硅橡胶/丁基橡胶复合泡沫元件减振性能研究

摘要

精密仪器运输过程中，常常遇到振动、冲击等各种意外随机振动，这些振动对精密仪器的影响往往是致命的。泡沫橡胶具有在被压实之前传递的力较小，压缩变形大等特点，是一种性能优良的减振材料，已经广泛应用于军事、民用等众多领域。因而研究精密仪器在运输过程中的减振具有重要的工程应用价值。本文以硅橡胶/丁基橡胶复合泡沫材料为研究对象，利用MTS万能材料试验机与振动台分别对泡沫橡胶在准静态下的力学性能和动态下的阻尼性能分别进行了测试，利用有限元软件对复合泡沫橡胶元件进行了优化和设计，研究的主要内容、方法以及结论如下：
　　 ⑴利用MTS万能材料实验机对6种不同密度复合泡沫橡胶的圆柱形试样进行了准静态下单轴压缩实验，掌握了密度对复合泡沫橡胶在准静态下力学性能的影响规律，Yeoh模型能较好的描述密度大于0.78×103kg/m3时复合泡沫橡胶力学行为。
　　 ⑵以结构损耗因子为目标，建立圆形阻尼结构的优化设计模型，实现了阻尼结构的拓扑优化设计，通过对数值模拟和实验测试的结构阻尼比进行比较，验证了优化结构减振的有效性，对阻尼结构的设计具有重要意义。
　　 ⑶采用电磁振动台对阻尼结构进行了随机激励下的减振性能测试，获取阻尼结构在随机激励下的结构阻尼比。实验证明结构阻尼比随密度的减小总体上呈现出先增大后减小的趋势，当密度小于0.90×103kg/m3时，复合泡沫橡胶的结构阻尼比主要受负载和密度的共同影响。当密度大于0.90×103kg/m3时，泡沫橡胶的结构阻尼比主要受密度的影响，受负载的影响较小；复合泡沫橡胶材料的结构阻尼比随着频率的变化不明显，在较宽的频率范围内均保持较高的结构阻尼比；激励幅值对复合泡沫橡胶隔振元件结构阻尼比的影响不明显，在对隔振元件进行设计时，可以忽略激励幅值的影响。
　　 ⑷对复合泡沫橡胶阻尼结构进行模态分析及随机激励下的动力学响应分析，阻尼结构垂直振动的振型为第6阶，垂直振动时，响应的共振峰出现在垂直振型所对应的频率处，有限元计算结果与实验值的共振频率与峰值响应误差较小，在密度为1.15×103kg/m3时，计算值求出的共振区宽度比实验值大，在利用有限元进行随机激励下阻尼结构的传递率时，应考虑共振区变窄的不利影响。