基于某型涡桨发动机橡胶隔振器动力学特性研究

摘要

橡胶隔振器是航空发动机等机载设备的重要部件之一，隔离发动机与飞机间的振动传递。由于橡胶材料具有动力学非线性，因此，为满足某型涡桨发动机橡胶隔振器的隔振性能等工程技术要求，本文开展橡胶隔振器非线性动力学特性研究，研究成果对于隔振器设计具有重要理论指导意义和工程应用价值。主要研究内容及创新如下：
　　（1）基于五参数分数导数本构模型，引入了松弛时间因子d以及明确参数b和c的物理意义，提出了六参数分数导数模型，并推导了六参数分数导数三维本构关系。丁基橡胶本构试验验证该模型能够很好的拟合试验结果。本文提出的六参数本构模型具有理论创新价值。
　　（2）进一步考虑橡胶隔振器振幅相关性，建立了橡胶隔振器非线性动力学并联模型。试验结果表明并联模型可以很好的表征橡胶隔振器动力特性。同时分析了六参数对橡胶隔振器动刚度的灵敏度特性，最后利用中心差分法给出动力学模型位移响应定量结果。
　　（3）结合六参数分数导数三维本构关系建立了橡胶隔振器非线性动力学有限元方程，并迭代求解了不同频率下橡胶隔振器动态响应特性；橡胶隔振器动态响应试验表明非线性有限元方程的准确性。本文提出的动力学非线性有限元方程为准确解决粘弹性材料动力学特性提供了理论参考。
　　（4）根据某型涡桨发动机等效质量载荷，建立橡胶隔振器-质量系统非线性有限元方程。试验结果表明：该非线性有限元方程可以准确预测隔振器-质量系统传递率特性。本文为涡桨发动机隔振器载荷状况和结构设计提供了理论依据，具有工程应用价值。
　　（5）依据频率谱—温度谱镜像数学关系，继续推导了粘弹性材料的动力学七参数温度谱模型。进行了温度谱模型动态特性分析与参数识别方法试验研究。为橡胶隔振器考虑激振温度累积效应设计提供了理论参考。
　　综上所述，本文基于某型涡桨发动机首先提出了橡胶材料六参数分数导数模型；其次建立了橡胶隔振器动力学并联模型；同时开展了橡胶隔振器以及隔振质量系统有限元动力学模型研究；最后推导了橡胶温度谱模型。研究结果对指导橡胶隔振器设计提供了理论依据，具有工程应用价值。

目录

声明

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 隔振器橡胶材料非线性动力学本构模型研究

2.1 粘弹性材料分数导数本构模型

2.2 本构模型参数识别方法研究

2.3 本章小结

第三章 橡胶隔振器非线性动力学建模方法研究

3.1 分数导数理论

3.2 橡胶隔振器动力学模型

3.3 动态特性分析

3.4 动力学模型的数值求解

3.5 本章小结

第四章 橡胶隔振器非线性动力学有限元方程

4.1 有限元方程基本理论

4.2 有限元模型

4.3 非线性有限元方程的数值求解

4.4 本章小结

第五章 橡胶隔振器-质量系统传递率特性分析

5.1 隔振器等效质量载荷计算

5.2 隔振器传递率试验研究

5.3 隔振器传递率特性数值求解与结果分析

5.4 本章小结

第六章 隔振器橡胶材料温度相关性动力学模型研究

6.1 温频镜像数学形式

6.2 温度相关性动力学模型

6.3 温度谱模型动态特性分析与参数识别方法研究

6.4 DMA试验验证

6.5 本章小节

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录 I