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粘弹阻尼材料表征及约束阻尼结构的阻尼性能研究

作　者: 丁国雷
导　师: 吕平
学　校: 青岛理工大学
专　业: 港口海岸及近海工程
关键词: 粘弹阻尼材料约束阻尼结构表征阻尼性能
分类号: TB535.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文以青岛市在建地下轨道交通系统的行车环境、地质与地理环境、轨道减振降噪材料选取以及轨道减振降噪结构特点为背景，对聚氨酯及改性聚氨酯粘弹性阻尼材料进行表征以及对这两种粘弹性阻尼材料相对应的约束阻尼结构的阻尼性能进行了研究，并作了对比性分析研究，其分析研究结果如下所示：（1）对于聚氨酯及改性聚氨酯粘弹性阻尼材料的表征，主要从干燥时间、固含量、硬度、机械力学及阻尼性能方面进行了实验研究。研究结果表明：改性聚氨酯粘弹性阻尼材料的凝胶时间和表干时间分别为22s、49min，其比聚氨酯粘弹性阻尼材料的分别缩短了55s和4h；聚氨酯及改性聚氨酯粘弹性阻尼材料的固含量相差不大分别为99.34%、99.11%，都符合环境友好型的标准；两者的硬度分别为17（邵A）、29（邵A），都属于较软性物质；改性聚氨酯粘弹性阻尼材料的机械力学性能比聚氨酯粘弹性阻尼材料的低，后者的拉伸强度和断裂伸长率分别为前者的65%、88%；在环境温度为25℃、振动频率为5~50Hz时，聚氨酯及改性聚氨酯粘弹性阻尼材料的损耗因子随频率的增大而增大，但是后者总是比前者大，如50Hz时两者的损耗因子分别为0.6427、0.8934。（2）约束阻尼结构阻尼性能影响因素研究，主要包括阻尼层厚度、约束层刚度及环境温度对约束阻尼结构阻尼性能的研究。研究结果表明：在所研究的阻尼层厚度范围内，阻尼层厚度为1mm时聚氨酯及改性聚氨酯约束阻尼结构的阻尼性能最好，其后者的前两阶复合损耗因子分别为1.2064、0.9324，分别是前者的1.25倍、3.2倍；在16~3150Hz频率范围内，改性聚氨酯约束阻尼结构的振动极值分别为88dB，比前小了2.14dB；后者的最大振动加速度振幅和振动衰减的时间分别为399.744mm/s~2、0.015s，分别比前者小了157.557mm/s~2、0.008s。在所研究的约束层材料刚度范围内，聚氨酯及改性聚氨酯约束阻尼结构的阻尼性能随约束层刚度的增加而降低，并且在相同的约束层刚度和基材的情况下，改性聚氨酯约束阻尼结构的阻尼性能总是比聚氨酯的更好。在-70℃~90℃的范围内，聚氨酯及改性聚氨酯粘弹性阻尼材料的损耗因子随温度的升高先升高后降低，前者在-16.5℃时有最大值为1.3286，而后者在30.5℃时存在最大值为0.9151。在所研究的温度范围内，环境温度为25℃时，聚氨酯及改性聚氨酯粘弹性阻尼材料的阻尼性能最好，其此时的1阶复合损耗因子分别为0.6231、0.7187、2阶的分别为0.2607、0.3706；聚氨酯及改性聚氨酯约束阻尼结构的振动极值分别为90.02dB、87.13dB，比其他温度下的振动极值小7.45dB~14.35dB；这两者的最大振动加速度振幅也都是最小的，其数值分别为622.8mm/s~2、285.933mm/s~2。通过以上对聚氨酯及改性聚氨酯粘弹性阻尼材料的表征以及对其相对应的约束阻尼结构的阻尼性能影响因素的研究结果，为今后的粘弹性阻尼材料及约束阻尼结构在工程中的应用提供了数据支持。

