金属橡胶阻尼元件的力学模型及减振特性研究.docx
- 文档编号:17414752
- 上传时间:2023-07-25
- 格式:DOCX
- 页数:10
- 大小:20.56KB
金属橡胶阻尼元件的力学模型及减振特性研究.docx
《金属橡胶阻尼元件的力学模型及减振特性研究.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《金属橡胶阻尼元件的力学模型及减振特性研究.docx(10页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
金属橡胶阻尼元件的力学模型及减振特性研究
金属橡胶阻尼元件的力学模型及减振特性研究
翻嗣嘲.镝囊蕈站建壤术
金属橡胶阻尼元件的力学模型及减振特性研究
张芳萍,樊文欣,梁佳
(中北大学振动冲击噪声研究所,山西太原030051)
摘要:
通过试验和理论相结合的方法,建立了金属橡胶材料的力学模型,研究了一种金属橡胶材料
结构的非线形数学模型,以此来描述迟滞非线性系统的动态特性.用所建模型重构恢复力一位移迟滞回
线,由此可以得到其变化规律.另一方面对金属橡胶阻尼元件进行了试验研究,得出了金属橡胶的静刚度
曲线,总结了不同加速度激励水平,不同广义密度,不同配重对其振动性能的影响.结果表明,随着激励力
和负载的增加,其减振效果更好.
关键词:
金属橡胶;力学模型;非线性;减振特性
中图分类号:
TG111.7文献标志码:
A
金属橡胶,因其是由金属丝制成且具有橡胶般
的弹性而得名.其力与位移的关系有线性软特
性一硬特性的变化特点.金属橡胶减振器的刚度和
阻尼特性与变形有关.当振幅不断改变时,减振器
会呈现不同的刚度和阻尼特性.在振幅很小时,金
属橡胶材料中的金属丝之间不发生滑移,仅仅是金
属橡胶材料中的螺旋弹簧自身的受载变形,其刚度
几乎不变,阻尼也小.当振幅增大时,金属橡胶材料
中的螺旋弹簧相互接触,并有滑移现象发生,使得刚
度下降,阻尼也增大.由于接触滑移而产生摩擦,因
而产生阻尼耗散能量.当振幅继续增大时,金属橡
胶材料中的螺旋弹簧相互接触挤压,滑移现象减小,
刚度增大,这就是金属橡胶阻尼器的减振机理.金
属橡胶材料的主要优点除了其具有很好的减振作用
外,还有其对环境的适应性,它耐高温,低温,抗腐
蚀,不易老化,且强度高,适合于航空航天等恶劣环
境中使用.
金属橡胶材料广泛的应用前景要求人们对其性
能的研究应该更进一步.目前对其基本性能,减振
特性的研究还很不全面,不完善,主要是由于其阻尼
力和恢复力的非线性特征,使其不能用线性隔振来
描述.在实际工作中,各种机械设备都而临噪声,振
动和冲击的抑制问题.依靠控制机器内产生动力的
过程,以及抑制振动和冲击,都可以成功地解决这一
问题.为使金属橡胶这种新型材料在机械设备减振
中广泛应用,本文主要建立了金属橡胶材料的力学
模型,研究了振幅和频率对金属橡胶减振器的非线
性特性的影响,同时也考察了该材料的广义密度,不
同配重和不同加速度激励等对金属橡胶阻尼元件的
影响.研究表明,适当的调节金属橡胶的相关参数,
可以有效地提高其对承载体的减振效果.
1金属橡胶阻尼元件振动的理论模型研究
1.1数学模型的建立
应用于振动系统中的非线性元件往往具有非常
复杂的本构关系.金属橡胶材料减振系统的位移一
恢复力迟滞回线
如图1所示,由
图我们可知迟滞
回线是由作为
“基架线”的弹性
力和作为”纯滞
后环”的阻尼力
组成.图中实线
x/n~n
图1位移一恢复力迟滞回线
表示完整的迟滞
回电,两组虚线表示分解后的”基架线”和”纯滞后
环”.由以前的试验结果可知,其弹性力是高阶非线
性,而阻尼力包括粘性阻尼和干摩擦阻尼.因此,用
任何一种阻尼都不能有效地描述阻尼力的特征.
