多層阻尼復(fù)合板常溫貯存5年性能研究

（中國工程物理研究院總體工程研究所，綿陽 四川 621999）

多層阻尼復(fù)合板常溫貯存5年性能研究

胡盛勇，王國力，賴盛景，侯強(qiáng)，梁天錫

（中國工程物理研究院總體工程研究所，綿陽 四川 621999）

目的 分析多層阻尼復(fù)合板常溫貯存5年的性能變化。方法 對(duì)多層阻尼復(fù)合板進(jìn)行常溫下貯存5年的減振性能研究，通過貯存前后的正弦掃描試驗(yàn)和隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，獲得貯存前后多層阻尼復(fù)合板的減振性能和模態(tài)變化，進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果 阻尼復(fù)合板常溫貯存5年后，徑向模態(tài)有較大的下降，法向模態(tài)變化較少，組件上的加速度響應(yīng)基本無變化。結(jié)論 該多層阻尼復(fù)合板常溫貯存5年后仍然滿足要求。

多層阻尼復(fù)合板；貯存；正弦掃描試驗(yàn)；隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)

飛行器在飛行過程中，振動(dòng)環(huán)境是最常見的環(huán)境條件，工程設(shè)計(jì)中減振設(shè)計(jì)是有效手段，前期研制了一種具有優(yōu)良減振功能的多層阻尼復(fù)合板，為內(nèi)部搭載的電子測(cè)試設(shè)備提供一個(gè)良好的環(huán)境。

在復(fù)合板研究方面，王宏偉[1]從理論上系統(tǒng)分析了阻尼層厚度、溫度和頻率對(duì)彈性-粘彈性復(fù)合板的模態(tài)密度的影響。陳加云[2]實(shí)驗(yàn)研究了不同的厚度比、溫度及不同阻尼層材料對(duì)復(fù)合板動(dòng)力學(xué)性能的影響。堵永國等[3]研究發(fā)現(xiàn)溫度和阻尼層厚度等對(duì)阻尼板損耗因子有較大影響。鄧年春等[4]提出了一種基于虛功原理的建立約束阻尼板結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型的方法，描述粘彈性材料隨頻率變化的特性。張春延等[5]研究了鋪設(shè)阻尼層對(duì)泡沫鋁芯三明治板的隔聲量的影響。秦惠增等[6]建立了具有等厚SMA 層的夾層矩形薄板的橫向振動(dòng)方程，通過數(shù)值分析了夾層板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性和阻尼特性。施磊[7]計(jì)算多孔阻尼層的等效彈性張量，并建立了均勻化的約束層阻尼板有限元模型，計(jì)算了多孔阻尼復(fù)合板的損耗因子。陳亞[8]推導(dǎo)了各向同性約束阻尼板的動(dòng)力學(xué)控制方程。鄭輝等[9]給出了適合于任意層彈性-粘彈性阻尼復(fù)合板傳聲損失計(jì)算的傳遞矩陣法，并應(yīng)用該矩陣對(duì)阻尼復(fù)合板的分艙材料的參數(shù)配置對(duì)隔聲吻合頻率及吻合頻率處傳聲損失的影響規(guī)律。

在貯存試驗(yàn)研究方面，自然貯存和加速試驗(yàn)均開展了不同的研究工作。翁正等[10—11]對(duì)長期貯存中的氣密封方式進(jìn)行了深入研究?？渍寂d[12]分析了長期自然貯存評(píng)估和加速壽命試驗(yàn)評(píng)估兩種評(píng)估方法的現(xiàn)狀，研究了自然貯存試驗(yàn)轉(zhuǎn)化為類比法試驗(yàn)評(píng)估方法。李坤蘭[13]對(duì)14個(gè)型號(hào)電容器分別在寒溫、亞濕熱-入?？?、亞濕熱-內(nèi)陸、熱帶海洋四地開展150個(gè)月的貯存試驗(yàn)。解紅雨等[14]對(duì)某隨彈貯存8年的硅橡膠密封材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試和加速試驗(yàn)研究，獲得了25 ℃下硅橡膠密封材料8年貯存后可繼續(xù)貯存壽命大于5年的結(jié)論。牛越聽等[15]采用極小估計(jì)擬合的方式，得到控制艙貯存可靠性分布函數(shù)，分析得到控制艙的自然貯存壽命為15.78年。林總君等[16]對(duì)硅橡膠P6144密封圈進(jìn)行加速老化試驗(yàn)，預(yù)測(cè)了25，35，45，55，65，75 ℃溫度條件下硅橡膠P6144密封材料的貯存壽命。馬同玲等[17]利用自然貯存數(shù)據(jù)對(duì)加速老化試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，然后利用加速老化試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)出 C402氟硅橡膠制品的貯存壽命為 15年。陳津虎等[18]對(duì)某型硅橡膠減振器進(jìn)行加速老化試驗(yàn)，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)估減振器的貯存壽命。徐靜等[19]采用恒定溫度應(yīng)力加速貯存試驗(yàn)方式，對(duì)膜片組件進(jìn)行加速試驗(yàn)，獲得了膜片組件的貯存壽命。

