悬臂梁弯曲共振法自由阻尼结构试件设计研究

用悬臂梁弯曲共振法测量阻尼材料动态力学参数时,试件设计是否合理直接决定了测量结果的可信度.考虑到复合试件基底层材料阻尼的影响,本文对测量理论进行了改进,得到了考虑基底层阻尼影响的悬臂梁弯曲共振法测量方程.仿真结果表明忽略基底层阻尼将会导致杨氏模量和损耗因子测量精度降低,并且损耗因子测量误差对基底层阻尼变化更敏感.这为基底材料的选用提供了一定的理论依据.本文还结合误差放大因子的概念,对试件设计若干关键参数进行了灵敏度分析,得到了一组对悬臂梁弯曲共振法自由阻尼结构试件设计具有指导意义的结论.     

粘弹性-弹性层合微悬臂梁的自由振动

吸附膜的粘弹性性质对微梁生物传感器的固有频率有显著影响.首先,在欧拉梁假设下,采用线性粘弹性积分型本构关系和拉普拉斯变换方法,建立了动态识别技术中粘弹性-弹性层合微悬臂梁自由振动的基本方程;其次,采用空域分离变量法和时域微分求导法,获得了积分-偏微分系统的固有频率,并采用求解代数方程的卡尔丹公式和不等式的性质,在材料参数和几何参数张成的高维空间获得了齐次通解的结构;最后,研究了微梁的几何尺寸、吸附膜的粘弹性参数、膜基厚度比和模量比对微梁自由振动的影响.结果表明:吸附膜的粘弹性阻尼效应使得微梁的稳态固有频率低于瞬态固有频率;随着吸附膜松弛时间的减小,微梁瞬态固有频率漂移与稳态固有频率漂移之间的差别逐渐增大;通过控制膜基厚度比或模量比等参数可以使微梁振动进入弱阻尼振动区域.     

玻璃纤维、碳纤维复合材料的阻尼性能分析

对复合材料的阻尼性能进行分析和有效预报能够实现对结构振动冲击、噪声、疲劳破坏的有效控制,有着非常重要的工程实际意义。本文采用悬臂梁法对玻璃纤维和碳纤维复合材料进行阻尼测试;同时用Adams-Bacon法和Ni-Adams法对实验结果进行了分析。结果发现:玻璃纤维、碳纤维复合材料的损耗因子峰值均出现在纤维角度30°附近;载荷低频段时材料的阻尼性能优于高频段时的阻尼性能。     

粘弹性双材料界面裂缝的缝端位移场及动态断裂分析

本文研究的是经常在实际工程中遇到的粘弹性双材料界面裂缝的动断裂问题.由于粘弹性自身的复杂性,使得粘弹性双材料界面裂缝缝端应力的奇异性较弹性呈现出更为复杂的形式,从而使动断裂问题的分析变得更为困难.根据此情况,本文采用复阻尼理论反映粘弹性体的运动规律,用复势理论和平面问题复变函数解答的科洛索夫公式推导了粘弹性双材料界面裂缝缝端位移场及动态应力强度因子的求解公式,利用特解边界元进行了粘弹性双域耦合动力响应计算,按求得的公式用位移外推法计算了单边裂纹板在动荷载作用下的动态应力强度因子.分析了粘性,弹模比和缝长对动态应力强度因子的影响,得出了一些有益的结论.     

考虑频率依赖性的涂层复合结构固有特性求解

粘弹性阻尼材料的力学特性参数会随着频率的变化而改变,即具有频率依赖性,因而传统的动力学建模及分析方法不能满足实际涂层结构优化设计的需要。在简要介绍粘弹性阻尼材料频率依赖性的基础上,本文提出用特征向量增值法来求解涂层复合结构的固有特性,并详细推导了特征向量增值法的求解原理。由此,提出了特征向量增值法的计算流程,包括计算无阻尼系统的固有特性,用Fox and Kapoor或者Nelson方法计算复特征向量增量;用Rayleigh熵法求解复特征值。最后,以涂敷粘弹性阻尼材料的钛基薄板为例,求解了该复合结构的固有特性,并与经典的模态应变能法进行了比较,证明了所提方法的正确性。     

几种单向铺层碳纤维复合材料超低温下动态性质的研究

主要研究了几种应用于航天、航空领域的单向铺层复合材料在超低温到常温大温区范围内的动态力学性质,运用的振动模态参数识别的时域方法,研究了用这几种材料制成的悬臂梁的自由振动,给出了它们的动模量、阻尼随温度变化的曲线．通过比较低温下这几种材料动态性质的不同,研究了纤维、基体对材料模量、阻尼大小、阻尼峰的影响．     