所以笔者把总的迟滞恢复力F分为弹性力F
和阻尼力F
F—F+FF一∑K2l.r-;F一cl主l.sgn(x)
i—l
式中:
c为等效阻尼系数;a为阻尼敏感指数.由上
式可知道,a越大,阻尼力对速度的变化越敏感,所
以指数又反映阻尼的组成,为阻尼成分的函数.当
a一1时,系统中阻尼表现为粘性阻尼,即线性阻尼;
a一0时,阻尼力仅与速度符号有关,系统中的阻尼
呈现为干摩擦阻尼;当0<a<1时,表示此阻尼中既
有粘性阻尼又有干摩擦阻尼,为混合性阻尼.
当弹性元件受到位移控制下的简谐激励时,令
位移=一ACOSWt,则速度主一Awsinwt,因此,总
的迟滞恢复力可表示为
?
66?
《新技术新工艺》?
材料与表面处理技术2007年第8期
F一∑足2一1r.+Cl主l.sgn(x)
i=1
上式经过整理可得下式:
(+J)/2(,l—1)/2
F(x,主)一∑n2r_1.aT+∑a2ix”sgn(x)
=1_.1
式中:
取奇数,和王分别是位移矢量和速度矢量.
由上处理,金属橡胶的动态迟滞回线可以理解为
()和F(,主)两部分.其中,F()表示是迟滞
恢复力中的非线性弹性恢复力,Fr(,j)表示的是
迟滞非线性阻尼力.从几何意义上讲,F()为一
条单值非线性曲线,而F(,主)表示的是一条双值
非线性闭合曲线.
1.2试验结果分析
由以上的数学模型,本文用MATIAB软件编
制程序拟合位移一恢复力曲线,把所得的金属橡胶隔
振器位移一恢复力计算结果与试验数据进行了比较.
在本文的计算中,主要应用了MATIAB软件的数
学计算和建模等功能.
下图给出了计算结果和试验结果的比较,我们
对其进行了参数识别及重构.图2表示的是振幅为
lmm,频率为2Hz的试验结果,图3所示为振幅为
1.5mm,频率为2Hz的情况下进行的参数识别及
重构.可以看出,计算结果与试验结果符合得非常
好,十分吻合,相对误差都很小.计算值围成的迟滞
回线与试验获得的迟滞回线相比,2种曲线围成的
面积相差也很小.
E墨1.理论计算l
簦三__=_=茎’理论计算li,『ji,■r:
压豳≥
刚度,变阻尼的非线性迟
滞特性,其本构关系也非
常复杂.它不仅能承受
大变形,而且还具有很好
的减振特性,能保证在较
宽的频带内减振.为了
金属橡胶阻尼元件的开
发和应用,有必要对其动
态特性进行研究.本文
7
|
|
}
/0.001.63.24.864
位移,mm
图4金属橡胶的静
力一位移曲线
试验所选用的材料为lCrl8Ni9Ti,试验主要由电子
万能实验机完成,万能实验机与l台加载载荷控制
显示器和l台微机相连,加载时通过加载载荷控制
显示器来控制对减振器加载的速度和载荷的大小,
金属橡胶减振器的载荷一位移曲线就可以在微机上
显示出来.
图4为一典型的金属橡胶阻尼元件的静力一位
移曲线.由图4可以观察到,金属橡胶阻尼材料是
一
种典型的非线性材料,其线性段较短,软特性段相
对较长.由于用作减振器时在安装或振动力作用下
使材料产生一定的变形量,因而在金属橡胶阻尼元
件工作时一般表现出软特性,但如果振动很小或很
大,也会表现出线性或硬特性.
2.1不同密度对金属橡胶减振特性的影响
金属橡胶的广义密度是金属橡胶的一个重要的
物理参数,为了研究其对金属橡胶阻尼元件减振特
性的影响,我们用相同工艺压制了若干种不同密度
的金属橡胶材料,分别测试其受压刚度,并在3种不
同配重情况下进行同等强度激励下正弦扫描振动实
验.实验仪器有万能材料实验机,分析天平,
HP3562动态信号分析仪等.
金属橡胶广义表明:
由不同密度制成的金属橡胶材
料,其阻尼效果也不同.这说明金属橡胶的减振效
果与其制成材料的密度有很大关系.
2.2不同加速度激励对金属橡胶减振特性的影响
将试件置于工作台上,分别测试在同一配重下
不同加速度激励的振动情况,试验结果如表l所示.
表中Fa为固有频率,Ta为共振传递率.从表l可
以明显看出:
随着加速度的逐渐增加,试件的一阶共
新技术新工艺》?
材料与表面处理技术2007年第8期?
67?
