黏弹性材料等效分数阶微观结构标准线性固体模型

从黏弹性材料微观链结构出发,以橡胶基黏弹性材料超弹性理论分子网链高斯(Gauss)统计模型和黏滞流动理论为基础,研究黏弹性材料的微观结构、填料等对黏弹性性能的影响.用温频等效原理描述温度对黏弹性材料力学性能的影响,建立了可以有效描述黏弹性材料耗能特性的等效分数阶微观结构标准线性固体模型.采用动态热机械分析仪(DMA)对高聚物黏弹性材料力学性能、耗能能力进行测试.试验表明:在低温区域,储能模量较大,随着温度的升高,储能模量下降显著;能量损耗因子在高温和低温区域数值较小,在玻璃化转变温度附近数值较高.根据测试数据对所提等效分数阶微观结构标准线性固体模型进行验证,该力学模型能够较好地描述黏弹性材料储能模量和能量损耗因子随温度的变化趋势.用9050A和ZN22黏弹性材料对模型的有效性进一步验证,结果表明:9050A和ZN22黏弹性材料具有较好的耗能能力,所提出的等效分数阶微观结构标准线性固体模型能够准确地描述微观结构和填料对黏弹性材料宏观性能的影响,能够准确地描述黏弹性材料在不同温度和频率下的动态力学性能.

弹性垫层温频变特性对减振型CRTSⅢ板式无砟轨道振动响应影响研究

针对弹性垫层,首先通过其动态力学性能试验,基于高阶分数阶导数FVMP(fraction Voigt and Maxwell model in parallel)模型并结合温频等效原理,表征弹性垫层的温频变特性,然后将该模型应用于车辆-轨道垂向耦合系统中,最后分析弹性垫层温频变特性对轨道结构振动响应的影响。研究结果表明:温度和加载频率对弹性垫层的动态力学性能有显著影响,而高阶分数阶导数FVMP模型能准确表征这种力学行为;在时域响应中,垂向轮轨力、钢轨垂向位移、钢轨垂向振动加速度和轨道板垂向振动加速度在FVMP模型下计算的峰值明显比K-V(Kelvin-Voigt)模型下的峰值大;在中高频段内,轨道结构各部分的响应都表现为FVMP模型下的响应比K-V模型下的响应大,而且轨道结构各部分的响应呈现出随温度降低而减小的趋势。在进行仿真分析时,为提高对轨道结构预测的准确性,有必要考虑弹性垫层的温频变特性。

减振垫层温频变动力性能对无砟轨道振动特性影响

以减振垫层为研究对象,首先通过动态力学性能试验,基于高阶分数阶导数FVMP模型并结合温频等效原理,表征减振垫层的温频变特性;然后将该模型应用于车辆-CRTSIII板式无砟轨道垂向耦合系统中;最后分析了减振垫层温频变特性对轨道结构振动响应的影响.结果表明:温度和加载频率对减振垫层的动态力学性能有显著影响,高阶分数阶导数FVMP模型能准确表征这种动态力学行为.在时域响应中,轨道板位移和加速度在FVMP模型下计算的峰值明显大于Kelvin-Voigt(K-V)模型下的峰值.FVMP模型在各参考温度点下轨道板位移的响应呈现出随着温度的降低而减小的趋势,而轨道板加速度则呈现随着温度的降低而增大的趋势.在中高频段内,轨道板的响应表现为FVMP模型下的频域响应大于K-V模型下的频域响应,FVMP模型各参考温度点在该频段内轨道板的响应表现为随着温度的降低而减小的趋势.因此,为提高对轨道结构预测的准确性,有必要考虑减振垫层的温频变特性.

定频变温下粘弹材料动力学特性数据拟合分析

本文研究了粘弹性阻尼材料的耗能机理和动态阻尼特性,采用分数导数模型,并与温频等效原理相结合,得到了粘弹性阻尼材料的复模量、损耗因子与温度关系的参数化数学模型;并结合粘弹性阻尼材料的DMA测试实验数据对模型参量进行了拟合。实验结果和误差分析表明拟合的数学模型能够准确反映粘弹性材料在定频率变温度条件下的动力学特性的变化情况。

变频变温条件粘弹材料参数化数学模型

采用分数导数模型并结合温频等效原理,提出了粘弹性材料的复模量、损耗因子与温度、频率关系的参数化数学模型——五参数Zener模型;结合DMA测试实验数据对模型参数进行了拟合,结果表明:该模型能够很好地反映粘弹性材料在变频、变温条件下的动态力学特性。

微振激励下黏弹性阻尼器微观链结构力学模型

减小微振动对高精密仪器至关重要,利用黏弹性阻尼器进行微振动抑制是一个新兴而又具有挑战性的课题.本文采用分子链网络模型方法分析了黏弹性材料的微观分子链结构,综合考虑材料分子链结构中的网络链和自由链对黏弹性材料力学性能的影响,提出一种基于材料微观分子链结构的微振激励下黏弹性阻尼器力学模型.模型分别采用标准线性固体模型和Maxwell模型来描述网络链和自由链中单个链的力学性能,并分别采用8链网络模型和3链网络模型考虑两种类型分子链的综合效应,引入温频等效原理描述温度对微振激励下黏弹性阻尼器力学性能的影响.该模型能够描述温度和频率对黏弹性阻尼器动态力学性能的影响,并能够反映黏弹性材料的微观结构与材料力学性能的关系.为验证所提模型的有效性及考察黏弹性阻尼器在微振激励下的耗能能力和动态力学性能,在微振条件下对黏弹性阻尼器进行了动态力学性能试验.研究结果表明黏弹性阻尼器具有较好的微振耗能能力,其动态力学性能受温度和频率影响较大,所提的力学模型能够精确地描述微振激励下黏弹性阻尼器动态力学性能随温度和频率的变化关系.

表面阻尼涂饰意杨单板的动态力学特性

为了开发防滑减振结构型胶合板，采用阻尼涂料对意杨单板进行表面涂饰处理，应用动态热机械分析技术，研究了意杨单板阻尼体系的动态力学特性，以构建具有自由型和约束型两种阻尼结构的新型木基阻尼结构体系。结果表明：①通过在意杨单板表面涂饰阻尼涂料构建意杨单板阻尼体系是可行的，该阻尼体系在常温环境下具有优异的阻尼性能。②涂层厚度对意杨单板阻尼体系的性能具有显著影响，损耗因子和有效阻尼温域均随阻尼涂料厚度的增加而增大，自由型阻尼涂料厚度为0．5～2．0 mm时，体系的损耗因子普遍高于0．10，峰值可超过0．30，约束型意杨单板阻尼体系在涂料厚度2．0 mm条件下损耗因子最大可达0．12。③意杨单板阻尼体系的动态力学行为与常规黏弹性高分子聚合物类似，满足温频等效机制。④采用阻尼涂料对意杨单板阻尼改性，自由型阻尼结构优于约束型阻尼结构。综合考虑，建议采用自由型阻尼结构，阻尼涂料厚度控制在1.5～2.0 mm。