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.      

黏弹性结构振动阻尼等效化方法的讨论

基于能量等效的原则将黏弹性结构振动阻尼等效简化成黏性阻尼模型来处理是工程上常用的方法.本文首先介绍了能量等效法,并提出了一种基于系统特征值相等原则的等效方法;详细讨论并比较了这两种黏性阻尼等效方法所得到的等效系统,指出基于能量、特征值等效的原则实质上分别等价于系统的频率响应函数、频率响应函数幅值的等效性.     

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。     

大环径比O形金属橡胶密封件的疲劳力学特性及试验研究

金属橡胶内部线匝之间相互咬合钩联,形成非常复杂的空间网状结构,是一种累积损伤的材料,而金属橡胶密封件除了内部线匝还有外包覆,因此常规金属疲劳理论无法适用. 以O形金属橡胶密封件作为研究对象,搭建疲劳损伤试验,选取耗能ΔW,损耗因子η和损伤因子D作为疲劳损坏评判指标,开展大环径比O形金属橡胶密封件疲劳寿命性能研究和疲劳寿命试验,采用控制变量法研究加载振幅、激振频率、孔隙度对金属橡胶疲劳磨损和疲劳寿命的影响. 研究结果表明:金属橡胶密封件的迟滞回线呈现明显的“柳叶状”,并且在15万次振动周期前耗能能力有所下降;金属橡胶密封件的刚度随着孔隙度的减小而增加,试验样件的疲劳损伤随着孔隙度的减小而增加;加载振幅的增加会不同程度地加剧金属橡胶密封件的疲劳磨损,试验内容填补了O形金属橡胶密封件疲劳寿命性能研究的空白,为金属橡胶密封件的疲劳寿命研究提供一定的基础.      

结构非线性振动及其控制系统的等效力学模型研究

研究了结构非线性振动及其控制系统的等效力学模型建立问题,对结构进行等效线性化处理;对状态变量的观测,仅测量结构的前几个位移。将随机激励和观测噪声等维化处理后,导出了结构非线性振动及其控制系统的等效力学模型。通过等效力学模型的应用研究,得出了多高层结构在风与地震作用下的多维与一维等效力学模型、等效振型力学模型及其线性力学模型,给出了等效力学模型在多高层结构自适应抗风抗震控制中的应用。     

用均匀化理论分析蜂窝结构的等效弹性参数

在线弹性范围内,根据均匀化理论,并结合有限元方法推导出适用于二维周期性结构的均匀化的有限元格式（Homo FEM）,计算出不同相对密度下的规则蜂窝结构的等效弹性模量Ee和泊松比νe.同时,利用蜂窝结构的代表胞元模型,用常规的有限元方法（FEM）模拟计算出相应的等效弹性参数.最后将两种数值计算结果与己有的理论公式进行了比较和分析讨论.结果表明:在考察的相对密度全场范围内（0～0.4）,HOmO FEM得到的蜂窝结构的 Ee和νe 与 FEM使用平面实体单元模拟计算得到的结果一致吻合,反映出 Homo FEM数值方法的客观准确性和可行性.而 Gibson公式和 W-K得到的等效弹性模量值 Ee只是在较小相对密度的情况下（小于0.15）与数值计算结果吻合.当结构的相对密度较大时,必须考虑胞棱附近区域由应力集中导致的复杂的应力和应变分布的影响.     

黏弹性材料等效分数阶微观结构标准线性固体模型

从黏弹性材料微观链结构出发,以橡胶基黏弹性材料超弹性理论分子网链高斯(Gauss)统计模型和黏滞流动理论为基础,研究黏弹性材料的微观结构、填料等对黏弹性性能的影响.用温频等效原理描述温度对黏弹性材料力学性能的影响,建立了可以有效描述黏弹性材料耗能特性的等效分数阶微观结构标准线性固体模型.采用动态热机械分析仪(DMA)对高聚物黏弹性材料力学性能、耗能能力进行测试.试验表明:在低温区域,储能模量较大,随着温度的升高,储能模量下降显著;能量损耗因子在高温和低温区域数值较小,在玻璃化转变温度附近数值较高.根据测试数据对所提等效分数阶微观结构标准线性固体模型进行验证,该力学模型能够较好地描述黏弹性材料储能模量和能量损耗因子随温度的变化趋势.用9050A和ZN22黏弹性材料对模型的有效性进一步验证,结果表明:9050A和ZN22黏弹性材料具有较好的耗能能力,所提出的等效分数阶微观结构标准线性固体模型能够准确地描述微观结构和填料对黏弹性材料宏观性能的影响,能够准确地描述黏弹性材料在不同温度和频率下的动态力学性能.     

