聚氨酯-橡胶复合阻尼材料减振优化设计

隔离自由阻尼是在传统的自由阻尼结构上建立起来的一种减振处理方法。本文以隔离自由阻尼理论为基础,提出以硬质聚氨酯泡沫作为隔离层、橡胶为阻尼层制备成用于抑制结构振动的聚氨酯-橡胶隔离复合阻尼材料。利用模态叠加原理和Lagrange方程,在考虑阻尼层剪切变形的基础上,推导出了隔离自由阻尼悬臂梁的控制方程。在钢板悬臂梁上敷设隔离层与阻尼层厚度比值为1～3以及具有分段式隔离层的聚氨酯-橡胶复合阻尼材料,并通过单点锤击实验从幅频曲线、复合损耗因子、模态频率等方面对悬臂梁模型的减振性能进行了对比分析。结果表明：隔离层与阻尼层的厚度比值由1增加至3时,模型的振动响应峰值降低了13%～62%,同时损耗因子明显升高;当厚度比超过1.5时,材料对模型低阶模态的减振效果持续提高,而高阶模态的减振效果趋于稳定;分段式隔离层的设计降低了隔离层的抗弯刚度,扩大了阻尼的层的处理面积,模型振动响应峰值降低了27%以上,且并未显著增加阻尼处理的附加质量。研究结果揭示出：在聚氨酯-橡胶隔离复合阻尼材料的阻尼层厚度不变的情况下,增大隔离层与阻尼层的厚度比有助于提高复合阻尼材料的减振性能;分段式隔离层的设计在此之上能够进一步改善复合材料的阻尼性能。     

材料及结构参数对约束阻尼结构阻尼性能的影响

以8.5mm厚的钢板为基层,以橡胶为阻尼层;以铝蜂窝板为约束层,采用锤击振动法,研究了-20~40℃温度范围内橡胶性能、约束层厚度、阻尼层厚度对约束阻尼结构阻尼性能的影响.结果表明:阻尼层橡胶材料的性能对约束阻尼结构的共振频率和结构损耗因子均有明显的影响,通过调节橡胶材料的有效阻尼温域来设计约束阻尼结构的有效阻尼温域具有显著的效果.约束层厚度为6,10,15mm时,随着约束层厚度的增加,约束阻尼试样的共振频率和结构损耗因子依次增大;阻尼层厚度为0.8,1.6,2.4,3.2mm时,约束阻尼结构的结构损耗因子随着阻尼层厚度增加而增大.     

约束阻尼结构约束材料优化选择研究

在自由阻尼结构的基础上,建立了约束阻尼结构的振动方程并对方程进行求解.对比约束阻尼结构和自由阻尼结构的振动特性,证明了附加一层约束层可大大提高结构的损耗因子.研究了约束层材料力学性能参数对结构振动特性的影响,结果表明约束层弹性模量对结构振动特性影响较大,材料优化选择的结果也与工程实际中应用的材料基本一致,研究结果可对结构阻尼减振设计时约束材料的选择提供理论支持.     

敷设约束阻尼薄壁圆柱壳的振动特性

为分析约束阻尼对薄壁圆柱壳振动特性的影响,应用哈密顿原理结合瑞利-李兹法求解敷设约束阻尼圆柱壳的动力学方程.得出自由振动时的固有频率、损耗因子的计算公式;应用模态叠加法计算圆柱壳上任意一点的频率响应.提出能量耗散系数,将其作为阻尼效果的评价标准,用来分析约束阻尼结构各参数对阻尼效果的影响,并与损耗因子进行比较.结果表明:约束阻尼可以有效地抑制薄壁圆柱壳振动的传递;在指定频带范围内能量耗散系数能够作为阻尼效果的评价标准;阻尼材料阻尼系数、约束层弹性模量、约束层厚度、阻尼层厚度均会对阻尼效果产生影响.     

