面向硬涂层阻尼减振的测试方法研究

摘要

硬涂层用于阻尼减振是新兴的研究方向，由于其耐高温、耐磨擦，与传统的粘弹性涂层相比，具有更加广阔的应用前景。为了有效实施硬涂层阻尼减振，需要对硬涂层及相关复合结构的动力学参数进行有效测试。但由于硬涂层材料具有应变依赖性，致使硬涂层复合结构表现为刚度及阻尼的非线性，因此，传统的基于线性振动理论的振动测试方法，无法满足硬涂层阻尼减振设计的研究需要。本文从硬涂层复合结构的阻尼测试和硬涂层材料力学特性参数辨识两方面，系统地研究了面向硬涂层阻尼减振的测试方法，具体内容包括:
　　(1)针对传统的阻尼测试方法的不足，提出了应用自由衰减信号的包络线法辨识涂层复合结构的阻尼的方法，详细阐述了该方法的测试流程和软硬件系统。并以钛基薄板为例，应用自由衰减信号的包络线法辨识出其的模态损耗因子。
　　(2)对传统的带宽法进行了修正，提出了适用于硬涂层复合材料结构的频域阻尼辨识的方法和流程，并以涂覆NiCrAlY的钛基薄板为例，验证了其具有软式非线性，应用带宽法辨识出其的模态损耗因子。
　　(3)在考虑金属基体损耗因子的基础上，重新推导了振动梁法识别硬涂层材料力学特性参数的原理性公式，详尽阐述了该方法的测试流程，并按此流程，对硬涂层材料NiCrAlY的力学特性参数进行了测试研究，获得了这两种硬涂层材料的力学特性参数。
　　(4)考虑到硬涂层材料的力学特性参数具有应变依赖性，以欧拉-伯努利梁理论为基础，提出了获取考虑应变依赖性的硬涂层材料弹性模量和损耗因子的方法。在此基础上，提出科学可行的测试流程。按此流程，对硬涂层材料NiCrAlY的力学特性参数进行了测试研究，获得了这两种硬涂层材料考虑频率及应变依赖性的弹性模量和损耗因子。
　　本文的研究，可为创建硬涂层复合结构动力学模型和实施相应的减振优化设计服务，同时也为硬涂层减振技术在薄壁结构件上的全面应用提供技术支持。

目录

论文说明

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 硬涂层复合结构阻尼测试方法研究现状

1．2．1 表征硬涂层复合结构阻尼特性的参数

1．2．2 机械结构系统常用阻尼测试方法

1．3 硬涂层力学特性参数试验方法研究现状

1．3．1 测量硬涂层材料力学特性参数的方法分类

1．3．2 振动梁法测试硬涂层材料力学特性参数

1．4 本文研究内容

第2章 利用自由振动衰减信号的包络线法辨识结构阻尼

2．1 引言

2．2 传统的阻尼测试方法的不足

2．3 自由振动衰减信号的包络线法辨识原理

2．3．1 比例阻尼

2．3．2 自由振动衰减信号的包络线法辨识结构阻尼的原理

2．4 测试流程与方法

2．4．1 自由振动衰减信号的包络线法的阻尼辨识流程

2．4．2 自由振动衰减信号的包络线法的阻尼辨识方法

2．5 测试实验的硬件系统

2．6 研究实例

2．6．1 研究对象

2．6．2 测试结果

2．6．3 测试结果影响分析

2．7 小结

第3章 基于改进带宽法的硬涂层复合结构阻尼特性测试

3．1 引言

3．2 带宽法识别阻尼原理

3．2．1 直接激励带宽法辨识阻尼的原理

3．2．2 基础激励带宽法辨识阻尼的原理

3．3 改进带宽法辨识具有软式非线性的硬涂层复合结构阻尼特性原理

3．3．1 硬涂层复合材料结构的非线性表征

3．3．2 改进带宽法辨识非线性阻尼原理

3．3．3 强软式非线性系统阻尼辨识原理

3．3．4 改进的带宽法阻尼辨识仿真算例

3．3．5 基础激励下软式非线性系统的参数辨识

3．4 改进带宽法辨识硬涂层复合结构阻尼特性的测试流程及方法

3．4．1 改进带宽法测试流程及方法

3．4．2 扫频速率准则

3．5 研究实例

3．5．1 研究对象

3．5．2 实验结果

3．6 小结

第4章 基于改进振动梁法辨识硬涂层材料力学特性参数

4．1 引言

4．2 改进振动梁法识别硬涂层材料力学特性参数公式推导

4．2．1 Oberst梁稳定弯曲振动方程

4．2．2 涂层梁的复弯曲刚度求解

4．2．3 涂层材料力学参数辨识公式推导

4．3 基于振动梁法硬涂层材料力学特性参数的辨识的流程

4．4 研究实例

4．4．1 测试试件

4．4．2 钛基未涂层梁的有限元分析

4．4．3 实验辨识结果

4．5 辨识参数正确性验证

4．5．1 涂层复合梁的有限元建模

4．5．2 NiCrAlY材料参数正确性验证

4．6 小结

第5章 考虑应变依赖性的硬涂层材料力学特性参数的辨识

5．1 引言

5．2 悬臂梁的最大应变的辨识方法

5．3 测试流程

5．4 随应变变化的NiCrAlY力学特性参数测试

5．5 小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