复合纤维增强混凝土阻尼测试装置开发与试验研究

纤维与聚合物的掺入可以明显改善混凝土材料的阻尼性能。本文首先给出了正弦交变激励下粘弹性材料三点弯曲梁阻尼特性关系,其次首次自主开发了大尺寸材料的阻尼性能测试装置,然后利用开发的装置在频率(0.5~2.0Hz)条件下测定了6种不同配比复合纤维增强阻尼混凝土的损耗因子与储存模量,最后对纤维的阻尼增强机理进行了初步探讨。试验结果表明:复合纤维增强阻尼混凝土与素混凝土相比,提高了混凝土的损耗因子80%~200%。主要原因是聚合物分子在外力作用下的内耗增加了普通混凝土的阻尼能力,而纤维的阻尼增强机理在于纤维的掺入增加了纤维与水泥基材的界面摩擦力。     

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。     

减振阻尼材料设计方法研究

减振阻尼材料可以改变结构的阻尼特性从而降低振动响应和声辐射水平,因而被广泛应用于飞机结构的减振降噪。本文针对减振阻尼材料的设计和应用开展了一系列试验研究,首先通过材料改性得到了不同主基料下材料的配方对阻尼性能的影响;其次配制了三种不同的约束阻尼结构,通过DMA测试对比了三种约束阻尼结构的最佳使用温度和频率范围;最后对约束阻尼结构的减振效果和粘贴布局应用进行了试验,试验结果表明,约束阻尼结构具有良好的减振效果。通过研究掌握了减振阻尼材料在材料改性、约束阻尼结构设计、粘贴布局应用等方面的一些设计方法,可为后续的进一步研究提供技术支持和参考。     

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。     

非比例阻尼体系等效Rayleigh阻尼模型时域计算方法

Rayleigh阻尼模型具有数学简易性的优点，应用广泛，其阻尼矩阵构造依赖于结构模态阻尼比。结构阻尼(复阻尼)模型的阻尼矩阵直接由材料损耗因子和刚度矩阵决定，在非比例阻尼体系中具有阻尼矩阵便于构造的优点，但存在时域计算结果发散、初值条件不易确定和频响函数非因果等缺陷。本研究结合两种阻尼模型的优点，分别依据阻尼衰减和阻尼耗能，提出了与结构阻尼模型等效的Rayleigh阻尼模型。算例分析结果表明：等效Rayleigh阻尼模型克服了结构阻尼模型的缺陷，同时保留了非比例阻尼体系中阻尼矩阵易构造的优点；与基于阻尼衰减等效的Rayleigh阻尼模型相比，基于阻尼耗能等效的Rayleigh阻尼模型计算结果近似相等，但避免了复模态分析，且计算过程直观简单。     

金属橡胶材料阻尼测试的一个新方法

金属橡胶材料是一种新型减振缓冲材料。本文提出了一个金属橡胶材料阻尼性能的测试方法。基于粘弹性阻尼耗能的基本原理,在给定应变激励函数的条件下,构造了一个等效应力响应函数,由滞环面积相等建立了一组包含实测应力响应和等效应力响应的等效耗能方程,将应变激励函数离散得到了损耗因子的计算表达式,由此可以通过实测应力方便地计算出损耗因子。该方法不仅便于对大阻尼材料的阻尼进行测试,而且具有精度高的优点。依据这一方法对金属橡胶材料进行了测试,测试结果表明我们开发的金属橡胶材料有很好的阻尼减振性能。     

