含宏观孔开孔泡沫铝的阻尼机制研究

采用空气加压渗流技术制备了含宏观孔的开孔泡沫铝材料,通过多功能内耗仪采用内耗技术测试了泡沫铝在不同温度、不同频率和不同振幅下的内耗谱特征,研究表明与致密工业纯铝的阻尼能力相比,泡沫铝的阻尼能力得到很大的提高,泡沫铝的内耗随着测量频率的增加而增大,同时,内耗也随着应变振幅的增加而增大。经透射电子显微镜观察发现在晶界附近存在大量的位错亚结构。根据内耗测量和微观观察提出了泡沫铝中可能的阻尼机制:孔周围的应力集中和模式转换,孔洞/金属基体界面处由于动力学模量相差很大而使机械能转化为热能,孔洞发生不均匀的膨胀或畸变使外加应变能耗散为热能。     

泡沫铝合金阻尼性能的研究

本文采用渗流工艺制备具有开孔结构的泡沫工业纯铝、泡沫铝—锌合金(Al—28wt％Zn)及泡沫铝—镁合金(Al—10wt％Mg)，在多功能内耗仅上对这三种具有相同结构和相对密度的泡沫铝合金的阻尼性能进行了研究。实验结果表明，铸态下的泡沫铝—镁合金的阻尼性能高于泡沫纯铝，而泡沫铝—锌合金在室温下的阻尼性能比泡沫纯铝及泡沫铝—镁合金高3～4倍，分析认为泡沫铝—锌合金的高阻尼机制主要是由于在振动时其基体中较软的α相与较硬的富锌η相界面产生粘滞流动消耗能量的结果。     

碳纳米管增强铝基复合泡沫的阻尼性能

通过填加造孔剂方法制备了碳纳米管（CNTs）增强铝基复合泡沫,采用热机械分析仪研究了测试温度、频率、外加振幅、泡沫的孔隙率和CNTs含量对其阻尼性能的影响,并分析了相关阻尼机制。结果表明:复合泡沫铝的阻尼性能随孔隙率和振幅的增大而提高,随着频率的增加而下降。在环境测试温度25~200℃范围内,复合泡沫的损耗因子变化较小;当温度高于200℃后,损耗因子随温度升高有明显的提高。CNTs的加入可以显著提高泡沫铝的阻尼性能,常温下3.0% CNTs增强的铝基复合泡沫的损耗因子达0.27,为泡沫铝的3.71倍。复合泡沫的阻尼机制主要为位错阻尼、晶界阻尼、孔隙阻尼、CNTs的本征阻尼和CNTs-Al间界面阻尼,其中本征和界面阻尼发挥了重要的增强作用。      

6061铝颗粒层增强7075铝基复合材料的微观结构及阻尼性能

采用热轧法制备出具有颗粒层状结构的6061p/7075铝基复合材料以改善7075铝合金的阻尼性能。通过OM、SEM、EDS和XRD分析6061p/7075层状铝基复合材料的微观组织,分别采用万能力学试验机和动态热机械分析仪分析其力学性能和阻尼行为。研究表明,6061铝颗粒层存在大量的颗粒间界面和微小孔隙,6061铝颗粒层与7075铝基体之间界面结合良好,没有发生界面反应;6061p/7075层状铝基复合材料最大抗拉强度为370.5 MPa,比7075铝基体提高了30%;6061p/7075层状铝基复合材料和基体材料的内耗值分别随着温度和应变量的升高而增大,复合材料的阻尼性能明显优于7075铝基体,在360℃时,复合材料的内耗值高达0.117,比7075铝基体提高了149%;6061p/7075层状铝基复合材料和基体材料的储能模量分别随着温度和应变量的升高而降低,在30℃时,复合材料的储能模量为38601 MPa,比7075铝基体高16%。      

泡沫金属——高分子聚合物的复合体机械阻尼性能研究

本文研究了泡沫金属和同分子聚合物形成的复合体机械阻尼性能，结果表明它是一种内耗值Ｑ＾－１极高的阻尼材料，其阻尼特征表现为与应变振幅密切相关而与频率无显著关系的非线性内耗。同时研究了泡沫金属孔隙结构对复合体内耗值的影响关系，并对实验结果进行了讨论。     

泡沫金属材料阻尼性能的研究进展

以泡沫金属材料的阻尼性能为主要分析对象,总结比较了使金属泡沫材料阻尼性能逐步提高的方法的发展过程及其相应的阻尼机制,特别介绍了高阻尼多孔Cu基形状记忆合金的发展前景和制约其发展的主要问题,并针对性地提出了解决方法和建议。     