文中針對(duì)一種多層阻尼復(fù)合板，進(jìn)行常溫貯存試驗(yàn)研究，在貯存初始和第5年進(jìn)行試驗(yàn)研究，通過前后試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，分析多層阻尼復(fù)合板常溫貯存5年的性能變化。

1 阻尼復(fù)合板組成及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 阻尼復(fù)合板組成

多層阻尼復(fù)合板由多層金屬面板、阻尼層和芯層粘接而成，如圖1所示。多層阻尼復(fù)合板一共有三層，三層面板均為鋁材料，面板2和面板3厚度為1 mm，面板1為2 mm，阻尼層為橡膠層，芯層為發(fā)泡而成的聚氨酯泡沫，五層通過粘膠粘接形成阻尼復(fù)合板，總板厚13 mm，螺紋結(jié)構(gòu)預(yù)埋在復(fù)合板中。

阻尼復(fù)合板與其他產(chǎn)品通過螺釘連接，為產(chǎn)品提供支承、減振的作用。由于阻尼復(fù)合板由多層結(jié)構(gòu)粘接而成，同時(shí)阻尼復(fù)合板含有橡膠材料和聚氨酯泡沫芯層，因此在長期貯存環(huán)境下可能有脫膠、脫層現(xiàn)象，從而導(dǎo)致支撐、減振功能下降，工程要求為：

圖1 多層阻尼復(fù)合板組成

1）長期貯存后其模態(tài)頻率不低于初始的70%，即為保證支撐功能，其剛度不要有明顯下降，從結(jié)構(gòu)分析為不要有較多的脫膠、脫層情況。

2）減振功能要求為在相同的輸入條件下，經(jīng)歷長期貯存后的阻尼復(fù)合板安裝組件上，測(cè)量的加速度響應(yīng)比初始加速度響應(yīng)增大不超過50%，即阻尼復(fù)合板經(jīng)過長期貯存后，橡膠、聚氨酯泡沫等材料的老化性能不會(huì)明顯下降。

1.2 貯存性能試驗(yàn)設(shè)計(jì)

利用三件阻尼復(fù)合板進(jìn)行貯存性能變化研究，對(duì)復(fù)合阻尼板上安裝組件狀態(tài)（如圖2所示）進(jìn)行常溫貯存。在貯存初始和貯存一定年限后，分別對(duì)三塊阻尼復(fù)合板進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試，主要包括正弦掃描試驗(yàn)和低量級(jí)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)。分別獲取阻尼復(fù)合板貯存一定年限后的模態(tài)和安裝組件上的加速度響應(yīng)，通過對(duì)比貯存初始的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)阻尼復(fù)合板的常溫貯存性能變化進(jìn)行研究。

圖2 多層阻尼復(fù)合板貯存狀態(tài)

根據(jù)測(cè)試需要，分別在多層阻尼復(fù)合板和板上組件上布置加速度傳感器測(cè)點(diǎn)，通過阻尼復(fù)合板上加速度傳感器測(cè)量結(jié)果獲取阻尼復(fù)合板的模態(tài)，通過組件上的加速度響應(yīng)分析在相同輸入條件下的阻尼復(fù)合板的減振性能，共設(shè)置5個(gè)加速度測(cè)點(diǎn)，位置如圖2所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果

在阻尼復(fù)合板貯存前和貯存第 5年分別對(duì)三塊復(fù)合阻尼板先進(jìn)行檢查，均發(fā)現(xiàn)無脫膠、毛邊等現(xiàn)象，然后進(jìn)行正弦掃描測(cè)試和隨機(jī)低量級(jí)振動(dòng)試驗(yàn)。