基于膜理论的细胞压痕力学模型

基于膜理论和细胞压痕实验,本文提出了一种可用于分析细胞变形的新的力学模型,通过对乳胶球和聚氯乙烯(PVC)球进行宏观压痕试验、理论分析以及与不同细胞压痕试验曲线的比较,验证了细胞力学模型的适用性。同时,利用新模型对单个软骨细胞进行了具体的力学分析,得到了细胞的力学参数、细胞膜表面的应力分布等,为单细胞力学特性的研究提供了一种新思路。     

橡胶弹性材料的一种混合本构模型

该文探讨不可压缩橡胶弹性材料的本构模型.考虑到小变形时分子链的端矢分布符合高斯函数,而大变形时符合非高斯函数,提出一个混合模型,用高斯链网络模型来描述小变形而用8链网络模型来描述大变形.引入权重函数,使小变形和大变形情况下混合模型分别退化或趋于高斯链网络模型和8链网络模型.由Treloar拉伸实验数据拟合得到模型参数,通过这些材料参数混合模型对等双轴拉伸和纯剪切变形模式的预测结果与Tre-loar实验数据基本吻合,说明混合模型具有同时描述不同变形模式的能力.通过比较分析,混合模型的总体预测精度均优于高斯链网络模型和8链网络模型,特别是对剪切变形.     

土体动力"广义阻尼比退化系数"本构模型

针对土动力试验中土体反向卸载(或加载)曲线形状有时表现为先变化平缓后变化剧烈这一特征,基于原来的"阻尼比退化系数"本构模型和土体实验结果G/Gmax-γ和λ-γ曲线,给出了不规则荷载作用下曲线形状可调的"广义阻尼比退化系数"本构模型,并阐述了第二种"阻尼比退化系数"模型、"广义阻尼比退化系数"模型的函数表达武及实现过程.通过对试验阻尼比的模拟表明,所建立的加卸载准则尤其能准确拟合试验阻尼值,是对广义Masing准则的一种简化及实用化.由于调制因子Ad的可变性,它较原模型有更强地模拟试验本构曲线形状的能力.针对台湾LotungDHB钻井台阵试验场地,"阻尼比退化系数"模型和"广义阻尼比退化系数"模型分别进行了非线性地震反应分析,并将结果与强震观测记录进行比较,结果表明:"广义阻尼比退化系数"模型计算的复合加速度地震动的蜂值大小、波形大小相对关系及后续波形,与实际地震记录较相一致,说明了模型的合理性以及实际工程应用的可行性.     

直升机桨叶液压减摆器等效阻尼计算研究

直升机桨叶液压减摆器具有强非线性、大阻尼的特点。为了正确评估减摆器的等效阻尼，就旋转桨叶在水平面内的自由摆振运动，采用基于富里叶分析的移动矩形窗、基于希尔贝特（Hilbert）变换和能量平衡的方法对减摆器的等效阻尼进行了计算研究，并就阻尼强弱、衰减对数曲线的拟合等因素对计算结果的影响进行了分析。结果表明，对于线性阻尼和非线性弱阻尼振动系统，包络衰减法和能量平衡法计算等效阻尼能获得较一致的结果，对于非线性阻尼振动系统来说结果有分散性，应用时须谨慎。     

粘滞和粘弹性阻尼器减震结构的等效阻尼

利用积分型本构关系,建立了带支撑的一般粘滞和粘弹性阻尼器单自由度耗能结构的微分-积分混合地震响应方程;基于与随机平均分析完全相同的等效准则,推导了可直接应用反应谱的阻尼器的等效刚度和等效阻尼的解析公式;得到了带支撑广义Maxwell阻尼器和广义微分模型阻尼器的等效刚度和等效阻尼的一般结果。通过与一些典型问题的数值计算结果比较,表明了所提方法的有效性。     

阻尼对空爆荷载等效静载动力系数的影响

为考查阻尼参数对空爆荷载等效静载动力系数的影响,理论推导了空爆荷载下结构等效单自由体系弹塑性位移解及延性比解,设计并计算了阻尼比0.000 1～0.1、延性比1～4的20种典型工况的动力系数,并与现行抗爆设计规范动力系数公式结果进行了对比。结果表明:阻尼比小于0.000 1时可基本代表无阻尼状态,阻尼比0.01的动力系数比无阻尼的最大降低幅度为2.08%,数值差异很小,因此阻尼比为0.01以内时,可忽略阻尼对动力系数的影响;阻尼比0.05的动力系数比无阻尼的降低幅度约9.92%,数值差异较大,认为阻尼比0.05以上时将具有明显的经济效益;现行设计规范动力系数更适用于柔性结构体系,运用于刚性结构抗爆设计时,计算误差较大,对阻尼比较小的结构设计更不利。     

On influence of kinematics to equivalent linear damping of helicopter blade hydraulic damper

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｐｒｏｂｌｅｍｗａｓｆｉｒｓｔｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄｄｕｒｉｎｇｆｌｉｇｈｔｔｅｓｔｏｆａＣＨ＿53ＥｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙＳｉｋｏｒｓｋｙ[1].Ａｓｔｈｅａｉｒｃｒａｆｔｗａｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｉｔｓａｉｒｓｐｅｅｄｆｒｏｍ 2 77ｋｍ·ｈ- 1,ａｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｆｅｘｃｅｓｓｉｖｅｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓｗａｓｏｂｓｅｒｖｅｄ .Ｉｔｗａｓｒｅａｌｉｚｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｅｗａｓａｓｅｌｆ＿ｅｘｃｉｔｅｄｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｏｆｃｏｕｐｌｅｄｆｉｒｓｔｃｏｌｌｅ…     