高温处理后闭孔泡沫铝压缩性能及变形机理

目的 探究温度和孔隙率对闭孔泡沫铝材料压缩力学性能和变形机理的影响。方法 将孔隙率为84.3%～87.3%的泡沫铝试件在温度25～700 ℃内进行加热处理,对处理后的试样开展准静态压缩实验。结果 在准静态压缩条件下,闭孔泡沫铝材料在不同温度加热处理后的压缩应力–应变曲线均经历了3个阶段:弹性阶段、塑性平台阶段和密实阶段。孔隙率从87.3%减小到84.3%时,其弹性模量增大了44.4 MPa,屈服强度增大了0.39 MPa,平台应力增大了0.94 MPa。孔隙率为84.3%的泡沫铝,在25 ℃时,其弹性模量为141.4 MPa、屈服强度为4.25 MPa、平台应力为4.75 MPa;当加热温度为500 ℃时,弹性模量减小到了128.0 MPa、屈服强度减小到了4.22 MPa、平台应力减小到了4.51 MPa。结论 泡沫铝的弹性模量、抗压屈服强度和平台应力均随孔隙率的增加而减小;加热温度低于500 ℃以下时,泡沫铝材料力学性能变化很小,但屈服强度和弹性模量均小幅度降低;在压缩载荷下,泡沫铝的变形破坏模式呈现出先从试件铝基体较薄弱部分产生孔壁塑性变形、孔洞坍塌,并逐渐出现断裂压缩带,直至泡沫铝孔洞完全坍塌密实。     

高阻尼铝基复合材料在海水中的腐蚀行为

研究了高阻尼铝基复合材料在海水中的腐蚀行为,本实验所用高阻尼铝基复合材料是以6061铝合金为基体,加入SiC颗粒和石墨粉,用粉末冶金方法制备的。测定了高阻尼铝基复合材料在海水中的腐蚀速率度、电极电位和极化曲线,并通过与基体金属的对比来描述它的腐蚀特性。实验表明,在海水介质中,高阻尼铝基复合材料的耐蚀性能比6061铝合金差,孔蚀倾向大。在海水介质中使用高阻尼铝基复合材料必须加以保护。     

纳米铝晶界内耗峰的连续变温研究

采用低温球磨结合热压烧结技术制备了块体纳米铝晶体材料,在多功能内耗仪上采用受迫振动连续变温(25～450℃)的方式测量了纳米铝材料在低频率(0.2～3.0Hz)条件下的内耗和相对动力学模量。结果表明,纳米铝晶体材料受迫振动时,在升温和降温的内耗-温度谱上均出现一个内耗峰;伴随着内耗峰的出现,相对动力学模量明显下降;随着离散振动频率的增加,内耗峰峰位向高温方向移动,说明该内耗峰具有弛豫性;根据Arrhenius关系,得到该内耗峰的激活能为(2.21±0.04)×10-19 J、指数前因子τ0为10-14 s,表明该内耗峰是晶界内耗峰,其机制为铝原子在铝/铝晶界的自扩散。     

Mg/NiTi复合材料的制备及阻尼性能

采用Mg粉的无压熔渗法制备Mg/NiTi复合材料以提高多孔NiTi合金的强度和阻尼性能。通过OM、SEM、EDS和XRD分析Mg/NiTi复合材料的显微组织结构,采用压缩实验分析其抗压强度、吸能能力,采用热机械分析仪分析其内耗和存储模量。结果表明:经Mg粉无压熔渗后,多孔NiTi合金的孔隙被Mg填充,其孔隙率由原来的50.38%下降至5.6%,且Mg与NiTi合金的界面结合良好。多孔NiTi合金主要由B2奥氏体相和B19'马氏体相及少量Ni₃Ti相和NiTi₂相组成;Mg/NiTi复合材料除增加了熔渗的Mg相外,还新生成了Mg₂Ni相。Mg的渗入未改变多孔NiTi合金相变行为,但提高了相变温度。Mg/NiTi复合材料的抗压强度可达554 MPa,较多孔NiTi合金提高了61%,压缩断裂方式也由多孔NiTi合金的孔壁崩塌断裂转变为Mg/NiTi复合材料的剪切断裂。Mg/NiTi复合材料的吸能较多孔NiTi合金有大幅提高。同时,Mg/NiTi复合材料的内耗值有所增加,而存储模量大幅提高,整体呈现出更佳的阻尼性能。      

材料阻尼及阻尼合金的研究现状

介绍了材料的阻尼特性及其表征参数,综述了近年来在阻尼性能测试方法,阻尼合金及其阻尼机制等方面的研究现状,并指出了传统阻尼合金应用方面的存在的问题。     

约束阻尼结构对阻尼峰移动的影响

通过对ＳＡ－３Ｃ、Ｔ５４／６０型阻尼材料复合前后阻尼性能的测试及用数学优化法对测试数据进行计算机模拟处理，建立了拟合方程。讨论了约束阻尼结构、多层阻尼结构和不同阻尼材料对阻尼峰移动的影响。     

