ZN-17黏弹材料动态阻尼特性实验研究及其数据拟合分析

基于对温度、频率和动态位移的扫描实验,研究了ZN-17黏弹材料损耗因子和复模量随温度、频率和动态位移变化的规律,并根据实验结果拟合了材料损耗因子和储能模量的数学表达式,误差分析表明此表达式能较准确地反映在不同温度、不同频率和不同动态位移下的动态阻尼特性.     

宽温宽频宽动态位移下ZN-33材料的黏弹行为

对ZN-33黏弹阻尼材料进行温度、频率和动态位移的扫描实验和不同温度、载荷下蠕变实验。研究了材料在宽温、宽频、宽动态位移下的动态阻尼特性。得到了ZN-33材料复模量和损耗因子随温度、频率和动态位移变化的规律。同时对该材料的蠕变特性进行了研究,揭示其蠕变行为的非线性特性,进行了蠕变柔量的时间—应力等效性描述。     

共固化复合材料粘弹阻尼结构的损耗因子研究

应用基于有限元的模态应变能法研究了共固化复合材料粘弹阻尼结构的损耗因子,同时考虑了粘弹性阻尼材料的频率依赖性和复合材料本身对振动能量的损耗,提出了该类型结构的有限元模型,并通过算例分析验证了该模型;考察了纤维增强复合材料本身的阻尼因素、柔性层的引入以及阻尼层的位置对复合材料粘弹阻尼结构损耗因子的影响,并给出了提高此类结构损耗因子的途径。     

NEPE推进剂动态力学特性分析

为了研究NEPE推进剂在不同温度和频率激励作用下的动态力学性能,利用DMAELF3200动态热机械分析仪测定了材料动态力学参数。通过试验,获得了推进剂的储能模量、损耗模量及损耗因子温度谱。由分子运动理论得到了玻璃化转活化能。基于时间-温度等效原理对NEPE推进剂动态粘弹性参数进行等效叠加,得到了移位因子随试验温度变化的规律。结果表明:损耗模量的温度谱曲线在低温段只存在一个峰值(玻璃化转变峰),玻璃化转变温度对频率有依赖性,在1Hz加载频率下转变温度为-62℃;玻璃化转变所需要的活化能为163.8k J·mol-1;移位因子和温度之间的关系遵循Williams-Landel-Ferry(WLF)方程,随试验温度升高,移位因子下降。     

管类结构自由阻尼处理

采用复刚度法和变形能法,分析了管类结构的阻尼损耗因子,该阻尼损耗因子η除了受到模量比e、厚度比δ和平均半径比-γ的影响外,还与阻尼材料的损耗因子β成正比,并以海豚直升机救生绞车支架为例,分析了自由阻尼处理前后结构的阻尼损耗因子的变化.     

碳纤维增强复合材料结构阻尼性能研究

碳纤维增强复合材料的阻尼性能对所应用结构的动态承载能力、可靠性和安全性有重要影响。复合材料阻尼机理复杂,很难采用理论方法研究。本文基于瞬态激励法原理,设计了悬臂梁振动试验,利用有理分式多项式法提取试样的模态频率和模态损耗因子。分别对603和603A两种树脂基体,各三种T300纤维铺层方向的复合材料试样进行了振动测试,获得了材料1 kHz以内的动刚度和阻尼特性。结果表明,基体材料组分和纤维铺层方向对碳纤维增强复合材料的结构刚度和阻尼性能有重要影响;603A基体的碳纤维增强复合材料具有较603基体材料更好的损耗因子。铺层方向对结构阻尼的影响主要是通过对结构刚度的影响而体现出来的,不同纤维铺层方向的复合材料试样刚度差别很大。     

基于FEM-PIM计及热效应的统计能量分析

结合有限元法（FEM）和模态坐标系下计及热效应的功率输入法（PIM）,给出一种热环境下适用于复杂结构的统计能量分析方法.以各边简支的L型折板为研究对象,开展雨流载荷作用下的数值模拟验证方法的准确性.开展3种工况条件下热效应对统计能量分析参数的影响研究:①仅考虑热效应引起的材料力学性能变化;②仅考虑热应力引起的附加刚度效应;③同时考虑考虑两者影响.结果表明:温升影响材料力学性能的同时会导致耦合损耗因子减小,但对内损耗因子的影响不大;热应力引起的附加刚度效应对内损耗因子和耦合损耗因子的影响较大,两者均随温度的升高而逐渐减小;同时考虑两者影响时,热应力对统计能量分析参数的影响占主导地位,内损耗因子和耦合损耗因子均随温度的升高而逐渐减小;模态密度与温度的变化趋势基本一致.      

