分数算子描述的粘弹性材料的本构关系研究

从分数导数的定义出发,提出了在经典粘弹性模型理论中采用Abel粘壶取代传统牛顿粘壶的新观点.将有机硅高分子材料在MTS831.10材料试验机上进行动态力学行为试验,对试验结果分别用经典粘弹性模型和分数导数模型进行拟合.结果表明,分数导数Kelvin模型可以同时精确地拟合高分子材料的存储模量和损耗模量随频率变化的曲线,而且其形式简单、统一,在计算过程中需要调整的参数很少.     

服从分数导数Kelvin本构模型的粘弹性阻尼器的阻尼性能分析及试验研究

从分数导数的定义出发,提出了在经典粘弹性模型理论中采用Abel粘壶取代传统牛顿粘壶的新观点.将高分子粘弹性阻尼器在MTS831.10材料试验机上进行动态力学行为试验,对试验结果用分数导数模型进行拟合.结果表明,分数导数Kelvin模型可以同时精确地拟合高分子材料的存储模量和损耗模量随频率变化的曲线,而且其形式简单、统一.在计算过程中需要调整的参数很少.最后将分数导数模型引入静态特性公式,得出了圆筒状粘弹性阻尼器动态刚度与阻尼的表达式.     

定频变温下粘弹材料动力学特性数据拟合分析

本文研究了粘弹性阻尼材料的耗能机理和动态阻尼特性,采用分数导数模型,并与温频等效原理相结合,得到了粘弹性阻尼材料的复模量、损耗因子与温度关系的参数化数学模型;并结合粘弹性阻尼材料的DMA测试实验数据对模型参量进行了拟合。实验结果和误差分析表明拟合的数学模型能够准确反映粘弹性材料在定频率变温度条件下的动力学特性的变化情况。     

变频变温条件粘弹材料参数化数学模型

采用分数导数模型并结合温频等效原理,提出了粘弹性材料的复模量、损耗因子与温度、频率关系的参数化数学模型——五参数Zener模型;结合DMA测试实验数据对模型参数进行了拟合,结果表明：该模型能够很好地反映粘弹性材料在变频、变温条件下的动态力学特性。     

黏弹阻尼材料的动态模量分析

将四参数分数导数维的Zener模型用于吸声降噪的高聚物材料。该模型不仅能在低频区域很好的拟合弹性模量和损耗因子,还能预测出高频区域弹性模量和损耗因子的曲线。该模型和测得实验数据相符合。     

塑料合金关于温度-频率-振幅的本构模型

以经典Kelvin分数导数理论为基础,建立新型BTG塑料合金的改进Kelvin分数导数动态本构模型,该模型综合描述了温度、频率和振幅与BTG塑料合金模量的关系.通过动态热分析仪DMA242,获取了BTG塑料合金几个温度下,振幅恒为30μm时的频率扫描和几个频率下的恒温幅值扫描的动态存储模量和损耗模量实验数据.首先分析频...     

基于超弹性、分数导数和摩擦模型的碳黑填充橡胶隔振器动态建模

碳黑填充橡胶隔振器（以下简称＂橡胶隔振器＂）的动态特性与预载、激振频率和激振振幅相关。实验测试了一橡胶隔振器的动态特性,建立了基于超弹性、分数导数和摩擦模型的橡胶隔振器动态特性的非线性模型,其中超弹性模型用于描述橡胶隔振器的弹性,分数导数模型用于表征橡胶隔振器动态特性的激振频率相关性,摩擦模型用于表征橡胶隔振器动态特性与激振振幅相关的特性,文中论述了建模方法和参数辨识方法。有限元分析获得橡胶隔振器的静态力-位移曲线,利用测试得到的橡胶隔振器在大振幅、低频激励下的力-位移关系,拟合得到橡胶隔振器动态模型中摩擦模型的参数,利用测试得到的橡胶隔振器在小振幅、高频激励下的力-位移关系,拟合得到橡胶隔振器动态模型中分数导数模型的参数。利用建立的模型和拟合得到的参数计算分析了橡胶隔振器动态特性的振幅相关性、频率相关性和预载相关性,并与实验结果进行了对比分析。分析结果表明,建立的模型可以较好的描述橡胶隔振器的动态特性。     

橡胶材料的一种5参数分数导数模型

通过在分数导数Zener模型中增加Scott-Blair黏壶,建立了一种新的5参数分数导数模型。分析了分数导数算子参数对Cole-Cole曲线形状的影响;基于某隔振橡胶材料的DMA实验,应用温—频等效原理获得了该材料的动态模量和损耗因子的主曲线,并识别了新建模型的全部参数。结果表明,该模型能够比较准确地反映具有对称或非对称Cole-Cole曲线的橡胶材料的动态特性。     

基于动态蠕变实验的沥青混合料本构关系研究

沥青混合料应变在一定温度和外荷载作用下会随着时间增长而逐渐增加的现象称为蠕变;重复加载蠕变实验反映了路面荷载和变形的响应关系,常用于分析路面高温抗车辙性能。为了真实模拟路面的力学状况和描述沥青混合料的动态蠕变性能,对四种沥青和两种沥青混合料进行动态蠕变实验;研究发现沥青混合料的动态蠕变呈非线性,同时采用经典Burgers模型与由Maxwell体和分数阶Kevin体串联组合的分数阶导数Burgers模型对沥青混合料蠕变曲线进行拟合,并对比分析其拟合结果。结果表明,分数阶模型参数a代表了材料的记忆特性,分数阶导数Burgers模型可定量的描述沥青混合料动态蠕变性能的非线性,能更好的分析其高温性能。     