粘弹性阻尼结构振动仿真及在轨道车辆的应用

采用有限元和试验验证相结合的方法研究粘贴粘弹性阻尼悬臂梁的模态以及瞬态响应仿真技术,然后将仿真技术应用于轨道车辆车体结构,探索了粘弹性阻尼材料对车体结构振动特性的影响及其在轨道车辆车体减振设计的应用,研究表明采用粘弹性阻尼材料对轨道车辆结构具有较好的减振作用.     

镁合金AZ31阻尼性能的实验研究

采用脉冲响应衰减法研究镁合金AZ31的减振降噪效果.由脉冲激励激发镁合金薄板自由振动,测得镁合金薄板表面的辐射声压,将声压信号进行带通滤波,分离出薄板各个简正振动对应的辐射声压,或分析带宽内几个简正振动产生的复合声压,将该声压信号曲线进行多项式拟合,由拟合曲线的斜率得出镁合金的阻尼损耗因子,并与钢的阻尼性能进行比较.结果表明,镁合金的阻尼损耗因子随频率的增大逐渐减小,在660、1090、1230和1760Hz处存在阻尼峰值,是减振性能最佳的频率.在中低频段,镁合金的阻尼性能约为钢的2、3倍.镁合金构件在使用中必将体现出良好的抗冲击和减振降噪性能.     

改性废胶粉阻尼性能的研究

全世界每年产生大量废旧橡胶，它们需要很长时间才能降解，这既污染环境，又浪费资源。废旧橡胶的处理，已成为橡胶工业面临的重要课题。另一方面，随着振动及噪声的危害逐渐被人们认识，要求减振降噪的呼声日益高涨。作为噪声及振动控制的主要方法之一，粘弹性阻尼减振技术得到迅速发展，对价低、质优的阻尼材料的需求快速增加。本文将废胶粉进行改性处理，然后制成阻尼材料，用Oberst梁对阻尼性能进行测试，结果表明，这种阻尼材料在相当宽的温度范围内具有较好的阻尼性能，且这个温度范围所处的位置正好与阻尼材料通常使用环境的温度相吻合。     

聚氨酯夹芯屋面板的风致动力性能分析

聚氨酯夹芯屋面板广泛应用于大跨度结构的屋盖系统中,其有限刚度及聚氨酯芯层的阻尼性能会对屋面风压传递过程的脉动特性造成影响.试验测定了屋面板常用聚氨酯泡沫夹芯材料的基本力学参数和反映材料阻尼特性的损耗因子.以一典型檩距的四角点简支矩形屋面板为算例,采用模态应变能法对该屋面板的结构损耗因子进行了计算.进一步对该屋面板模型施加人工模拟的风压时程,并与无阻尼刚性板和低阻尼柔性板模型的反力时程及其功率谱进行对比,考察了屋面板刚度和阻尼性能对风压脉动特性的影响程度.结果表明:屋面板的实际有限刚度对风压的脉动分量有放大作用,且改变了脉动风压的频谱特性,而聚氨酯夹芯的阻尼性能却能有效降低脉动风压的放大幅值.     

功能无纺布插层复合材料的结构阻尼性能

以负载定量聚偏二氟乙烯的尼龙无纺布为功能插层,采用共固化工艺制备碳纤维增强环氧树脂基结构阻尼复合材料.测试复合材料的弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度等静态力学性能和储能模量和损耗因子的温度谱.此外,通过单悬臂梁振动实验评价阻尼减振性能.通过光学显微镜和扫描电镜分析共固化复合材料的微观结构,研究了阻尼机理.结果表明,在复合材料层间插入改性的尼龙无纺布能在不引起力学性能明显下降的前提下,显著提高复合材料的阻尼性能.其中插入7层改性的PNF插层的复合材料损耗因子达到0.008 3,比无插层复合材料提高了72.9%,弯曲模量下降了16.3%.     