On the two basic problems of complex damping theory

In this paper, two important basic problems relating to the complex damping theory are discussed. The two problems are: (1) the essence of complex damping, and (2) the dynamic solution of structures with complex damping in time domain. To investigate the above problems, the frequency-dependent viscous damping theory is established and the correct and applicable solution of forced vibration for a complex damping oscillator is given beforehand.Supported by the Joint Earthquake Foundation     

Estimating equivalent viscous damping ratio for RC members under seismic and blast loadings

It can be learned that the equivalent viscous damping (EVD) ratio as a function of displacement ductility is a crucial parameter in the application of the displacement based method. A set of generalized expressions are proposed herein for estimating the EVD ratio for individual and multiple reinforced concrete (RC) members. For individual RC members under seismic loads, the EVD ratio was derived based on their hysteretic response and hysteretic energy dissipated under fully reversed cyclic loading. Because of the nature of blast loads only the energy dissipated up to maximum displacement was considered to estimate the EVD ratio for individual RC members under blast loads. For multiple degree of freedom systems consisting of RC members, the EVD ratio was derived based on equating the total energy dissipated in the system to the sum of the energy dissipated by its individual members. Analytical studies presented here and elsewhere indicate that the EVD ratio is highly dependent on the damaged displacement ductility, which can be directly correlated to damage. These analytical results along with the expressions to compute the EVD ratio for RC members under seismic and blast loads are presented and discussed in this paper.     

基于横观各向同性超弹性理论的短纤维增强橡胶本构模型的建立与应用Establishment and application of short fiber reinforced rubber constitutive model based on transversely isotropic hyperelastic theory

提出了一种能够表征短纤维增强橡胶的横观各向同性超弹性本构模型,并结合试验体系,对其在数值分析中的应用方法和效果进行了研究。基于连续介质力学理论,建立了横观各向同性材料的应变能函数,推导得到不同变形形式下的应力应变关系,给出材料参数辨识试验方法,并成功应用于某短纤维增强橡胶测试中,得到表征其超弹性特性的相关材料参数。利用有限元软件ANSYS对不同纤维排布方向的单轴拉伸和平行纤维方向的平面拉伸进行仿真计算,并对比相应试验数据,以验证材料参数的可靠性。最后基于已验证的本构模型,建立了某铣槽装备减振环仿真模型,并对其进行了校核计算。研究结果表明,本文提出的本构模型能够有效表征短纤维增强橡胶的静态力学特性并且方便嵌入现有的有限元软件中,具有材料参数少、测试简便和结果准确等特点,工程实用性强。     

Study of the damping characteristics of sectional flight vehicles of different length

The dependence of the damping characteristics of axisymmetric tri-sectional flight vehicles executing plane oscillations about the zero angle of attack on their geometric parameters is investigated on the supersonic range of uniform oncoming air flow Mach numbers. Systematic data are obtained using the least laborious approach, namely, by calculating the steady-state inviscid flow past equivalent bodies determined from the principle of the local similarity of force interaction. Ranges of the vehicle design parameters on which the dependence of the damping moment coefficient in pitch on the length of the conical or cylindrical-conical stabilizer of the vehicle is nonmonotonic are found. Typical viscosity effects on the characteristics under study are estimated using a method based on the assumptions of the linear theory for finite-thickness bodies. It is established that the damping coefficient increases monotonically with decreasing Reynolds number; moreover, even transition to oscillation antidumping regimes is possible when the sign of the damping coefficient changes.Translated from Izvestiya Rossiiskoi Academii Nauk, Mekhanika Zhidkosti i Gaza, No. 6, 2004, pp. 153–162. Original Russian Text Copyright © 2004 by Antonets and Shmanenkov.     

Viscous fluid damping in a laterally oscillating finger of a comb-drive micro-resonator based on micro-polar fluid theory

Viscous damping is a dominant source of energy dissipation in laterally oscillating micro-structures. In micro-resonators in which the characteristic dimensions are compa-rable to the dimensions of the fluid molecules, the assumption of the continuum fluid theory is no longer justified and the use of micro-polar fluid theory is indispensable. In this paper a mathematical model was presented in order to predict the viscous fluid damping in a laterally oscillating finger of a micro-resonator considering micro-polar fluid theory. The coupled governing partial differential equations of motion for the vibration of the finger and the micro-polar fluid field have been derived. Considering spin and no-spin boundary conditions, the related shape functions for the fluid field were presented. The obtained governing differential equations with time varying boundary conditions have been trans-formed to an enhanced form with homogenous boundary conditions and have been discretized using a Galerkin-based reduced order model. The effects of physical properties of the micro-polar fluid and geometrical parameters of the oscillat-ing structure on the damping ratio of the system have been investigated.