帶預(yù)緊硅泡沫墊層結(jié)構(gòu)的減振系統(tǒng)分析.pdf

1、工程中某些部（構(gòu)）件出于特殊的設(shè)計(jì)需要，采用預(yù)緊接觸式墊層結(jié)構(gòu)。該種結(jié)構(gòu)通過外層殼體（如圓柱殼）對殼體與部（構(gòu)）件之間所填充的襯墊材料——墊層施加預(yù)緊力來實(shí)現(xiàn)對部（構(gòu)）件的裝配，墊層和部（構(gòu)）件都依靠外層殼體施加在墊層材料的預(yù)緊力（法向力）和摩擦力（切向力）保持穩(wěn)定，因此，該種結(jié)構(gòu)是彼此接觸的多個(gè)變形體的軟連接結(jié)構(gòu)。
　　結(jié)構(gòu)在工作環(huán)境中，外層殼體受到動(dòng)態(tài)的外加激勵(lì)，作為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的一部分，內(nèi)層部（構(gòu)）件和墊層之間、墊層和

2、外層殼體之間的接觸狀態(tài)在不斷改變。預(yù)緊接觸式墊層結(jié)構(gòu)在正常工作環(huán)境下墊層要求總處于受壓狀態(tài)，并且這種受壓狀態(tài)應(yīng)該不低于某一水平，如果接觸壓力低于某個(gè)水平，接觸面上的摩擦力也隨之減小，處于內(nèi)層的部（構(gòu)）件與墊層以及墊層與外層殼體之間的相對滑動(dòng)（滑移）現(xiàn)象將可能發(fā)生；如果接觸壓力某瞬時(shí)為零，內(nèi)層的部（構(gòu)）件與墊層以及墊層與外層殼體，將會有瞬時(shí)的分離以致碰撞。上述兩種情況的出現(xiàn)，工程上出于特定需要，都視為結(jié)構(gòu)失效，結(jié)構(gòu)失效對內(nèi)外殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

3、和安全性都有很大的破壞作用，都應(yīng)避免發(fā)生。因而研究內(nèi)外殼與墊層材料間的接觸分離、相對滑動(dòng)的力學(xué)機(jī)理以及各種力學(xué)參數(shù)對兩種現(xiàn)象發(fā)生的影響有很大的工程意義。
　　中間墊層作為結(jié)構(gòu)的核心部件，對于結(jié)構(gòu)在動(dòng)力環(huán)境中的可靠性起到至關(guān)重要的作用，墊層材料是一種具有多孔隙的物理特征，宏觀上表現(xiàn)為體積可壓縮的橡膠類材料，其力學(xué)行為是一個(gè)包括幾何非線性、材料非線性的復(fù)雜問題，實(shí)際應(yīng)用過程中，還會遇到應(yīng)力松弛、蠕變、環(huán)境溫度影響等粘彈性問題，論文對墊

4、層材料自身的力學(xué)特性進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。首先在連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的基本框架內(nèi)和在熱力學(xué)宏觀定律的基礎(chǔ)上，通過結(jié)合泡沫硅橡膠材料的物理結(jié)構(gòu)特征，建立了泡沫硅橡膠的兩相多孔介質(zhì)模型；進(jìn)而基于應(yīng)變能密度函數(shù)可解耦為相對獨(dú)立的等容變形和體積變形兩部分，提出了可壓多孔橡膠材料的應(yīng)變能密度函數(shù)，給出了材料的超彈性本構(gòu)關(guān)系，它能夠考慮孔隙度對材料變形行為的影響。利用硅橡膠材料的單軸壓縮實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了材料參數(shù)擬合，討論了多孔硅橡膠的孔隙度和體積變形對壓縮性能的

5、影響。
　　根據(jù)多孔硅橡膠模型給出的其靜力問題的控制方程，考慮多孔硅橡膠各向同性超彈性材料，利用完全的Lagrange格式進(jìn)行有限元的分析，推導(dǎo)了有限變形的增量形式，導(dǎo)出有限元列式，編制了剛度矩陣的計(jì)算模塊。利用ABAQUS軟件良好的開放性和所提供的用戶子程序接口，采用FORTRAN語言編制了所提出的墊層材料硅橡膠泡沫的用戶材料子程序UMAT，對硅泡沫材料的工程應(yīng)用和設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。
　　針對孔隙度較大的硅橡膠材料在

6、有限變形時(shí)的粘彈性行為，從建立描述材料粘彈性特征的松弛型本構(gòu)關(guān)系出發(fā)，結(jié)合所提出的適合多孔隙、可壓硅橡膠材料的非線性彈性行為的本構(gòu)關(guān)系，建立了多孔硅橡膠在有限變形下的粘彈性本構(gòu)關(guān)系，并對有限變形粘彈性的有限元實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了說明。利用硅橡膠材料的單軸壓縮松弛實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了材料參數(shù)擬合，討論了多孔硅橡膠的剪切變形和體積變形對應(yīng)力松弛的影響。
　　基于所提出的適合多孔隙、可壓硅橡膠泡沫材料的超彈性和有限變形粘彈性本構(gòu)關(guān)系和所開發(fā)的用戶材料子程序