泡沫材料厚度对其刚度及阻尼系数的影响

根据隔振分析模型,建立了相应的实验测量系统,测量并分析了泡沫材料的刚度及阻尼系数。采用激振台对泡沫材料施加激励,由2个加速度计拾振,获得了由泡沫材料组成的缓冲包装系统的振动传递比曲线,应用非线性拟合方法计算得到了阻尼比,并求得了刚度和阻尼系数。实验结果表明:泡沫材料刚度随其厚度增加而递减,阻尼系数则在一定范围内随厚度增加而降低;泡沫材料厚度的增加会降低缓冲包装系统隔振的下限频率,在一定范围内越厚,隔振效果会越好,但当厚度超过了特定值,隔振效果反而有所下降。     

基于高速图像测量技术的缓冲材料缓冲性能的表征

有效表征缓冲材料的缓冲特性对于优化设计缓冲包装十分重要。采用动态缓冲系数表征材料的缓冲性能是一种非常有效方法。基于动态压缩实验和高速图像测量技术,测量了发泡聚乙烯缓冲材料冲击过程中的动态应力—应变曲线,由此得到不同应力水平情况下单位体积的动态变形能和动态缓冲系数,从而直接表征了泡沫材料的动态缓冲性能,为缓冲包装设计提供了重要的基础数据。     

粘弹性复合材料的有效三维阻尼矩阵预报与能耗计算

提出了一种计算纤维增强复合材料粘弹性阻尼和能耗的新方法。在层片的层次上,基于各向异性粘弹性理论导出以阻尼矩阵表示的材料能耗计算公式。在层板的层次上由能量等效原理得到有效阻尼矩阵。由此,可由层板的有效应力和有效应变计算出其能量耗散进而得到比阻尼。其中的关键点是有效阻尼矩阵的推导,最终得到的有效阻尼矩阵是各单层阻尼系数、体积分数、刚度系数以及层合板有效刚度系数的函数。用有效阻尼矩阵计算能耗可以适用于任意复合材料的应力应变状态,这对于粘弹性复合材料结构能耗的数值分析尤其重要。最后将该理论应用于几种情况下的复合材料的能耗和比阻尼分析,算例表明与其它的理论预测和试验相比吻合良好,证实了该方法的合理性。      

松弛型阻尼隔振模型的动刚度试验研究

针对松弛型阻尼隔振模型,从动刚度角度分析其与传统隔振模型的区别。通过求解松弛型阻尼隔振模型的传递率,说明系统最优传递率和动刚度的联系。使用波纹管提供刚度及密封,采用小孔阻尼结构形式,设计松弛型阻尼隔振器并对系统的阻尼系数求解。对所设计的松弛型阻尼隔振器进行了动刚度的测试,实验结果和理论预测吻合较好。研究对松弛型阻尼隔振器的优化设计具有很强的指导作用。     

梯形齿环状结构缓冲防护性能研究

目的在高冲击、高过载的环境下,研究高过载测试电子记录器的环阻尼缓冲防护结构的缓冲防护性能。方法从结构和材料上对高过载测试电子记录器中的环阻尼缓冲防护结构进行改进,采用具有梯形齿环状缓冲防护结构,在钢壳内侧壁和内胆盖外侧壁、内胆外侧壁之间装有泡沫铝-聚氨酯或泡沫铜-聚氨酯等复合材料,以更好地起到缓冲防护作用。接着对复合材料结构试样进行Ansys仿真实验,研究泡沫铝-聚氨酯复合材料结构的抗高过载、高冲击性能。结果灌封质量分数为25%的聚氨酯时的泡沫铝-聚氨酯复合材料结构的抗高过载性能较好,灌封质量分数为4.9%聚氨酯时的泡沫铝-聚氨酯复合材料结构的抗冲击性能最好。结论梯形齿环状结构较三角齿螺纹结构有更好的稳定性。     

门上设置弹簧与阻尼器的防护门抗爆性能的理论与数值分析

采用理论与数值分析方法研究在门上设置弹簧和阻尼器提高防护门抗力的可行性及有效性。首先,利用第二类Lagrange方程,建立了门体上设置弹簧和阻尼器结构的三自由度等效体系简化分析模型,系统研究了刚度系数、阻尼系数和质量比对防护门动力响应的影响特点与规律,结果表明:仅在刚度系数和阻尼系数较小的情况下,上述措施可以有效降低防护门的跨中位移,但此时门上辅助结构的位移太大;在刚度系数较大而阻尼系数较小的情况下,防护门与门上辅助结构之间存在共振现象;在刚度系数和阻尼系数都足够大的情况下,上述措施作用仍然十分有限。其次,对典型的防护门结构进一步进行了精细化非线性有限元分析,计算结果再一次表明门上设置弹簧和阻尼器难以有效提高防护门抵抗核爆和化爆荷载的能力。     

