基于一种新型粘弹性阻尼材料的约束阻尼结构性能表征及其ANSYS分析

论文摘要

本文以青岛在建的地下铁路为背景，采用FTIR、DSC、DMA表征了一种新型粘弹性阻尼材料，然后分别测试了砂浆板和钢条的弹性模量和泊松比，利用不同的方法测试了以砂浆板和钢条为基材的约束阻尼结构的减振性能。结合ANSYS有限元分析，研究了此种约束阻尼结构在减振降噪中的重要性。研究结论如下：首先，FTIR研究表明，所试新型粘弹性阻尼材料在1670cm-11800cm-1附近出现C=O的振动吸收峰，图谱中并没出现NCO的振动吸收峰，说明试样已经反应完全。DSC研究证实，试样的玻璃化转变温度为-50℃左右，其在240℃附近开始发生分解。DMA表明，25℃时，损耗因子tan δ在66Hz出现最小值，频率超过165Hz后， tanδ>0.3，频率越高，损耗因子越高。在较高频率下，粘弹性阻尼材料tan δ>0.3的阻尼温域与环境温度相一致，阻尼性能也较好。其次，以砂浆板和钢条为基材的约束阻尼结构的减振性能研究结果表明，砂浆板的弹性模量为2.69e10Pa，泊松比为0.3。钢条的弹性模量为2.01e11Pa，泊松比为0.28。通过敲击振动试验分析了阻尼层分别为1mm、2mm、3mm、4mm的以砂浆板为基材的约束阻尼结构的减振性能，实验结果得，在-250Hz3500Hz频率范围内，1mm阻尼层厚度的约束阻尼结构的减振性能最好。通过悬臂梁振动试验测试了阻尼层厚度为1mm、1.5mm、2mm的钢基材约束阻尼结构的减振性能，结果得其对应的结构阻尼比分别为17.8660%、19.9202%、20.6638%，因此知阻尼层为2mm的钢基材约束阻尼结构的减振性能最好。由于实验条件限制，阻尼层不能做到更薄或者更厚，因此只有借助ANSYS有限元分析软件来进一步分析改变约束层厚度对结构的减振性能影响的规律。最后通过ANSYS有限元分析来对两种约束阻尼结构进行了模态分析和瞬态分析，通过模态分析，得到了砂浆板约束阻尼结构和钢基材约束阻尼结构的共振图形和共振频率。通过瞬态分析知阻尼层为1mm的砂浆板约束阻尼结构的减振性能最好，阻尼层为2mm的钢基材约束阻尼结构的减振性能最好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 常规地铁减振降噪措施
• 1.3 粘弹性阻尼材料及其结构简介
• 1.3.1 粘弹性阻尼材料简介
• 1.3.2 阻尼结构简介
• 1.4 ANSYS 有限元介绍
• 1.4.1 ANSYS 软件功能简介
• 1.4.2 ANSYS 在阻尼技术中的计算方法
• 1.5 国内外研究现状
• 1.6 研究方法与主要内容
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 主要研究内容
• 第二章 设备、实验方案
• 2.1 原材料
• 2.2 实验设备
• 2.3 阻尼性能测试
• 2.3.1 动态力学测试（DMA）
• 2.3.2 砂浆板弹性模量和泊松比的测定
• 2.3.3 钢基材弹性模量和泊松比的测定
• 2.4 砂浆板基复合结构振动测试
• 2.4.1 测试原理
• 2.4.2 试验设备
• 2.4.3 测试方法
• 2.4.4 试件制备
• 2.5 钢基材约束阻尼结构振动测试
• 2.6 红外光谱实验
• 2.7 DSC 差示扫描量热仪
• 2.8 ANSYS 有限元分析
• 2.8.1 有限元模型的建立
• 2.8.2 模态分析
• 2.8.3 瞬态分析
• 第三章 粘弹性阻尼材料表征
• 3.1 傅里叶红外（IR）实验
• 3.1.1 IR 实验结果
• 3.2 DSC 差示扫描量热仪实验
• 3.3 粘弹性阻尼材料密度测试
• 3.4 温度和频率对粘弹性阻尼材料的损耗因子的影响
• 3.4.1 温度对阻尼性能的影响
• 3.4.2 频率对阻尼性能的影响
• 3.5 小结
• 第四章 约束阻尼结构振动测试研究
• 4.1 以砂浆板为基材的约束阻尼结构振动测试
• 4.1.1 砂浆板参数测试
• 4.1.2 砂浆板基材约束阻尼结构时域分析与倍频程分析
• 4.1.3 砂浆板基材约束阻尼结构阻尼分析
• 4.2 钢基材约束阻尼结构振动测试
• 4.2.1 钢基材参数测试
• 4.2.2 钢基材约束阻尼结构阻尼性能研究
• 4.3 小结
• 第五章 约束阻尼结构有限元分析
• 5.1 概述
• 5.2 砂浆板约束阻尼结构模型及参数
• 5.2.1 砂浆板约束阻尼结构模型建立
• 5.2.2 砂浆板约束阻尼结构模态分析
• 5.2.3 砂浆板约束阻尼结构瞬态分析
• 5.3 钢基材约束阻尼结构模型及参数
• 5.3.1 钢基材约束阻尼结构模型建立
• 5.3.2 钢基材约束阻尼结构模态分析
• 5.3.3 钢基材约束阻尼结构瞬态分析
• 5.4 小结
• 第六章 结论及有待进一步研究的问题
• 6.1 结论
• 6.2 有待于进一步研究的问题
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