基于自由振动衰减响应的硬涂层材料力学特性参数辨识

获得硬涂层材料的储能模量和损耗因子等力学特性参数是硬涂层复合结构建模及减振优化设计的基础。现有的关于硬涂层材料参数辨识研究通常是基于梁形试件和复杂的实验过程。而这里面向悬臂板结构,提出一种仅需测得涂层前后悬臂板的时域共振自由振动衰减响应,来辨识硬涂层材料力学特性参数的方法。首先,确定了由自由振动衰减响应辨识硬涂层储能模量及损耗因子的原理。进一步,给出了获得上述硬涂层材料参数所需的关键参数(包括响应包络线、即时共振频率和阻尼)的辨识方法。再则,描述了硬涂层板有限元建模以及共振频率、模态应变能和参考应变的求解方法。最后以涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层的悬臂薄板为例进行了实例研究,获得了该混合涂层的储能模量及损耗因子。进一步,将获得的硬涂层材料参数代入到有限元分析模型,通过对比试验与有限元计算获得的硬涂层板前6阶共振频率,证明了所辨识的材料参数的合理性。经比较发现,辨识获得的硬涂层储能模量及损耗因子随参考应变的变化规律同其他文献基本一致,但该结果可直接用于硬涂层板形结构的建模。     

基于自由振动衰减信号包络线法辨识硬涂层复合结构的阻尼特性

硬涂层阻尼减振是一种新兴的振动被动控制方法,而测试出硬涂层复合结构的阻尼特性参数是阻尼减振研究的基础。由于硬涂层阻尼机理的复杂性,目前还没有通用而有效的方法辨识涂层复合结构的阻尼。本文主要研究基于自由振动衰减信号包络线法辨识硬涂层-薄板复合结构阻尼特性的方法。首先,用实验说明了锤击激励、半功率带宽法拾振对于测试薄板结构阻尼特性的局限性。接着,推导了自由振动衰减信号包络线法辨识阻尼特性的原理性公式,提出了具体的测试复合结构模态阻尼比的流程,并在此基础上,搭建了相应的振动测试实验系统。最后,以涂敷NiCrAlY的钛板为对象,对其涂层前后的阻尼特性进行了测试,测试结果表明,本文所提出的方法具有较好的可重复性,从而确保具有较高的测试精度。同时,还讨论拾振传感器的类型以及激振力幅等对薄板结构阻尼测试结果的影响。     

基于振动梁法小弹性模量材料阻尼特性测试研究

振动梁法可以获取"金属层+阻尼层+金属层"三明治梁的结构损耗因子,进而求得阻尼材料的材料损耗因子。但是通过理论研究发现,当阻尼材料的弹性模量低于10 MPa时,在外载荷作用下,三明治梁的上下金属层对阻尼层产生明显的横向挤压,不满足振动梁法的理论假设。为此,提出一种仿真与试验相结合的方法获取了HT 800、Regufoam 2000和SR 450这三种小弹性模量阻尼材料的材料损耗因子。在试验部分,利用振动梁法获取三明治梁结构阻尼损耗因子,以此作为仿真中结构损耗因子的目标值。仿真部分,建立三明治梁有限元模型,通过不断改变材料损耗因子的输入值获取模型相应的结构损耗因子,直到仿真与试验结构损耗因子相等时,仿真中相应的材料损耗因子值即为小弹性模量阻尼材料损耗因子。该种测试方法为小弹性模态阻尼材料阻尼测试提供了参考。     

宽频域的内损耗因子实验辨识方法研究

频带平均内损耗因子是利用统计能量分析预示结构振动响应的重要参数之一。论文基于二维平板结构的动力学响应解析解,研究了内损耗因子的实验辨识方法：功率输入法和脉冲响应衰减法。分别利用两种算法由仿真数据辨识结构宽频域的内损耗因子,并重点分析了频率范围和阻尼大小对算法辨识结果的影响。在此基础上,结合两种算法对新型减振复合板材料进行了悬挂振动实验研究。通过各自实验辨识结果的对比分析,得到了减振复合板材料宽频域的内损耗因子实验值,并提出了其经验估计公式,可以为该材料工程应用提供参考。     

高锰基合金阻尼性能参数的测定方法研究

高锰基合金是一种阻尼性能优良的阻尼合金。采用振动梁法、数字图像相关(Digital Image Correlation，DIC)模态阻尼法、自由振动衰减法和动态机械分析(Dynamic Mechanical Analysis，DMA)测试法测定其损耗因子，并分析应变幅值对损耗因子的影响，最后对比分析各测量方法优缺点及适用条件。结果显示：在小变形条件下，在不同振动应变幅值测得的高锰基合金损耗因子存在较大差别，振动应变幅值改变时测得损耗因子范围为0.026～0.133，且损耗因子随振动应变幅值的增大呈明显上升趋势；同时不同测试方法均会由于试验原理及方法的适应性及原理性差异，而产生各种误差。应根据实际测试条件、测试成本等要求，选择适合的方法对其进行测定。结论可为该类材料阻尼的测量分析提供重要的工程参考。     

