基于拓扑优化的船舶舱室阻尼涂层布局分析

对客滚船建造过程中船舶舱室表面刮涂的阻尼涂层进行振动特性分析,对各层阻尼材料厚度进行优化设计,同时优化阻尼涂层布局,利用ANSYS建立船舶舱室有限元模型,求解不同工况下刮涂阻尼涂层船舶舱室的振动特性及相关参数,基于拓扑优化的方法优化阻尼涂层布局,由求解结果可知,阻尼涂层布局的优化可实现其对整体结构减振性能的提升,在减少阻尼材料用量的同时达到减振目的。

超支化聚氨酯阻尼涂层的制备及性能

以甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)和二乙醇胺(DEOA)为原料,采用一步法合成了超支化聚氨酯,并对其改性制备了光固化超支化聚氨酯(UV-HPU)和超支化杂化聚氨酯(HHPU)两种树脂.用傅里叶红外光谱(FTIR)和核磁共振氢谱(1H NMR)表征了预期产物.以其为预聚物制备阻尼涂层,动态力学分析(DMA)研究表明,这两种涂层都具有高阻尼因子(tanδ≥1.0)、宽阻尼温度范围(tanδ≥0.5,大于50℃)和宽阻尼频率范围(20～160Hz);通过基本性能测试和热重分析(TGA)发现杂化涂层聚氨酯较光固化聚氨酯具有更好的机械性能和热稳定性能;杂化涂层聚氨酯的FTIR分析可知杂化涂层中硅氧烷水解缩合,提高了交联密度;杂化材料的断面扫描电镜(SEM)分析表明,硅氧烷的水解缩合并未形成大颗粒纳米粒子而是形成均相体系.

基于试验模态的阻尼涂层整体叶盘振动局部化定量测量

用阻尼涂层对整体叶盘进行减振是一种全新的振动控制方法,为了有效实施这项技术需要对不同涂层方案下整体叶盘振动局部化程度进行有效的测量.提出一种基于试验模态数据来定量化测量整体叶盘振动局部化的方法.首先,提出振动局部化定量测量原理,并验证了其合理性;接着,提出了测量涂层整体叶盘振动局部化的流程;最后,对3种涂层方案下整体叶盘振动局部化程度进行了测量.结果表明,用本文研发的方法可以对各涂层方案对应的整体叶盘振动局部化进行有效测量,且随着涂层面积的增加,整体叶盘振动局部化程度变大且波动也较大.

车轮辐板阻尼涂层对钢轨波磨的影响

目的研究车轮辐板涂敷有阻尼性能的涂层对小半径曲线钢轨波磨的影响,并根据试验结果提出减缓或抑制钢轨波磨的建议。方法基于摩擦自激振动导致钢轨波磨机理,利用ABAQUS有限元仿真软件,建立轮对、钢轨、轨枕、车轮辐板涂层有限元模型,模拟曲线半径为300 m的工况,采用ABAQUS中内置的复特征值分析方法,分析轮轨系统在小曲线半径工况下的稳定性。结果在曲线半径为300 m的工况下,轮轨间因存在饱和蠕滑力引起自激振动,于频率f=502.32 Hz时产生不稳定振动,从而引起钢轨波磨。通过在车轮辐板内侧和双侧涂敷有阻尼涂层,可有效增强轮轨系统的稳定性,减缓钢轨波磨的发生趋势。只在车轮辐板外侧添加涂层会增加钢轨波磨的发生概率。车轮辐板双侧和内侧涂层模型中,涂层厚度的增加会提高系统稳定性;外侧涂层模型中,涂层厚度的增加会降低系统的稳定性。涂层的阻尼系数对钢轨波磨有较大影响,提高涂层阻尼系数可有效减缓钢轨波磨发生趋势。结论在地铁小半径曲线上,通过在车轮辐板内侧涂敷有阻尼涂层,可有利于减缓钢轨波磨现象,当涂层阻尼系数增大至1.5e–3时,可有效抑制钢轨波磨。

