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。     

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。     

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.     

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。     

考虑被加工材料动态特性的切削动力学理论

本文考虑了率敏感材料动力特性对切削振动的影响.指出刀尖周围高应变率变形金属是典型的粘塑性介质,因而是影响切削振动的重要阻尼源.运用材料的粘塑性本构方程建立了新的切削动力学模型及其传递函数,并给出了材料粘性系数表达式.     

振动阻尼讲座：第四讲 调谐阻尼器的工作原理

一、引言 通常调谐阻尼器为一个单自由度系统,它可以有多种形式: (1)由质量、线性弹簧和粘性阻尼组成的单自由度系统; (2)由质量和粘弹弹簧组成的单自由度系统; (3)粘弹阻尼共振梁; (4)调谐粘弹连接器。     

减振橡胶疲劳黏滞生热的仿真分析

由于良好的超弹性和阻尼特性,橡胶作为减振材料已得到广泛应用。在循环载荷作用下,材料的黏滞损耗以热形式耗散,引起材料自热升温,进而影响材料的动态黏弹特性,这是一种热力耦合效应。采用一种修正的Kraus模型描述橡胶材料动态损耗模量随温度、载荷频率和应变幅值的变化规律,同时,依黏弹性理论给出循环受载橡胶的黏滞生热率,并编制相应的计算程序。通过Abaqus有限元软件的变形分析、热分析以及热力耦合迭代计算,模拟橡胶圆柱试样和橡胶沙漏减振弹簧的疲劳黏滞生热规律,得到了不同载荷频率和应变幅值下的温度场及自热温升的时间历程曲线,计算结果与试验测量值吻合良好。     

VPF用粘性介质粘弹塑性本构模型及参数确定

为确定粘性介质压力成形所采用的粘性传力介质的材料模型及其参数,对粘性介质剪切蠕变-回复实验结果进行分析,提出采用粘弹塑性材料模型描述粘性介质变形行为.将粘性介质的总变形分解为弹性分量、粘弹性分量和粘塑性分量,对实验结果进行拟合分析,分别确定了粘性介质变形的各个应变分量与应力之间的关系,最终建立了所选用的粘性介质粘弹塑性模型,为数值模拟粘性介质变形行为提供了依据.     

三维粘弹壁板颤振分析

基于Kelvin粘弹模型,根据Von Karman大变形应变-位移关系和一阶活塞气动力理论,运用伽辽金方法建立了三维粘弹壁板颤振方程,并采用Rouge-Kutta法进行数值积分,分析粘弹阻尼,面内压力及壁板几何尺寸对粘弹壁板颤振的影响,进而取动压为分叉参数,研究粘弹壁板颤振时的分叉及混沌等特性。结果表明：随着粘弹性阻尼的增大, 系统的静态稳定区域先减小后增大,而静态屈曲解几乎不受影响,同时发现混沌运动区域随着粘弹阻尼的增大而快速减小。当取动压为分叉参数时发现粘弹壁板分叉特性很复杂,系统由屈曲状态进入混沌振动,再经历一系列的分叉进入简谐极限环振动状态;而较大面内压力和较小的长宽比不利于粘弹壁板的稳定。     

信道阻尼边界对井下钻杆声传输的影响

为改善低频声波沿钻杆管肇的传输性能，分析了影响声遥测的阻尼机制。考虑钻杆内外沿轴向流动的钻井液的阻尼影响，引入流体的粘性阻尼力，建立了一维纵波波动方程。基于圆柱源辐射理论，研究纵波的径向耦合损耗，并将地层等效为Kelvin粘弹性介质，应用有限单元法求解时域波动方程，讨论了钻井液粘性阻尼和粘弹性地层边界对行波传播特性的影响。理论分析表明，径向辐射和由此产生的波型耦合是声阻尼损耗的主要形式，地层粘弹性系数的变化列低频特性影响很大，但并不改变信道通阻带交替的梳状滤波器频谱。     

锆钛酸铅/高分子复合膜的吸声特性

以锆钛酸铅（ＰＺＴ）压电陶瓷微粒为填料,分别与丙烯酸酯共聚物和环氧树脂复合制得ＰＺＴ／高分子（ＰＺＴ／Ｐ）复合膜,用驻这法测定了复合膜的吸声特性。用动态粘弹仪测定了复合膜的阻尼特性,实验结果表明,在声频３７５－２０００ＨＺ范围内,在聚合物中入ＰＺＴ微粒并使其极化产生压电必珂使其吸声性能增加,动态粘弹实验结果表明,压电阻尼效应取决于产生的电荷能否及时被消耗。     

黏弹性叠层复合材料阻尼器性能试验研究

黏弹性阻尼器是一种被动减震(振)控制装置,它主要依靠黏弹性阻尼材料的滞回耗能特性,给结构提供附加刚度和阻尼,以减小结构的震(振)动反应。在减震结构设计中,一定范围内提高黏弹性阻尼器的存储刚度,能够有效的降低结构的震(振)动位移,提升黏弹性阻尼器的减震性能;通过在既有黏弹性阻尼材料中增加芳纶网眼织物,设计并制作了五类黏弹性叠层复合材料阻尼器,在相同环境温度下,对其进行变形相关性、加载频率相关性以及疲劳性能试验,以最大剪应力、存储剪切模量、损耗剪切模量和等效黏滞阻尼比作为性能指标,研究黏弹性叠层复合材料阻尼器的力学性能及其规律。研究结果表明:在不改变黏弹性阻尼材料基体的基础上,增加芳纶网眼骨架材料,能够有效的提高黏弹性阻尼器的存储刚度;剪切变形、疲劳加载对黏弹性叠层复合材料阻尼器力学性能指标影响明显;加载频率对该类黏弹性阻尼器的力学指标影响较小。     

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。      

基于振动梁法小弹性模量材料阻尼特性测试研究

振动梁法可以获取"金属层+阻尼层+金属层"三明治梁的结构损耗因子,进而求得阻尼材料的材料损耗因子。但是通过理论研究发现,当阻尼材料的弹性模量低于10 MPa时,在外载荷作用下,三明治梁的上下金属层对阻尼层产生明显的横向挤压,不满足振动梁法的理论假设。为此,提出一种仿真与试验相结合的方法获取了HT 800、Regufoam 2000和SR 450这三种小弹性模量阻尼材料的材料损耗因子。在试验部分,利用振动梁法获取三明治梁结构阻尼损耗因子,以此作为仿真中结构损耗因子的目标值。仿真部分,建立三明治梁有限元模型,通过不断改变材料损耗因子的输入值获取模型相应的结构损耗因子,直到仿真与试验结构损耗因子相等时,仿真中相应的材料损耗因子值即为小弹性模量阻尼材料损耗因子。该种测试方法为小弹性模态阻尼材料阻尼测试提供了参考。