粘弹阻尼材料表征及约束阻尼结构的阻尼性能研究

摘要

本文以青岛市在建地下轨道交通系统的行车环境、地质与地理环境、轨道减振降噪材料选取以及轨道减振降噪结构特点为背景，对聚氨酯及改性聚氨酯粘弹性阻尼材料进行表征以及对这两种粘弹性阻尼材料相对应的约束阻尼结构的阻尼性能进行了研究，并作了对比性分析研究，其分析研究结果如下所示：
　　(1)对于聚氨酯及改性聚氨酯粘弹性阻尼材料的表征，主要从干燥时间、固含量、硬度、机械力学及阻尼性能方面进行了实验研究。研究结果表明：改性聚氨酯粘弹性阻尼材料的凝胶时间和表干时间分别为22s、49min，其比聚氨酯粘弹性阻尼材料的分别缩短了55s和4h；聚氨酯及改性聚氨酯粘弹性阻尼材料的固含量相差不大分别为99.34％、99.11％，都符合环境友好型的标准；两者的硬度分别为17(邵A)、29(邵A)，都属于较软性物质；改性聚氨酯粘弹性阻尼材料的机械力学性能比聚氨酯粘弹性阻尼材料的低，后者的拉伸强度和断裂伸长率分别为前者的65％、88％；在环境温度为25℃、振动频率为5～50Hz时，聚氨酯及改性聚氨酯粘弹性阻尼材料的损耗因子随频率的增大而增大，但是后者总是比前者大，如50Hz时两者的损耗因子分别为0.6427、0.8934。
　　(2)约束阻尼结构阻尼性能影响因素研究，主要包括阻尼层厚度、约束层刚度及环境温度对约束阻尼结构阻尼性能的研究。研究结果表明：在所研究的阻尼层厚度范围内，阻尼层厚度为1mm时聚氨酯及改性聚氨酯约束阻尼结构的阻尼性能最好，其后者的前两阶复合损耗因子分别为1.2064、0.9324，分别是前者的1.25倍、3.2倍；在16～3150Hz频率范围内，改性聚氨酯约束阻尼结构的振动极值分别为88dB，比前小了2.14dB；后者的最大振动加速度振幅和振动衰减的时间分别为399.744mm/s2、0.015s，分别比前者小了157.557mm/s2、0.008s。在所研究的约束层材料刚度范围内，聚氨酯及改性聚氨酯约束阻尼结构的阻尼性能随约束层刚度的增加而降低，并且在相同的约束层刚度和基材的情况下，改性聚氨酯约束阻尼结构的阻尼性能总是比聚氨酯的更好。在-70℃～90℃的范围内，聚氨酯及改性聚氨酯粘弹性阻尼材料的损耗因子随温度的升高先升高后降低，前者在-16.5℃时有最大值为1.3286，而后者在30.5℃时存在最大值为0.9151。在所研究的温度范围内，环境温度为25℃时，聚氨酯及改性聚氨酯粘弹性阻尼材料的阻尼性能最好，其此时的1阶复合损耗因子分别为0.6231、0.7187、2阶的分别为0.2607、0.3706；聚氨酯及改性聚氨酯约束阻尼结构的振动极值分别为90.02dB、87.13dB，比其他温度下的振动极值小7.45dB～14.35dB；这两者的最大振动加速度振幅也都是最小的，其数值分别为622.8mm/s2、285.933mm/s2。
　　通过以上对聚氨酯及改性聚氨酯粘弹性阻尼材料的表征以及对其相对应的约束阻尼结构的阻尼性能影响因素的研究结果，为今后的粘弹性阻尼材料及约束阻尼结构在工程中的应用提供了数据支持。