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。      

多层阻尼薄膜嵌入的共固化复合材料结构动力学性能

为大幅度地提高复合材料结构动力学性能,首先提出了新型多层阻尼薄膜嵌入的共固化复合材料结构,并按照玻璃纤维/环氧(5231/EW180B)预浸料固化工艺曲线将其制成嵌入式中温共固化多层阻尼薄膜复合材料试件;然后,探索使用模态应变能有限元数值模拟法对该结构的动力学性能进行了研究;最后,将结果与模态分析实验数据进行对比,并获得了多层阻尼薄膜嵌入的共固化复合材料结构模态参数随阻尼层的厚度、数量、位置和分布的变化关系。结果表明:多层阻尼薄膜嵌入的复合材料结构能显著提高整体结构的一阶模态损耗因子。研究结果为轻质大阻尼复合材料结构设计理论和制作工艺的进一步研究奠定了基础。     

嵌入式共固化穿孔阻尼层复合材料结构动力学性能分析

建立嵌入式共固化穿孔阻尼层复合材料结构（ECPDLCS）的有限元模型（FEM）,提出用改进的应变能法分析该穿孔结构的阻尼损耗因子,模态分析实验验证了文中数值模拟模型和方法的有效性。用验证的模型和方法分别研究了阻尼层厚度、穿孔孔径和孔距对整体结构模态损耗因子和频率的影响,以及在阻尼层面积比相同的情况下,孔径和孔距的分布与复合材料整体结构动力学性能的关系。结果表明：增加阻尼层厚度、减小阻尼层穿孔孔径和孔距,均有利于增大模态损耗因子,但结构固有频率则会有不同程度地降低;在相同面积比的情况下,损耗因子随着孔距和孔径的增加而增加,而固有频率则随之降低。文中的模型和方法对ECPDLCS的动力学性能理论预估具有重要的指导意义。     

无纺布插层共固化双马树脂基复合材料的力学和阻尼性能

利用尼龙无纺布(PNF)和芳纶无纺布(ANF)为插层材料,采用共固化工艺制备了结构阻尼复合材料。利用动态力学分析仪测试并分析了复合材料的损耗因子和储能模量等动态力学指标;通过弯曲实验和短梁剪切实验评价其静态力学性能。此外,通过单悬臂梁强迫共振实验和自由振动衰减实验研究了复合材料层合板的共振频率和损耗因子。结果表明,添加2种无纺布能够与基体树脂在层间形成非反应双连续的相结构,插入ANF的[0°]16铺层复合材料归一化的弯曲强度和模量比空白样品提高了约10%,[±45°]4s铺层复合材料的弯曲强度提高约50%,且均高于插入PNF的复合材料。此外,由于层间富树脂区的形成和界面数目的增加提高了共固化复合材料的阻尼性能,插入15层PNF的[0°]16铺层复合材料的损耗因子达到0.0026,比空白样品提高了约116.7%,[±45°]4s铺层复合材料的损耗因子达到0.0064,比空白样品提高了约14.3%。     

夹芯复合材料结构阻尼特性研究

从粘弹性材料的本构关系出发,应用复特征值理论推导了夹芯复合材料结构阻尼的计算方法;同时基于能量损耗原理和阻尼的产生机理,研究了夹芯复合材料结构阻尼计算的模态应变能方法;提出了两种承载/减振夹芯复合材料结构模型,应用动态力学热分析方法测量了芯材的阻尼参数;应用两种阻尼计算理论和有限元数值分析相结合的方法研究了两种夹芯结构模型的损耗因子,并与试验结果进行了比较;分析了夹芯厚度对结构损耗因子的影响.     

计算粘弹结构动力学参数的新模态应变能方法

粘弹结构在噪声与振动控制领域已得到广泛应用,然而准确地计算粘弹结构的动力学参数一直存在困难,模态应变能法及其修正方法常用作近似计算。在分析模态应变能方法和已有修正方法的原理及其相互关系的基础上,提出一种基于损耗因子幅值的新模态应变能方法,用于计算粘弹结构的损耗因子与固有频率。新方法的修正因子随粘弹结构对应模态阶次损耗因子幅值变化。取可等价为粘弹性夹层梁/板的四参数原型系统和新型高阻尼航天载荷隔振器为算例,通过与已有方法的对比分析了新方法的准确性。     

二层粘弹阻尼复合结构的优化设计

构造二节点八自由度有限元模型对二层粘弹弱约束阻尼复合结构的动力学特性进行了数值分析，其计算结果与实验结果基本一致．利用此有限元模型研究了各层阻尼材料的几何及物理参数对复合结构阻尼性能的影响．     

