金属橡胶材料阻尼性能的影响参数.pdf

第29卷第l期振动、测试与诊断Vo1．29No．1
Mar．2009
2009年3月JournalofVibration，Measurement&Diagnosis

金属橡胶材料阻尼性能的影响参数’

李宇燕黄协清
(IN安工业大学机电工程学院西安，710032)(西安交通大学机械工程学院西安，710049)

摘要建立了金属橡胶结构损耗因子的理论模型，对金属橡胶结构做动态性能试验，定性研究了金属橡胶材料的
密度、热处理工艺对金属橡胶结构损耗因子的影响，并定量研究了材料高度和系统配重对金属橡胶结构损耗因子
的影响，运用最小二乘法求得材料高度、配重与损耗因子变化关系的理论表达式，实现了对结构损耗因子的预估，
为金属橡胶材料的动态响应分析奠定理论基础。

关键词金属橡胶损耗因子高度配重
中图分类号TGl46．1

因子未做系统的理论预估。
引言由于金属橡胶结构的损耗因子与材料的密度、
形状因子和热处理工艺等多种因素有关，为此本文
金属橡胶材料作为一种干摩擦阻尼材料，研究系统研究了金属橡胶材料的密度、形状因子、热处理
其阻尼性能的大小及影响规律对实际工程应用是十工艺对材料损耗因子的影响规律，运用最小二乘法
分必要的。国内外专家学者在该方面进行了大量的进行多项式拟合，得到该材料的损耗因子与材料高
探索和研究，取得了一些有意义的研究成果[1-43。文度的变化关系式，实现了对材料的损耗因子的预估，
献Es]x~金属橡胶材料的阻尼性能做了系统的研究，为材料的快速制作和设计提供了动态理论依据。
从总体上确定了金属橡胶动态特性与材料原始参数
间的函数关系，根据相似性原理，得到了能量耗散系金属橡胶结构的损耗因子
数与相对变形幅值的变化规律。文献[6]对环状金属
橡胶元件进行了静态、动态加载试验，提出了一种基金属橡胶结构的损耗因子是衡量阻尼结构减振
于等效应力函数的等效粘性阻尼测试方法。该方法性能的重要指标。当金属橡胶结构在简谐激励力作
根据黏弹性阻尼耗能的基本原理，利用正交函数的用下，由于位移滞后于力一个相角，因此在一个周
性质，构造了一组实测应力响应函数和等效应力响期内，力位移的迟滞回线为一椭圆，如图l所示。其
应函数耗能方程，由耗能等效原则得到了损耗因子中：椭圆回线的面积AW为结构耗散的能量，三角形
的计算表达式，通过采样函数可以方便地计算出损面积为结构瞬时所储存的最大弹性变形能。
耗因子，结果表明，金属橡胶弹性元件具有比橡胶元，
件更好的弹性阻尼性能。文献E7]采用自由衰减法和
冲击试验法分别对圆环状金属橡胶试件高低温阻尼
比和动力学特性进行了测试，得出了金属橡胶适合

一
于做月球着陆器中缓冲元件的结论。文献E83通过试，／∥
验建模的方法，推导出金属橡胶环形隔振器内摩擦

力及能量耗散系数与金属丝直径、环形隔振器的几△
何参数、金属橡胶元件的相对密度之间的关系。从以
上分析可以看出，所做的研究工作大多局限于对金
图1金属橡胶结构迟滞环回线
属橡胶材料阻尼参数的试验研究，而对材料的损耗

．国家自然科学基金资助项目(编号：50805112)。
收稿日期：2007—10—31；修改稿收到日期：2008一O1—14。
24振动、测试与诊断第29卷

若给定简谐激励力表1经回火处理的金属橡胶试件分类表

F—F0sinwt(1)
高度内⋯
则动位移可表示为号／rammm／一『m／一
z一320sin(￡一(2)

一周期内结构耗散的能量为

AW—d~Fdz一7rF00sin~o(3)

结构瞬时最大弹性变形能为

W一÷F0ocos~o(4)

一周期内结构最大弹性变形能为
W一27rW一7rFo-zocos~o(5)
结构系统中损耗的能量与弹性变形能的比值定
义为损耗因子，可表示为

：一tango(6)
l234
式(6)是对金属橡胶结构损耗因子的理论描

述。加图2金属橡胶结构简图
通常在实际工程中采用对数衰减率来评价阻
66662．2试验仪器及试验方法[9。
尼对振动系统振幅衰减快慢的影响，它利用相隔
试验系统如图3所示。它主要由金属橡胶振动
个周期的两个峰值z及求得，可表示为

5555系统、激振锤和B8LK2035频谱分析仪3部分组成。

一
222ln2(7)
Z”试验方法是：激振锤敲击配重使系统产生振动，脉冲

2222信号输入到B&K2035频谱分析仪，得到时域自由振
阻尼比7777
动曲线，再对时域自由振动曲线进行处理。

33一33(8)

ll11
由振动力学知识可知，单自由度系统结构损耗
OOOO
因子相当于黏性阻尼比的两倍，即结构损耗因子为
∞4∞6∞8∞i
46一82O(9)
式(9)是通常在实际工程中采用的结构损耗因
子的理论表达式。

2金属橡胶结构的动态性能试验图3金属橡胶减振器动态试验系统图

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