呈现非线性关系;本文研究说明,当缩径值达到一定程度后对橡胶衬套静、动刚度值的影响变大;最后通过试验测试发现有限元分析结果与测试结果相对误差在10%以内,证明了本次考虑缩径量影响的汽车悬架衬套静动特性分析的正确性,这对车用橡胶衬套的设计与分析研究具有一定的指导意义。     

碳纳米管增强铝基复合泡沫的阻尼性能

通过填加造孔剂方法制备了碳纳米管（CNTs）增强铝基复合泡沫,采用热机械分析仪研究了测试温度、频率、外加振幅、泡沫的孔隙率和CNTs含量对其阻尼性能的影响,并分析了相关阻尼机制。结果表明:复合泡沫铝的阻尼性能随孔隙率和振幅的增大而提高,随着频率的增加而下降。在环境测试温度25~200℃范围内,复合泡沫的损耗因子变化较小;当温度高于200℃后,损耗因子随温度升高有明显的提高。CNTs的加入可以显著提高泡沫铝的阻尼性能,常温下3.0% CNTs增强的铝基复合泡沫的损耗因子达0.27,为泡沫铝的3.71倍。复合泡沫的阻尼机制主要为位错阻尼、晶界阻尼、孔隙阻尼、CNTs的本征阻尼和CNTs-Al间界面阻尼,其中本征和界面阻尼发挥了重要的增强作用。      

基于叠加模型的橡胶元件动态特性分析

基于模型叠加理论,针对橡胶元件的动态特性开展研究。采用时间—步长法,在MATLAB中建立了一维多参数橡胶叠加本构模型。模型由弹性单元、黏弹单元和弹塑单元并联构成。黏弹单元采用Able黏壶,用于表征橡胶元件的频率依赖性;弹塑单元采用多线性理想弹塑模型,用于表征橡胶元件的振幅依赖性。对比测试结果表明:在计算谐波激励下橡胶弹簧的受力时,力—位移迟滞曲线的计算结果与测试数据能很好地吻合,刚度频率振幅依赖性和阻尼频率依赖性能被较好的表征。在计算随机激励下橡胶隔振器的受力时,高频激励下的计算结果与测试数据能较好地吻合,低频激励下有一定程度的偏差,但计算精度在工程可接受范围之内。提出的叠加模型能较好的表征橡胶元件的动态特性,能够提高动力学模型的准确性。     

玻璃纤维芯铅丝增强橡胶复合材料阻尼性能研究

本文根据材料性能互补原理,结合阻尼减振机制,设计并制备了一种(金属/无机纤维/橡胶)三元阻尼材料-玻璃纤维芯铅丝增强橡胶复合材料(GF/Pb/R).研究了具有不同界面结合强度(弱、中等、强结合)的GF/Pb/R在-30℃～50℃、5Hz和27℃、1～50Hz两种条件下的存储模量和阻尼性能.结果表明,三种复合材料的力学性能均比橡胶高,其刚度随界面结合强度提高而提高;复合材料损耗因子按照界面弱结合、强结合和中等强度结合的顺序降低,其阻尼性能随温度的变化比橡胶平缓.