聚氨酯阻尼材料及其约束阻尼结构研究

论文摘要

在动力系统的抑振方法中,一些高分子材料因具有成本低廉、阻尼效果显著、质轻等优点而成为减振降噪的重要手段。高分子阻尼材料通常与金属材料组成自由或约束阻尼结构来达到优良的阻尼效果。本文重点研究了某聚氨酯类高分子阻尼材料的准静态力学性能、动态力学性能和阻尼层厚度对约束阻尼结构的影响。在室温下对高分子阻尼材料进行准静态拉伸剪切试验分析,得到材料在室温下,45mm/min加载速率下的剪切强度和剪切模量。分析了影响材料剪切强度、剪切模量的因素。在室温下对高分子阻尼材料做了抗90°剥离试验,得到材料在室温下,45mm/min加载速率下的剥离强度,并分析了材料90°剥离破坏机理。采用差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry,DSC）研究了材料的玻璃化转变温度区及其热力学稳定性。经DSC实验测得,实验所用的聚氨酯基材料的玻璃化转变温度区为-25℃至-20℃。材料在120℃温度下未发生熔融、分解。采用动态力学分析仪（Dynamic Mechanical Analysis,DMA）测试了材料在-40℃-100℃下的动态储能模量、动态损耗模量和损耗因子。分析了温度对材料动态力学性能的影响。测试结果表明,在1Hz频率下,材料玻璃化转变温度为-16℃。随着温度的升高,材料储能模量从350MPa降至0.5MPa,材料损耗模量随着温度的升高在-27℃达到最大值99 MPa,材料损耗因子在其玻璃化转变温度达到最大值0.97,之后,材料损耗模量和损耗因子随着温度的升高逐步下降。温度的变化影响了材料分子链的运动及材料内部自由体积,从而对材料动态力学性能产生影响。采用悬臂梁强迫共振法测试了材料在50-5000 Hz频率下的动态储能模量和损耗因子,分析了频率对阻尼材料动态力学性能的影响。测试结果表明,在13℃下,随着频率的升高,材料储能模量从0.8MPa升高至2.5MPa,材料损耗因子随着频率的升高在570Hz达到最大值0.77,之后,材料损耗因子随着频率的升高逐步下降。频率对材料动态力学性能的影响取决于材料的松弛时间。采用悬臂梁强迫共振法研究了阻尼层厚度对约束阻尼结构共振频率和损耗因子的影响。研究发现：随着阻尼层厚度从0.91mm增至17.96mm,约束阻尼结构共振频率呈下降趋势。其中,一阶共振频率从141 Hz降至110Hz,二阶共振频率从846 Hz降至649Hz,三阶共振频率从2291 Hz降至2149Hz。阻尼层材料厚度的增加,导致悬臂梁系统的刚度参数Y升高、耦合参数Z和参考频率f0下降,三者均与结构共振频率呈正比例变化。在本实验中,由于刚度参数Y和耦合参数Z均比较小,二者对结构共振频率的影响不明显,结构共振频率主要受到参考频率f0的影响。根据Kerwin理论,阻尼层材料厚度的增加,影响了约束阻尼结构的刚度和弯曲振动的耦合程度,导致结构损耗因子变化。当阻尼层材料厚度从0.91mm增加至17.96mm,结构损耗因子随之升高。其中一阶损耗因子从0.0595升至0.179；二阶损耗因子从0.027升至0.0996；三阶损耗因子从0.0193升至0.0305。随着振动模态升高,由于结构弯曲振动耦合度急剧减小,结构损耗因子也随之变小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 高分子阻尼材料及其约束阻尼结构概述
• 1.1.1 高分子材料阻尼机理
• 1.1.2 高分子材料及其阻尼结构阻尼性能的表征
• 1.1.3 高分子阻尼材料的阻尼结构
• 1.2 高分子阻尼材料及其约束阻尼结构研究现状及存在的问题
• 1.2.1 高分子阻尼材料研究现状
• 1.2.2 高分子材料约束阻尼结构研究现状
• 1.3 研究背景及意义
• 1.4 研究内容及技术路线
• 第2章 聚氨酯阻尼材料准静态力学性能
• 2.1 实验材料及测试方法
• 2.1.1 聚氨酯阻尼材料准静态拉伸剪切力学性能
• 2.1.2 90°剥离试验
• 2.1.3 扫描电镜显微断口分析
• 2.2 实验结果与分析
• 2.2.1 准静态拉伸剪切力学性能
• 2.2.2 90°抗剥离性能
• 2.3 小结
• 第3章 聚氨酯阻尼材料动态力学性能
• 3.1 实验测试方法
• 3.1.1 动态力学分析
• 3.1.2 差示扫描量热法
• 3.1.3 悬臂梁强迫共振法
• 3.2 试验结果与讨论
• 3.2.1 DSC试验结果讨论
• 3.2.2 温度对材料动态力学性能影响
• 3.2.3 频率对材料动态力学性能影响
• 3.3 小结
• 第4章 约束阻尼结构损耗因子研究
• 4.1 实验材料与实验方法
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 悬臂梁强迫共振法
• 4.2 试验结果与讨论
• 4.2.1 阻尼层厚度对结构损耗因子的影响
• 4.2.2 阻尼层厚度对结构共振频率的影响
• 4.3 小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文和研究成果