2.1 正弦掃描試驗(yàn)結(jié)果。

分別進(jìn)行了x向和y向的正弦掃描試驗(yàn)，x向正弦掃描試驗(yàn)阻尼復(fù)合板上加速度測(cè)量結(jié)果見表 1，y向正弦掃描試驗(yàn)阻尼復(fù)合板上加速度測(cè)量結(jié)果見表2。從表1 和表2的數(shù)據(jù)分析可以看出，經(jīng)過5年常溫貯存，三件阻尼復(fù)合板x向上的一階諧振頻率從128～134 Hz下降至115～123 Hz，三件阻尼復(fù)合板y向上的一階諧振頻率從 795～805 Hz下降至 691～720 Hz，但兩個(gè)方向的模態(tài)變化率（貯存后模態(tài)頻率與初始模態(tài)頻率之比）都存在不同程度的下降。從模態(tài)變化率上看，模態(tài)均下降至初始模態(tài)的90%左右，下降比較明顯，且y向模態(tài)變化要比x向變化大一些，說明阻尼復(fù)合板的剛度有一定程度的下降。由于多層阻尼復(fù)合板的各層由膠粘接而成，經(jīng)過5年貯存后，可能是粘接質(zhì)量下降導(dǎo)致了復(fù)合板剛度下降。雖然模態(tài)有一定程度下降，但模態(tài)變化率仍然大于0.80，復(fù)合阻尼板仍然滿足模態(tài)指標(biāo)要求。

表1x向正弦掃描試驗(yàn)阻尼復(fù)合板測(cè)點(diǎn)測(cè)量結(jié)果

表2y向正弦掃描試驗(yàn)阻尼復(fù)合板測(cè)點(diǎn)測(cè)量結(jié)果

2.2 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果

分別進(jìn)行了x向和y向隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，阻尼復(fù)合板安裝組件上的加速度響應(yīng)總均方根值測(cè)量結(jié)果見表3。從整體加速度響應(yīng)分析，在采用相同的實(shí)驗(yàn)條件下，常溫貯存5年后，組件上（測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2和測(cè)點(diǎn)3）的加速度響應(yīng)與初始相比變化不明顯（不超過1g）。說明經(jīng)過5年的常溫貯存后，加速度響應(yīng)變化不大，從加速度增大百分比（貯存后加速度響應(yīng)與初始加速度之比）看，加速度增大百分比在 0.916～1.114之間，說明貯存5年后，其加速度響應(yīng)增大最大不超過 12%，滿足設(shè)計(jì)的減振要求。說明經(jīng)過 5年常溫貯存后，阻尼復(fù)合板的減振性能變化不大，仍然滿足要求。

表3 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)組件上測(cè)點(diǎn)測(cè)量結(jié)果

3 結(jié)論

多層阻尼復(fù)合板以安裝組件形式進(jìn)行常溫貯存，分別在初始和第 5年進(jìn)行正弦掃描試驗(yàn)和隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，獲得阻尼復(fù)合板的一階諧振頻率和幅值以及安裝組件上的加速度響應(yīng)，通過對(duì)比分析，多層阻尼復(fù)合板的粘接質(zhì)量可能存在下降現(xiàn)象，但經(jīng)過5年常溫貯存，多層阻尼復(fù)合板仍滿足支承、減振作用。

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Performances of Multilayered Damping Composite Panels within Five Years of Storage

HU Sheng-yong,WANG Guo-li,LAI Sheng-jing,HOU Qiang,LIANG Tian-xi
(Institute of Systems Engineering, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621999, China)

Objective To analyze the performance change of multilayered damping composite panels after five years of storage. Method The vibration attenuation performance of multilayered damping composite panels was researched after five years of storage at normal atmospheric temperature. Vibration attenuation performance and modality variation of multilayered damping composite panels before and after storage were obtained according to sine scanning test and random vibration before and after storage to carry out contrastive analysis. Results After five years of storage, radial modality of panels declined obviously. The normal modality had little change. The acceleration response on subassemblies had no change. Conclusion Multilayered damping composite panels also meet the performance requests after five years of storage.

multilayered damping composite panels; storage; sine scanning test; random vibration test

10.7643/ issn.1672-9242.2017.01.004

TJ07；TH131

A

1672-9242(2017)01-0014-04

2016-07-22；

2016-08-20

中國工程物理研究院科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金資助項(xiàng)目（2014B0203023）

胡盛勇（1982—），男，四川廣安人，博士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)闇p振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方向。