振动阻尼讲座：第二讲环境因素对阻尼材料性能的影响及其分析

通常,环境因素对阻尼材料性能产生重要影响,如对橡胶类粘弹阻尼材料来说,其刚度和损耗因子随频率、温度、动静载荷大小的不同将发生很大的变化。因此,为能有效合理地使用阻尼材材,掌握一些材料性能随环境因素变化的关系是必要。本讲座中,将以橡胶类粘弹阻尼材料对象,着重讨论一些对其性能产生重要影响的环境因素并给出典型的分析表述。这里应说明的是,之所以选择橡胶类粘弹阻尼材料为讨论对象,在于它应用的广泛性和有效性。     

阻尼层合板中波传播性能研究

最近许多约束阻尼复合结构的研究中,阻尼层一般都选用粘弹性材料,由于粘弹性材料的刚度一般远小于约束层和基层的刚度,所以大部分研究都在计算和建模时,忽略粘弹材料的弯曲刚度,而不考虑阻尼层的外延和弯曲变形的影响。应用高阶理论研究了敷设具有一定刚度的蜂房型粘弹性材料的约束阻尼层合板结构动力学方程,探讨了复合层合板梁在振动情况时材料的弯曲刚度,剪切刚度对弯曲波在复合梁中传播的能量损耗影响,以及各层厚对层合板梁的阻尼性能的影响。     

附加粘弹阻尼层的薄壁构件振动问题研究综述

由于其结构”轻”和“薄”的特性,薄壁构件相对于常见厚壁构件来说更易产生振动。在薄壁构件上粘贴粘弹阻尼材料来控制其振动是一种非常有效的手段,在工程上已经得到广泛的应用。附加粘弹阻尼层的薄壁构件振动问题数十年来一直是振动工程领域研究的热点问题。特别是最近十几年取得了不少新的进展。本文简单介绍了粘弹材料的敷设形式,然后精选了2000年以来粘弹阻尼层处理的薄壁构件振动领域的七十余篇文献,分六大类总结了其研究新进展。得出的结论和展望将对未来从事这一领域的研究者们提供较有价值的参考。     

车身地板阻尼材料的优化研究

基于材料优化的车内降噪和减振方法主要是通过提高阻尼材料的使用效率和铺设阻尼材料,减少车身接触点间的摩擦和碰撞。本文基于用DMA动态粘弹谱分析仪测出原车阻尼材料和几种不同黏弹性阻尼材料的损耗因子随温度和频率变化的关系。采用原车阻尼材料和一种损耗因子比较大的(Dy-1)阻尼材料在相同环境下进行车内噪声频谱试验测试,得到了降噪能力更强的抗振材料。同时基于有限元理论,通过拓扑优化方法和综合应变能方法对车身地板阻尼材料的布置位置进行优化。利用拓扑优化方法对车身地板第10阶模态下的损耗因子进行了优化,在使用了60%阻尼材料情况下,获得了和全铺阻尼接近的损耗因子。利用综合应变能方法,使用了全铺时40%的阻尼材料,得到了和全铺时接近的减振效果。     

简谐激励下共固化复合材料粘弹阻尼结构的损耗因子研究

基于模态叠加法和模态应变能法,推导出在任意简谐激励下粘弹阻尼结构的损耗因子的计算方法,并采用这种方法分析了共固化复合材料粘弹阻尼结构在简谐激励下的损耗因子.分析结果与动态机械分析仪(DMA)实测结果基本吻合,从而验证了本文建立方法的有效性,对粘弹阻尼结构的损耗因子的分析以及共固化复合材料粘弹阻尼结构的设计和应用具有一定的参考价值.     

