金屬橡膠材料阻尼性能的影響參數(shù).pdf

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1、第29卷第l期振動、測試與診斷Vo1．29No．12009年3月JournalofVibration，Measurement&DiagnosisMar．2009金屬橡膠材料阻尼性能的影響參數(shù)’李宇燕黃協(xié)清(IN安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院西安，710032)(西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院西安，710049)摘要建立了金屬橡膠結(jié)構(gòu)損耗因子的理論模型，對金屬橡膠結(jié)構(gòu)做動態(tài)性能試驗，定性研究了金屬橡膠材料的密度、熱處理工藝對金屬橡膠結(jié)構(gòu)損耗因子的影響，并定量研究了材料高度和系統(tǒng)配重對金屬橡膠結(jié)構(gòu)損耗因子的影響，運(yùn)用最小二乘法求得材料高度、配重與損

2、耗因子變化關(guān)系的理論表達(dá)式，實(shí)現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)損耗因子的預(yù)估，為金屬橡膠材料的動態(tài)響應(yīng)分析奠定理論基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞金屬橡膠損耗因子高度配重中圖分類號TGl46．1因子未做系統(tǒng)的理論預(yù)估。引言由于金屬橡膠結(jié)構(gòu)的損耗因子與材料的密度、形狀因子和熱處理工藝等多種因素有關(guān)，為此本文金屬橡膠材料作為一種干摩擦阻尼材料，研究系統(tǒng)研究了金屬橡膠材料的密度、形狀因子、熱處理其阻尼性能的大小及影響規(guī)律對實(shí)際工程應(yīng)用是十工藝對材料損耗因子的影響規(guī)律，運(yùn)用最小二乘法分必要的。國內(nèi)外專家學(xué)者在該方面進(jìn)行了大量的進(jìn)行多項式擬合，得到該材料的損耗因子與材料高探索和研究

3、，取得了一些有意義的研究成果[1-43。文度的變化關(guān)系式，實(shí)現(xiàn)了對材料的損耗因子的預(yù)估，獻(xiàn)Es]x~金屬橡膠材料的阻尼性能做了系統(tǒng)的研究，為材料的快速制作和設(shè)計提供了動態(tài)理論依據(jù)。從總體上確定了金屬橡膠動態(tài)特性與材料原始參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)相似性原理，得到了能量耗散系金屬橡膠結(jié)構(gòu)的損耗因子數(shù)與相對變形幅值的變化規(guī)律。文獻(xiàn)[6]對環(huán)狀金屬橡膠元件進(jìn)行了靜態(tài)、動態(tài)加載試驗，提出了一種基金屬橡膠結(jié)構(gòu)的損耗因子是衡量阻尼結(jié)構(gòu)減振于等效應(yīng)力函數(shù)的等效粘性阻尼測試方法。該方法性能的重要指標(biāo)。當(dāng)金屬橡膠結(jié)構(gòu)在簡諧激勵力作根據(jù)黏彈性阻尼耗能的基

4、本原理，利用正交函數(shù)的用下，由于位移滯后于力一個相角，因此在一個周性質(zhì)，構(gòu)造了一組實(shí)測應(yīng)力響應(yīng)函數(shù)和等效應(yīng)力響期內(nèi)，力位移的遲滯回線為一橢圓，如圖l所示。其應(yīng)函數(shù)耗能方程，由耗能等效原則得到了損耗因子中：橢圓回線的面積AW為結(jié)構(gòu)耗散的能量，三角形的計算表達(dá)式，通過采樣函數(shù)可以方便地計算出損面積為結(jié)構(gòu)瞬時所儲存的最大彈性變形能。，耗因子，結(jié)果表明，金屬橡膠彈性元件具有比橡膠元件更好的彈性阻尼性能。文獻(xiàn)E7]采用自由衰減法和沖擊試驗法分別對圓環(huán)狀金屬橡膠試件高低溫阻尼比和動力學(xué)特性進(jìn)行了測試，得出了金屬橡膠適合于做月球著陸器中緩沖元件

5、的結(jié)論。文獻(xiàn)E83通過試一，／∥驗建模的方法，推導(dǎo)出金屬橡膠環(huán)形隔振器內(nèi)摩擦力及能量耗散系數(shù)與金屬絲直徑、環(huán)形隔振器的幾△何參數(shù)、金屬橡膠元件的相對密度之間的關(guān)系。從以上分析可以看出，所做的研究工作大多局限于對金圖1金屬橡膠結(jié)構(gòu)遲滯環(huán)回線屬橡膠材料阻尼參數(shù)的試驗研究，而對材料的損耗．國家自然科學(xué)基金資助項目(編號：50805112)。收稿日期：2007—10—31；修改稿收到日期：2008一O1—14。24振動、測試與診斷第29卷若給定簡諧激勵力表1經(jīng)回火處理的金屬橡膠試件分類表F—F0sinwt(1)高度內(nèi)?則動位移可表示為號／

6、rammm／一『m／一z一320sin(￡一(2)一周期內(nèi)結(jié)構(gòu)耗散的能量為AW—d~Fdz一7rF00sin~o(3)結(jié)構(gòu)瞬時最大彈性變形能為W一÷F0ocos~o(4)一周期內(nèi)結(jié)構(gòu)最大彈性變形能為W一27rW一7rFo-zocos~o(5)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中損耗的能量與彈性變形能的比值定義為損耗因子，可表示為：一tango(6)l234式(6)是對金屬橡膠結(jié)構(gòu)損耗因子的理論描述。加圖2金屬橡膠結(jié)構(gòu)簡圖通常在實(shí)際工程中采用對數(shù)衰減率來評價阻2．2試驗儀器及試驗方法[9。6666尼對振動系統(tǒng)振幅衰減快慢的影響，它利用相隔試驗系統(tǒng)如圖3所示。

7、它主要由金屬橡膠振動個周期的兩個峰值z及求得，可表示為5555系統(tǒng)、激振錘和B8LK2035頻譜分析儀3部分組成。一ln(7)2222試驗方法是：激振錘敲擊配重使系統(tǒng)產(chǎn)生振動，脈沖Z”2222信號輸入到B&K2035頻譜分析儀，得到時域自由振阻尼比7777動曲線，再對時域自由振動曲線進(jìn)行處理。33一33(8)ll11由振動力學(xué)知識可知，單自由度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)損耗OOOO因子相當(dāng)于黏性阻尼比的兩倍，即結(jié)構(gòu)損耗因子為4∞6∞8∞i∞46一82O(9)式(9)是通常在實(shí)際工程中采用的結(jié)構(gòu)損耗因子的理論表達(dá)式。2金屬橡膠結(jié)構(gòu)的動態(tài)性能試驗圖3金

8、屬橡膠減振器動態(tài)試驗系統(tǒng)圖2．1試件材料2．3試驗內(nèi)容與數(shù)據(jù)處理方法試件為經(jīng)回火處理的空心圓柱形金屬橡膠(回金屬橡膠試件為4個，對每個試件在配重分別火溫度為400~450。c)，經(jīng)回火處理的金屬橡膠按形為11，22，54．2kg情況下做振動試驗，測