帶預緊硅泡沫墊層結構的減振系統(tǒng)分析.pdf

1、工程中某些部（構）件出于特殊的設計需要，采用預緊接觸式墊層結構。該種結構通過外層殼體（如圓柱殼）對殼體與部（構）件之間所填充的襯墊材料——墊層施加預緊力來實現對部（構）件的裝配，墊層和部（構）件都依靠外層殼體施加在墊層材料的預緊力（法向力）和摩擦力（切向力）保持穩(wěn)定，因此，該種結構是彼此接觸的多個變形體的軟連接結構。
　　結構在工作環(huán)境中，外層殼體受到動態(tài)的外加激勵，作為結構系統(tǒng)動力學響應的一部分，內層部（構）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。預緊接觸式墊層結構在正常工作環(huán)境下墊層要求總處于受壓狀態(tài)，并且這種受壓狀態(tài)應該不低于某一水平，如果接觸壓力低于某個水平，接觸面上的摩擦力也隨之減小，處于內層的部（構）件與墊層以及墊層與外層殼體之間的相對滑動（滑移）現象將可能發(fā)生；如果接觸壓力某瞬時為零，內層的部（構）件與墊層以及墊層與外層殼體，將會有瞬時的分離以致碰撞。上述兩種情況的出現，工程上出于特定需要，都視為結構失效，結構失效對內外殼結構的穩(wěn)定性

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

4、層材料自身的力學特性進行了深入系統(tǒng)的研究。首先在連續(xù)介質力學的基本框架內和在熱力學宏觀定律的基礎上，通過結合泡沫硅橡膠材料的物理結構特征，建立了泡沫硅橡膠的兩相多孔介質模型；進而基于應變能密度函數可解耦為相對獨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變能密度函數，給出了材料的超彈性本構關系，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驗進行了材料參數擬合，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格式進行有限元的分析，推導了有限變形的增量形式，導出有限元列式，編制了剛度矩陣的計算模塊。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用和設計具有重要的指導意義。
　　針對孔隙度較大的硅橡膠材料在

6、有限變形時的粘彈性行為，從建立描述材料粘彈性特征的松弛型本構關系出發(fā)，結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關系，建立了多孔硅橡膠在有限變形下的粘彈性本構關系，并對有限變形粘彈性的有限元實現進行了說明。利用硅橡膠材料的單軸壓縮松弛實驗進行了材料參數擬合，討論了多孔硅橡膠的剪切變形和體積變形對應力松弛的影響。
　　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關系和所開發(fā)的用戶材料子程序