【摘 要】
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管路是运输流体介质的重要载体,但是管路在工作过程中会不可避免的产生振动,影响整个系统的正常工作。增加含有阻尼耗能材料的减振器是控制管路振动的常用方法,但是传统的橡胶等有机高分子阻尼材料并不适用于高温环境。金属橡胶是一种由金属丝制备而成的干摩擦阻尼材料,具有耐高温、承载能力强等优点,克服了橡胶的不足。研究其滞弹性力学性能、力学模型、有限元仿真方法和减振性能,对金属橡胶在振动控制领域的应用具有重要意义
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管路是运输流体介质的重要载体,但是管路在工作过程中会不可避免的产生振动,影响整个系统的正常工作。增加含有阻尼耗能材料的减振器是控制管路振动的常用方法,但是传统的橡胶等有机高分子阻尼材料并不适用于高温环境。金属橡胶是一种由金属丝制备而成的干摩擦阻尼材料,具有耐高温、承载能力强等优点,克服了橡胶的不足。研究其滞弹性力学性能、力学模型、有限元仿真方法和减振性能,对金属橡胶在振动控制领域的应用具有重要意义。主要研究内容如下:（1）提出了金属橡胶静态和动态滞弹性力学特性的表征量,准静态加载实验和动态加载实验的研究结果表明:密度、位移幅值和振幅是影响刚度特性和阻尼耗能特性的重要因素,激振频率对动态阻尼耗能的影响较小,说明金属橡胶的粘性阻尼效应不明显。（2）将构成金属橡胶空间结构的基本单元简化为悬臂曲梁,假设悬臂曲梁的方向角服从正态分布,分别使用幂函数和指数型函数拟合准静态加载曲线和卸载曲线,通过最小二乘法进行参数识别,建立了悬臂曲梁模型。将金属橡胶分解为非线性弹簧单元和粘性阻尼单元,提出等效阻尼法进行参数识别,建立了非线性弹簧-粘性阻尼单元模型。研究结果表明:悬臂曲梁模型和非线性弹簧-粘性阻尼单元模型可以较好地描述金属橡胶的滞弹性力学性能。此外,提出了具有较好计算精度的动态阻尼耗能的近似计算公式,近似值和真实值的相对误差在20%以内。（3）提出了金属橡胶滞弹性力学性能的有限元仿真分析方法,仿真结果表明:使用Bergstr?m-Boyce模型描述金属橡胶的本构关系,仿真静态滞弹性力学性能,仿真曲线和实验曲线的相对误差较小,该方法的仿真精度较高;将金属橡胶等效为connect单元,使用非线性弹簧-粘性阻尼单元模型描述connect单元的非线性弹性属性和粘性阻尼属性,仿真动态滞弹性力学性能,仿真曲线和实验曲线的变化趋势较为一致,该方法具有较强的有效性。（4）设计了金属橡胶-弹簧组合式减振器,将其应用于管路的振动控制。扫频实验结果表明:金属橡胶-弹簧组合式减振器具有良好的减振性能,加速度响应峰值大约可以降低77.49%。模态分析结果表明:固有频率的仿真值与实验值的相对误差不超过20%,将金属橡胶-弹簧组合式减振器管路系统简化为单自由度质量-弹簧系统,具有较高的预测精度。
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