薄殼構(gòu)件硬涂層阻尼減振機(jī)理分析模型的創(chuàng)建及模型應(yīng)用研究.pdf

1、由于硬涂層可在高溫、高腐蝕環(huán)境下減少薄殼結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)，而受到越來越廣泛的關(guān)注。為了更好的實(shí)施硬涂層阻尼減振，需要獲得硬涂層的減振機(jī)理，即涂敷硬涂層后結(jié)構(gòu)件振動(dòng)響應(yīng)減少的原因，進(jìn)而實(shí)施硬涂層減振優(yōu)化設(shè)計(jì)?，F(xiàn)有的關(guān)于硬涂層減振機(jī)理的研究，多集中于微觀材料學(xué)，且多數(shù)學(xué)者認(rèn)為硬涂層微觀顆粒之間的內(nèi)摩擦是硬涂層能夠減振的原因。但是，完全基于材料學(xué)研究的硬涂層減振機(jī)理是不夠的，尚需要從宏觀動(dòng)力學(xué)的角度，創(chuàng)建硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析模型，進(jìn)而研究

2、硬涂層的減振機(jī)理。本文以涂敷硬涂層的梁、薄板以及薄圓柱殼為研究對(duì)象，在科學(xué)引入硬涂層材料力學(xué)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，建立了硬涂層阻尼減振機(jī)理分析模型并且利用相關(guān)模型進(jìn)行了應(yīng)變能測(cè)試以及硬涂層參數(shù)影響分析等應(yīng)用研究，具體研究?jī)?nèi)容體現(xiàn)在如下五方面:
　　首先，從分離硬涂層的阻尼貢獻(xiàn)出發(fā)，研究了創(chuàng)建硬涂層懸臂梁復(fù)合結(jié)構(gòu)減振機(jī)理分析模型的方法。具體可描述為:對(duì)涂層前后的懸臂梁系統(tǒng)進(jìn)行了減振特性實(shí)驗(yàn)，獲得了固有頻率、阻尼比、振動(dòng)響應(yīng)等參數(shù);對(duì)涂層前后

3、懸臂梁系統(tǒng)的儲(chǔ)能及耗能進(jìn)行分析，獲取硬涂層材料的阻尼貢獻(xiàn);基于Oberst梁理論，創(chuàng)建了同時(shí)考慮材料阻尼和粘性阻尼的懸臂梁系統(tǒng)減振機(jī)理分析模型，并用實(shí)驗(yàn)校驗(yàn)了分析模型的正確性。
　　其次，研究了創(chuàng)建硬涂層懸臂薄板復(fù)合結(jié)構(gòu)減振機(jī)理分析模型的方法。建模過程如下:對(duì)涂層前后的懸臂薄板系統(tǒng)進(jìn)行了減振特性實(shí)驗(yàn)，獲得了固有頻率、阻尼比、振動(dòng)響應(yīng)等參數(shù);對(duì)涂層前后懸臂薄板系統(tǒng)儲(chǔ)能及耗能分析的基礎(chǔ)上，確定了獲取硬涂層材料阻尼貢獻(xiàn)的方法;基于拉格朗

4、日方程，創(chuàng)建了同時(shí)考慮材料阻尼和粘性阻尼的懸臂薄板系統(tǒng)減振機(jī)理分析模型，并用實(shí)驗(yàn)校驗(yàn)了分析模型的正確性。
　　然后，以涂層前后圓柱殼為對(duì)象，研究創(chuàng)建了硬涂層圓柱殼的減振減振機(jī)理分析模型。研究過程可描述為:進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，通過掃頻激勵(lì)和定頻激勵(lì)得到涂層前后圓柱殼的固有頻率和共振響應(yīng)，進(jìn)而以幅頻特性曲線，應(yīng)用半功率帶寬法得到涂層前后圓柱殼的模態(tài)阻尼比，基于Love薄殼理論，推導(dǎo)得到硬涂層圓柱殼的線性振動(dòng)方程。利用能量法確定硬涂層圓柱

5、殼的振動(dòng)特征方程，基于Galerkin離散對(duì)硬涂層圓柱殼特征方程進(jìn)行求解，確定硬涂層圓柱殼的固有頻率;依據(jù)Obest理論引入涂層材料的損耗因子，采用梁函數(shù)組合法求解硬涂層的圓柱殼的共振響應(yīng);相關(guān)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)比對(duì)，證明了所創(chuàng)建模型的合理性。
　　接著，利用硬涂層懸臂梁減振機(jī)理分析模型，研究了間接測(cè)試硬涂層復(fù)合件應(yīng)變能的方法。在對(duì)涂層前后懸臂梁系統(tǒng)應(yīng)變能分析的基礎(chǔ)上，確定了間接辨識(shí)涂層前后構(gòu)件應(yīng)變能的原理及方法，并提出了具體的辨識(shí)流程，

6、包括:測(cè)試懸臂梁的共振位移響應(yīng);測(cè)試模態(tài)阻尼;利用模型修正技術(shù)與實(shí)驗(yàn)匹配;繪制梁共振狀態(tài)的撓曲線;辨識(shí)應(yīng)變能等步驟。利用涂敷NiCrAlY前后的鈦梁進(jìn)行了實(shí)例研究，有效獲取了應(yīng)變能，并證明了該硬涂層對(duì)鈦梁有減振效果。
　　最后，利用所創(chuàng)建的硬涂層圓柱殼減振機(jī)理分析模型，分析了包括楊氏模量、損耗因子以及涂層厚度等硬涂層參數(shù)對(duì)圓柱殼振動(dòng)特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明:隨著涂層楊氏模量、厚度的逐漸增加，涂層后的復(fù)合圓柱殼的固有頻率有一定幅度的