磁橡胶约束阻尼处理的阻尼特性研究

论文摘要

在薄壁柔性结构,从简单的梁到复杂的太空设备,很多年来已广泛采用被动约束阻尼处理（PCLD）来控制其振动和噪声。随着对振动和噪声控制日益增长的需要,阻尼材料变得非常重要。然而传统的PCLD结构存在两个非常显著的不足:其一是仅在很窄的频域和温域才具有较好的阻尼性能;其二是安装不便,劳动强度大。为了克服这些缺点,本文研究了一种新型的磁橡胶阻尼处理技术（MRLD）。与PCLD不同,MRLD的阻尼层由较软的磁橡胶制成。磁橡胶是通过磁引力直接吸附在钢制振动体上,而不是如同PCLD那样通过粘结。振动时,振动体与磁橡胶阻尼层间产生相对运动,摩擦做功将动能转化为热能。因此,MRLD通过摩擦耗能和阻尼层剪切耗能共同作用,而PCLD仅通过阻尼层剪切耗能。本文首先推导了几种形式的PCLD梁在任意频率简谐激励下振动响应的求解方法。其中一种是对CUM经典法进行改进,得到振动响应的精确解。对于单层夹心结构,需要获得一个三次方程的解的通式。对于双层夹心结构,需要获得一个四次方程的解的通式。在假设函数法基础上,2次应用最小能量原理,得到未知个数缩减的方程组,用来计算多块局部约束阻尼梁的振动响应。此外,采用假设函数法推导了任意频率简谐激励下,求解PCLD处理板和圆柱壳的振动响应的分析模型。由于MRLD结构振动时,其滑移区域随振幅和时间变化,其振动响应难以求解。故基于周期耗能相等原理,引入等价阻尼的概念,采用等价阻尼技术来估计MRLD结构的模态损耗因子ηMRLD。最后,采用所提出的MRLD振动分析模型,从理论和实验上研究了MRLD结构的阻尼机理和阻尼现象,得到如下有价值的结论。（1）激励力F对MRLD的阻尼性能具有显著影响,而对PCLD的阻尼无影响。当β小于一个临界值βcri(βcri约等于0.8255),在开始发生滑移的阶段,ηMRLD随激励力的增加近似线形增加,增加到一个峰值后,进一步增加激励力,ηMRLD将降低,使得MRLD的阻尼反倒低于PCLD。激励力F存在一个有效区域,在该区域内MRLD的阻尼好于PCLD。然而,当β大于临界值βcri,只要发生滑移,MRLD的阻尼将低于PCLD。对于不同的几何和物理参数,临界值βcri是相同的。采用二次抛物线理论证明了βcri约为0.8255。（2）在给定激励下,当Gv*较小时,MRLD与PCLD的阻尼一样。增加Gv*引起阻尼层滑移,在Gv*增加的开始阶段,MRLD表现出比PCLD更好的阻尼特性,但进一步提高Gv*,MRLD的阻尼性能开始降低并将低于PCLD。此外,增加激励力,使MRLD的阻尼大于PCLD阻尼的有效剪切模量Gv*的区域向剪切模量小的方向移动;所对应最大阻尼的剪切模量Gvopt*也如此。（3）在给定激励下,ηMRLD随着摩擦力Fs变化,存在一个峰值。摩擦力Fs主要是通过改变阻尼层发生滑移的区域来影响MRLD的阻尼。在同一模态,尽管激励力不同,但所能获得的最大损耗因子是一样的。（4）对于MRLD圆柱壳,在给定数据下,简支壳的前11阶模态频率在1000-3365Hz的这个较宽频带内,各模态发生滑移的起滑激励力F0的差异仅在3-4倍以内;而激振力F约在16-20倍的F0范围内,MRLD均可获得比PCLD要好的阻尼,表明MRLD壳可同时对宽频振动有良好的阻尼改进效果。对于MRLD板则难以对宽频振动同时获得良好的阻尼改进效果。上述这些研究有助于了解MRLD的优缺点并给实际应用提供指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪言
• 1.1 国内外相关技术状况
• 1.2 本课题研究的目标和内容
• 2 磁橡胶约束阻尼处理梁
• 2.1 MRLD的前期研究结果
• 2.2 单层夹心PCLD梁的响应求解
• 2.3 MRLD梁的损耗因子求解
• 2.4 讨论
• 2.5 结语
• 3 磁橡胶约束阻尼处理板
• 3.1 磁约束夹层板的假设函数近似解法
• 3.2 磁橡胶约束阻尼处理板阻尼特性
• 3.3 结语
• 4 磁橡胶约束阻尼处理圆柱壳
• 4.1 PCLD处理壳的响应求解
• 4.2 MRLD壳的损耗因子求解
• 4.3 MRLD简支壳的宽频阻尼能力研究
• 4.4 结语
• 5 总结及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表的学术论文目录