彈性涂層顆粒阻尼器的耗能分析

1、    彈性涂層顆粒阻尼器的耗能分析    付立新 呂云飛 谷巍 王繼偉【摘 要】顆粒阻尼是通過(guò)將一些金屬或非金屬粒子放置于振動(dòng)結(jié)構(gòu)空腔或附加腔。當(dāng)機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)，顆粒之間以及顆粒與內(nèi)壁之間會(huì)產(chǎn)生摩擦和沖擊。同時(shí)保持動(dòng)量轉(zhuǎn)換、噪聲輻射和摩擦生熱，從而使系統(tǒng)的振動(dòng)能得以消耗，目的是減振降噪。顆粒阻尼具有耗能效果好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、易于實(shí)施及適合在惡劣環(huán)境下使用等優(yōu)點(diǎn)。由于粘彈性材料具有良好的耗能特性，故文章中提出了一種帶有粘彈性材料涂層的顆粒阻尼器?！娟P(guān)鍵詞】顆粒阻尼；粘彈性涂層；摩擦耗能顆粒阻尼器的工作原理是通過(guò)顆粒之間以及顆粒與容器壁之間的非彈性碰

2、撞和摩擦來(lái)消耗能量，為了增大顆粒阻尼器的阻尼效果即增加顆粒間碰撞和摩擦耗散能量。本文主要研究阻尼運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理，并詳細(xì)分析顆粒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量消耗過(guò)程。并分析在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中影響阻尼效果因素。從而提出利用載有粘性材料剛性球來(lái)代替普通鋼球提高阻尼效果！一、顆粒阻尼的摩擦耗能理論研究（一）顆粒阻尼的耗能機(jī)理顆粒阻尼的動(dòng)態(tài)特性可以用碰撞和摩擦耗能機(jī)理來(lái)解釋。其主要的工作原理就是通過(guò)顆粒和顆粒之間以及顆粒和特定容器之間的摩擦大大的降低系統(tǒng)能量。當(dāng)外界的激勵(lì)力不斷增加的時(shí)候，系統(tǒng)的震動(dòng)幅度就會(huì)相應(yīng)的增加。這時(shí)表面層顆粒克服了其最大靜摩擦力，于是這些顆粒在其初始位置附近做幅值很小的振動(dòng)。在這個(gè)時(shí)候顆粒的阻尼消耗主

3、要來(lái)源于顆粒不同層之間的摩擦。隨著外界激勵(lì)力幅值的不斷增加，那么在豎直方向上參與運(yùn)動(dòng)的顆粒就會(huì)不斷的增加，從而消耗的能量更大。當(dāng)激勵(lì)力幅值達(dá)到一定程度的時(shí)候，顆粒間振動(dòng)就會(huì)加強(qiáng)，碰撞幾率增大，而且這樣的碰撞過(guò)程也會(huì)變得更加激烈。由于顆粒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)不斷的將能量損失掉，那么帶有特殊材料的顆粒反彈速度不斷降低，也就產(chǎn)生阻尼，使能量逐漸降低這樣顆粒發(fā)生亂飛的概率就會(huì)逐漸的降低，同時(shí)顆粒之間的摩擦幾率也會(huì)相應(yīng)的增加。此時(shí)，主要通過(guò)阻尼器中顆粒之間的摩擦來(lái)耗散能量。（二）顆粒間的摩擦耗能分析根據(jù)阻尼運(yùn)動(dòng)耗能的基本原理可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)顆粒碰撞的過(guò)程中會(huì)消耗大量的動(dòng)能，而且顆粒振動(dòng)響應(yīng)就會(huì)變得越來(lái)越小，可近似

4、的表現(xiàn)為顆粒間在做摩擦運(yùn)動(dòng)，因此，顆粒阻尼器實(shí)際上主要通過(guò)摩擦進(jìn)行能量的損耗。阻尼器中的顆粒相對(duì)較多的時(shí)候，由于空間有限，所以顆粒的振動(dòng)幅度就會(huì)降低，此時(shí)顆粒之間的摩擦主要體現(xiàn)的就是不同顆粒層之間的摩擦。所以在本文的研究中主要就是通過(guò)建立相關(guān)的耗能模型，來(lái)不斷的研究顆粒之間的阻尼運(yùn)動(dòng)，同時(shí)對(duì)有無(wú)彈性涂層顆粒的阻尼效果進(jìn)行比較。當(dāng)顆粒相對(duì)較多的時(shí)候，利用經(jīng)典的粉體力學(xué)可以有效的將顆粒之間的相互作用進(jìn)行分析和研究。（三）不帶彈性涂層鋼球與帶彈性涂層鋼球摩擦耗能效果比較由于在上文中已經(jīng)建立了相關(guān)的顆粒阻尼模型，并分別推導(dǎo)出不帶彈性涂層鋼球與帶彈性涂層鋼球因摩擦而損耗的能量的計(jì)算公式。為了能夠更好的分

5、析阻尼器的阻尼效果，需要分別計(jì)算出二者的損耗能量，最后進(jìn)行對(duì)比。從圖1.1中可以看到?jīng)]有添加涂層的鋼球在不同添加率的時(shí)候損耗的能量相比于那些有涂層的鋼球摩擦損耗相對(duì)較少。從摩擦的角度看來(lái)，當(dāng)選擇粘彈性小球作為填充材料的時(shí)候由于其密度相對(duì)較小，所以其表面應(yīng)力就會(huì)相對(duì)的減小，這樣由于顆粒之間的摩擦而做的功就會(huì)降低，這樣耗損的能量就會(huì)降低。當(dāng)在這樣的鋼球上涂抹一定的剛性材料以后，不但可以有效的提高顆粒的重量，同時(shí)還可以保證顆粒豎直方向上的應(yīng)力，從而有效的提高了摩擦力，這樣由于摩擦而產(chǎn)生的損失就會(huì)更多，保證了耗能效率的增加。二、結(jié)論本文針對(duì)帶有彈性涂層顆粒的阻尼器，進(jìn)行了摩擦耗能分析研究。通過(guò)計(jì)算和仿

6、真分析可以總結(jié)出，帶有彈性涂層顆粒的阻尼器不但具有傳統(tǒng)性質(zhì)的阻尼器特征，同時(shí)還具有粘彈性材料所具有的高效阻尼特性，因此在進(jìn)行摩擦的過(guò)程中就會(huì)將更多的能量消耗掉，從而增強(qiáng)了阻尼效果?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1 王文婷. 帶彈性材料涂層的顆粒阻尼器的機(jī)理研究d. 東北大學(xué)，2014.2 李博. 基于接觸力學(xué)的顆粒阻尼器形狀及材料參數(shù)對(duì)耗能減振影響的研究d. 東北大學(xué)，2010.3 胡栗. 顆粒阻尼的機(jī)理與特性研究d. 華中科技大學(xué)，20084 王宏 ，郭彥林，任革學(xué). 索振動(dòng)控制及其工程應(yīng)用j. 工業(yè)建筑，2003，7：5456.5 m trigui，e foltête，n bouhaddi. prediction of the dynamic response of a plate treated by particle impact damperj. mechanical engineering science，2013，228（5）：799-814.智富時(shí)代2018年2期智富時(shí)代的其它文章淺析如何提高作業(yè)保油上產(chǎn)服務(wù)能力階級(jí)分