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。     

Mindlin 矩形微板的热弹性阻尼解析解

首次给出了四边简支的 Mindlin 矩形微板热弹性阻尼的解析解. 基于考虑一阶剪切变形的 Mindlin 板理论和单向耦合热传导理论建立了微板热弹性耦合自由振动控制微分方程. 忽略温度梯度在面内的变化,在上下表面绝热边界条件下求得了用变形几何量表示的温度场的解析解. 进一步将包含热弯曲内力的结构振动方程转化为只包含挠度振幅的四阶偏微分方程. 利用特征值问题之间在数学上的相似性,在四边简支条件下给出了用无阻尼 Kirchhoff 微板的固有频率表示的 Mindlin 矩形微板的复频率解析解,从而利用复频率法求得了反映热弹性阻尼水平的逆品质因子. 最后,通过数值结果定量地分析了剪切变形、材料以及几何参数对热弹性阻尼的影响 规律. 结果表明,Mindlin 板理论预测的热弹性阻尼小于 Kirchhoff 板理论预测的热弹性阻尼. 两种理论预测的热弹性阻尼之间的差值在临界厚度附近十分显著. 另外,随着微板的边/厚比增大,Mindlin 微板的热弹性阻尼最大值单调增大,而 Kirchhoff 微板的热弹性阻尼最大值却保持不变.      

SMA纤维混杂层合梁的材料阻尼

研究一类由形状记忆合金（SMA）和普通纤维混杂而成的层合梁的阻尼特性,基于最大应变能理论提出SAM混杂层合梁的等效材料阻尼预测的数学模型,其中,单层材料的弹性性能和阻尼性能分别采用多胞模型及其阻尼细观力学分析模型确定,利用正交各向异性层合梁的铁木辛柯理论分析梁的变形,通过数值算例分析了SMA含量,纤维铺设角对梁的等效阻尼比的影响。     

PU/PMMA IPNs复合材料的摩擦学性能和阻尼性能研究

聚合物互穿网络(IPNs),结构可调且设计性强,是制备具有阻尼减振效果兼具海水润滑特性复合材料的一种有效选择.本研究中设计合成了一系列组成成分不同的基于聚四氢呋喃二元醇(PTMG)-聚氨酯(PU)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的互穿网络结构(IPNs),并系统研究了PU/PMMA IPNs在海水润滑条件下的摩擦学性能及其阻尼性能.结果表明:随着PU含量的增加,其摩擦系数和磨损率均显著降低,当PU与PMMA的组成比例为60/40时,复合材料的摩擦系数降低至0.15,质量磨损率0.10%;同时材料的阻尼因子从0.77降至0.24,有效阻尼温域从40℃降至25℃,阻尼性能呈下降趋势.     

波能耗散的结构阻尼损耗因子度量方法

根据波动理论,用Timoshenko梁理论在高频范围内分析能量的耗散,通过重建作为频率函数的色散关系曲线,得到动力粘弹性模量及材料的损失因子。根据动力系统的固有特征方程与材料弹性特性的关系,研究利用阻尼损耗因子定量描述在高频情况下,波在结构中传播时的能量耗散效应以及结构阻尼损耗因子的表示方法,并通过实验利用波的色散关系估计结构的动力粘弹性模量,理论分析和实验结果表明了这种方法的可行性。     

弹簧-金属丝网橡胶组合减振器迟滞力学模型及实验研究

金属丝网橡胶材料是一种完全由金属丝编织成的多孔复合材料,与传统螺旋卷制金属橡胶材料相比,其改进了成型工艺,剔除了制备过程中大量的手工工艺干扰,提高机械化程度,重合度更高,拥有更稳定的力学性能.由于金属丝网橡胶材料具有承载能力高、阻尼大、耐高温、耐低温、耐老化、抗油抗腐蚀等优良特性,在很多方面强于传统橡胶,多用于航空航天、船舶、军事武器等军工工业.弹簧$\!$-$\!$-$\!$金属丝网橡胶组合减振器具有可设计刚度和较高承载能力,但因其具有复杂的非线性迟滞特性,目前相关材料的本构模型还难以准确描述其力学特性.本文在弹簧$\!$-$\!$-$\!$金属丝网橡胶组合减振器静态迟滞力学性能实验的基础上,结合其干摩擦阻尼迟滞特性,提出了一种迟滞力学性能理论模型.根据减振器迟滞实验恢复力$\!$-$\!$-$\!$位移曲线特点,利用参数分离的方法将迟滞曲线分解为弹性恢复力和干摩擦阻尼力,分别建模求解等效刚度和干摩擦阻尼系数,以此建立了组合减振器理论模型,并与实验结果进行对比及进行误差分析,验证了理论模型的准确性.      

