复杂条件下粘弹阻尼材料本构关系研究及阻尼结构的优化设计

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1、西南交通大学博士学位论文复杂条件下粘弹阻尼材料本构关系研究及阻尼结构的优化设计姓名：林松申请学位级别：博士专业：固体力学指导教师：高庆20070301西南交通大学博士研究生学位论文第1页摘要本文针对zN一17和zN一33粘弹阻尼材料在复杂条件(宽温、宽频和宽动态位移)下对其力学变形行为(动力阻尼特性和蠕变特性)进行较系统深入的实验研究和其本构表征研究；对三种阻尼结构(约束阻尼板结构、T型阻尼器结构和复合阻尼结构)进行了优化设计分析，并研制开发阻尼结构优化设计平台软件。本文的研究内容包括：(1)对ZN-17和ZN．33粘弹阻尼材料进行了宽温、宽频和宽动态位移条件下的动态扫

2、描实验，讨论了温度、频率和动态位移对材料动力阻尼特性的影响。基于动态实验结果，采用非线性最小二乘法，得到了含温度、频率、动态位移三参量的材料损耗因子及储能模量拟合表达式，并通过误差分析确定表达式的有效性。(2)采用几种经典粘弹性模型一标准机械模型(标准线性固体模型、Burgers模型)和分数导数RT模型对上述两种材料复模量的频率响应曲线的预言能力进行了评估。评估结果表明标准机械模型不能描述材料的动力阻尼特性，分数导数RT模型只能较好地反映材料动力行为的频率特性。基于RT模型，提出了修正的M．RT模型，通过与实验结果的比较表明该模型能同时较好地描述材料在宽温、宽频和宽动态

3、位移下的动力阻尼特性。(3)对上述两种材料进行了不同温度、不同应力下的蠕变实验。采用经典粘弹性本构模型(标准线性固体模型、Burgers模型)对材料蠕变行为的预言能力进行了评估。预言评估表明：线性粘弹模型可近似描述ZN．33材料在实验工况下蠕变变形特性，但不能描述ZN．17材料的蠕变特性，因为该材料的蠕变应交表现出强的非线性应力相关性。(4)针对ZN-17材料蠕变行为具有非线性应力相关性的特点，本文既采用了时闻-应力等效原理进行等效线性化处理的描述方法，又提出了一个非线性蠕变本构模型。提出的非线性蠕变本构模型，能较全面地描述材料的非线性蠕变特性。(5)在阻尼结构(约束阻

4、尼板结构、T型阻尼器结构和复合阻尼结构)第

5、I页西南交通大学博士研究生学位论文振动实验的基础上，建立了含参变量的有限元模型，应用NASTRAN程序对结构进行不同几何参数、不同材料参数下的仿真计算。通过非线性拟合，建立了结构谐振频率和结构损耗因子含几何参量、材料参量的拟合表达式。基于灵敏度理论，提出了一套优化设计方法，并成功应用于阻尼结构的优化设计。(6)对提出的优化设计方法，采用Delphi软件开发了阻尼结构优化设计平台软件，该软件可对三种阻尼结构进行快速、有效地优化设计。关键词；牯弹性，本构描述，湿度，频率，动态位移，复模量，蠕变，约束阻尼结构，T型阻尼器，复合阻尼结

6、构，优化设计，灵敏度分析西南交通大学博士研究生学位论文第1II页AbstractUndercomplexconditions，thestaticanddynamicalmechanicalbehaviorsofviscoelasticdampingmaterialZN-17andZN一33arestudiedexperimentallyandtheoretically．Simultaneouslyoptimizationdesignofthreedampingstructnreareconducted．ThemaincontentsareastOl[ows：(1)The

7、dynamicsweepingtes．tsunderbroadtemperature，broadfrequencyandbroaddynamicdisplacementareconductedtoinvestigatethedynamicdampingpropertiesfortwomaterials．Basedonexperimentaldatum，themathematicalexpressionsofthecomplexcomplianceareobtainedbyusingthenonlinearfittingmethod．Erroranalysesshowth

8、evalidityoftheexpressions．(2)Byusingseveralclassicalviscoelasticmodels，thepredicationcapabilitiesonthefrequencyresponsebehaviorareevaluatedfortwomaterials．BasedontheRTmodel。aM-RTmodifiedmodeIisproposedinwhichtheinfluencesoftemperature，frequencyanddynamicdisplacementarecon