约束阻尼型镗杆的优化及减振性能

孔加工过程中镗杆的切削颤振影响着表面加工质量和加工精度,约束阻尼型镗杆可有效抑制这种切削振动,但其作用机理未被完全研究清楚,导致其抑制振动的效果一般。对约束阻尼型镗杆的结构优化、材料优选及减振性能进行了理论和实验研究。首先,根据Kelvin-Voigt粘弹性力学模型理论建立了镗杆的动力学模型,研究证实增大镗杆的静刚度和结构损耗因子能提高其减振性能从而提高孔加工质量;其次,基于建立的约束阻尼型镗杆静刚度和结构损耗因子理论公式,对其进行结构优化、材料优选。结果显示:存在一个最佳尺寸范围可减小镗杆在主要工作频域段上的振动,同时所选用的阻尼层应具有较小的弹性模量和较大的材料损耗因子,约束层材料应具有较大的弹性模量;最后,设计制造4种不同材料的约束阻尼型镗杆,通过模态实验获得静刚度、结构损耗因子,并与理论计算结果进行对比分析,同时研究切削过程中约束阻尼型镗杆的材料及切削参数对减振性能的影响。结果显示:约束阻尼型镗杆能有效减小径向振动以提高加工质量,不同材料的约束阻尼型镗杆在切削过程中径向振动差别较大,优化后的钢-PMMA-硬质合金镗杆在不同切深及转速下的径向振动加速度较小且更加稳定。     

压电阻抗法表征固体推进剂老化的研究

为了更好地得到压电阻抗法（EMI, Electro-mechanical impedance）监测固体推进剂老化规律并从物理特性上对其科学性、可靠性及有效性进行验证,采用理论推导分析方法将压电阻抗电学性能参数与动态力学性能参数进行联系;对热老化HTPB推进剂进行EMI试验及动态热机械分析（DMA, Dynamic thermomechanical analysis）测试,并根据结果分析进行验证。结果表明：压电阻抗电学性能与动态力学性能能够通过动态模量与导纳之间的关系以及电压电流滞后角与力学损耗角之间的关系进行联系;热老化HTPB推进剂在不同测试频率下力学损耗因子温度谱峰值随老化的变化规律一致,均随热老化时间的延长而降低;电压电流滞后角正切值能够很好反映HTPB推进剂的老化,共振频率处的滞后角正切值随热老化时间的延长而降低,并且与损耗因子峰值呈现出明显的线性关系。     

基于稳态能量流法识别半主动颗粒阻尼损耗因子的实验

通过稳态能量流法推导了半主动颗粒阻尼损耗因子与响应的关系,采用实验方法识别了半主动颗粒阻尼的损耗因子。分别研究了颗粒填充率和通电电压对半主动颗粒阻尼损耗因子的影响规律。研究结果表明:增大通电电压能提高半主动颗粒阻尼的损耗因子,损耗因子在到达一定电压后逐渐趋于稳定;半主动颗粒阻尼的损耗因子随着颗粒填充率的增加而增大,但颗粒填充率在达到70%以后,半主动颗粒阻尼的损耗因子增幅变缓并逐渐趋于稳定。     

动态热机械法研究天然橡胶硫化胶的热氧老化性能

介绍了用动态热机械分析仪测定天然橡胶（NR）硫化胶耐老化性能的原理及方法。通过测定胶料在160℃、恒温30min下的动态模量谱，来评估硫化胶的耐老化性能。同时测定硫化胶力学性能随老化时间的变化情况。结果显示：老化后储能模量减少，损耗模量和损耗因子tanδ总体呈增加趋势。力学性能随老化时间的延长呈先增加而后下降趋势。     

航天器贮箱变质量流固耦合系统的动力学响应

研究了航天器贮箱变质量流固耦合系统的动力学特性.根据虚拟质量法(VMM),结合边界元法和有限元法构建了系统的动力学模型,建模过程中着重考虑了质量变化对系统的动态影响.通过Newmark直接积分法计算出贮箱变质量系统的振动响应.结果表明:由于系统质量减少,引起了系统振动频率的增大,并产生一个附加负阻尼.系统的振动频率的范围可以通过系统质量的范围确定.变质量引起的附加负阻尼的大小与系统的质量变化率成正比.对于系统的横向振动,质量减少引起的附加负阻尼在整个过程对系统振动的影响比较稳定,对于系统的纵向振动,质量减少引起的附加负阻尼对系统振动的影响随时间的增加而增大.      

复合BaTiO3对聚氨酯基互穿聚合物网络阻尼性能的影响

分别采用BaTiO_3纳米粉和纤维为填料,以改性的聚氨酯(PU)和不饱和聚酯树脂(UP)制备的互穿聚合物网络(IPNs)为骨架材料,采用在位分散聚合法,制备了均匀性较高BaTiO_3/IPNs复合型阻尼材料,并研究了BaTiO_3形态及复合量对BaTiO_3/IPNs型复合材料阻尼性能的影响。结果表明,复合后材料的阻尼性能,除与无机填料的性质有关,主要受其形态影响,纤维状BaTiO_3对复合体系的阻尼损耗因子(tanδ)极值和阻尼损耗模量(E′)峰面积提升较为明显;BaTiO_3纳米粉的复合量增加到70％(V/V)),E′增加10~2倍,且tanδ曲线肩峰和主转变峰的位置均移向高温区,相应明显拓宽了室温区的阻尼损耗因子值。     