汽车悬架控制臂液压衬套动态特性实测与计算分析

在汽车悬架系统中,为了满足其低频振动控制和高频隔振性能的要求,对控制臂衬套动态特性的要求是不一致的。常见的橡胶衬套很难提供在低频振动控制时所需要的大阻尼。液压衬套是一种可在一个较大的频率范围内提供大阻尼和大刚度的振动控制元件,目前它在悬架系统中得到了广泛的应用。介绍了可在径向或轴向方向提供大阻尼和大刚度的两种结构型式的液压衬套,实验测试了它们的静态特性、动刚度和阻尼及其与激振频率和激振振幅的相关性;建立了液压衬套动特性计算分析的集总参数模型,利用该模型计算分析了一液压衬套的动刚度和滞后角,计算结果和实验值的对比结果证明了模型的正确性。最后给出了液压衬套在解决由于路面或车轮不平衡激励而引起方向盘振动问题的应用实例。     

镶嵌薄膜结构的低频吸声特性分析与实验研究

为了对低声压级、低频带声波达到理想的吸收效果,提出了一种金属片镶嵌薄膜的复合吸声结构。分析了复合结构局域共振机理:通过薄膜材料的弹性波与每个结构单元的共振特性相互作用,可以产生局域共振带隙,从而使薄膜中的行波不能进行传播。利用传递矩阵法计算了镶嵌结构与薄膜空腔结构结合后的声阻抗,得到理论的吸声系数。通过试验得到复合结构中结构单元和薄膜的阻尼系数与弹性系数,对复合结构进行吸声系数测试,与理论计算值进行对比,理论计算结果与试验吸声系数吻合较好。采用薄膜两侧镶嵌结构单元与一侧的进行试验比较,得到两侧镶嵌结构的吸收峰值附近频带较宽,一些吸声系数达到0.95,实现了低频噪声的高效吸收。     

基于微振动理论单罩杯双自由度耳罩隔声模型

把单耳罩结构考虑为单罩杯双自由度模型,揭示耳罩刚度、阻尼、质量、体积、泡沫类吸声材料对耳罩隔声的影响规律。该模型表明,提高罩杯刚度,降低罩杯内吸声材料的刚度,有利于提高耳罩的隔声性能。罩杯阻尼系数越高,系统共振峰越小,低频隔声性能有改善;吸声材料的阻尼系数较小为宜;较大的耳罩质量或体积,可以有效提高耳罩的隔声性能,但较大的质量或体积会导致耳罩舒适性降低。     

运输包装车辆装配系统直接与间接逆子结构动态分析方法实验验证

针对"产品-包装-车辆"装配系统中的包装耦合体,基于系统与部件水平的实测频率响应函数(FRF),计算了装配耦合动刚度,包括直接逆子结构法和间接逆子结构法。设计了一套实验模型并测量、计算和分析了其系统装配耦合动刚度,实验验证了这2种方法在实际包装耦合体的设计及其缓冲防震性能分析上应用的有效性。     

住宅浮筑楼板撞击声改善量试验

弹性材料应用于浮筑隔声楼板中,对于优化改善住宅楼板的撞击声隔声性能有重要意义,其中弹性减振层和浮板质量层的优选是关键技术措施。以发泡橡胶减振垫板和聚氨酯泡沫板为对象,试验、分析了其在不同加载方式下的测试厚度、动态刚度、共振频率、阻尼比等主要性能参数。然后以钢筋混凝土住宅分隔楼板为例,分别以发泡橡胶减振垫板和聚氨酯泡沫板作为弹性减振垫层,浇筑成型不同厚度的浮筑隔声楼板结构,测试其在不同厚度、不同作用时间下的撞击声压级及其变化规律,对比分析了其对住宅楼板撞击声改善量的影响。     

Design of hybrid steel/composite circular plate cutting tool structures

Substituting composite structures for conventional metallic structures has many advantages because composite materials have both high specific stiffness and damping characteristics compared to conventional metallic materials. In this study, circular plate cutting tools which are used for rough machining of bearing sites in crankshafts or camshafts were designed with the fiber reinforced composite material to reduce tool mass and to improve the dynamic stiffness of circular plate cutting tools. The hybrid steel/composite circular plate cutting tool was analyzed by finite element method with respect to material types such as composite and foam, stacking angles of the composite, adhesive bonding thickness, and dimensions of the cutting tool. Also, the constrained damping characteristics of the tools were experimentally investigated with respect to the adhesive bonding thickness and material type such as composite and PVC foam. From the finite element analysis and experimental results, optimal design parameters for the hybrid steel/composite circular plate cutting tool were suggested.     