玻璃纤维夹芯材料力学性能与阻尼特性分析

对大跨度建筑用复合金属屋面板的玻璃纤维夹芯材料的力学性能进行了试验测定。测得了玻璃纤维棉层压方向和顺纹方向的拉压强度、弹性模量和泊松比等基本力学参数,结果表明层压方向和顺纹方向的力学性质不相同。采用振动梁法进行了阻尼特性试验,得到了材料损耗因子的值,并根据试验数据拟合出了玻璃纤维棉损耗因子-频率的曲线,在测试频率范围内材料的损耗因子值为0.5左右,表明该材料为高阻尼材料。进一步以一块玻璃纤维夹芯复合金属板为算例,采用模态应变能法对其阻尼特性进行了数值分析。玻璃纤维夹芯复合屋面板的各阶模态损耗因子在0.3～0.5左右,表明玻璃纤维夹芯复合金属板具有较高的结构阻尼,在大跨度结构风振计算中将玻璃纤维夹芯复合金属屋面板看作刚性板是不正确的。     

岩棉夹芯金属屋面板的阻尼性能研究

岩棉夹芯金属板广泛应用于大跨度屋盖结构中,其弱刚度和阻尼性能会改变屋面脉动风荷载特性并影响屋盖结构的风振性能,但目前在设计中还鲜有考虑。对岩棉夹芯材料的拉压强度、弹性模量和泊松比等基本力学参数进行了测试。采用振动梁法进行了岩棉夹芯材料的阻尼性能试验,根据试验结果拟合得到了其损耗因子-频率曲线。进一步对一块0.4m×2m的典型跨度岩棉夹芯屋面板的阻尼特性进行数值分析,运用模态应变能法计算出该屋面板各阶模态下的损耗因子。结果表明,岩棉夹芯金属屋面板的模态损耗因子可高达0.5,其中垂直屋面板主振型的最小损耗因子都接近0.2,说明屋面板的阻尼效应在结构风振分析中不容忽视。     

对称夹层结构的共振梁法理论误差研究

建立对称夹层结构共振梁法误差分析理论模型,对共振梁法进行理论误差分析,并分别分析密度比、厚度比、共振频率比、夹层梁损耗因子对误差放大因子的影响,分析表明共振频率比误差放大因子对测试结果有显著的影响,因此在实际测试系统设计、试件设计与加工的精度选取和测试误差允许范围制定中,需要精确控制与共振频率测量相关的参数.     

约束阻尼材料性能测试方法的探讨

比较阻尼材料不同测试方法的优缺点,认为振动梁法是较为适宜进行约束阻尼材料性能测试的方法。根据ASTME756中介绍的振动梁法的测试原理,参照B＆K公司材料测试系统,用国产设备组建了一套振动梁法测试系统。然后,分别采用三种不同激励方式对自制的压敏型约束阻尼材料进行测试。结果表明,稳态正弦激励和随机噪声激励的测试结果较为一致,且重复性好,因此两者可作为振动梁法测试中较好的激励方式。     

聚氨酯泡沫塑料复模量参数的测试和识别

根据粘弹性阻尼材料悬壁梁结构的自由衰减振动数据来识别材料的复模量参数－弹性模量和损耗因子。并给出了三种不同密度的硬质聚氨酯泡沫塑料在不同温度、频率下的弹性模量和损耗因子的测试和识别结果。     

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...     

叶片涂敷应变依赖性硬涂层的整体叶盘非线性振动特性研究EI北大核心CSCD

利用一种基于应变依赖性硬涂层的整体叶盘阻尼减振方案,研究了叶片涂敷应变依赖性硬涂层的整体叶盘非线性动力学特性。首先,基于离散试验数据与高阶多项式得到了非线性硬涂层的连续力学参数;然后,利用基于改进复模量理论与复合Mindlin板理论的能量有限元法,创建了考虑应变依赖性的硬涂层整体叶盘的非线性动力学模型;其次,基于Newton-Raphson计算方法提出一套非线性迭代计算流程,求解了硬涂层整体叶盘的非线性共振频率与共振响应;最后,选择叶片涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层的整体叶盘为研究实例进行数值分析与试验测试,分析了硬涂层及其应变依赖性对整体叶盘振动特性的影响。研究结果表明,整体叶盘在涂敷硬涂层后的振动响应得到有效抑制,而应变依赖性能有效增强硬涂层对整体叶盘的减振效果。     

柴油机振动信号的四阶盲识别分析研究

针对柴油机振动信号特征参数的识别提取比较困难,本文运用四阶盲识别的方法分析研究柴油机的振动信号。把基于FOBI(四阶盲识别)算法的盲源分离方法引入到柴油机振动信号的处理中,建立仿真模型对该算法进行验证,并对一组采用北京东方所振动测试仪器在柴油机上实测的振动信号进行分离实验,分离结果表明不同特征的振动信号可以被分离,且最大限度地保留了源振动信号的信息,该算法可以作为柴油机振动信号的预处理方法。     

