基于带弹性涂层的颗粒阻尼器的理论研究

摘要

应用颗粒阻尼器来对主体结构进行减振已经成为当今的研究热点之一。颗粒阻尼器是将一定量的金属或非金属颗粒填充到振动结构的空腔内或者振动结构附加空腔内。运用颗粒阻尼器进行减振的机理是颗粒阻尼器中颗粒与颗粒之间、颗粒与阻尼器器壁之间的非弹性碰撞和摩擦，以达到动量转换和损耗能量的目的。颗粒阻尼有很多不可替代的优点，除了能有效降低振动幅值和减振频带宽外，还能应用于环境极其恶劣的情况。
　　本文通过对粘弹性材料特性的研究，提出了一种带弹性涂层的颗粒阻尼器。虽然粘弹性阻尼材料在减振降噪方面的应用已经有了将近八十年的研究，但是其在颗粒阻尼技术上的应用却较为罕见，并且由于粘弹性阻尼材料的减振机理极为复杂，导致目前用理论建模来预测减振效果方面仍然不够完善。因此，本文针对此新型阻尼器的特点，从理论和仿真两方面对其减振机理进行了研究。主要工作是:
　　(1)对粘弹性阻尼材料的材料特性及耗能机理进行了研究，在前人的基础上提出了一种带弹性涂层的颗粒阻尼器。
　　(2)建立了带粘弹性涂层的颗粒层间的摩擦耗能模型，并着重分析了粘弹性涂层厚度对于颗粒阻尼器减振效果的影响以及最佳厚度值的确定。
　　(3)利用经典赫兹理论和粘弹性材料耗能理论，建立了带粘弹性涂层颗粒间以及带粘弹性涂层颗粒与阻尼器壁间的正碰分段耗能模型。应用有限元非线性分析软件LS-DYNA进行碰撞仿真，验证了所建立的正碰耗能模型的正确性。对不同工况下涂层厚度对正碰耗能量的影响作用进行了分析，并找出不同工况下涂层的最佳厚度值。
　　(4)应用LS-DYNA对弹性涂层颗粒进行斜碰仿真，应用摩擦耗能理论找出对摩擦耗能影响较大的三个参数，并应用matlab软件对这几个参数作为自变量时的正碰和摩擦耗能曲线进行了拟合，得到了不同工况下的斜碰耗能公式。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 粘弹性阻尼材料简介

1．3 粘弹性颗粒阻尼技术国内外研究现状

1．4 研究中存在的问题

1．5 本文主要研究内容

第2章 粘弹性阻尼材料的耗能机理

2．1 引言

2．2 粘弹性材料及其特性

2．3 带粘弹性涂层的颗粒阻尼器的提出

2．4 粘弹性阻尼材料的耗能机理

2．5 粘弹性阻尼材料的动力学性能

2．6 本章小节

3．1 引言

3．2 颗粒阻尼的动态特性

3．3 颗粒层间摩擦耗能数学模型

3．3．1 颗粒层间摩擦力耗能模型

3．3．2 粘弹性涂层的变形耗能模型

3．3．3 颗粒层间摩擦耗能模型

3．4 聚氨酯涂层厚度对摩擦耗能效果的影响

3．5 决定聚氨酯材料涂层厚度的因素

3．5．1 颗粒密度对于涂层厚度的影响作用

3．5．2 阻尼器长径比对于涂层厚度的影响作用

3．5．3 阻尼器直径对于涂层厚度的影响作用

3．5．4 颗粒总层数对于涂层厚度的影响作用

3．5．5 金属颗粒直径对于涂层厚度的影响作用

3．6 小节

第4章 阻尼器内正碰耗能分析

4．1 引言

4．2 两个带聚氨酯涂层颗粒的正碰模型

4．2．1 粘弹性涂层正碰耗能模型

4．2．2 金属球正碰耗能模型

4．3 涂层颗粒与阻尼器间的正碰模型

4．3．1 粘弹性涂层与阻尼器壁正碰耗能模型

4．3．2 金属球与阻尼器壁正碰耗能模型

4．4 有限元分析验证

4．4．1 有限元仿真分析概述

4．4．2 ANSYS有限元软件介绍

4．4．3 LS-DYNA有限元软件简介

4．4．4 结果验证

4．5 决定聚氨酯材料涂层厚度的因素

4．5．1 初始速度对于涂层厚度的影响作用

4．5．2 颗粒直径对于涂层厚度的影响作用

4．5．3 颗粒密度对于涂层厚度的影响作用

4．6 小节

5．1 引言

5．2 摩擦耗能理论公式

5．3 两个带聚氨酯涂层颗粒的摩擦模型

5．3．1 颗粒密度对摩擦耗能的影响

5．3．2 入射角度对摩擦耗能的影响

5．3．3 初始速度对摩擦耗能的影响

5．4 聚氨酯涂层颗粒的总体耗能模型

5．4．1 颗粒密度对正碰耗能的影响

5．4．2 入射角度对正碰耗能的影响

5．4．3 初始速度对正碰耗能的影响

5．5 小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