1、哈爾濱工業(yè)大學(xué),博士學(xué)位論文答辯會,金屬橡膠干摩擦阻尼機理及應(yīng)用研究,金屬橡膠,金屬橡膠(Metal Rubber, MR)，是一種彈性多孔材料，是用一定的工藝方法，將一定質(zhì)量的處于拉伸狀態(tài)的金屬絲螺旋卷排放在模具中，然后用冷沖壓或者碾制的方法成型的。,論文的主要研究內(nèi)容,緒論 金屬橡膠構(gòu)件成型工藝及物理特性 金屬橡膠干摩擦阻尼的形成及描述 基于小波變換的干摩擦阻尼識別 金屬橡膠干摩擦阻尼影響因素的研究 金屬橡膠干摩擦系統(tǒng)動態(tài)性能分析,緒 論,課題的來源及研究的意義 金屬橡膠技術(shù)的應(yīng)用 阻尼機理及干摩擦阻尼的研究 金屬橡膠干摩擦阻尼隔振系統(tǒng)的研究 小波分析在阻尼系統(tǒng)的識別,課題來源及研究的意義

2、,國家自然科學(xué)基金資助項目“金屬橡膠構(gòu)件應(yīng)用基礎(chǔ)研究”（批準(zhǔn)號：50075017） 我國航空航天工業(yè)及國防的需求及俄羅斯在關(guān)鍵技術(shù)上的封鎖 對關(guān)鍵工藝及應(yīng)用理論進行研究，生產(chǎn)金屬橡膠產(chǎn)品以替代進口,金屬橡膠技術(shù)的應(yīng)用,金屬橡膠材料制備方法發(fā)明的定量關(guān)系圖,金屬橡膠阻尼構(gòu)件在航空發(fā)動機中的應(yīng)用I,壓縮機調(diào)整方向裝置中的阻尼葉片,發(fā)動機轉(zhuǎn)子阻尼支承,壓力信號發(fā)生器隔振系統(tǒng),儀表板隔振系統(tǒng),金屬橡膠阻尼構(gòu)件在航空發(fā)動機中的應(yīng)用II,其它具有干摩擦阻尼特性的全金屬減振構(gòu)件,阻尼機理及干摩擦阻尼的研究,1 阻尼的定義：能量隨時間或距離的耗散。,2 阻尼的分類：,3 干摩擦阻尼系統(tǒng)的研究,摩擦力模型,Sg

3、n模型,遲滯彈簧模型,主要求解方法,精確求解法,諧波平衡法：,時間積分法,金屬橡膠干摩擦阻尼隔振系統(tǒng)的研究,小波分析在阻尼識別中的應(yīng)用,識別：采用某種數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)并定義某些策略將輸入和輸出信息進行綜合整理產(chǎn)生一個連續(xù)的模型，即為識別的過程。 阻尼識別的發(fā)展歷程： Den Hartog 對數(shù)衰減法 小波分析方法,金屬橡膠構(gòu)件成型工藝及物理特性,成型專用設(shè)備：螺旋卷成型機,成型專用設(shè)備： 螺旋卷定螺距拉伸機原理圖,工藝難題 1：密度沿著壓力方向的不同,解決方案： a.采用雙向壓制 b.在壓制過程中施加振動載荷,工藝難題 2： 軸向尺寸較大構(gòu)件的制作,解決方案： 組合構(gòu)件,相對變形與相對密度,形狀因子,

4、金屬橡膠干摩擦阻尼的形成及描述,干摩擦阻尼的描述,雙線性遲滯振子模型,三次線性遲滯系統(tǒng),遲滯恢復(fù)力,金屬橡膠構(gòu)件遲滯回線的特性,剛度：,能量耗散特性：,金屬橡膠單個構(gòu)件及隔振器的遲滯回線：,金屬橡膠隔振器的剛度及能量耗散系數(shù)：,描述金屬橡膠構(gòu)件力學(xué)行為的物理模型,端部接觸懸臂梁模型,角錐模型,金屬橡膠構(gòu)件物理作用模型,金屬橡膠構(gòu)件內(nèi)部接觸點,宏觀滑移與微觀滑移： 接觸表面之間的滑移； 接觸區(qū)部分接觸點之間的相對滑移 接觸點狀態(tài)的分類：三類接觸點 沒有剪切作用的接觸點； 存在剪切作用但沒有滑移的接觸點； 發(fā)生相對滑移的作用點。,Masing模型及坐標(biāo)變換,設(shè) 為最初加載曲線，任意卸載(或加載點)