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-13
第一章绪论  13-27
  1.1 引言  13
  1.2 对地铁减震降噪的必要性  13-15
    1.2.1 地铁振动的危害  13-14
    1.2.2 地铁噪声的危害  14-15
  1.3 国内外对地铁减震降噪的研究进展  15-18
    1.3.1 国内对地铁减震降噪的研究  16-17
    1.3.2 国外对地铁减震降噪的研究  17-18
  1.4 粘弹阻尼材料的简介  18-20
    1.4.1 粘弹阻尼材料的阻尼机理  18-19
    1.4.2 影响粘弹阻尼材料的性能指标的因素  19-20
  1.5 高分子阻尼结构简介及类型  20-22
    1.5.1 自由阻尼结构  21
    1.5.2 约束阻尼结构  21-22
  1.6 国内外对约束阻尼结构的研究进展  22-25
    1.6.1 国外对约束阻尼结构的研究  22-24
    1.6.2 国内对约束阻尼结构的研究  24-25
  1.7 研究内容及方法  25-27
    1.7.1 实验研究的主要内容  25
    1.7.2 实验方案及准备措施  25-27
第二章实验方案  27-36
  2.1 粘弹性阻尼材料的常规性能实验方案  27-33
    2.1.1 凝胶及表干时间的测定  27
    2.1.2 固含量的测定  27-28
    2.1.3 拉伸强度和断裂伸长率的测定  28-30
    2.1.4 硬度的测定  30-31
    2.1.5 损耗因子的测定  31-33
    2.1.6 粘弹性阻尼材料动态热机械分析测试（DMA）  33
  2.2 约束阻尼结构性能实验方案  33-36
    2.2.1 试验原料及设备  33-34
    2.2.2 试验试样的制备  34
    2.2.3 实验方案  34-36
第三章粘弹性阻尼材料表征  36-47
  3.1 凝胶时间  36
  3.2 表干时间  36-37
  3.3 固含量  37-38
  3.4 硬度  38-39
  3.5 拉伸强度及断裂伸长率  39-42
  3.6 剪切损耗因子  42-45
    3.6.1 阻尼性能常规分析  42-44
    3.6.2 DMA 动态力学分析  44-45
  3.7 本章小结  45-47
第四章结构模量对约束阻尼结构阻尼性能的影响  47-71
  4.1 概述  47
  4.2 粘弹性阻尼层厚度研究  47-59
    4.2.1 复合损耗因子  47-50
    4.2.2 振动加速度级  50-55
      4.2.2.1 a 型约束阻尼结构  50-51
      4.2.2.2 b 型约束阻尼结构  51-52
      4.2.2.3 c 型约束阻尼结构  52-54
      4.2.2.4 d 型约束阻尼结构  54-55
    4.2.3 时域分析  55-59
      4.2.3.1 a 型约束阻尼结构  55-56
      4.2.3.2 b 型约束阻尼结构  56-57
      4.2.3.3 c 型约束阻尼结构  57-58
      4.2.3.4 d 型约束阻尼结构  58-59
  4.3 约束层刚度对阻尼性能的影响  59-68
    4.3.1 大理石基材  60-64
      4.3.1.1 复合损耗因子  60-61
      4.3.1.2 振动加速度级  61-63
      4.3.1.3 时域分析  63-64
    4.3.2 砂浆基材  64-68
      4.3.2.1 复合损耗因子  64-66
      4.3.2.2 振动加速度级  66-67
      4.3.2.3 时域分析  67-68
  4.4 本章小结  68-71
第五章环境温度对约束阻尼结构阻尼性能的影响  71-81
  5.1 概述  71
  5.2 温度对粘弹性阻尼材料阻尼性能的影响  71-74
  5.3 温度对约束阻尼结构的影响  74-79
    5.3.1 复合损耗因子  75-76
    5.3.2 振动总极值  76-77
    5.3.3 时域波形  77-79
  5.4 本章小结  79-81
第六章结论及下一步工作展望  81-84
  6.1 结论  81-82
  6.2 工作展望  82-84
参考文献  84-88
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  88-89
致谢  89

粘弹阻尼材料表征及约束阻尼结构的阻尼性能研究

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