PVDF对芳纶无纺布/环氧树脂共固化复合材料力学和阻尼性能的影响

为评价热塑性结晶聚合物聚偏二氟乙烯(PVDF)对共固化复合材料动态力学和阻尼性能的影响,首先,将PVDF负载到芳纶无纺布(ANF)上,采用共固化工艺制备了PVDF-ANF/环氧树脂(EP)结构阻尼复合材料。然后,利用动态机械分析仪测试了PVDF-ANF/EP复合材料的损耗因子、损耗模量和储能模量的温度谱;通过弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度的测试评价了复合材料的静态力学性能;通过单悬臂梁振动实验测试了复合材料的共振频率及自由振动衰减曲线,并计算了损耗因子;通过I型、II型层间断裂韧性实验及断面微观形貌的观察研究了复合材料的断裂韧性及增韧机制。最后,对复合材料的微观结构进行分析,探讨了其兼具力学性能和阻尼性能的结构内因。结果表明:通过在ANF表面负载PVDF,可在不引起复合材料力学性能明显下降的前提下,进一步提高PVDF-ANF/EP复合材料的阻尼性能和层间断裂韧性,复合材料的损耗因子提高了33.3%,I型和II型断裂韧性分别提高了168%和208%。     

嵌入式共固化高阻尼电磁吸波复合材料

提出多层吸波预浸料层和吸波阻尼层相互嵌合的结构,研发了一种兼具优良电磁吸波性能、高阻尼性能以及其他优良静力学和动力学性能的嵌入式共固化高阻尼电磁吸波复合材料,探索其制备工艺,推导了这种结构的电磁反射损失的理论表达式,并根据理论计算表达式编写Matlab程序理论分析了该结构的吸波性能。电磁吸波的实验结果,验证了该分析结果的有效性。模态实验、自由衰减实验和层间剪切实验结果给出了模态参数、阻尼性能以及层间剪切性能与阻尼层电磁吸波材料含量的关系。结果表明：随着试件电磁吸波材料含量的提高试件的反射损失变小,电磁吸收频宽增大,模态固有频率降低,模态阻尼比增加,阻尼损耗因子增加,层间剪切应力增强。     

聚醚氨酯结构与阻尼性能的研究（Ⅱ）

在前文利用动态粘弹仪讨论聚醚氨酯结构与阻尼性能关系的基础上，进一步探讨了由聚醚氨酯作为阻尼层，高模量环氧复合材料作为约束层构成的约束阻尼结构的阻尼性能。结果表明，聚醚氨酯结构对约束阻尼结构的阻尼性能影响很大；其模量也影响材料与金属复合后的阻尼性能，而且复合后的损耗因子峰值温度（Ｔａ）往往较聚醚氨酯的玻璃化温度（Ｔｇ）高２０℃左右；适当的软硬段配比可获得在－２０℃～＋６０℃宽温域内性能优良的阻尼材料     

随机激励作用下硬涂层薄板振动有限元分析及减振预估

硬涂层减振是一项新兴的阻尼减振技术,硬涂层复合结构在随机激励载荷作用下的振动特性建模与分析方法还未开展研究.将有限元建模方法和虚拟激励法(pseudo excitation method,PEM)相结合,实现了随机激励作用下硬涂层悬臂薄板结构振动建模及减振性能预估.首先,基于等效单层法创建了双面涂敷硬涂层的薄板结构振动...     

Finite Element Dynamic Analysis of Laminated Viscoelastic Structures

This work is concerned with the dynamic behavior of laminated beam, plate and shell structures consisting of a viscoelastic damping layer constrained between two structural layers. Finite element models for modal, harmonic and transient analyses are developed. The dynamic interlaminar shear stresses are determined and presented under harmonic and transient loads. The effect of the damping ratio of the viscoelastic material is investigated. It is found that the viscoelastic material damping reduces the interlaminar stresses. The results also show the dependency of the viscoelastic material on frequency, hence, the effect of the viscoelastic material appears significantly under harmonic loading. In transient analysis, the importance of the viscoelastic material is observed in absorbing the impact and returning the structure to its original configuration.     

Finite Element Dynamic Analysis of Laminated Viscoelastic Structures

This work is concerned with the dynamic behavior of laminated beam, plate and shell structures consisting of a viscoelastic damping layer constrained between two structural layers. Finite element models for modal, harmonic and transient analyses are developed. The dynamic interlaminar shear stresses are determined and presented under harmonic and transient loads. The effect of the damping ratio of the viscoelastic material is investigated. It is found that the viscoelastic material damping reduces the interlaminar stresses. The results also show the dependency of the viscoelastic material on frequency, hence, the effect of the viscoelastic material appears significantly under harmonic loading. In transient analysis, the importance of the viscoelastic material is observed in absorbing the impact and returning the structure to its original configuration.     

