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航天器在运行过程中不可避免地存在着各种振动与冲击荷载,这对于机载设备和成员安全都是潜在的威胁。进行新型吸能材料的设计和研发以降低这些荷载对于航天器械的危害成为航天工程吸能减振的研究焦点之一。轻质多孔材料具有优异的吸能特性,粘弹性材料本身有着极佳的能量耗散性能,如何有效地结合二者的优势构造出节省空间且可复用,缓冲防振性能优良的材料,对于极端条件下的设备保护具有重要的实际指导意义。
本论文基于有限元模拟,建立了不同多孔材料/粘弹性材料的组合模型,讨论了孔隙形状、体积分数、材料参数比以及粘弹性耗散速率等对粘弹性/弹性一体化材料吸能特性的影响。本文的主要研究内容如下:
(1)研究了具有不同粘弹性夹杂的粘弹性/弹性吸能材料在面外正弦荷载与面内半正弦冲击荷载作用下的动力学响应;
建立了基本的粘弹性/弹性吸能结构模型,研究了具有不同微结构形状(方形和圆形)以及不同粘弹性材料体积分数和粘弹性衰减常数的粘弹性/弹性吸能材料对于不同荷载的动态响应特性,进行了材料振动衰减特性的结构及材料参数敏感性分析,澄清了粘弹性/弹性吸能结构受面外及面内冲击载荷作用时加速度以及能量衰减与粘弹性夹杂材料体积分数和粘弹性衰减常数之间的关系。研究结果表明粘弹性/弹性吸能材料的吸能性能主要取决于粘弹性夹杂的体积分数和衰减系数,而不敏感于夹杂的形状。
(2)研究了具有正弦周期微结构的粘弹性/弹性吸能材料在冲击荷载作用下的动态响应。
建立了正弦周期微结构粘弹性/弹性吸能材料模型,通过研究结构对典型冲击荷载的响应,得出了冲击荷载作用下结构响应随粘弹性瞬时剪切模量和粘弹性衰减常数变化的规律。研究表明粘弹性材料瞬时剪切模量较小时,结构会有较大的加速度响应和变形,且对粘弹性衰减常数不敏感;反之在瞬时剪切模量较大时,变形较小,不会放大加速度响应,且对粘弹性衰减常数敏感。因此对于正弦周期粘弹性/弹性吸能材料,应该选取瞬时剪切模量较大且粘弹性衰减较快的粘弹性填充材料以得到较好的防振缓冲效果。
本论文基于有限元模拟,建立了不同多孔材料/粘弹性材料的组合模型,讨论了孔隙形状、体积分数、材料参数比以及粘弹性耗散速率等对粘弹性/弹性一体化材料吸能特性的影响。本文的主要研究内容如下:
(1)研究了具有不同粘弹性夹杂的粘弹性/弹性吸能材料在面外正弦荷载与面内半正弦冲击荷载作用下的动力学响应;
建立了基本的粘弹性/弹性吸能结构模型,研究了具有不同微结构形状(方形和圆形)以及不同粘弹性材料体积分数和粘弹性衰减常数的粘弹性/弹性吸能材料对于不同荷载的动态响应特性,进行了材料振动衰减特性的结构及材料参数敏感性分析,澄清了粘弹性/弹性吸能结构受面外及面内冲击载荷作用时加速度以及能量衰减与粘弹性夹杂材料体积分数和粘弹性衰减常数之间的关系。研究结果表明粘弹性/弹性吸能材料的吸能性能主要取决于粘弹性夹杂的体积分数和衰减系数,而不敏感于夹杂的形状。
(2)研究了具有正弦周期微结构的粘弹性/弹性吸能材料在冲击荷载作用下的动态响应。
建立了正弦周期微结构粘弹性/弹性吸能材料模型,通过研究结构对典型冲击荷载的响应,得出了冲击荷载作用下结构响应随粘弹性瞬时剪切模量和粘弹性衰减常数变化的规律。研究表明粘弹性材料瞬时剪切模量较小时,结构会有较大的加速度响应和变形,且对粘弹性衰减常数不敏感;反之在瞬时剪切模量较大时,变形较小,不会放大加速度响应,且对粘弹性衰减常数敏感。因此对于正弦周期粘弹性/弹性吸能材料,应该选取瞬时剪切模量较大且粘弹性衰减较快的粘弹性填充材料以得到较好的防振缓冲效果。