复合型金属橡胶力学性能的理论及试验研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所) | 被引量 : 6次 | 上传用户:sjt111
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金属橡胶作为一种全金属的阻尼材料,因其不惧高、低温,高阻尼比等特点己被广泛应用于航空航天、舰艇船舶、武器装备等各个领域的振动抑制中。而目前的金属橡胶制品中,均以单一金属丝卷为主要设计特点,这导致在设计具有特定阻尼、刚度的金属橡胶成品时,可变参数的选取范围窄。基于此,本文创新性地提出了一种由多种金属丝卷构成的“复合型金属橡胶”的概念。建立了复合型金属橡胶的理论模型;开展了金属橡胶材料的准静态、动态试验,得到了多种参数对复合型金属橡胶力学性能参数影响的变化规律,并结合试验数据完善了理论模型;最后,将复合型金属橡胶应用到某转子系统中,开展了减振性能和性能稳定性的验证工作。具体概括如下。首先,创新性地提出由多种金属丝卷构成的复合型金属橡胶这一概念。根据金属丝卷在复合型金属橡胶中的分布形式,提出了基于力与变形等效的复合型金属橡胶“等效单元”等概念;利用状态因子统一了等效单元的三种接触状态,并创新性地提出了利用试验数据计算宏观状态因子的方法;在此基础上,建立了能反映复合型金属橡胶材料刚度及阻尼性能的理论分析模型,对于制作符合性能预期的复合型金属橡胶成品提供设计基础。其次,对复合型金属橡胶单元体开展准静态试验研究。利用迟滞回线得到了反映复合型金属橡胶的静态力学性能的切线模量及耗散因子等参数;针对单元体相对密度、承载方向、应变幅值及金属丝比例等参数变化下的复合型金属橡胶材料,开展其宏观准静态力学行为的试验研究,掌握多种参数变化下该新型材料静态力学特性的变化规律。然后,开展复合型金属橡胶的动态力学特性试验研究。利用“相同振幅下耗散能量相同”的等效关系,分别将复合型金属橡胶等效为“弹簧-粘性阻尼系统”及“弹簧-滞后阻尼系统”,并得到了两种等效系统之间阻尼性能参数的变换关系;在总结现有测试方法的基础上,通过引入相位信息,完善了一种适用于复合型金属橡胶材料动态力学性能试验的测试方法;建立了幅值比、结构刚度、等效粘性阻尼、动态耗散因子、滞后阻尼系数等动态力学性能参数的表达式。并研究了单元体相对密度、承载方向、金属丝比例、承载质量及激励水平等参数,对复合型金属橡胶动态力学特性的影响规律。最后,在上述设计方法和规范的指导下,将本文所提出的复合型金属橡胶材料与传统鼠笼式弹性支承结合起来,将其应用在某模拟转子系统中,开展了复合型金属橡胶的减振性能及性能稳定性验证工作。
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