粘弹阻尼材料及其异型约束阻尼结构阻尼性能的实验研究

摘要

目前人们对约束阻尼结构的研究主要集中在提高阻尼材料本身的性能和对约束阻尼结构优化设计两个方面，其中，对于约束阻尼结构的优化设计研究多见于梁板状较规则的结构型式，对于异型约束阻尼结构的研究则不多。本文对一种新型改性聚氨酯粘弹阻尼材料进行了常规性能和阻尼性能的表征，主要包括固化时间、固含量、硬度、拉伸强度、断裂伸长率和动态力学性能，分析了材料本身的物理特性和阻尼特性。然后以该材料为阻尼层材料，设计制作了弧型和环型两种型式的约束阻尼结构，通过锤击振动实验，研究两种结构型式下约束阻尼结构的阻尼性能和主要影响因素。
　　首先，从固化时间、固含量及基本力学性能等方面对粘弹阻尼材料的常规性能进行了表征。同时通过DMA得到粘弹阻尼材料的储能模量、损耗模量和损耗因子与温度、频率的关系。研究结果表明，所测的粘弹阻尼材料的凝胶时间为172s，表干时间为16min，实干时间为54min;固含量为92.02％;硬度为邵A53，发展周期为15d左右;拉伸强度为8MPa，断裂伸长率为360％;在同一频率下，材料储能模量随温度的升高而降低;材料玻璃化转变温度区间为-40℃～20℃。
　　其次，研究了粘弹阻尼材料在弧型约束阻尼结构中的作用和不同约束层刚度下弧型约束阻尼结构的阻尼性能的变化规律。研究结果表明，粘弹阻尼材料使弧型结构振动时长和振动加速度幅值分别降低了50％和26.7％，1～5阶固有频率均有所下降，1～5阶复合损耗因子均有所增加，振动总级值降低了10.42dB。当约束层刚度由21.60×109Pa变化为35.5×109Pa时，弧型约束阻尼结构的振动时长均为0.06s，振动加速度幅值由8m/s2～11m/s2缓慢增加;约束层的刚度增加会使弧型约束阻尼结构各阶固有频率和复合损耗因子增加，但二者的增长速率随约束层刚度的增加逐渐降低;约束层刚度对结构高阶固有频率和复合损耗因子影响较大，对低阶影响较小;结构振动加速度级和振动总级值随约束层刚度的增加而增加。
　　最后，研究了粘弹阻尼材料在环型约束阻尼结构中的作用和阻尼层厚度对环形约束阻尼结构阻尼性能的影响。研究结果表明，粘弹阻尼材料使环型结构的振动时长和振动加速度幅值分别降低了35.7％和13.3％，1～3阶复合损耗因子均有所增加，振动总级值降低了10％，中低频下振动加速度级降低较为明显。在1mm～3mm范围内增加环型约束阻尼结构厚度能降低振动加速度幅值、高阶固有频率、振动总级值和中低频下结构振动加速度级，增加结构复合损耗因子;当阻尼层厚度增加至3mm以上时，环型约束阻尼结构的阻尼性能对阻尼层厚度的依赖程度逐渐变小。
　　通过以上实验研究，探讨了异型约束阻尼结构中粘弹阻尼材料的作用及影响异型约束阻尼结构阻尼性能的主要因素，为异型约束阻尼结构在减振降噪工程中的应用提供一定的实验依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 粘弹阻尼材料

1．2．1 粘弹阻尼材料的耗能原理

1．2．2 衡量材料阻尼性能的指标

1．2．3 影响粘弹阻尼材料性能的因素

1．3 粘弹性约束阻尼结构

1．3．1 阻尼结构的构成形式

1．3．2 约束阻尼结构的结构类型

1．3．3 影响约束阻尼结构性能的因素

1．4 国内外研究进展

1．4．1 粘弹阻尼材料研究进展

1．4．2 梁、板状约束阻尼结构的研究进展

1．4．3 异型约束阻尼结构的研究进展

1．5 本文的主要研究内容

第2章 实验方案

2．1 粘弹阻尼材料制备

2．2 粘弹阻尼材料常规性能测试

2．2．1 固化时间

2．2．2 固含量

2．2．3 硬度

2．2．4 拉伸强度及断裂伸长率

2．3 粘弹阻尼材料阻尼性能测试

2．3．1 实验设备及实验条件

2．3．2 实验方案

2．4 弧型约束阻尼结构阻尼性能实验

2．4．1 实验材料及设备

2．4．2 试样的制备及尺寸

2．4．3 实验方案

2．5 环型约束阻尼结构阻尼性能实验

2．5．1 实验材料及设备

2．5．2 试件制备和尺寸

2．5．3 实验方案

第3章 粘弹阻尼材料性能研究

3．1 概述

3．2 常规性能表征

3．2．1 固化时间

3．2．2 固含量

3．2．3 硬度

3．2．4 拉伸强度及断裂伸长率

3．3 阻尼性能表征

3．3．1 储能模量和损耗模量

3．3．2 损耗因子

3．4 本章小结

第4章 弧型约束阻尼结构的阻尼性能研究

4．1 概述

4．2 实验条件

4．3 粘弹阻尼材料在弧型约束阻尼结构中的作用

4．3．1 时域分析

4．3．2 自谱分析

4．3．3 倍频程谱分析

4．4 约束层刚度对弧型约束阻尼结构阻尼性能的影响

4．4．1 约束层刚度

4．4．2 时域分析

4．4．3 自谱分析

4．4．4 倍频程谱分析

4．5 本章小结

第5章 环型约束阻尼结构的阻尼性能研究

5．1 概述

5．2 实验条件

5．3 粘弹阻尼材料在环型约束阻尼结构中的作用

5．3．1 时域分析

5．3．2 自谱分析

5．3．3 倍频程谱分析

5．4 阻尼层厚度对环型约束阻尼结构阻尼性能的影响研究

5．4．1 时域分析

5．4．2 自谱分析

5．4．3 倍频程谱分析

5．5 本章小结

第6章 结论及有待进一步研究的问题

6．1 结论

6．2 有待进一步研究的问题

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