[發(fā)明專利]一種澆注型主動約束阻尼結(jié)構(gòu)的制備及阻尼增強(qiáng)方法

在審

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• 申請日: 2015-06-04
• 公開（公告）號: CN105041963A
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 樊寧波;任偉偉;李宏偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所
• 主分類號: F16F15/18
• 分類號: F16F15/18
• 代理公司: 洛陽市凱旋專利事務(wù)所 41112
• 代理人: 符繼超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料減振技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種澆注型主動約束阻尼結(jié)構(gòu)的制備及阻尼增強(qiáng)方法。

背景技術(shù)

典型的主動約束阻尼結(jié)構(gòu)自上而下分為三層，上層為約束層，中層為粘彈性層，下層為被控層，主動約束層阻尼結(jié)構(gòu)能有效控制中低頻的振動幅度，增加粘彈性層的剪切應(yīng)變，從而增加其耗能能力。

Baz在粘彈性層和被控層之間添加了一層壓電材料作為傳感層，利用逆壓電效應(yīng)，測量出結(jié)構(gòu)振動時的電壓、電量、電流，經(jīng)放大反饋后來驅(qū)動約束層，從而使約束層同時具有傳感能力和作動能力，但忽略了傳感層的物理和幾何影響。

現(xiàn)有的主動約束層阻尼結(jié)構(gòu)主要存在以下問題：

1、主動約束層阻尼結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)定性差，所對應(yīng)的控制策略復(fù)雜；

2、約束層、粘彈性層和被控層需要多次粘接，工作量大，粘接效果直接影響減振效果。

基于澆注而制備的主動約束層阻尼結(jié)構(gòu)及減振測控方法還未見到相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種澆注型主動約束阻尼結(jié)構(gòu)的制備及阻尼增強(qiáng)方法，制備時利用改性環(huán)氧樹脂作為阻尼層將作動材料層和傳感材料層澆注為一體，僅需簡單的控制系統(tǒng)即可實現(xiàn)主動約束阻尼結(jié)構(gòu)的阻尼增強(qiáng)，大大降低了控制系統(tǒng)難度，提高了澆注型主動約束阻尼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高了減振效果，減小了工作量。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種澆注型主動約束阻尼結(jié)構(gòu)的制備及阻尼增強(qiáng)方法，主動約束阻尼結(jié)構(gòu)包括作動材料層、阻尼材料層、傳感材料層和被控材料層，阻尼材料層通過U形模具使作動材料層、傳感材料層被澆注為一體，再通過粘接被控材料層而制備出主動約束阻尼結(jié)構(gòu)，阻尼材料層采用的材料是改性環(huán)氧樹脂，被控材料層采用的材料是金屬，設(shè)定U形模具的內(nèi)寬為K、內(nèi)高為G、內(nèi)厚為H，K≤G，K＞H；在控制模塊、示波器及放大器的作用下實現(xiàn)主動約束阻尼結(jié)構(gòu)的阻尼增強(qiáng)，控制模塊能實現(xiàn)振動信號的幅值及相位調(diào)節(jié)，示波器可以通過傳感材料層來監(jiān)控被控材料層的阻尼增強(qiáng)效果，放大器的電壓放大倍數(shù)必須大于100，則本發(fā)明的特征如下：

作動材料層和傳感材料層均采用鋯鈦酸鉛壓電陶瓷片，要求鋯鈦酸鉛壓電陶瓷片的壓電應(yīng)變常需控制在150~3001pC/N，鋯鈦酸鉛壓電陶瓷片的寬度控制在{K-2h₁}mm、高度控制在{G-2h₁}mm、厚度控制在h₂mm，其中h₁是邊距且h₁小于小于H，h₂＜h₁；

所述改性環(huán)氧樹脂是環(huán)氧樹脂與促進(jìn)劑的混合物，該混合物按重量份的配比是：環(huán)氧樹脂:促進(jìn)劑=2:1，促進(jìn)劑是2,4,6-三苯粉；

將作動材料層、傳感材料層對稱粘貼在U形模具內(nèi)的兩端面上，作動材料層、傳感材料層分別相對U形模具的左右兩側(cè)及底側(cè)之間距均為h₁，將所述改性環(huán)氧樹脂從作動材料層和傳感材料層的中間緩慢澆注到U形模具內(nèi)，直至所述改性環(huán)氧樹脂完全浸滿作動材料層和傳感材料層并澆注到U形模具的上端，將澆注后的U形模具在室溫條件下固化24~48小時后再放入恒溫箱內(nèi)，恒溫箱在60℃時固化24小時后再脫模，脫模后在傳感材料層上均勻涂刷粘結(jié)劑并粘貼被控材料層，粘貼牢固后即可制備出主動約束阻尼結(jié)構(gòu)；

在傳感材料層上分別聯(lián)接控制模塊、示波器，控制模塊與放大器聯(lián)接，放大器再聯(lián)接到作動材料層上，當(dāng)被控材料層呈壓縮狀態(tài)時，傳感材料層將采集到的壓縮信號反饋到控制模塊，控制模塊的反相電路將其反相轉(zhuǎn)換為拉伸信號，通過放大器放大后激勵作動材料層并使作動材料層實現(xiàn)拉伸變形，作動材料層的拉伸變形和被控材料層的壓縮變形同時作用在阻尼材料層的上、下兩面，使阻尼材料層產(chǎn)生更大的剪切變形量，該剪切變形量能進(jìn)一步提高阻尼材料層的能量損耗并增強(qiáng)阻尼效果；

當(dāng)被控材料層呈拉伸狀態(tài)時，作動材料層一方面起到了被動約束的作用，同時又能進(jìn)一步增大阻尼材料的剪切變形量，該剪切變形量能進(jìn)一步提高阻尼材料層的能量損耗并增強(qiáng)阻尼效果。

由于采用如上所述技術(shù)方案，本發(fā)明產(chǎn)生如下積極效果：

1、傳感材料層內(nèi)嵌在阻尼材料中，既可以采集信號，又可以監(jiān)控阻尼增強(qiáng)效果，簡化了控制系統(tǒng)。

2、傳感材料層和作動材料層與阻尼材料層澆注為一體，三者的振動相位是相同的，在被粘貼在被控材料層并實施阻尼增強(qiáng)時，控制模塊僅需通過對信號的相位和幅值進(jìn)行簡單的調(diào)節(jié)就可以獲得明顯的減振效果，大大降低了控制系統(tǒng)難度，提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。