黏弹性复合材料结构的多目标优化设计

黏弹性复合材料具有良好的阻尼性能,但黏弹性层的存在对黏弹性复合材料结构的强度性能会有所影响,黏弹性复合材料结构只有同时兼备良好的阻尼和强度才能满足工程要求。该文在经典层合板及小挠度弯曲理论基础上,运用Ritz法建立黏弹性复合材料结构应变能损耗因子和横向均布荷载作用下初始破坏强度计算模型。提出新的遗传算法适应度函数构造办法,克服了多目标优化问题中优化结果的偏移现象,对黏弹性复合材料结构进行单目标和双目标优化设计。优化结果表明:改进的遗传算法适用于黏弹性复合材料结构阻尼和强度性能的优化设计,而且多目标优化设计可以权衡复合结构的阻尼性能和强度性能,有利于发挥黏弹性复合材料结构良好的整体性能。     

Winkler地基上黏弹性输流管的参数共振稳定性

本文研究了黏弹性输流管在Winkler地基上的横向振动。管道的黏弹性材料用Kelvin本构关系描述,在两端铰支边界条件下,对系统的控制方程应用直接多尺度法建立相应的可解性条件,得到了系统次谐波共振和组合共振的稳定性边界条件,考察了系统的各种参数如阻尼、脉动流速、质量比、弹性地基对稳定性边界条件的影响。     

基于振动疲劳试验的复合材料螺栓连接预紧力松弛特性

在强迫弯曲振动试验的基础上,建立了基于模态参数(共振频率和阻尼比)表征螺栓连接结构动态性能的分析方法和试验测试手段;通过施加不同初始预紧力和激振频率,探究碳纤维/环氧复合材料螺栓连接预紧力松弛的时变行为及其影响因素。结果表明:在10h振动疲劳过程中,螺栓初始预紧力越小,激振频率越大,连接件预紧力松弛程度越大;振动疲劳损伤会导致连接结构刚度衰退、阻尼增加;复合材料螺栓连接松弛受到材料黏弹性以及界面摩擦的共同影响,其中约50%的松弛是由复合材料黏弹性效应引起的。      

复阻尼模型结构地震时程响应研究

阻尼是结构动力分析的重要参数,对动力响应计算的结果有明显影响。目前,结构动力响应分析中的阻尼模型大都采用的是传统的Rayleigh阻尼模型,这种模型是为计算解耦而构造出的,其物理意义不是很明确。该文根据复阻尼系统理论,利用Newmark-β积分法,编制了Rayleigh阻尼和复阻尼模型的三维有限元程序。以三维钢框架结构为研究对象,计算了两种阻尼模型的结构地震时程响应和复阻尼模型的损耗因子,并讨论了不同加速度峰值和时间积分步长对复阻尼结构响应和损耗因子的影响。研究表明:在加速度峰值为2m/s2的El-Centro波作用下,两种阻尼模型的响应相差50%―100%,后者的结构动力响应远大于前者,损耗因子随应力或位移的增大而增大;复阻尼模型结构动力响应和损耗因子的稳定性和精度,与时间积分步长密切相关,不合适的时间积分步长将导致结果发散。     

具有分数导数本构关系的粘弹性浅拱的非线性动力学行为

利用分数导数本构模型描述材料的粘弹性特性,建立了粘弹性浅拱在横向荷载作用下的动力学方程。利用Galerkin截断法并结合边界条件分别得到了一阶和二阶Galerkin系统的控制微分方程。通过数值计算,分析了简谐激励下一阶Galerkin系统的非线动力学行为。研究表明:随着外激励幅值的变化,粘弹性浅拱系统可以通过倍周期分岔或阵发性两条路径进入混沌;固定外激励幅值、频率以及阻尼系数等状态参数,不同初始条件下,系统可以出现多周期解共存、周期解与混沌解共存的现象。     

Nonlinear response of a vertically moving viscoelastic beam subjected to a fluctuating contact load

In the present work, the nonlinear response of a vertically moving viscoelastic beam subjected to a periodically varying contact load is investigated. The generalized Galerkin??s method is used to discretize the nonlinear partial differential equation of motion into the temporal equation of motion. The temporal equation of motion contains many nonlinear terms such as cubic geometric and inertial nonlinear terms, nonlinear damping term, and nonlinear parametric excitation terms in addition to forced excitation and parametric excitation terms. The first-order approximate solutions are obtained by using the method of multiple scales, and the stability and bifurcations of the obtained steady-state responses are studied. Extensive numerical simulations are presented to illustrate the influences of various types of system parameters for different resonance conditions. A significant amount of vibration reduction is obtained with the increase in the material loss factor. The results obtained by numerically solving the temporal equation of motion are found to be in good agreement with the results determined by the method of multiple scales. The obtained results are useful for reduction in the vibration of the viscoelastic flexible beam with prismatic joint or single-link viscoelastic Cartesian manipulator with payload subjected to a sinusoidally varying contact load.     

A study on material damping of 0° laminated composite sandwich cantilever beams with a viscoelastic layer

The damping behavior of a 0° laminated sandwich composite beam inserted with a viscoelastic layer is investigated. A quantitative analysis of damping in the sandwich laminated composite beam has been conducted through the theoretical method. Results showed that the viscoelastic core thickness in the sandwich beam and the length of the beam have a great effect on the damping loss factor. They also demonstrate the great capability of laminated sandwich composites with embedded viscoelastic layer to considerably enhance structural damping. It is shown that the extended Ni–Adams’ theory can be efficiently used to identify the damping characteristics of the laminated sandwich composite beam.