轴向运动粘弹性夹层梁热力耦合振动频率分析

研究了温度场与位移场相互耦合时,轴向运动粘弹性夹层梁的横向振动特性。基于Euler-Bernouli梁理论和Kelvin粘弹性材料本构关系,建立了轴向运动粘弹性夹层梁横向振动控制方程;考虑材料变形与传热的相互影响,得到相应的热力耦合状态下轴向运动粘性夹层梁的耦合控制方程。采用Galerkin截断得到相应的热力耦合动力系统。用数值方法分析了相关热参数对梁振动频率的影响。     

基于Matlab的切纸机小波除噪隔振研究

建立了切纸机刀床的力学模型,分析了主动隔振的原理及特点,利用试验测试法和试验模态分析法确定刀床的固有频率和阻尼比.根据隔振原理以及系统的各个固有参数确定隔振器的类型、参数、材料和结构,通过振动测试的方法,对振动切纸机的隔振效果进行检测.结果表明,设计的隔振装置能有效地阻止刀床的振动沿拉杆向机架传递,隔振效果明显.     

基于模型实时辨识自适应控制算法的时变机械系统振动主动控制

参数时变的现象广泛存在于机械系统。如果系统参数随着时间而发生较大变化,振动主动控制方案就需要考虑时变参数对控制算法的影响。针对动力学特性变化较大的时变机械系统振动,提出一种模型实时辨识自适应控制算法,该算法将传统的滤波自适应算法与递归预测误差方法相结合,利用改变梯度的递归预测误差方法实时估计控制通道模型。建立弹簧质量支承的非均匀截面杆纵向振动时域模型,模型中随时间而变化的弹簧刚度导致模型动力学特性发生较大变化。用模型实时辨识自适应控制算法对建立的杆模型进行振动控制数值仿真,仿真结果表明,所提出的控制算法能有效抑制时变系统的窄带和宽带振动。相对于现有的方法,该控制算法能实现更好的控制性能。最后,将所提出的控制算法应用到时变的摇摆系统振动控制,实验结果验证了所提出控制算法的可行性和有效性。     

磁致伸缩层合悬臂梁式作动器的振动分析

为了分析磁致伸缩薄膜型层合悬臂梁式作动器的振动问题,应用磁致伸缩材料的非线性本构关系,由哈密尔顿原理导出了双层悬臂梁的振动微分方程。采用分离变量方法和常微分方程组的解析解法对磁致伸缩薄膜型层合悬臂梁的自由振动和受迫振动进行了理论分析。数值算例表明本文计算结果与有限元结果吻合较好,从而佐证了本文理论模型和求解方法的正确性,并讨论了几何参数、材料参数对层合梁固有频率的影响。还分析了在周期输入磁场激励下悬臂梁的挠度响应,且挠度响应呈现出倍频效应的动态特性。      

基于激光扫描法辨识热环境下纤维/树脂基复合材料损耗因子

提出了激光扫描法辨识热环境下纤维/树脂基复合材料损耗因子。首先，以该类型复合材料薄板试件为例，基于复模量法对其在热环境下的振动响应进行了理论求解；然后，建立了复合材料薄板的激光扫描框架模型，并在分别通过激光扫描法和复模量法获得其振动响应的基础上，利用最小二乘法构造响应相对误差函数，进而辨识获得热环境下纤维/树脂基复合材料在纤维各个方向的损耗因子。接着，在明确了热环境下复合材料损耗因子辨识原理的基础上，总结并概括出一套合理、规范的辨识流程。最后，搭建了基于激光扫描热环境下复合材料薄板振动测试系统，并以TC500碳纤维/树脂基薄板为研究对象，在常温到300℃的高温环境下对其前4阶共振响应进行了实际测试，并通过第1阶共振响应数据对损耗因子进行辨识。结果表明，在温度从常温上升到300℃时，纤维/树脂基复合材料的损耗因子呈现不断增大的趋势。另外，还将辨识出的100℃下对应的材料损耗因子代入到理论模型中，计算得到了复合材料薄板试件在该温度下的第2、3、4阶共振响应的理论结果，通过与相同温度下实验测试获得的第2、3、4阶共振响应进行对比可知，两者的偏差在1.4%~13.8%之间，进而验证了所提出的辨识方法的有效性和实用性。     

基于非接触激振-测振一体化技术的纤维增强复合材料参数辨识研究

该文综合利用了平面声波激励和激光高精度测振的优势,提出了基于非接触激振-测振一体化技术的纤维增强复合材料参数辨识方法。以该类型复合材料薄板为例,建立了其在平面声波激励下的理论模型,并结合经典层合板理论、复模量法、应变能等方法,通过公式推导,实现了时域振动响应的理论求解。在理论结合实测数据的基础上,通过粒子群迭代求解方式,成功辨识获得了CF140碳纤维/环氧树脂材料的各项材料参数。通过与厂家提供的材料参数进行对比,发现该方法不仅在弹性模量、泊松比获取上具有较高的辨识精度,而且还可辨识出的材料在纤维纵向、横向和剪切方向的损耗因子。