粘彈阻尼材料及其阻尼結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)力學(xué)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(dòng)響應(yīng)和噪聲輻射的重要手段。然而如何對(duì)阻尼結(jié)構(gòu)進(jìn)行目標(biāo)化設(shè)計(jì)，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(dòng)態(tài)力學(xué)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(dòng)態(tài)黏彈譜儀(以下簡(jiǎn)稱DMA)和懸臂梁振動(dòng)的方法研究了粘彈阻尼材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，分析了溫度和頻率對(duì)材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響規(guī)律，驗(yàn)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(yàn)?zāi)B(tài)分析和寬頻振

2、動(dòng)試驗(yàn)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(duì)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(cè)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(cè)試方法對(duì)VM-3的對(duì)比分析結(jié)果表明:DMA和懸臂梁共振法在不同溫度下測(cè)得儲(chǔ)能模量吻合度較低，損耗因子吻合度較

3、高，30℃時(shí)，DMA和懸臂梁共振法在不同溫度下測(cè)得儲(chǔ)能模量吻合度較低，損耗因子吻合度較高，30℃時(shí)，儲(chǔ)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(chǔ)能模量和損耗因子比較接近，頻率為380.50Hz時(shí)，儲(chǔ)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(shí)驗(yàn)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(dòng)態(tài)力學(xué)性能的數(shù)值分

4、析和預(yù)測(cè)模型，確定模型的各項(xiàng)參數(shù)，研究了粘彈阻尼材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的一些內(nèi)在基本規(guī)律。
　　第二、粘彈阻尼材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能對(duì)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(duì)約束阻尼結(jié)構(gòu)懸臂梁的模態(tài)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算和分析，前四階共振頻率相對(duì)誤差都分別為1.52％、3.34％、7.19％、2.88％，取得了與試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析相近的結(jié)果，驗(yàn)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(shí)際試驗(yàn)測(cè)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(shí)測(cè)值具有較大的差距，懸臂梁的大振幅非線性振動(dòng)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(dòng)頻率向低頻移動(dòng)，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(dòng)向高頻移動(dòng)，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(fù)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(dòng)響應(yīng)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(jí)衰減量為最大，達(dá)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(jí)衰減量分別為0.98dB、26.42dB。不同粘彈阻尼材料對(duì)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(jí)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(jí)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(shè)計(jì)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(jí)衰減量分別為7.42dB、8.65dB、10.86dB;在高頻段(500～3150Hz)，振級(jí)衰減更為明顯，從整個(gè)分析頻段看，B型結(jié)構(gòu)和C型結(jié)構(gòu)的振動(dòng)衰減都要大于A型結(jié)構(gòu)。