薄殼構件硬涂層阻尼減振機理分析模型的創(chuàng)建及模型應用研究.pdf

1、由于硬涂層可在高溫、高腐蝕環(huán)境下減少薄殼結構的振動響應，而受到越來越廣泛的關注。為了更好的實施硬涂層阻尼減振，需要獲得硬涂層的減振機理，即涂敷硬涂層后結構件振動響應減少的原因，進而實施硬涂層減振優(yōu)化設計?，F(xiàn)有的關于硬涂層減振機理的研究，多集中于微觀材料學，且多數(shù)學者認為硬涂層微觀顆粒之間的內摩擦是硬涂層能夠減振的原因。但是，完全基于材料學研究的硬涂層減振機理是不夠的，尚需要從宏觀動力學的角度，創(chuàng)建硬涂層復合結構的動力學分析模型，進而研究

2、硬涂層的減振機理。本文以涂敷硬涂層的梁、薄板以及薄圓柱殼為研究對象，在科學引入硬涂層材料力學特點的基礎上，建立了硬涂層阻尼減振機理分析模型并且利用相關模型進行了應變能測試以及硬涂層參數(shù)影響分析等應用研究，具體研究內容體現(xiàn)在如下五方面:
　　首先，從分離硬涂層的阻尼貢獻出發(fā)，研究了創(chuàng)建硬涂層懸臂梁復合結構減振機理分析模型的方法。具體可描述為:對涂層前后的懸臂梁系統(tǒng)進行了減振特性實驗，獲得了固有頻率、阻尼比、振動響應等參數(shù);對涂層前后

3、懸臂梁系統(tǒng)的儲能及耗能進行分析，獲取硬涂層材料的阻尼貢獻;基于Oberst梁理論，創(chuàng)建了同時考慮材料阻尼和粘性阻尼的懸臂梁系統(tǒng)減振機理分析模型，并用實驗校驗了分析模型的正確性。
　　其次，研究了創(chuàng)建硬涂層懸臂薄板復合結構減振機理分析模型的方法。建模過程如下:對涂層前后的懸臂薄板系統(tǒng)進行了減振特性實驗，獲得了固有頻率、阻尼比、振動響應等參數(shù);對涂層前后懸臂薄板系統(tǒng)儲能及耗能分析的基礎上，確定了獲取硬涂層材料阻尼貢獻的方法;基于拉格朗

4、日方程，創(chuàng)建了同時考慮材料阻尼和粘性阻尼的懸臂薄板系統(tǒng)減振機理分析模型，并用實驗校驗了分析模型的正確性。
　　然后，以涂層前后圓柱殼為對象，研究創(chuàng)建了硬涂層圓柱殼的減振減振機理分析模型。研究過程可描述為:進行振動測試實驗，通過掃頻激勵和定頻激勵得到涂層前后圓柱殼的固有頻率和共振響應，進而以幅頻特性曲線，應用半功率帶寬法得到涂層前后圓柱殼的模態(tài)阻尼比，基于Love薄殼理論，推導得到硬涂層圓柱殼的線性振動方程。利用能量法確定硬涂層圓柱

5、殼的振動特征方程，基于Galerkin離散對硬涂層圓柱殼特征方程進行求解，確定硬涂層圓柱殼的固有頻率;依據(jù)Obest理論引入涂層材料的損耗因子，采用梁函數(shù)組合法求解硬涂層的圓柱殼的共振響應;相關結果與實驗比對，證明了所創(chuàng)建模型的合理性。
　　接著，利用硬涂層懸臂梁減振機理分析模型，研究了間接測試硬涂層復合件應變能的方法。在對涂層前后懸臂梁系統(tǒng)應變能分析的基礎上，確定了間接辨識涂層前后構件應變能的原理及方法，并提出了具體的辨識流程，

6、包括:測試懸臂梁的共振位移響應;測試模態(tài)阻尼;利用模型修正技術與實驗匹配;繪制梁共振狀態(tài)的撓曲線;辨識應變能等步驟。利用涂敷NiCrAlY前后的鈦梁進行了實例研究，有效獲取了應變能，并證明了該硬涂層對鈦梁有減振效果。
　　最后，利用所創(chuàng)建的硬涂層圓柱殼減振機理分析模型，分析了包括楊氏模量、損耗因子以及涂層厚度等硬涂層參數(shù)對圓柱殼振動特性的影響規(guī)律。結果表明:隨著涂層楊氏模量、厚度的逐漸增加，涂層后的復合圓柱殼的固有頻率有一定幅度的