[發明專利]一種主動溫控變阻尼夾層結構及變阻尼控制方法

在審

• 申請號: 201711450785.2
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108162509A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 梅志遠;高海昌;楊國威;李華東;陳國濤
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: B32B7/12
• 分類號: B32B7/12;B32B27/06;B32B15/18;B32B15/08;B32B7/02;G05D23/20
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發明公開了一種主動溫控變阻尼夾層結構及變阻尼控制方法，所述結構包括夾層結構和主動溫控系統；所述夾層結構包括上下表層材料和芯材，所述芯材為高分子材料；所述主動溫控系統包括加熱設備、溫度傳感器、數據采集與控制模塊以及連接網絡，加熱設備和溫度傳感器通過連接網絡與數據采集與控制模塊連接；所述加熱設備與夾層結構的芯材緊貼，用于給芯材加熱；所述溫度傳感器布置在芯材上，用于將芯材的溫度傳遞給數據采集與控制模塊。該夾層結構通過主動升溫控制高分子材料的溫度位于Tg附近的一個溫度區間內，使其提高了夾層結構的損耗因子，進而提高了夾層結構的阻尼系數，并同時保證了夾層結構的剛度要求。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種主動溫控變阻尼夾層結構及變阻尼控制方法。

背景技術

對于結構的減振降噪而言，傳統的解決方案是外敷具有較大結構阻尼的阻尼材料來增強結構的減振降噪性。但是這種外敷的阻尼材料不能為結構提供強度剛度，因此在應用上受到很多限制。而在結構上廣泛應用的夾層結構更多的是一種結構型復合材料，并未考慮減振降噪的功能。為此設想將高分子材料與夾層結構結合起來，使之既具有滿足結構要求的強度剛度，同時具有較好的減振降噪性。但是這種夾層為高分子材料的結構形式存在以下缺點：

(1)夾層結構使用溫度的寬域和高分子材料的高損耗因子的窄帶特性存在著矛盾。夾層結構的適用環境是多樣的，且其外界溫度是多變的，而保持高分子材料處于高損耗因子時的溫度是在其玻璃態轉變溫度Tg附近的一個較小范圍內。正常使用環境下難以發揮出高分子材料的高阻尼特性。

(2)結構的阻尼和剛度存在著矛盾。為了發揮高分子聚合物的性能，需要升高高分子材料的溫度。高分子材料隨著溫度的升高，其損耗因子不斷增加，結構的阻尼將會增加；但隨著溫度增加，高分子材料的楊氏模量不斷減小，將會導致結構的剛度減小，結構的剛度和阻尼不能同時取得最大值。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種主動溫控變阻尼夾層結構及變阻尼控制方法，該夾層結構通過主動升溫控制高分子材料的溫度位于Tg附近的一個溫度區間內，使其提高了夾層結構的損耗因子，進而提高了夾層結構的阻尼系數，并同時保證了夾層結構的剛度要求。

本發明充分利用了高分子聚合物材料的Tg左側窄帶特性，并綜合考慮了夾層結構彎曲剛度與芯材模量的非線性相關性，通過主動溫控裝置將夾層結構的溫度始終控制在位于Tg左側附近的一個溫度區間內，這樣既提高了夾層結構的減阻降噪性能，又滿足了剛度要求。

為此，本發明采用了以下技術方案：

一種主動溫控變阻尼夾層結構，包括夾層結構和主動溫控系統，所述夾層結構包括上下表層材料和芯材，所述芯材為高分子材料；所述主動溫控系統包括加熱設備、溫度傳感器、數據采集與控制模塊以及連接網絡，加熱設備和溫度傳感器通過連接網絡與數據采集與控制模塊連接；所述加熱設備與夾層結構的芯材緊貼，用于給芯材加熱；所述溫度傳感器布置在芯材上，用于將芯材的溫度傳遞給數據采集與控制模塊。

進一步地，所述夾層結構的上下表層材料為鋼材或復合材料層合板，芯材為具有粘彈特性的高分子材料，包括聚氨酯、浮力材料等。

進一步地，所述芯材的損耗因子和彈性模量均隨溫度變化而變化。

進一步地，所述芯材存在一個玻璃態轉變溫度Tg，所述夾層結構的工作溫度必須低于Tg；在溫度達到Tg前，所述芯材的損耗因子隨溫度增加而增加，并在溫度到達Tg處時達到最大值；所述夾層結構滿足一定的溫度控制要求，該控制溫度位于工作溫度與Tg之間的溫度區間。

進一步地，所述芯材的彈性模量隨溫度增加而下降，存在一個滿足結構臨界彎曲剛度條件要求的剛度要求溫度；所述夾層結構的控制溫度低于該剛度要求溫度。

作為一種優選方式，所述夾層結構的上下表層材料采用膠粘劑粘貼在所述芯材的外表面；所述加熱設備采用膠粘劑粘貼在所述芯材的內表面。