粘彈阻尼材料及其阻尼結(jié)構(gòu)動態(tài)力學性能研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)的粘彈阻尼處理是抑制結(jié)構(gòu)的振動響應和噪聲輻射的重要手段。然而如何對阻尼結(jié)構(gòu)進行目標化設計，提高和改善結(jié)構(gòu)的減振性能是目前遇到的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，因此開展粘彈阻尼材料動態(tài)力學性能及其阻尼結(jié)構(gòu)相關(guān)關(guān)系的研究十分必要。本文利用動態(tài)黏彈譜儀(以下簡稱DMA)和懸臂梁振動的方法研究了粘彈阻尼材料的動態(tài)力學性能，分析了溫度和頻率對材料動態(tài)力學性能的影響規(guī)律，驗證了基于GHM粘彈模型有限元方法求解約束阻尼結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的有效性，通過試驗模態(tài)分析和寬頻振

2、動試驗探討了阻尼處理方式、粘彈阻尼材料性能、阻尼層厚度、阻尼處理結(jié)構(gòu)形式對結(jié)構(gòu)減振性能的影響，通過研究得出以下結(jié)論:
　　第一、DMA的測試結(jié)果表明:VM-1、VM-2、VM-3的損耗因子峰值分別為0.82、0.87、0.76，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度-20℃、-10℃、40℃;VM-1、VM-2、VM-3;DMA和懸臂梁共振法兩種測試方法對VM-3的對比分析結(jié)果表明:DMA和懸臂梁共振法在不同溫度下測得儲能模量吻合度較低，損耗因子吻合度較

3、高，30℃時，DMA和懸臂梁共振法在不同溫度下測得儲能模量吻合度較低，損耗因子吻合度較高，30℃時，儲能模量的吻合度為79.47％，損耗因子的吻合度為96.94％。DMA和懸臂梁共振法兩種方法在較高頻域的粘彈阻尼材料的儲能模量和損耗因子比較接近，頻率為380.50Hz時，儲能模量的吻合度為96.11％，損耗因子的吻合度為90.51％。在上述實驗研究的基礎(chǔ)上，通過折算變量法，繪制粘彈阻尼材料的主曲線圖，建立粘彈阻尼材料動態(tài)力學性能的數(shù)值分

4、析和預測模型，確定模型的各項參數(shù)，研究了粘彈阻尼材料動態(tài)力學性能的一些內(nèi)在基本規(guī)律。
　　第二、粘彈阻尼材料動態(tài)力學性能對頻率具有依賴性，采用GHM模型，建立了粘彈阻尼材料約束阻尼懸臂粱的有限元模型。對約束阻尼結(jié)構(gòu)懸臂梁的模態(tài)參數(shù)進行了計算和分析，前四階共振頻率相對誤差都分別為1.52％、3.34％、7.19％、2.88％，取得了與試驗模態(tài)分析相近的結(jié)果，驗證了GHM模型融合有限元建模的可行性，GHM模型損耗因子與實際試驗測得的損

5、耗因子誤差比較大，尤其是低頻的損耗因子則與實測值具有較大的差距，懸臂梁的大振幅非線性振動是造成低頻誤差大的主要原因。
　　第三、經(jīng)過阻尼處理后（自由阻尼和約束阻尼）的懸臂梁和一端固支鋼板的減振效果具有一致的規(guī)律。自由阻尼結(jié)構(gòu)的各階模態(tài)的振動頻率向低頻移動，損耗因子均有提高，而約束阻尼結(jié)構(gòu)的各階模態(tài)的振動向高頻移動，且損耗因子明顯提高。如無阻尼懸臂梁、自由阻尼結(jié)構(gòu)懸臂梁、約束阻尼結(jié)構(gòu)懸臂梁的二階損耗因子分別為0.032、0.053、

6、0.180。經(jīng)過VM-1、VM-2、VM-3三種阻尼材料處理后混凝土夾層板的二階結(jié)構(gòu)損耗因子分別為0.145、0.195、0.201、0.245。阻尼層厚度為1mm、2mm、3mm、4mm的混凝土夾層板二階損耗因子分別為0.145、0.245、0.321、0.345。A型結(jié)構(gòu)、B型結(jié)構(gòu)、C型結(jié)構(gòu)的混凝土夾層板二階損耗因子分別為0.245、0.265、0.281，復合結(jié)構(gòu)損耗因子與阻尼層剪切作用成正相關(guān)。
　　最后，與自由阻尼結(jié)構(gòu)相

7、比，約束阻尼結(jié)構(gòu)鋼板的振動響應降低的更為顯著，其中尤以中心頻率63Hz和200Hz的1/3倍頻程振級衰減量為最大，達到了30dB以上，自由阻尼結(jié)構(gòu)、約束阻尼結(jié)構(gòu)鋼板的總振級衰減量分別為0.98dB、26.42dB。不同粘彈阻尼材料對約束阻尼結(jié)構(gòu)的減振性能具有直接的影響，VM-1、VM-2、VM-3混凝土夾層板的總振級衰減量分別為2.67dB、4.58dB、7.42dB，三種粘彈阻尼材料相比，以VM-3阻尼效果最為顯著。隨著阻尼層厚度的增

8、加混凝土夾層板的減振效果增大，1mm、2mm、3mm、4mm厚阻尼層的混凝土夾層板的總振級衰減量分別為4.98dB、7.42dB、9.86dB、11.65dB。通過結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計可以提高約束阻尼結(jié)構(gòu)的減振性能，A型結(jié)構(gòu)、B型結(jié)構(gòu)、C型結(jié)構(gòu)混凝土夾層板的總振級衰減量分別為7.42dB、8.65dB、10.86dB;在高頻段(500～3150Hz)，振級衰減更為明顯，從整個分析頻段看，B型結(jié)構(gòu)和C型結(jié)構(gòu)的振動衰減都要大于A型結(jié)構(gòu)。