A12/,Z共晶复合陶瓷的残余应力及其对力学性能的影响*
张靖,赵忠民,张龙,潘传增,朱浩
(中国人民解放军军械工程学院先进材料研究所,河北石家庄050003)
摘要:
在国外对定向凝固Al()./YSZ共晶复合陶瓷残余应力研究基础之上,阐述复合陶瓷内部残
余应力的产生,影响因素及其对材料力学性能的影响,并且结合以燃烧合成,快速凝固技术开发出的新型
高强韧AlO./YSZ共晶复合陶瓷,深入探讨残余应力与材料强韧化本质之间的联系.分析得出材料内部
残余应力的状态与大小受ZrO马氏体相变,材料成分及ZrO相空间分布,大小与形态控制.经合理控制
的,分布于Al0.基体上的残余压应力不仅是定向凝固共晶复合陶瓷强韧化的重要因素之一,更是使燃烧
合成/快速凝固共晶复合陶瓷脆性补强体(Alo.棒晶)得以强化,并通过裂纹桥接,棒晶拔出以实现材料
韧化的关键.
关键词:
Al()./YSZ共晶复合陶瓷;残余应力;力学性能;强化;韧化
中图分类号:
TB383文献标志码:
A
近年来,随着现代宇航科技的迅速发展,一种具
有高的室温与高温强度,优异的抗蠕变特性,热稳定
性及抗高温氧化性的新型高温结构共晶复合陶瓷随
之出现,材料体系涉及AlO./YAG,Al()./GAP,
AlO3/ZrO(YO.),A1O3/YAG/ZrO2等.材
料制备方法主要有Bridgman法,激光加热浮流区
法(LFZ),微拉法(/1-PD),边界控制薄膜生长法
(EFG)等,材料制品分大体积陶瓷与高性能纤维.
振频率总体呈现下降趋势;而一阶共振传递率虽偶
尔起伏变化但考虑测量误差的影响,总体也呈现下
降趋势.随着激励的继续增加,在3g,4g的加速度
激励的情况下,一阶共振频率的变化逐渐减小,在
3g以上的激励情况下将趋于稳定,一阶共振传递率
的变化也逐渐变小;当激励加速度较小时,主要依靠
材料内部的挤压,变形以及滑移时结合面处的摩擦
来耗能,刚度相对较大,随刚度的下降一阶共振频率
也相应下降;但激励加速度较大时,由于刚度变化不
大,所以一阶共振频率逐渐趋于稳定.随着激励的
加强,其共振传递率曲线向低频方向移动,隔振区域
逐渐变大,因此对冲击减振有利.
2.3同一加速度激励不同配重下的减振特性的影
响
表1同一配重下不同加速度激励的振动情况
由表1可以看出,随着配重的增加,一阶共振频
率下降.当质量增加到一定程度时,金属橡胶模型
的共振频率变化不会很大(激励加速度4g,2kg配
重时,共振频率为43Hz;3kg配重时,共振频率为
41Hz).共振传递率略呈下降趋势,但激励加速度
较大时,传递率几乎接近.
3结语
通过理论与试验相结合的手段研究金属橡胶的
动力学模型,用此方法建立的迟滞回线可以准确的
描述金属橡胶材料在减振系统中的迟滞恢复力和位
移的关系.从文中的研究可见,金属橡胶的恢复力
同时受频率和振幅的影响,并且迟滞回线的形状和
面积由模型中的参数控制.此外,金属橡胶是一种
很好的阻尼减振元件,通过试验得出总结了不同加
速度激励水平,不同广义密度,不同配重对其振动性
能的影响.结果表明:
随着激励力和负载的增加,其
减振效果越好,为金属橡胶阻尼元件在不同要求下
的应用提供了理论和试验基础.
[参考文献]
[1]契戈达耶夫(俄).金属橡胶构件的设计[M].李中郢,
译.北京:
国防工业出版社,2000.
[2]戴德沛.阻尼技术的工程应用[M].北京:
清华大学出版
社,1991.
E33白鸿柏.滞迟振动系统及其工程应[M].北京:
科学出版
社,2002.
[4]阎文兵,姜绍忠.两种悬置元件的对比试验研究EJ3.华
北工学院测试技术,2000,14(4):
235—240.
作者简介:
张芳萍(198卜),女,硕士研究生,主要研究方向为
振动与噪声控制.
收稿日期:
2007年3月23日
.68.《新技术新工艺》?
材料与表面处理技术2007年第8期
责任编辑王亚昆
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 金属 橡胶 阻尼 元件 力学 模型 特性 研究
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)