T型橡胶减振器非线性特性分析与预压缩量设计

为研究T型橡胶减振器的结构型式和材料性能对其非线性动力学特性的影响,并提高其对飞行环境的适应能力,改善其在恶劣环境下的使用性能,提出了一种含分段线性刚度及阻尼和立方刚度的双层级非线性动力学模型。首先,对T型橡胶减振器进行了简化建模,并采用等价线性化方法,推导得到了分段线性系统的等效刚度和等效阻尼。其次,利用谐波平衡法分别数值模拟了等幅值外力载荷正弦扫频激励下分段线性刚度系统和立方刚度系统的非线性频响函数,验证了构建模型的有效性。最后,进行了T型橡胶减振系统在基础位移正弦扫频条件下的传递特性试验,并与数值计算结果进行了比对。研究结果表明,针对T型橡胶减振器,较低激励载荷即可导致结构型式的渐进软化,较高激励载荷才能引发材料性能的动态软化;该模型能够较好的模拟T型橡胶减振器具有的渐软刚度和渐小阻尼的非线性特性。此外,从航天工程应用的角度出发提出了针对大过载、强振动环境进行预压缩量设计的方法。     

基于zig-zag假设的压电阻尼层合结构机电耦合建模与分析

基于zig-zag板壳假设和哈密顿原理建立了压电阻尼层合结构的机电耦合动力学有限元模型,实现了结构自然频率和损耗系数的准确计算。有限元模型采用八节点的七自由度(degrees of freedom, DOFs)四边形单元,且考虑阻尼层的复弹性模量。通过对文献算例的计算与仿真,验证建立的有限元模型的正确性。研究了材料增强角度、阻尼层厚度和结构曲率对压电阻尼层合结构频率和损耗系数的影响,为压电阻尼层合结构的减振及结构优化提供参考。     

一种新型阻尼涂料的特性研究

介绍了一种新型阻尼涂料.利用悬臂梁法研究该阻尼涂料中增强体的含量对其阻尼减振特性的影响.结果表明:增强体含量对阻尼涂料减振性能有较大影响,该阻尼涂料可使钢板结构的损耗因素提高5～8倍,是一种有广泛应用前景的阻尼减振涂料.     

压电混合约束层阻尼梁结构的振动控制

为提高主被动混合压电网络的振动控制频带,结合主被动混合压电网络和被动约束层阻尼结构各自的优点,提出了一种压电混合约束层阻尼结构用于悬臂梁结构的振动控制。利用复剪切模量模型描述粘弹性材料的力学特性,运用Hamilton原理和Rayleigh-Ritz法推导压电混合约束层阻尼悬臂梁结构的动力学模型。在此基础上,采用速度反馈控制策略设计主动控制器,并对系统的开环和闭环特性进行数值分析。分析结果表明,与主被动混合压电网络相比,压电混合约束层阻尼结构具有更显著的振动控制性能和更宽的振动控制频带。而且这种压电混合约束层阻尼结构可以很容易地推广到对其他结构的振动控制。     

斜拉索-调谐质量阻尼器系统复模态分析

针对斜拉索减振常用黏滞阻尼器的一些不利因素如安装位置、刚度、耦合运动等,提出斜拉索-调谐质量阻尼器(TMD)系统的减振模型,运用复模态方法分析得到以超越方程形式表达的系统自由振动阻尼特性的解析形式,采用数值方法求得系统最优模态阻尼比和阻尼器最优设计参数的近似解析解．结果表明:斜拉索振动的TMD减振策略能有效克服常用的理想阻尼器安装位置在拉索端部的局限,新的TMD设计参数优化方法同时考虑了TMD系统刚度、质量、阻尼等参数对减振系统模态阻尼比的影响,是适合工程应用的斜拉索减振模型．     

