az31镁合金型材振动特性及数值模拟的研究

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1、StudyontheVibrationCharacteristicsandNumericalSimulationofAZ31MagnesiumAlloyProfileAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByLinjunnanLiSupervisedbyProf.JingfengWangSpecialty:MaterialsScienceandEngineeringCollegeofMaterialS

2、cienceandEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2013中文摘要摘要镁合金具有质量轻、比强度高、减振性好，导热、电磁屏蔽能力强、易于回收等优点，是替代钢铁、铝合金和工程塑料的新一代高性能结构材料。在各类镁合金产品中，挤压型材是一种颇具潜力的产品，具有非常广阔的应用前景。由于目前对镁合金型材的振动特性研究不够系统深入，导致镁合金的阻尼减振性能在型材产品中没有得到很好的发挥。针对上述问题，本文通过实验和数值模拟两种方式，集中研究了不同工艺、结构和高聚物填充材料等对AZ31镁合金型材振动特性的影响，为镁合金

3、型材的振动特性研究和结构设计提供理论支持。首先，研究了工艺和结构对AZ31镁合金型材振动性能的影响。通过对不同工艺处理下的AZ31镁合金材料的组织、力学、阻尼性能及其板材的减振效果研究，分析不同工艺对AZ31镁合金板材减振性能的影响。结果显示，与铸态合金相比，热挤压工艺处理的AZ31镁合金材料的力学性能有所提高，但是阻尼性能有所下降。挤压后空冷方式下的AZ31镁合金板材减振效果更好。得出AZ31镁合金板材的减振性能由材料的阻尼性能和力学性能两个因素共同决定。同时对不同结构AZ31镁合金型材振动性能的研究表明，型材的振动性能与其结构有关。其次，探究了复合阻尼结构对AZ31镁

4、合金型材振动性能的影响。选择常见的泡沫材料（EPS、EPE）和橡胶材料（SBR），与挤压态AZ31镁合金材料，分别组成夹层、三明治两种阻尼结构。对它们的振动性能进行深入研究。通过对夹层、三明治阻尼结构的镁合金AZ31板材和宽幅型材进行的实验分析，研究不同高聚物填充材料和填充方式对AZ31镁合金型材的振动性能的影响，并找出最佳的填充方式。结果表明，夹层阻尼结构和三明治阻尼结构都能够提高AZ31镁合金的减振性能，并且减振性能的高低与夹层部分材料和组成三明治阻尼结构的材料有关系，夹层部分材料的模量越低，三明治复合层材料的弹性模量差越大，黏贴性越好，减振性能越强。其中，三明治阻尼

5、结构型材的减振性能高于夹层阻尼结构型材，黏贴EPE+SBR材料的三明治阻尼结构镁合金型材具有较好的减振性能。通过实验结合数值模拟的方法，找出高聚物材料黏贴的最佳位置，可以在实现型材整体减振的同时达到节省材料的目的。最后，为了研究不同结构对镁合金型材的减振性能的影响，选择AZ31镁合金型材作为研究对象，对其进行一系列的型材结构优化的数值模拟研究。通过ABAQUS有限元模拟分析，从常见的型材结构中找出结构最优的形状，通过正交试验探究影响该结构型材振动性能的因素。随后，将最优型材结构类似的若干结构进行模拟分析。研究表明，三角筋板结构的AZ31镁合金型材减振性能最好，其I重庆大学

6、硕士学位论文筋板的设计45º最合理。影响AZ31镁合金型材振动特性的主要因素是型材的截面高，其次是壁板厚，再次为筋板的厚度，侧壁厚的影响最小。得出以下镁合金型材优化建议：正弦筋板的设计可以削弱型材上板的受力，矩形筋板结构的镁合金型材可通过在其间添加倾斜的筋板构成稳定的三角结构来达到减小整体型材变形、应力和位移的目的。关键词：AZ31镁合金，型材，减振，结构，优化II英文摘要ABSTRACTMagnesiumalloywithlightweight,highstrength,vibration,heatconductivityandelectromagneticshield

7、ingabilitystrong,easytorecycleisanewgenerationofhighperformancestructuralmaterialtoinsteadofsteel,aluminumandengineeringplastics.Extrudedsectionisapromisingproductinallkindsofmagnesiumalloyproducts.Ithasaverybroadapplicationprospects.Duetotheexistenceoftheproblemtha