含粘弹性阻尼层的结构减振实验研究与有限元模拟

摘要

粘弹性阻尼材料是一种广泛应用的阻尼材料，可在较宽的频带范围内抑制结构振动，已在航天、航空、机械和军工等领域广泛应用。本文以粘弹性阻尼材料在土木工程结构上的应用为出发点，系统的研究了粘弹性阻尼材料在低频结构上的减振性能，主要开展了以下研究。
　　(1)在介绍粘弹性阻尼材料的基本特性、本构关系、衡量粘弹性阻尼材料的性能指标以及影响粘弹性阻尼材料性能的因素，粘弹性阻尼复合结构的几种有限元算法以及粘弹性阻尼材料的特性测试方法的基础上，以某粘弹性阻尼材料为例，运用振动梁法对该粘弹性材料的耗能模量(G”)和储能模量(G')随频率变化的曲线进行了测试。
　　(2)运用粘弹性约束阻尼层的抗弯构件进行自由振动实验研究。分析了局部黏附约束阻尼层悬臂钢梁和铝梁的动力特性。基于正交试验表，运用正交试验的方差分析，对约束阻尼层的宽度和位置两种因素对结构减振效果的影响进行了分析，位置是显著影响因素。
　　(3)开展了运用粘弹性约束阻尼层和粘弹性自由阻尼层的柔性构件的模态试验研究。讨论两种材料在悬臂结构和两幢框架结构上的耗能减振效果。
　　(4)运用ANSYS有限元软件对含约束阻尼层复合结构的动力响应进行数值模拟。采用ANSYS复特征值分析法计算复合结构的频率与阻尼比，通过比较试验结果与有限元计算结果，验证了所建立模型的正确性。基于部分敷设粘弹性约束阻尼层的悬臂梁的动力振动响应分析模型，对约束阻尼层的各参数进行了研究。确定了影响阻尼复合梁振动响应的主要参变量，如粘弹性阻尼材料的剪切模量和阻尼材料的阻尼比。结果表明，随阻尼材料损耗因子的增加，复合结构的阻尼比呈线性增加；相同条件下，粘弹性约束阻尼层的耗能效果比粘弹性材料的耗能效果明显；复合结构的阻尼比ξ随Gr/Es的增加先增大到峰值后逐渐减小。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 概述

1.2 结构振动控制的概念与分类

1.2.1 结构振动控制的基本概念

1.2.2 结构振动控制的分类

1.2.3 结构被动控制的研究

1.3 国内外的研究概况

1.4 论文的主要研究内容

第2章 粘弹性阻尼层的性能和特点

2.1 前言

2.2 粘弹性阻尼材料的本构关系

2.2.1 粘弹性阻尼材料本构关系的一般表达式

2.2.2 Maxwell流体模型和Kelvin固体模型

2.2.3 标准力学模型(SMM模型)

2.2.4 粘弹性阻尼材料的模量函数

2.3 粘弹性阻尼材料的动态力学特性

2.4 影响粘弹性阻尼材料性能的因素

2.4.1 温度对粘弹性阻尼材料性能的影响

2.4.2 频率对粘弹性阻尼材料性能的影响

2.4.3 温度和频率相关性

2.4.4 储能剪切模量G′和损耗因子η主曲线图

2.5 粘弹性复合结构的有限元算法

2.6 所采用约束阻尼材料的特性测试

2.6.1 约束阻尼材料性能测试方法

2.6.2 振动梁法测试粘弹性材料动力学特性

2.6.33M阻尼箔的测试结果

2.7 本章小结

第3章 抗弯构件的自由振动试验研究

3.1 概述

3.2 试验概况

3.2.1 试验方法及装置

3.2.2 正交试验设计

3.3 试验结果分析

3.3.1 粘弹性约束阻尼层梁的试验结果

3.3.2 正交试验结果分析

3.4 本章小结

第4章 粘弹阻尼复合结构的模态试验分析

4.1 概述

4.2 试验概况

4.2.1 试件

4.2.2 试验方法及装置

4.3 试验结果分析

4.3.1 约束阻尼复合结构的试验结果

4.3.2 含粘弹性自由阻尼层框架测试结果

4.4 本章小结

第5章 约束阻尼复合结构的有限元模拟

5.1 概述

5.2 约束阻尼层复合梁数值分析

5.2.1 有限元模型的建立

5.2.2 试验结果与有限元计算结果比较

5.3 约束阻尼复合悬臂梁的参数分析

5.3.1 有无约束阻尼层结构结果比较

5.3.2 阻尼层模量(Gr)的影响分析

5.3.3阻尼层厚度(hr)的影响分析

5.3.4 约束层厚度(hc)的影响分析

5.3.5 阻尼层材料损耗因子(ηr)的影响分析

5.4 自由阻尼层与约束阻尼层耗能效果比较

5.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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