高阻尼橡胶剪切型阻尼器的拉索减振试验

利用高阻尼橡胶剪切耗能优于挤压耗能的特性,开发了一种外置式高阻尼橡胶剪切型拉索阻尼器对拉索进行减振控制。利用DASTLab5.0系列软件平台对拉索-阻尼器系统进行振动控制试验。试验工况分别考虑了有无阻尼器、阻尼器刚度、阻尼器安装位置等对振动控制效果的影响。试验结果表明:该阻尼器设计方法可靠,安装阻尼器后拉索阻尼有了很大提高;频率对阻尼器减振性能的影响很小;阻尼器安装位置对拉索减振效果影响很大;刚度一定时对橡胶构件的面积和厚度需进行合理取值;高阻尼橡胶剪切型阻尼器具有较好的制振效果。     

基于分段声学黑洞板件的振动特性分析

非理想声学黑洞结构由于截断的存在,弯曲波在到达截断处会形成反射,导致对振动的抑制效果减弱。针对弯曲波反射问题,本文提出一种分段声学黑洞结构,并采用有限元法进行谐响应分析,计算不同频率下的振动速度响应。结果显示,与传统声学黑洞结构和均匀板件结构相比,分段声学黑洞板件在黑洞布置处具有更强的能量聚集效应,弯曲波的反射问题得到有效解决,在远离黑洞结构的均匀处表现出更好的振动抑制效果。同时,探究贴敷阻尼层以及不同黑洞材料对振动控制的影响效果,结果表明,阻尼层尺寸以及厚度的增大均能提升减振效果。材料刚度的提升亦能进一步增强结构的减振能力。本文的研究可为新型声学黑洞的结构设计提供一种思路。     

带阻尼吸振块梁的损耗因子和共振频率

本文研究了小型阻尼吸振块对悬臂粱的减振效果.文中用Dirac Delta函数来表示吸振块对梁振动的影响,并用Laplace变换方法求得了任意安置n个吸振块的悬臂梁的复频率方程和复模态函数,算例详细地研究了带一个吸振块的情况,给出了损耗因子和共振频率的变化曲线,供设计使用.     

氧化锌晶须/环氧树脂复合材料减振性能

对氧化锌晶须／环氧树脂复合板材减振阻尼特性进行了研究分析。自由振动实验表明,渗入氧化锌晶须的环氧树脂阻尼效果明显,阻尼系数随晶须渗入量增加呈线性关系。分析认为,氧化锌晶须渗入在复材中将形成微观的阻尼结构,起到降低固有振动频率和增大衰减率的作用。     

薄壁结构约束阻尼板减振降噪优化设计

针对薄壁结构约束阻尼减振降噪问题,采用耦合有限元和间接边界元的方法对约束阻尼层厚度进行了优化设计。根据声辐射功率与结构表面振动速度之间的关系,选取振动速度的平方和作为目标函数,各层厚度和总质量分别作为设计变量和状态变量,对一块四角固定的矩形约束阻尼板进行优化仿真,并对优化前后的约束阻尼板进行振动和声学响应分析。结果表明,约束阻尼层厚度配置对阻尼减振有确定性定量影响关系,优化后声辐射功率得到明显降低。     

离心机橡胶弹性阻尼轴承的实验研究

在回转机械中,采用弹性阻尼轴承,不仅能调节系统的固有频率,避免发生共振,而且可通过轴承中的弹性阻尼元件吸收振动能量,从而起到减振的作用。如在航空发动机中,采用挤压油膜式弹性阻尼轴承,可使共振幅值降低90%,从而保证发动机的正常运转。对于一些中小型回转机械,采用结构简单的橡胶弹性阻尼轴承,也具有明显的减振效果,所谓橡胶弹性阻尼轴承,是在轴承和轴承座之间加一环形的橡胶元件,利用橡胶元件的弹性和内阻尼,来调整系统的固有频率和消耗振动能量,从而达到减振的目的。其结构如图3所示。这种结构在某些分离机械中业已采用。如上悬式离心机、管式离心机等。但对减振效果及固有频率的计算,尚缺乏进一步的实验研究。为了扩大橡胶弹性阻尼轴承的应用范围,特别是在分离机械中的应用,我们对其减振效果做了一些实验研究工作,并对弹性轴承的刚度计算做了理论分析。