粘弹性复合桁架动态特性温度影响的实验研究

通过实验研究了一种可用于桁架结构阻尼控制的粘弹性阻尼构件的动力学特性和温度特性。在此基础上,进一步就环境温度变化对粘弹性复合结构动力学特性的影响作了实验分析。实验结果表明：粘弹性阻尼构件对结构阻尼控制的效果明显,环境温度的变化直接影响粘弹性阻尼担构件的动力学特性,并通过阻尼构件引真情整体结构动力学特性的改变。     

具有粘弹性电磁式主动动力吸振器主动控制试验研究

电磁作动器是吸振器的常见形式,其设计多种多样,本文研制了一种粘弹性电磁式主动动力吸振器,与常见电磁作动器的设计上在电磁铁和永磁铁之间采用弹性元件不同,这种新型作动器在电磁铁和永磁铁之间采用的是粘弹性材料,本文从理论上分析计算了电磁铁和永磁铁之间的作用力,制作了作动器模型,设计了实验,并将此作动器附着于铝质悬臂梁的自由端,利用这种作用力作为控制力对悬臂梁的振动进行控制,证明了此吸振器具有良好的吸振效果。     

金属阻尼性能测试方法的现状与发展

阻尼金属正成为减振降噪的首选方案之一，而阻尼性能测试结果可比性差已经成为制约高阻尼金属材料发展的一个“瓶颈”问题。由于自由衰减速率，共振峰宽度和应力一应变相位差都能够反映金属材料的阻尼性能高低，阻尼测试方法较多。本文论述了表征金属材料阻尼性能的物理量，并分析了由于设备，测试方法和试验参数不同可能引入的系统误差。介绍了弯曲共振装置，扭摆仪和DNFFA动态热机械分析仪等三种主要测试设备的原理和特点。文中还对测试设备和方法存在的系统误差，阻尼性能参数之间的换算以及金属材料阻尼性能的综合评价等若干问题进行了探讨，并对进一步完善和规范金属阻尼性能测试方法提出了建议。     

碳/碳复合材料T型悬臂梁弯曲失效分析

首次对碳/碳复合材料T型结构件进行了悬臂梁弯曲试验。通过化学气相沉积工艺制备了宽度为40mm的T40试件和宽度为50mm的T50试件,分别对两种试件的损伤失效模式和弯曲应力进行了研究;根据结构破坏区域的应变随载荷增加的变化规律,得到了结构在弯曲过程中的损伤失效进程。结果发现,在悬臂梁弯曲载荷作用下,结构处于正应力和剪应力耦合状态,耦合应力会使宽厚比较小的结构件容易在腹板根部出现局部失稳现象。应用横力弯曲理论对结构破坏截面上腹板边缘的正应力和面内剪切应力进行了简单计算。结果表明:屈曲失效的T50试件比剪切型破坏的T40试件的最大弯曲正应力小22.93%,说明屈曲失效会使结构的弯曲强度大幅下降;而T50试件的最大剪切应力比T40试件的高31.46%,说明屈曲失效主要由材料的剪切性能控制。最后通过有限元方法对T50试件在发生剪切型破坏时的最大弯曲正应力进行了计算,计算结果与试验中发生压缩剪切破坏的T40试件相比仅相差3%,可以较好地表征T50试件的弯曲强度。     

基于离散单元法的颗粒阻尼耗能减振特性研究

采用离散单元法并从能量耗散的角度研究颗粒阻尼对系统减振特性的影响。建立了颗粒介质细观下的法向、切向和滚动方向的粘弹性接触模型和能量耗散模型,通过冲击激励和简谐激励下系统振动响应的多参数能量耗散分析来研究颗粒阻尼的耗能机理和减振特性。数值试验表明,颗粒介质可以在一个较宽的振动幅值范围内有效的发挥其阻尼效应,其耗能具有阶梯状周期性的特点。填充率是影响颗粒阻尼耗能减振效果的主要工程可控参数并对系统共振频率产生重大影响,当填充率接近极值时,系统出现无阻尼共振及共振频率超出无颗粒系统固有频率的现象。系统在最优填充率下共振时,颗粒与箱体保持恒定相位差的超振幅稳态运动。较小粒径的颗粒可以提高能量耗散率并使振动系统更快趋向静平衡状态,而恢复系数和摩擦系数则对法向和切向耗能的比值有较大影响。     

关于粘弹性结构和复合结构有限元动力学方程的探讨

对粘弹性结构有限元动力学方程和复合结构有限元动力学方程进行了探讨。对于粘弹性结构有限元动力学方程，研究了表示成MCK形式的可能性，并对几种典型模型进行了分析研究。根据对阻尼的假设，给出了考虑弹性材料阻尼及结构外部粘性阻尼的拉氏域内弹性－－粘弹性复合结构有限元动力学方程。     

嵌入式共固化复合材料阻尼结构的新进展

综述了近年来嵌入式共固化复合材料阻尼结构研究的最新进展,主要包括共固化工艺及其对粘弹性材料的要求、嵌入的阻尼材料及其薄膜的结构形式、理论分析研究的方法等。突出强调了结构功能一体化阻尼构件的最新研究成果,提出实际应用还需继续研究解决的问题,为进一步探索轻质大阻尼复合材料构件的设计理论和制作工艺提供参考。     