共振态下阻尼硬涂层对叶片疲劳裂纹扩展延缓效应的研究

本文提出采用大气等离子喷涂NiCrAlY阻尼硬涂层的方法来抑制叶片的裂纹扩展。首先,分别对无涂层和带涂层叶片试验件开展共振疲劳测试。结果表明,阻尼硬涂层具有一定的裂纹修复和扩展延缓能力。然后,建立了含裂纹叶片试验件的有限元模型,并通过对比叶片试验件固有频率随裂纹扩展的变化验证了该有限元模型的有效性。进一步引入裂纹扩展模型并获得了无涂层和带涂层叶片试验件在不同裂纹扩展阶段的裂纹尖端应力强度因子,揭示了阻尼硬涂层延缓裂纹扩展的机理。最后,给出了不同条件下叶片试验件的裂纹扩展曲线,并讨论了涂层参数厚度、涂层弹性模量和涂层密度对裂纹扩展速率的影响,还分析了涂层施加阶段对裂纹扩展的影响。进一步讨论了裂纹深度和裂纹角度对裂纹扩展的影响,这有助于优化涂层布局。实验和数值分析结果表明,阻尼硬涂层可以有效地延缓叶片裂纹扩展,是一种实用的延缓裂纹扩展技术。

光学瞄具硬涂层阻尼减振的动力学仿真分析

振动环境下光学瞄具的成像精度和可靠性会受到严重的影响,为提高光学瞄具的可靠性,修正成像精度,提出了一种硬涂层阻尼减振技术。将硬涂层NiCoCrAlY+YSZ单侧涂敷于镜筒上,涂敷厚度为200 mm,振动工况模拟为光学瞄具固定在直升机舱门处的枪械上。基于有限元分析方法对涂敷硬涂层前后的结构进行模态分析和随机振动分析,对比研究发现,涂敷硬涂层阻尼后光学瞄具的一阶频率由未涂敷前的58.3 Hz提高到92.2 Hz;涂敷硬涂层阻尼后随机振动得到的3σ区间的应力值降低了25.6%;X、Y、Z三个方向的位移响应峰值相较于涂敷前分别降低了74.7%、75.3%、78.7%,达到了减振的目的。

基底偏压对电弧离子镀NiCrAlY涂层阻尼性能的影响

采用电弧离子镀方法在不锈钢基片上制备了NiCrAlY涂层,在制备过程中改变基底偏压分别取50,100,200,300V。对涂层样品分别进行物相分析,表面形貌观察,测定微区化学成分,并利用动态机械分析仪(DMA)对涂层样品的阻尼性能进行测试。结果表明,利用电弧离子镀的方法可以在不锈钢基底上获得均匀的NiCrAlY涂层。涂层为晶态结构,主要由γ-Ni相,β-NiAl相,γ′-Ni3Al相和α-Cr组成。制备过程中的偏压变化对涂层的表面形貌有明显影响,对涂层的化学成分影响不大。DMA结果表明NiCrAlY涂层能明显地提高基底材料的阻尼性能,同时随着偏压增大,涂层样品的阻尼因子有所提高。

触头系统局部阻尼涂层对消振降噪的初步研究

讨论了不同部位作局部阻尼涂层处理后自控电器中的触头系统。计算表明，其阻尼消振降噪效果胜于西门子公司规定值，为这种处理方法的分析与研究以及为新产品的设计提供了较好的理论依据。

模拟叶片气激及涂层阻尼减振有效性研究

针对航空发动机叶片高阶振动及阻尼涂层减振有效性的试验验证问题,通过构建旋笛式高频气激试验器,对单个非旋转叶片进行气体激振试验研究,同时完成有无涂层阻尼叶片在高频气激下的振动响应对比试验。结果表明:气动激振可以使叶片处于高应力工作状态,施加阻尼涂层是1种有效抑制振动响应的手段;气体激振测频结果与ANSYS计算、振动台测频结果基本吻合,说明气体激振不仅可以完成振动特性试验,而且可以通过调节气压和流量来控制激振力的大小,以此来控制振幅并完成振动疲劳试验。