粗糙结合面法向接触的能量耗散与阻尼特性研究

为了能够预测粗糙结合面法向接触的能量耗散和阻尼的变化规律,在Hertz和Abbott-Firestone经典接触模型的基础上,提出了一种加载-卸载混合弹塑性接触模型。首先,研究单个微凸体在完全弹性和塑性接触状态下的受力特性,推导出混合弹塑性状态下接触面积和力的数学表达式,进而研究能量变化规律和接触阻尼特性。然后,通过文献中的实验数据,并且和完全弹性、塑性状态下的接触模型进行对比,验证了该模型的有效性。在此基础上,分析能量耗散和法向接触阻尼与法向变形量、硬度以及硬度指数的关系。结果表明,结合面能量耗散随着法向变形量的增加而变大,而法向接触阻尼随之减小;在法向变形量一定时,接触阻尼随着材料硬度的增加而变大,而硬度指数的影响很小。     

材料参数对液弹阻尼器动态特性的影响

为了探究材料性能参数对液弹阻尼器动态特性的影响规律,采用电液伺服动态试验机研究了液弹阻尼器的载荷-位移曲线、弹性刚度、阻尼刚度和损耗因子随橡胶硬度和阻尼液黏度的变化。试验结果表明：液弹阻尼器91.5%以上的弹性刚度由橡胶部分提供,并且弹性刚度随橡胶硬度的增大而增大;液弹阻尼器84.8%以上的阻尼刚度由阻尼液提供,并且阻尼刚度和损耗因子随阻尼液黏度的增大而增大,随剪切振幅的增大而减小,阻尼液黏度越大阻尼刚度和损耗因子下降幅度越大;当阻尼液黏度由2 000 mm²/s增大到10 000 mm²/s时,液弹阻尼器的阻尼刚度由2 420 N/mm增大到5 163 N/mm;当剪切振幅由0.2 mm增大到1.5 mm时,阻尼刚度分别减小18.5%和40.1%。以上结论可为液弹阻尼器的选材提供依据。     

基于剪切耗能假设的黏弹性夹芯梁的振动和阻尼特性

基于一阶剪切变形理论和哈密顿原理建立了三层粘弹性夹芯梁结构的有限元模型并对其振动和阻尼特性进行了研究。建模时认为粘弹材料层不可压缩,振动能量是依靠粘弹性层的剪切变形来耗散的。为验证本模型的正确性,将其与解析解作了对比。同时,为了证明本方法的优越性,将其与常用的“实特征模态”、“近似复特征模态”、“钻石法”和“近似法”四种数值方法做了比较。结果表明本方法的精度在这几种数值方法中是最好的。最后,讨论了粘弹性夹芯梁结构参数变化对系统固有频率和损耗因子的影响,得到了一些有工程实际意义的结论。     

弹性体阻尼材料的研究进展

弹性体阻尼材料具有独特的动态粘弹性行为,被广泛应用于减震、降噪等多个领域。在实际应用过程中,弹性体阻尼材料常面临有效阻尼温域窄、损耗因子较低的问题。拓宽有效阻尼温域、提高损耗因子是目前开发高性能弹性体阻尼材料的主要方向。从弹性体阻尼材料的阻尼机理出发,阐述了分子链形态与结构、温度及振动频率、弹性体组成体系对弹性体阻尼材料阻尼性能的影响。介绍了弹性体阻尼材料的改性方法及近几年来的最新研究进展。     

黏弹性材料Biot模型参数确定及其在黏弹阻尼结构中的应用

黏弹性材料广泛用于工程结构减振降噪,其本构模型的研究对黏弹阻尼结构的动力学分析具有重要的意义。Biot模型能够真实反映黏弹性材料参数随着频率变化的动力学特性;提出了一种确定其参数并将其结合到黏弹阻尼结构有限元动力学方程的方法;通过对频域内试验测得的黏弹性材料储能模量和损耗因子数据进行多参数非线性曲线拟合,并将其转化为在复频域内带约束条件的非线性优化问题,可以使非线性多参数确定问题大大简化;借助辅助耗散坐标将黏弹性材料Biot模型引入到黏弹阻尼结构有限元动力学方程中并转化成常规的二阶线性微分方程,实现了求解的简化。通过试验研究对该方法进行了验证,结果表明提出的Biot模型参数确定和有限元相结合的方法是正确、简单和有效的。