5、為 , 在任意點卸載或加載的曲線方程為,Masing模型在金屬橡膠遲滯回線獲取中的應(yīng)用,金屬橡膠構(gòu)件遲滯回線,金屬橡膠隔振器的遲滯回線,簡化物理模型,基于Masing模型的坐標(biāo)變換,基于Masing模型的坐標(biāo)變換結(jié)果得到金屬橡膠彈性阻尼構(gòu)件變形與恢復(fù)力的非線性關(guān)系,坐標(biāo)變換結(jié)果與實驗研究結(jié)果的比較,基于小波變換的干摩擦阻尼系統(tǒng)識別,識別是基于已知的系統(tǒng)的輸入和輸出的觀測數(shù)據(jù)，通過建立數(shù)學(xué)模型來找出系統(tǒng)的特征或特性。 金屬橡膠阻尼構(gòu)件具非線性剛度特性，這將影響到構(gòu)件的固有頻率；在應(yīng)用中，構(gòu)件的干摩擦阻尼特性將受到外界各種因素的影響，因此準(zhǔn)確識別構(gòu)件的阻尼特性將具有重要的實用價值，而采用小波分析可

6、以提高阻尼特性的識別精度。,應(yīng)用小波變換提取信號包絡(luò)的的意義,包絡(luò)分析是目前參數(shù)識別中的有效方法，其目的是得到調(diào)制信號，獲取包絡(luò)線，從而分析時頻域特征以達(dá)到參數(shù)識別的要求。 常用的包絡(luò)分析方法：倒頻譜分析、Hilbert變換等。傅里葉變換不能適用于非穩(wěn)態(tài)信號的分析，不能做時域的局部分析；Hilbert變換不具有時頻局部化特性，且抑制噪聲的能力較弱。,應(yīng)用小波變換提取信號包絡(luò)的的意義,對任意信號，其小波變換可表示為它與小波函數(shù)的內(nèi)積： 本文采用的是Morlet小波。 Morlet小波是由高斯函數(shù)經(jīng)過余弦函數(shù)復(fù)調(diào)制而生成的，在時域和頻域都具有良好的局部化特性，因而其應(yīng)用領(lǐng)域很廣。,小波變換及Mor

7、let小波：,Morlet小波是復(fù)小波，它由實部和虛部兩部分組成： 信號的連續(xù)小波變換為：,小波變換及Morlet小波：,對Morlet小波，有 代入Morlet小波表達(dá)式，寫為實部和虛部的形式,由包絡(luò)檢波技術(shù)中的信號解調(diào)原理可知，若兩信號的幅值相同而相位差為90，則可通過解調(diào)的辦法得到小波系數(shù)中的包絡(luò)分量 上式中的小波系數(shù)的實部和虛部可以直接在時間域中用前面公式的卷積分公式進行計算。將計算得到的實部和虛部代入上式，就可以求出小波系數(shù)中的包絡(luò)分量。,基于Morlet小波變換的阻尼估計實例,金屬橡膠 隔振器,信號采集裝置,數(shù)據(jù)采集 及處理系統(tǒng),實驗裝置：,原始激勵信號及自由響應(yīng),原始信號的Hil

8、bert變換結(jié)果,原始信號的一階衰減包絡(luò)與完全衰減包絡(luò),金屬橡膠干摩擦阻尼影響因素研究,二維靜載荷對干摩擦阻尼的影響,二維動態(tài)載荷對干摩擦阻尼的影響,金屬橡膠材料的各向異性,二維載荷的相關(guān)性,管路支承結(jié)構(gòu)中的金屬橡膠隔振器,二維靜載荷對干摩擦阻尼的影響,金屬橡膠干摩擦隔振器的照片,實驗裝置原理圖及照片,靜載荷對干摩擦阻尼的影響實驗結(jié)果,二維動載荷對干摩擦阻尼的影響,三種不同的加載過程,表5-1 不同剪切載荷作用下阻尼特性的比較 Table.5-1 Comparison of damping characteristics with different shear forces,二維動載荷對干摩

9、擦阻尼的影響實驗結(jié)果,二維動載荷的相關(guān)性,二維加載過程示意圖,二維載荷的相關(guān)性分析,金屬橡膠的各向異性,各向異性：是指材料在不同方向上具有不同的性能。 不均勻性：是指材料的性能與部位有關(guān)。 各向異性可以根據(jù)其形成原因與特征，區(qū)別為結(jié)構(gòu)各向異性和組織各向異性。,金屬橡膠構(gòu)件在剪切載荷作用下的相對剛度,金屬橡膠隔振器用于發(fā)動機管路支承,影響因素之一：相對變形量,相對變形量：1 3.57% 2 14.2% 3 35.7%,影響因素之二：不同成型密度,相對密度：1 0.20 20.24 30.28 4 32 50.36,影響因素之三：不同的成型工藝,成型工藝：1金屬絲任意鋪設(shè) 2金屬絲間為45 3金屬