高转速硬涂层阻尼薄壁圆柱壳的行波共振特性研究

基于Viogt-Reuss原理和传递矩阵法研究了高转速硬涂层阻尼薄壁圆柱壳构件的行波共振特性。根据复合结构的Viogt-Reuss等效原理,考虑科氏力的影响,基于Love薄壳理论建立了旋转态硬涂层薄壁圆柱壳的振动微分方程;引入传递矩阵法,根据壳体子段间的状态向量关系式推导得到了构件的整体传递矩阵;在固支-自由、简支-简支和固支-固支边界条件下,求解得到了构件的行波共振特性。结果表明:通过与文献中的数据进行比较验证了该分析方法的合理性,静止薄壁圆柱壳的第1阶模态振型不受硬涂层材料的影响,但是频率值发生了偏移,随着阶次的增加前六阶振动模态的顺序发生了变化;硬涂层材料对薄壁圆柱壳的模态振型无影响,但是NiCrAlY硬涂层比NiCrAlCoY+YSZ硬涂层薄壁圆柱壳对应的各阶静频值偏高。转速对硬涂层薄壁圆柱壳前六阶行波频率的影响较大,在工作转速和一倍频激振力作用下,共振裕度小于10%的共振临界转速点随着边界条件和硬涂层发生变化,共振模态随着共振点变化容易引起对应阶次的模态振动,硬涂层结构改变了薄壁圆柱壳的行波共振特性。

声内耗填料对阻尼吸声涂层吸声性能的影响

讨论了声内耗填料的形态、种类对阻尼吸声涂层吸声性能的影响,试验结果表明填料颗粒形态不是影响涂层吸声性能的主要因素,但同种填料,颗粒形态的微观尺寸越大,其涂层的吸声性能越好;同一形态,不同填料的吸声性能大小主要取决于填料的种类,与填料的形态和微观尺寸没有必然的联系。

大小叶盘-硬涂层阻尼结构的解析建模和振动分析

对叶片涂敷Ni Co Cr Al Y+YSZ硬涂层,研究具有硬涂层的大小叶盘的动力学模型和振动特性,主要研究硬涂层对大小叶盘的阻尼减振性能的影响.首先,利用复模量理论和Oberst梁理论,建立了涂层大小叶盘结构的解析模型;然后,基于Gram-Schmidt法和Rayleigh-Ritz法,求解涂层大小叶盘结构的模态特性和受迫响应.结果表明:硬涂层阻尼对大小叶盘固有频率的影响很小,但能使模态损耗因子提高4倍,说明硬涂层可以有效提高大小叶盘的阻尼性能;此外,涂敷硬涂层可以有效抑制其受迫响应.

硬涂层阻尼结构的随机振动疲劳寿命分析

为了研究硬涂层阻尼结构的疲劳寿命合理的分析方法和对结构寿命影响的基本规律,利用有限元模拟技术进行带硬涂层阻尼的悬臂薄壁梁结构的随机振动疲劳寿命计算。以一个悬臂薄壁梁为对象,首先,对该结构涂敷硬涂层前后的模态和谐响应进行计算,获得模态频率和危险部位应力响应函数;其次,采用随机振动疲劳寿命频域分析法对涂层前后悬臂梁进行有限元仿真计算,获得相应的寿命和损伤云图;最后,在电磁振动台上进行随机振动基础激励的编谱加载,获得涂层前后悬臂梁的振动疲劳寿命和损伤行为。结果表明,硬涂层能够延长悬臂梁振动疲劳寿命,可以减缓疲劳裂纹扩展速率。通过对比模拟和试验结果的误差分析,证明振动疲劳寿命模拟方法的合理性。