智能压电结构的新型阻尼修正模型

针对智能压电结构中，结构和压电材料之间的耦合和压电材料的动态输出，对结构阻尼的影响，提出了一种新的分段阻尼模型。由于压电结构和系统之间的耦合效应，整个结构的刚度和阻尼都会发生变化，尤其是阻尼会发生动态的变化。静态阻尼模型的描述已不能满足描述需要，而文中的分段阻尼模型能更精确地描述智能压电结构中的阻尼，以及系统的动态响应。以悬臂梁为例，实验结果验证了原静态阻尼模型的误差较大，而新模型比原模型精确反映了系统的幅频相应，比原模型更加合理和准确。     

阻尼夹层筋板结构有限元动力分析

在小变形线弹性理论基础上，导出了粘弹性阻尼夹层筋板壳结构的有限元动力方程，构造了壳单元、阻尼夹层壳单元和开口薄壁梁单元。采用这些单元可以很好地模拟具有不连续阻尼夹层处理的筋板壳结构。数值分析采用［３］中提出的两次渐近法。通过一块阻尼加筋板的特征分析和振动测量，证实了所建立的有限元两次渐近法的良好精度和广泛的工程适用性。     

基于三维弹性理论的约束阻尼结构振动阻尼特性分析

本文根据三维弹性理论建立了多层弹性－粘弹性阻尼复合板自由振动的运动方程．该方程所根据的力学模型包括了影响阻尼复合板振动的几乎全部变形因素，包括弹性层和粘弹性层的平面剪切、横向剪切、纵向拉伸以及粘弹性层在厚度方向的胀缩变形。用该方程对工程声学问题所关注的中高频域结构损耗因子进行了数值计算。此外，对“附加型”和“成品型”两种结构型式约束阻尼板损耗因子的差异，尤其是阻尼层的厚度方向胀缩变形耗能对结构损耗因子的影响，进行了计算讨论。     

自感知主被动阻尼悬臂梁动态特性分析

由Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理导出了压电层作约束层作约束层的自感知主被动阻尼控制结构的振动控制方程;由自感知电压引入速度负反馈闭环控制,并由假设模态法将位移按模态展开,求解了悬臂梁结构的动态特征;对被动控制、自感知主动控制、自感知主被动控制的控制效果进行了分析比较;分析了粘弹层厚度变化、材料参数变化以及压电层厚度、位置等结构参数变化对控制效果及模态频率的影响;并对自感知主被动阻尼控制结构的特点和设计中应注     

两自由度参数激励摆旋转运动分析和实验

研究具有支撑参数激励摆系统的支撑结构振动对摆旋转的影响,其中支撑结构是受到扭簧约束的刚性悬臂梁,参数激励摆与刚性悬臂梁的悬臂段铰接．首先,通过拉格朗日方程建立了系统两自由度的动力学方程．其次,利用多尺度法对建立的模型进行理论分析,得到悬臂梁的振动与上摆不同运动形式的关系,从而得到上摆不同运动形式下的参数平面分类和悬臂梁在上摆转动时的振动频响．最后,通过建立实验装置,观察理论预测,实验结果验证了理论分析的正确性．实验与理论对照得到,当参数激励频率接近悬臂梁的一阶固有频率时,悬臂梁的振幅变大,会破坏摆的转动稳定性．     

复合材料面板夹杂粘弹性阻尼材料结构的弯曲实验分析

对单层板的轴向、横向拉伸强度及粘弹性材料的拉伸强度进行测定以确定其弹性模量及泊松比。为了同理论结果比较,制作了专用夹具,用于测量复合材料方板的实验数据。该实验装置模拟四边固支边界条件,用于测量复合材料夹杂粘弹性阻尼材料结构受均布载荷时的静态挠度和应变,并通过转换公式得到复合结构下表面中点的正应力。实验结果同理论分析基本吻合,其误差主要由单层板与粘弹性阻尼材料的粘结剂厚度引起。     

Hopkinson拉杆平板挂钩试件结构智能协同优化

与霍普金森拉杆装置中常用的螺纹、胶粘等固定连接方式相比，平板挂钩试件具有连接形式简单、可实现快速组装等优势。针对平板挂钩试件在拉伸过程中因结构几何效应引起的数据测量误差问题，基于影响拉伸试件测量精度的指标:应力平衡达到时间、变形均匀程度、过渡段相对变形以及非轴向力水平，采用正交试验设计、反向传播（back propagation，BP）神经网络与遗传算法相结合的多目标智能协同优化算法对平板挂钩试件的结构参数进行优化，得到了平板挂钩试件最优的结构参数组合，有限元模拟和实验验证了最优结构参数的有效性。该研究结果可为基于平板挂钩试件的霍普金森拉伸实验的数据可靠性分析提供参考。