Evaluation of Static and Dynamic Cushioning Properties of Polyethylene Foam for Determining Its Cushion Curves

A comparison of static and dynamic cushioning properties of polyethylene foam is discussed in this paper. A dynamic factor function is defined and obtained from the analysis on the experimental data from compression and cushion tests. The deformation energy per unit volume is taken into consideration to make an estimate of the maximum strain and dynamic stress data in an impact, and the peak acceleration can be predicted from the compression data corrected for the dynamic effects by the dynamic factor function. Then, the cushion curves at almost every test condition, such as different drop heights or thickness of cushioning material, can be approximated by a specially developed computer code using Matlab. This research can assist in determining the accuracy of cushion curves for all variants of a particular cushioning material from the dynamic factor function and compression test data. This new procedure will greatly simplify the experimental process for determining cushion curves. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

汽车座椅聚合物泡沫座垫非线性弹性-阻尼特性建模研究

该文探讨了汽车座椅聚合物泡沫座垫的非线性弹性-阻尼特性的一种建模方法及过程。首先进行了泡沫座垫的动态力学特性实验测试,根据座垫的非线性动态特性特征选择了模型的表达式,再通过大量实验数据对其进行了参数辨识,建立了座垫的一种非线性弹性-阻尼特性数学模型,表达了座垫的动态载荷与变形位移、速度的关系。另一方面,进行了实际人体在座垫上的正常坐姿体压分布测试,参考体压分布状态进行了座垫的离散化,建立了泡沫座垫的垂向非线性弹性-阻尼特性的离散化模型,可更好地模拟座椅-乘员系统的人体角振动响应特性。最后进行了所建立的聚合物泡沫座垫动态特性模型在座椅-乘员系统多体动力学响应模拟分析中的应用验证。     

Dynamic Mechanical Analysis of Hybrid Fibre/Glass Microspheres Composites

Abstract: This article presents the results obtained in a current study of the viscous properties on hybrid short fibre/hollow glass microspheres composites fabricated with epoxy binder. The effect of the filler volume fraction and of the fibre reinforcement on the dynamic stiffness modulus, damping coefficient and glass transition temperature was studied. These properties were determined using dynamic mechanical analysis (DMA) in three points bending mode. The specimens were cut from plates produced by vacuum resin transfer moulding with microspheres weight contents up to 17%. Net resin exhibits storage modulus significantly higher than the 2% in weight of microspheres foam, while negligible effect was observed on the maximum loss modulus, maximum damping coefficient and glass transition temperature. The increase in filler volume fraction tends to decrease significantly storage and loss modulus at stable regions and the maximum damping coefficient, while glass transition temperature is only marginally affected. The addition of low contents of short fibre increases significantly storage modulus, particularly for carbon fibre, while maximum loss modulus does not exhibit a well‐defined tendency. Important reduction in the maximum damping coefficient was observed by the addition of both fibre reinforcements.     

Impact Oscillator Model for the Prediction of Dynamic Cushion Curves of Open Cell Foams

Cushion curves enable packaging designers to optimize a design solution for a given product fragility and expected distribution environment drop height. The industry accepted techniques for developing these curves are time intensive and devoid of a physical understanding of the materials and the physics involve in energy absorption. This paper delves into a qualitative understanding of the dynamics of a platen impacting an open cell foam cushion material. An hyperelastic material model is used to describe the foam's nonlinear stress–strain relationship, while its damping and hysteretic behaviour are represented with linear viscoelasticity. Using a simple nonlinear, discontinuous model of a drop test along with numerical simulations, the study examines the physics of the impact. The numerical studies show that the model is able to provide predictions of the shock pulse's shape, duration and amplitude at various static stresses and drop heights. The dynamic cushion curves generated by the model retain the characteristic concave upward ‘trough’ shape of the experimental curves. Furthermore, the model shows that the optimal amplitude of shock absorbed for a given set of drop conditions depends on the foam's thickness and cross‐sectional area. Lastly, the model is validated using the comparison of a predicted curve and experimental data captured using a cushion tester. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

新型阻尼橡胶圈的动态特性测试

利用基础激振、共振质量法设计了专用的实验系统,对新型阻尼橡胶的动态特性进行了测试,获得了阻尼橡胶刚度系数、阻尼系数以及损耗因子等特征参数值,并分析了特征参数与使用频率之间的对应关系.     

泡沫硅橡胶动态力学性能的实验研究

泡沫硅橡胶在缓冲减振方面有独特的优良性能,但由于它是一种柔性材料,波速和波阻抗均极低,因此实验研究其动态力学性能具有很大困难,本文首次实现了利用霍普金森压杆技术对泡沫硅橡胶作冲击压缩实验,得到了高应变率下的应力￣应变曲线,结果表明,该材料具有强烈的应变率敏感性。     

双材料自由阻尼层结构拓扑优化设计方法

目的 在不减小板壳结构动刚度的前提下有效提高板壳结构的抗振性能,提出一种板壳阻尼复合结构拓扑优化设计.方法 以结构模态阻尼比为目标函数,以某阶固有频率不小于设定值为约束条件,推导目标函数和约束条件对设计变量的灵敏度表达式,采用SIMP插值函数和移动渐近线法求解优化数学模型.结果 研究表明,文中提出的双材料阻尼层结构相比传统单材料阻尼层结构的振动响应明显减小,同时适当改变设计目标和约束条件,可满足不同的工程应用需要.结论 通过在宏观上对高刚度低阻尼材料和低刚度高阻尼材料的分布进行了设计,优化后的结构兼顾低刚度高阻尼材料的高阻尼特性和高刚度低阻尼材料的高刚度特性,实现了结构高刚度高阻尼的设计.