发展新材料的一些物理力学问题：材料的力学性质和材料设计

本文论述了发展新材料必须进行材料设计，在设计当中要进行各个学科层次的分工与合作。结构材料设计的主要问题是材料的力学性质，这包括高强度、优良的加工性能和高的阻尼本领，其关键环节是加强物理力学和力学物理的研究。     

结构阻尼时域本构模型及其应用

阻尼合金作为一种新型结构功能材料在不少领域已获应用，由于其阻尼值较大且随频率呈复杂交化关系，传统的线性粘性阻尼理论或经典的非频变结构阻尼理论难以精确地描述其耗能行为。本文应用粘弹性阻尼理论，根据阻尼合金储能模量和损耗因子在频域的实测数据．应用最优化方法拟合出标准线性体模型中的本构参数；根据积分形式的三参量本构关系和变形体虚功原理，推导出了有限元形式的动力学方程；讨论了三参数初值的选取；对包含卷积积分的有限元动力学方程通过数学推导将其化为三阶线性微分方程组，再转化为标准状态变量方程，应用数值求解。数值计算实例证明了所提方法的正确和有效性。     

DEPENDENCE OF DAMPING CHARACTERISTICS OF A BEAM WITH DAMPING RUBBER MAGNETIC POWDER ON RUBBER PROPERTY

A cantilever beam with Damping Material Applying Rubber Magnetic Powder （DRM） has been investigated. Two methods are selected to hold DRM to a vibrating steel beam, one is to attach DRM by the magnetic attractive force （called DRM beam） and the other by adhesive bonding （called AB-DRM beam）. Different from the damping property of AB-DRM beam caused by shear deformation of damping material, the damping property of DRM beam is characterized by the sliding frictional loss together with the internal loss of damping material. The authors established a formulation to predict the damping characteristics of DRM beam, which was validated experimentally. It is found that rubber material loss factor β has a decisive influence on damping improvement of DRM beam versus AB-DRM beam. If β is smaller than the critical value around 0.8255, a valid range of vibratory amplitude always exists in which DRM beam can achieve better damping than AB-DRM beam; conversely, if β is bigger than the critical value, the valid range does not exist when slide occurs. Such results are used to determine the merits and limitations of DRM and develop design guidelines.     

自适应主动共振吸振器的设计和减振性能研究

为了扩大吸振器的工作频带,减小吸振器的阻尼,最终提高吸振器的减振效果,本文设计了一种自适应主动共振吸振器。文中对几种不同种类吸振器的减振原理、动力学特性等进行了理论分析和比较,集成自调谐吸振器和主动吸振器的优点,完成了一种自适应主动共振吸振器的设计,并提出了一种变步长、双寻优的控制算法。在振动台上测试了吸振器的动力学特性并理论分析了吸振器的移频特性和阻尼特性。在两端固支梁上对吸振器的减振效果进行了实验评估。实验结果显示,相比自调谐吸振器,加入主动力控制后,自适应主动共振吸振器的阻尼比从0.04减小至0.02,减振效果得到了显著的提高。     

分块法研究圆柱绕流升阻力

 使用新的分块耦合方法，分别对单圆柱和串列双圆柱绕流进行了数值 模拟. 对于单圆柱绕流，低$Re$下计算所得到的定常涡尺寸与实验非常接近. 对于 串列双圆柱绕流，研究分析了改变双圆柱中心间距对上下游圆柱的升阻力系数和脉动频率所 产生的影响，计算结果与实验非常吻合，为进一步研究涡致振动提供了依据.