聚氨酯阻尼材料及其約束尼結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、在動(dòng)力系統(tǒng)的抑振方法中,一些高分子材料因具有成本低廉、阻尼效果顯著、質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)而成為減振降噪的重要手段。高分子阻尼材料通常與金屬材料組成自由或約束阻尼結(jié)構(gòu)來達(dá)到優(yōu)良的阻尼效果。本文重點(diǎn)研究了某聚氨酯類高分子阻尼材料的準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能和阻尼層厚度對約束阻尼結(jié)構(gòu)的影響。
　　 在室溫下對高分子阻尼材料進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)拉伸剪切試驗(yàn)分析,得到材料在室溫下,45mm／min加載速率下的剪切強(qiáng)度和剪切模量。分析了影響材料剪切強(qiáng)度、剪切

2、模量的因素。在室溫下對高分子阻尼材料做了抗90°剝離試驗(yàn),得到材料在室溫下,45mm／min加載速率下的剝離強(qiáng)度,并分析了材料90°剝離破壞機(jī)理。
　　 采用差示掃描量熱法(Differential Scanning Calorimetry,DSC)研究了材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度區(qū)及其熱力學(xué)穩(wěn)定性。經(jīng)DSC實(shí)驗(yàn)測得,實(shí)驗(yàn)所用的聚氨酯基材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度區(qū)為-25℃至-20℃。材料在120℃溫度下未發(fā)生熔融、分解。
　　 采

3、用動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀(Dynamic Mechanical Analysis,DMA)測試了材料在-40℃-100℃下的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)能模量、動(dòng)態(tài)損耗模量和損耗因子。分析了溫度對材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響。測試結(jié)果表明,在1Hz頻率下,材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-16℃。隨著溫度的升高,材料儲(chǔ)能模量從350MPa降至0.5MPa,材料損耗模量隨著溫度的升高在-27℃達(dá)到最大值99 MPa,材料損耗因子在其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到最大值0.97,之后,材料損耗模量和

4、損耗因子隨著溫度的升高逐步下降。溫度的變化影響了材料分子鏈的運(yùn)動(dòng)及材料內(nèi)部自由體積,從而對材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能產(chǎn)生影響。
　　 采用懸臂梁強(qiáng)迫共振法測試了材料在50-5000 Hz頻率下的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)能模量和損耗因子,分析了頻率對阻尼材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響。測試結(jié)果表明,在13℃下,隨著頻率的升高,材料儲(chǔ)能模量從0.8MPa升高至2.5MPa,材料損耗因子隨著頻率的升高在570Hz達(dá)到最大值0.77,之后,材料損耗因子隨著頻率的升高逐步下

5、降。頻率對材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響取決于材料的松弛時(shí)間。
　　 采用懸臂梁強(qiáng)迫共振法研究了阻尼層厚度對約束阻尼結(jié)構(gòu)共振頻率和損耗因子的影響。研究發(fā)現(xiàn):隨著阻尼層厚度從0.91mm增至17.96mm,約束阻尼結(jié)構(gòu)共振頻率呈下降趨勢。其中,一階共振頻率從141 Hz降至110Hz,二階共振頻率從846 Hz降至649Hz,三階共振頻率從2291 Hz降至2149Hz。阻尼層材料厚度的增加,導(dǎo)致懸臂梁系統(tǒng)的剛度參數(shù)Y升高、耦合參數(shù)Z和參

6、考頻率f0下降,三者均與結(jié)構(gòu)共振頻率呈正比例變化。在本實(shí)驗(yàn)中,由于剛度參數(shù)Y和耦合參數(shù)Z均比較小,二者對結(jié)構(gòu)共振頻率的影響不明顯,結(jié)構(gòu)共振頻率主要受到參考頻率f0的影響。
　　 根據(jù)Kerwin理論,阻尼層材料厚度的增加,影響了約束阻尼結(jié)構(gòu)的剛度和彎曲振動(dòng)的耦合程度,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損耗因子變化。當(dāng)阻尼層材料厚度從0.91mm增加至17.96mm,結(jié)構(gòu)損耗因子隨之升高。其中一階損耗因子從0.0595升至0.179；二階損耗因子從0.02