共振态下叶片试验件的疲劳试验研究及硬涂层阻尼的影响

高周疲劳导致的失效在过去几十年内对航空工程领域造成了巨大损失。本文给出了压气机叶片试验件在共振态下的疲劳试验结果,以及阻尼硬涂层对延缓振动疲劳的影响。以共振频率的变化为指标观测了一阶弯曲共振下的叶片试验件裂纹萌生和扩展过程;在出现疲劳裂纹叶片的振动时域图和频谱图中观察到了明显的非线性特征。利用超声相控阵技术辨识了疲劳裂纹的位置和尺寸,进而使用非线性接触的方法建立了考虑呼吸效应的裂纹叶片有限元模型,得到的裂纹叶片振动特性仿真结果与试验结果一致。在相同的试验条件下,通过在叶片试验件表面喷涂NiCrAlY涂层,研究发现试验件的阻尼性能明显提高、振动疲劳寿命延长。本文的研究结果有助于更好地理解压气机叶片的振动疲劳特性,为阻尼硬涂层在压气机叶片上的应用提供参考。

聚氨酯丙烯酸杂化树脂的合成及阻尼性能研究

以TDI、KH550、HEA和环氧氯丙烷为原料，合成了一种新型的聚氨酯丙烯酸杂化树脂，使用红外光谱（FT-IR）和核磁共振（^1H—NMR）对其进行表征，并以杂化树脂为预聚物，制备光固化阻尼涂层，此外对涂层的动态力学性能（DMA）进行了研究，研究结果表明：涂层具有良好的阻尼性能（tanδ≥0.6；T∈10℃～47℃）。

纤维增强复合薄壁板壳动力学与阻尼减振研究进展

纤维增强复合材料和涂层阻尼对抑制薄壁构件的振动问题具有实际的工程意义。介绍了纤维增强复合薄壁板壳的理论模型,主要从建模方法、材料组成、铺层方案和热环境的影响四个方面总结了纤维复合薄壁板壳构件的动力学研究进展,综述了应用粘弹性阻尼和硬涂层阻尼减振技术的复合薄壁板壳的减振特性研究,提出了将纤维增强复合材料和涂层阻尼材料进行混杂建模的方法,并展望了未来,为这一领域的研究提供有价值的参考。

船舶振动噪声控制技术的现状与发展

本文概述船舶噪声的定义、来源、造成的影响以及降低船舶噪声所采用的技术方法,介绍国内外船舶噪声控制技术的研究现状,从主动控制技术、被动控制技术、主被动混合控制技术3个方面论述船舶降噪技术。重点介绍了表面涂层技术对于降低船舶噪声的应用,分析了阻尼涂层的降噪机理及降噪性能,最后阐述几种对于船舶降噪技术具有应用前景的新型材料以及未来船舶降噪技术的发展趋势。

多自由度非线性系统动态参数化模型建模方法研究

针对多自由度非线性系统的动态模型辨识问题,基于NARX(Non-linear Autoregressive with Exogenous inputs)模型的建模方法,考虑系统的物理设计参数,建立非线性系统动态参数化模型.首先,根据系统输入、输出数据建立系统不同参数下的NARX模型,并通过EFOR(Extended Forward Orthogonal Regression)算法对不同参数下NARX模型进行修正,以统一辨识得到的系统模型结构.随后,建立NARX模型系数与物理设计参数间的函数关系,得到多自由度非线性系统的动态参数化模型.以单输入、单输出两自由度非线性系统为例,根据数值仿真结果,对系统的动态参数化模型建模过程进行说明.最后,以带非线性涂层阻尼的悬臂梁作为试验对象,建立其动态参数化模型以反映其动力学特性.试验结果表明,非线性系统动态参数化模型能准确预测多自由度非线性系统的输出响应,为非线性系统的分析与优化设计提供了理论基础.