氯丁橡胶的动态力学性能

汽车发动机前支架的功能橡胶另件需要满足与防震和消音有关的一系列物理和动态力学性能。就小型发动机而言,因为在宽频率范围内必须防震,可选择高阻尼橡胶。然而,在非常慢的速度下,高阻尼橡胶的传递性随频率降低而降低,并且某些高阻尼橡胶抗蠕变性较差。本报告(?)述新的配方工艺;用配比为87.5/12.5%的氯丁胶和丁腈胶并用胶来获得满足汽车发动机前支架所需的物理、动态力学和蠕变性能的典型技术要求。用 Rheovibron 法在广泛的温度、频率和应变范围下测量了这种共混的动态力学性能,且与其它弹性体如乙稀/丙稀酸类共混胶进行了比较。     

局部贴敷黏弹性阻尼层圆柱壳振动频率与阻尼有限元分析

在引入黏弹性材料复模量模型和考虑圆柱壳弹性边界的基础上,研发了有限元程序来解决考虑频率依赖性的复合圆柱壳振动频率与阻尼的非线性计算问题。创建了一种4节点24自由度复合壳单元来模拟局部贴敷黏弹性阻尼层圆柱壳的力学行为,推导了单元的刚度及质量矩阵。提出由6个弹簧组组成的周向变刚度弹性约束模型来模拟圆柱壳底部的弹性边界条件。确定了复合圆柱壳的动力学有限元方程,并描述了用特征向量增值法求解其振动频率与阻尼的迭代计算过程。对贴敷ZN-1自由阻尼层圆柱壳进行了实例计算,结果表明：该算法的计算结果与实验测试值误差最大为369%,另外黏弹性材料的频率依赖性对复合结构固有频率影响小于001%,而对模态损耗因子影响最大为10947%。     

基于悬臂梁的颗粒阻尼实验

以填充颗粒的悬臂梁为研究对象,研究了结构阻尼随颗粒各参数呈非线性变化的特性;同时,还系统研究了颗粒参数和结构参数的变化对结构减振效果的影响规律。研究结果表明:颗粒阻尼可以使得梁的阻尼比最大增加到492%;颗粒密度越大减振效果越好;在填充率为70%左右时系统的阻尼比最大;在振幅较大的位置打孔洞填入颗粒材料时,颗粒减振效果较好。      

仪器安装用阻尼减振垫的研制

本文介绍了仪器安装用阻尼减振垫的结构参数计算及阻尼减振垫原材料的选择。根据技术要求,通过结构参数设计计算,确定了阻尼减振垫用阻尼材料的动态力学性能参数,为阻尼减振垫的材料选择及配方设计提供了依据。测试结果表明,该阻尼减振垫减振效果良好。     

温度对小型柔性接头力矩特性的影响

为了研究柔性接头在固定压强下力矩特性随温度的变化,设计了弹性材料为硅橡胶的小型柔性接头,测试了一系列0.1MPa容压条件下柔性接头在正弦激励下的动态特性,获得了不同温度时接头的摆角力矩曲线。根据接头在摆角为0°时的力矩获得摩擦力矩,根据摆角力矩曲线的近线性部分获得弹性比力矩,在此基础上研究了温度对各个力矩的影响。结果表明:作动力矩随温度的升高而减小,但温度对作动力矩的大小影响很小,库伦摩擦力矩随温度的升高而增加,弹性比力矩和总比力矩因发生热弹逆变现象随温度的升高先减小后增加,动态弹性模量和损耗系数随温度的升高而降低,能量损耗受动态弹性模量和损耗系数变化影响随温度的升高而降低.      

一种考虑宽温宽频宽动态位移的粘弹性本构模型

对硅橡胶粘弹性阻尼材料进行不同温度的频率扫描和动态位移扫描实验.采用经典Burgers模型和RT模型对该材料频率响应曲线的预言能力进行评估;基于RT模型, 本文提出改进的M-RT模型同时考虑了温度、频率和动态位移对材料动态力学行为的影响, 通过与实验结果的比较分析, 表明该模型能很好地描述该材料在宽温、宽频和宽动态位移的动态本构行为.      

丁腈橡胶/酚醛树脂/受阻酚AO80三元阻尼橡胶的结构与性能

在丁腈橡胶(NBR)中添加酚醛(PR)和受阻酚AO80,制备NBR/PR/AO80三元共混橡胶.采用DSC,FTIR和扫描电子显微SEM镜等方法表征了NBR/ PR/ AO80三元共混橡胶的结构,研究了其阻尼性能和力学性能.结果表明,AO80与丁腈橡胶和酚醛树脂有较好的相容性,动态力学性能温度谱中损耗角正切tanδ呈现单峰特征,并且随AO80含量增加,三元共混橡胶的阻尼峰值提高;硫化胶的拉伸强度呈现先增加后降低趋势.与NBR/PR硫化橡胶相比,添加AO80的三元共混橡胶保持了几乎相同的阻尼温域,但却具有更高的阻尼峰值.