分数阶导数线性流变固体模型及其应用

采用Koeller 弹壶元件替代标准线性固体模型中的Newton黏壶, 得到分数阶导数线性流变固体模型, 给出了表征模型动态黏弹特性的存储模量、损耗模量和损耗因子以及表征模型静态黏弹特性的蠕变柔量和松弛模量。采用分数阶导数线性流变固体模型、标准线性固体模型和五参量固体模型对聚丙烯材料应力松弛特性进行分析。讨论了Mittag-Leffler函数的求和截断误差。结果表明分数阶导数线性流变固体模型能更准确描述聚丙烯材料的应力松弛行为。     

Optimal design and parameter estimation of frequency dependent viscoelastic laminated sandwich composite plates

Recent developments in optimization and parameter estimation of frequency dependent passive damping of sandwich structures with viscoelastic core are presented in this paper. A finite element model for anisotropic laminated plate structures with viscoelastic frequency dependent core and laminated anisotropic face layers has been formulated, using a mixed layerwise approach, by considering a higher order shear deformation theory (HSDT) to represent the displacement field of the viscoelastic core, and a first order shear deformation theory (FSDT) for the displacement fields of adjacent laminated face layers. The complex modulus approach is used for the viscoelastic material behaviour, and the dynamic problem is solved in the frequency domain, using viscoelastic material data for the core, assuming fractional derivative constitutive models. Constrained optimization of passive damping is conducted for the maximisation of modal loss factors, using the Feasible Arc Interior Point Algorithm (FAIPA). Identification of the frequency dependent material properties of the sandwich core is conducted by estimating the parameters that define the fractional derivative constitutive model. Optimal design and parameter estimation applications in sandwich structures are presented and discussed.     

Measurement and theoretical modelling of the damping properties of a uni-directional glass/epoxy composite

The material damping of a uni-directional composite is determined experimentally by the flexural resonance method using cantilever beam specimens with different composite fibre orientations (0 °, 30 °, 45 °, 60 °, 90 °), and for each fibre orientation at three fibre volume fractions (0.35, 0.45, 0.6). The tests were carried out over a frequency range of 100–1000 Hz. A finite element model is also used to predict the damping properties. The results show that the loss factor is higher at low fibre volume fractions with the highest loss factor at a fibre orientation of 30 °. The loss modulus decreases with increasing fibre orientation, and increases with fibre volume fraction. The storage modulus decreases with increasing fibre orientation at each fibre volume fraction. All the results show little or no variation with frequency. Good agreement has been achieved between the theoretical model and the experimental results.     

扫描信号激振下振动器-大地耦合动刚度和动阻尼研究

准确描述在扫描信号激振下振动器与大地之间的相互作用是研究可控震源激振规律的关键.根据弹性半空间理论,建立了振动器-大地耦合振动模型,提出了振动器-大地耦合动刚度和动阻尼的数学描述,进行了耦合模型的试验验证,研究了耦合参数对动刚度和动阻尼的影响规律.结果表明,影响动刚度和动阻尼的耦合参数包括扫描频率、大地弹性模量、土壤密...     

服从分数代数Maxwell本构模型的粘弹性阻尼材料性能分析

运用分数代数及本构理论,讨论了具有分数代数Maxwell本构关系的粘弹性材料的储能柔量、耗散柔量、耗散率、内摩擦角等参量随频率的变化规律,分析了具有分数导数Maxwell本构关系的粘弹性材料的一些阻尼特性.     

Energy dissipation in carbon nanotube composites: a review

In this article we discuss the energy dissipation that occurs when the interfacial slip of nanoscale fillers is activated in a host matrix material. We consider both polymer (such as polycarbonate, PEO, PEG) and epoxy matrices. The nanoscale fillers considered are carbon nanotubes (both singlewalled and multiwalled) as well as fullerenes. The nano-composites are fabricated by using a solution mixing technique with tetra-hydro-furan as the solvent. The interfacial friction damping is quantified by performing uniaxial dynamic load tests and measuring the material storage and loss modulus. We study various effects such as impact of nanotube weight fraction, nanotube surface treatment (oxidation, epoxidation etc.), test frequency, strain amplitude, operating temperature, as well as effect of pre-strain or biased strain. The effect of geometry (i.e., aspect ratio) is also considered by comparing the damping response of fullerene-composites with that of nanotube-composites.     

高阻尼黏弹性阻尼器性能与力学模型研究

对2个高阻尼黏弹性阻尼器进行不同应变幅值、加载频率下的力学性能试验和疲劳性能试验,研究试件在不同工况下的最大剪应力、存储剪切模量、损耗剪切模量和等效黏滞阻尼比等力学性能及其变化规律,提出五单元模型模拟黏弹性阻尼器的滞回性能。研究结果表明：黏弹性阻尼器滞回曲线饱满、稳定,具有较高的等效黏滞阻尼比,表现出良好的变形性能和耗能能力;黏弹性阻尼器力学性能与应变幅值的相关性明显,与加载频率相关性较小,抗疲劳性能较好;五单元模型模拟的滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好。