粘弹性材料复合梁的动力学建模与分析

论文摘要

机械系统的减振降噪日益成为人们研究的焦点。粘弹性材料具有良好的阻尼特性,在设备的减振降噪中发挥着巨大作用,这也使得粘弹性阻尼材料被广泛应用。由于粘弹性材料的弹性模量和损耗因子具有频率、温度等依赖性,因此对动力特性的计算造成了一定的困难。论文围绕粘弹性阻尼复合结构的动力学计算进行研究和验证,为解决实际问题服务。本文首先对光梁进行有限元分析,以决定在进行粘弹性复合结构分析时,该采用什么样的单元类型。在分析时,将BEAM单元、SOLID单元和SHELL单元的模态分析结果和实验测试结果对比。其次,研究粘弹性材料特性参数的表征方法。把粘弹性材料模型假设成线性粘弹性模型。运用有限元分析软件ANSYS进行分析时,采用的是拟合后的粘弹性材料时域松弛模量-时间数据。对粘弹性复合结构进行了瞬态分析时,分别采用Maxwell单元形式和Prony级数形式进行了计算,得到比较一致的结果。再次,对粘贴橡胶的复合梁进行动力学特性计算。考虑到粘弹材料的频率依赖性,本文忽略温度对粘弹性材料特性的影响。采用模态应变能迭代法求解复合结构的各阶频率及损耗因子。计算时,将有限元解和精确解对比。通过算例,表明该程序能够满足一定的精度要求,并通过讨论粘弹性材料的厚度变化对结构的频率和损耗因子的影响,得出了一些有益的结论,为最佳阻尼的处理提供了一定的依据。最后,对粘贴橡胶的复合梁进行了减振测试。测试方法为锤击法模态测试和激振器正弦扫频测试。通过锤击法测试获得复合结构的固有频率与阻尼比；利用激振器的定力幅正弦扫频功能测试复合结构的减振效果。通过测试,粘贴粘弹性橡胶可以明显的降低共振峰,从而达到良好的减振效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 经典粘弹性本构理论
• 1.2.2 粘弹性阻尼材料动态力学特性研究
• 1.2.3 频率依赖性粘弹性复合结构的计算方法研究
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 悬臂梁的动力学建模与分析
• 2.1 梁结构的特点及解析模型
• 2.1.1 梁的解析模型
• 2.1.2 光梁的数值算例
• 2.2 基于ANSYS有限元建模
• 2.2.1 悬臂梁的有限元分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于粘弹性材料时域松弛模量的复合梁动力特性分析
• 3.1 粘弹性材料的力学特性及敷设形式
• 3.1.1 粘弹性阻尼材料的定义
• 3.1.2 粘弹性阻尼材料的敷设形式
• 3.2 粘弹性阻尼材料的力学基本方程
• 3.2.1 粘弹性材料标准力学模型（SMM模型）
• 3.2.2 粘弹性材料模量函数
• 3.2.3 模量函数的拟合
• 3.3 粘弹性阻尼材料的动态力学性能
• 3.4 影响粘弹性阻尼材料性能的因素
• 3.4.1 温度对粘弹性材料性能的影响
• 3.4.2 频率对粘弹性材料性能的影响
• 3.4.3 温度频率相关性-诺莫图
• 3.4.4 应变幅值对粘弹性材料性能的影响
• 3.5 基于ANSYS的粘弹性复合梁的动力学计算方法
• 3.5.1 ANSYS中粘弹材质属性参数输入和分析
• 3.5.2 利用ANSYS对粘弹性复合梁数值分析
• 3.5.3 Prony级数和Maxwell单元结果比较
• 3.6 本章小结
• 第4章 考虑频率依赖性粘弹性复合梁的动力特性分析
• 4.1 粘弹性复合结构有限元方程
• 4.1.1 有限元求解算法
• 4.1.2 粘弹性复合结构悬臂梁的有限元固有特性求解
• 4.2 粘弹性材料复合梁的精确解
• 4.2.1 特征方程
• 4.2.2 特征向量增量的算法
• 4.3 粘弹性复合梁的有限元计算
• 4.3.1 粘弹性复合梁有限元计算结果
• 4.3.2 有限元网格划分对损耗因子的影响
• 4.3.3 粘弹层厚度对固有频率和损耗因子的影响
• 4.4 粘弹性复合梁动力特性算例
• 4.5 本章小结
• 第5章 粘弹性材料复合梁的减振测试实验
• 5.1 模态分析基本原理
• 5.2 选用的实验系统
• 5.3 锤击法获得复合梁固有特性
• 5.4 粘弹性复合梁响应分析
• 5.4.1 响应信号的频域分析-自谱
• 5.4.2 粘弹性复合梁的减振测试实验
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