10、絲之間為90 ,影響因素之四：不同激勵水平,輸入加速度：11g 22g 34g,金屬橡膠干摩擦系統(tǒng)動態(tài)性能分析,具有干摩擦阻尼特性的鋼絲繩隔振器,文獻115引入雙線性泛函本構(gòu)關(guān)系，并認(rèn)為無記憶恢復(fù)力中含有很強的三次非線性成分。由此確定出具有系統(tǒng)運動微分方程：,頻率與干摩擦阻尼的相關(guān)性研究實驗裝置,在多因素激振時，單自由度干摩擦隔振系統(tǒng)的運動微分方程可為如下形式：,主要研究成果,1研制了螺旋卷定螺距拉伸裝置，實現(xiàn)了利用機械設(shè)備改變金屬螺旋卷螺距，提高了金屬橡膠構(gòu)件性能的穩(wěn)定性。建立了制備工藝主要參數(shù)之間的關(guān)系，提出利用形狀因子來分析金屬橡膠構(gòu)件的物理性能。 2從微觀滑動和宏觀滑動出發(fā)，以金屬橡膠

11、構(gòu)件內(nèi)部接觸點理論為基礎(chǔ)，揭示了金屬橡膠構(gòu)件產(chǎn)生的干摩擦非線性阻尼的本質(zhì)；引入Masing模型，提出一種金屬橡膠構(gòu)件實驗建模方法。 3將小波變換應(yīng)用于金屬橡膠干摩擦非線性系統(tǒng)的阻尼識別，提出了一種基于Morlet小波變換的阻尼識別方法。研究結(jié)果表明，Morlet小波變換精度高于Hilbert變換這一常規(guī)的識別方法。 4首次開展了二維載荷作用及不同加載過程等因素對金屬橡膠隔振器阻尼性能影響的研究，研制了專用實驗裝置，提出了二維載荷作用時金屬橡膠構(gòu)件阻尼性能分析方法。研究了金屬橡膠構(gòu)件的各向異性，掌握了諸多影響因素對阻尼性能的影響；對航空發(fā)動機管路支承用金屬橡膠隔振器的設(shè)計和應(yīng)用進行了實驗研究。,

12、論文的研究得到了俄專家的指點和幫助,具有自動切斷功能的螺旋卷成型機,HIT-MRD-1型金屬橡膠減振墊（用于管路支承結(jié)構(gòu)的隔振，可支承管徑為632mm）,HIT-MRD-5型金屬橡膠隔振器（可承受空間載荷，用于儀表板的隔振）,HIT-MRD-6型金屬橡膠隔振器,已經(jīng)發(fā)表的學(xué)術(shù)論文：,敖宏瑞, 姜洪源, 王樹國等. 金屬橡膠彈性阻尼元件各向異性特性的研究. 材料工程. 2003 (已錄用) 敖宏瑞, 夏宇宏, 姜洪源. 二維載荷作用對金屬橡膠干摩擦阻尼性能的影響. 機械設(shè)計與制造. 2002, 5: 72-74 敖宏瑞, 姜洪源, 夏宇宏. 金屬橡膠阻尼元件減振性能的試驗研究. 機械工程師. 2

13、001, 2: 40-42 敖宏瑞, 姜洪源, 夏宇宏. 支承發(fā)動機管路用金屬橡膠阻尼器的隔振性能研究. 機械設(shè)計. 2003, 2 (已錄用) 姜洪源, 敖宏瑞, 夏宇宏. 金屬橡膠隔振器干摩擦阻尼特性的研究. 機械設(shè)計. 2002, 11: 17-19 姜洪源, 敖宏瑞, 夏宇宏. 試驗建模方法在金屬橡膠隔振系統(tǒng)分析中的應(yīng)用. 實驗力學(xué). 2002, 9: 363-368 姜洪源 敖宏瑞 夏宇宏. 金屬橡膠成型工藝研究及其應(yīng)用. 機械設(shè)計與制造. 2001, 2: 85-86 姜洪源, 敖宏瑞, 夏宇宏. 金屬橡膠隔振系統(tǒng)動態(tài)性能分析. 機械工程師. 2003, 2: 34-37,已申請的專利： 1發(fā)明專利 “金屬橡膠材料制備