工程車輛粘彈性緩沖結(jié)構(gòu)分?jǐn)?shù)階阻尼特性研究.pdf

1、工程車輛工作環(huán)境和作業(yè)工況惡劣，作業(yè)時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的振動(dòng)與噪聲，會(huì)對(duì)車輛、周邊環(huán)境及駕駛員產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，工程車輛的振動(dòng)問題已成為我國高品質(zhì)裝備設(shè)計(jì)、制造亟待深入研究的一類重要課題。
　　粘彈性緩沖結(jié)構(gòu)具有較高的振動(dòng)耗散能力，且結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)成本低，被廣泛應(yīng)用在工程車輛的振動(dòng)與噪聲控制領(lǐng)域。由于粘彈性材料力學(xué)性能的“彈阻”共存特性以及顯著的溫頻依賴性，其精確的動(dòng)態(tài)建模成為該類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和減振分析的重要環(huán)節(jié)?；谌侄x的分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)可

2、準(zhǔn)確描述系統(tǒng)函數(shù)演化的歷史依賴性，已被廣泛應(yīng)用到粘彈性建模中，所需參數(shù)較少，且對(duì)粘彈性動(dòng)態(tài)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有良好的擬合性。本文研究以粘彈性緩沖結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析的基本單元—粘彈性振子為研究對(duì)象，綜合粘彈性力學(xué)理論和分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)理論，建立了粘彈性振子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和粘彈性材料溫頻等效的分?jǐn)?shù)階模型，并分析討論了分?jǐn)?shù)階模型的阻尼特性。主要研究工作有：
　?。?）提出了構(gòu)建考慮形狀參數(shù)的分?jǐn)?shù)階粘彈性振子（FVEO）系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的一般方法及相應(yīng)的數(shù)

3、值方法，建立了三種典型FVEO的動(dòng)力學(xué)模型。以某300kW履帶車輛的粘彈性懸架（VES）為工程應(yīng)用實(shí)例，建立了其二自由度fVEO減振模型，并對(duì)減振效果和參數(shù)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，VES的FVEO減振模型中歷史相關(guān)系數(shù)體現(xiàn)了粘彈性材料力學(xué)行為的長程相關(guān)性，幾何參數(shù)和分?jǐn)?shù)階數(shù)對(duì)減振效果有顯著影響。
　　（2）根據(jù)分?jǐn)?shù)階微積分理論的拉普拉斯變換原理，推導(dǎo)出FVEO系統(tǒng)的頻響函數(shù)，獲得其幅頻特性函數(shù)和相頻特性函數(shù)，討論了三種典型FVEO在

4、不同參數(shù)（包括固有頻率、分?jǐn)?shù)階數(shù)、形狀參數(shù)和阻尼比）下的頻響特性。結(jié)果表明，幅頻響應(yīng)存在諧峰值，相頻響應(yīng)存在轉(zhuǎn)折頻率，二者均受系統(tǒng)參數(shù)影響。
　?。?）建立了粘彈性材料動(dòng)態(tài)性能的分?jǐn)?shù)階時(shí)溫等效模型（FTTSPM），確定了基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的參數(shù)識(shí)別方法，給出了基于FTTSPM構(gòu)建粘彈性材料動(dòng)態(tài)性能主曲線和諾模圖的步驟，并與經(jīng)典WLF方程進(jìn)行了對(duì)比分析；對(duì)粘彈性材料開展了單軸循環(huán)拉伸實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)機(jī)械性能測試（DMA實(shí)驗(yàn)），獲得了材料的應(yīng)力-

5、應(yīng)變遲滯關(guān)系及其動(dòng)態(tài)溫度譜和頻率譜。結(jié)果表明，F(xiàn)TTSPM的參數(shù)具有明確的物理含義，并與粘彈性材料的基本力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)緊密結(jié)合，其主曲線擴(kuò)展了粘彈性動(dòng)態(tài)性能的預(yù)測范圍，且與理論預(yù)測值具有更好的一致性；諾模圖將粘彈性動(dòng)態(tài)性能溫頻依賴的三維關(guān)系降到二維平面，簡化了表征復(fù)雜度，對(duì)粘彈性材料及其結(jié)構(gòu)的老化、蠕變和長期力學(xué)性能的加速預(yù)測具有一定理論參考價(jià)值。
　?。?）針對(duì)某井下防爆膠輪車的振動(dòng)問題開展應(yīng)用研究，開發(fā)了具有較高結(jié)構(gòu)損耗因子的雙