黏彈夾芯板的有限元建模及實驗研究

黃志誠， 王興國， 吳南星， 褚福磊， 羅 經

(1.景德鎮陶瓷大學 機械電子工程學院，景德鎮 333403； 2.清華大學 機械工程系，北京 100084；3.北京機械工業自動化研究所有限公司，北京 100084)

1 引 言

對于各種車輛、飛機和船舶等,其內外部噪聲和振動水平是最重要的設計標準之一[1]。同時,這些領域經常要求控制產品的重量,需要大量使用薄壁件,而因其輕薄的特性,在激勵下更容易產生振動和噪聲。在飛機和一些高端汽車中,振動主動控制是滿足技術需求的一種方式,但代價是成本較高[2]。所以，更常見的是在結構中添加被動阻尼材料以降低噪音和振動水平。其中,被動約束層阻尼PCLD(Passive constrained layer damping)形式的應用阻尼材料在降低結構振動能量方面非常有效[3]。圖1所示的黏彈夾芯板結構即為一典型的PCLD板結構。其技術原理是高損耗因子黏彈性材料層(如橡膠)附著在基板結構上，并且在其另一側受到剛性層(如金屬)的約束(約束層)。 因此,當基板產生彎曲振動時,黏彈性層將經受大的剪切變形,使動能轉化為熱能耗散掉,達到減振降噪目的。這種結構在沒有顯著改變構件重量的情況下能夠有效地抑制振動,所以在對重量有嚴格限制的場合應用廣泛。其動力學建模和振動及阻尼特性一直是研究的熱點問題。

本文基于經典板理論對黏彈夾芯板結構進行了有限元建模,采用Biot模型描述黏彈性材料參數的頻率依賴特性并給出了識別其參數的方法。通過引入輔助坐標將Biot模型和黏彈夾芯板的有限元方程相結合,并將其轉化成便于求解的標準二階定常線性系統方程形式。……