显微组织对高阻尼钢板阻尼性能的影响

研究了显微组织对高阻尼钢板阻尼性能的影响。结果表明，马氏体相的析出，将恶化阻尼性能；碳化物对阻尼性能的影响取决于其颗粒尺寸。     

流体载荷对水下自由阻尼板阻尼损耗因子的影响

结构的阻尼损耗因子是潜艇降低水下辐射噪声的重要参数。为此,采用谱有限元法以计算流体载荷作用下的自由阻尼板的结构损耗因子,探讨辐射损耗因子同功率转换系数间的关系;然后使用谱有限元法比较了含流体和不含流体的自由阻尼板的结构损耗因子的差异,使用能量法对相关计算结果进行验证;最后使用三维模型对流体载荷作用下的自由阻尼板的功率转换系数进行了计算,进而分析功率转换系数同阻尼层杨氏模量、阻尼层厚度、阻尼层材料损耗因子等参数的关系。研究发现：在低于第二阶弯曲波产生频率的频段范围内,无流体时的损耗因子小于有流体的自由阻尼板;从频段平均的角度来看,功率转换系数在低频存在较大峰值,在高频变化较为平缓且数值较小;实际潜艇在流体载荷下主要通过改变结构的阻尼来改变其辐射的阻尼损耗因子。分析结果对于潜艇结构阻尼的优化设计有参考价值。     

阻尼材料粘结面积对阻尼因子的影响研究

通过试验测试,研究了阻尼材料粘结面积对模态结构阻尼因子的影响,同时采用有限元软件对试验模型进行数值仿真.结果表明,利用试验测试数据完善的有限元模型,其数值计算结果和试验测试数据相吻合;选择粘结面积80％以上作为阻尼材料安装质量的工艺指标是合适的.     

纤维增强改性阻尼材料研究

随着高性能机械设备和高速轨道交通的飞速发展,阻尼材料已被广泛应用于解决噪声和振动问题。研究了添加不同纤维对阻尼材料性能的影响。在阻尼浆和环氧树脂两种基体中添加了有机纤维和玻璃纤维,使用DMA测试仪对复合材料动态力学性能进行表征,探讨了纤维增强机理。测试结果表明,有机纤维较玻璃纤维对复合材料的增强效果好,其中PET纤维表现出较优良的阻尼性能。     

阻尼层敷设方式对结构性能的影响

采用两种弹性模量不同的高分子材料，设计了四种自由阻尼层结构。基体钢板材质相同，阻尼层的总厚度相同。阻尼层分别采用单层同一材料和两层不同材料的形式。研究了结构的阻尼性能，发现采取分层阻尼层结构，并且将弹性模量大的材料敷设在外层时结构阻尼性能最好，依据高分子材料阻尼产生的机理，对此做了分析。研究了结构的固有频率，发现分层敷设结构的固有频率不因阻尼材料敷设顺序的改变而改变。     

约束阻尼对二维声学黑洞薄板减振特性的影响

声学黑洞（Acoustic Black Holes,ABH）以结构厚度的幂律变化实现弹性波的汇聚,结合阻尼层能较好地抑制结构振动。为进一步实现结构的低频振动控制,将声学黑洞与约束阻尼复合,建立附加约束阻尼的二维声学黑洞薄板模型,采用数值方法计算加速度响应与结构损耗因子,研究二维声学黑洞板附加约束阻尼后的减振特性,并通过二维声学黑洞薄板振动试验开展验证,最后探究约束层材料、厚度及约束阻尼半径对声学黑洞板低频减振性能的影响规律。结果表明：相比于附加自由阻尼,约束阻尼使声学黑洞薄板在第一阶共振峰处的加速度导纳降低12.61 dB;当约束层厚度为截断厚度的2倍左右时,薄板整体可以达到较佳的减振效果。研究可为声学黑洞薄板结构的低频减振应用提供重要参考。     

阻尼层厚度对结构阻尼性能的影响

通过分析比较，选用基于模态应变能理论的有限元分析方法。首先验证了方法的精确性，对于算例，前五阶结构固有频率平均误差为0.020，模态损耗因子平均误差为0.112。进而以阻尼层厚度为变量，对被动振动控制结构的两种典型形式——自由阻尼结构和约束阻尼结构，进行动态力学性能研究，研究结果表明：阻尼层厚度从0.2 mm增加到1.5 mm，两种阻尼结构的固有频率降低，损耗因子提高；相比之下，自由阻尼结构的减振性能更为依赖阻尼层厚度，即对于较小的阻尼层厚，约束阻尼结构的减振性能更为优异。