约束阻尼板结构模态实验及阻尼特性研究

1、项目背景与需求

        约束阻尼结构可在较宽的频带范围内抑制结构振动，已在机械和交通等领域得到广泛应用。采用多输入多输出（MIMO）的锤击法，对一种约束阻尼板进行模态实验，通过参数识别得到其固有频率、振型及模态阻尼。通过模态实验和有限元结果的相互对比，验证模态测试结果的可靠性。在此基础上，对敷设黏弹性阻尼的悬臂板结构进行阻尼特性研究，讨论材料参数和结构参数对模态阻尼的影响，可为结构的减振降噪及优化设计提供依据。

2.、项目难点与分析

        (1) 由于黏弹性结构振动方程的求解涉及复数域内的高阶非线性方程组问题，因此对复杂阻尼结构的计算与优化还存在很多难点。

        (2) 平板结构边界自由状态模拟。

3、难点解决方案

        (1)  运用DASP-MAS模态软件进行模态实验研究，通过参数识别得到其固有频率、振型及模态阻尼，同时进行有限元仿真验证，得到被测结构的模态参数。

        (2)  实验模型用细长钢丝绳悬空吊挂在固定台架上模拟自由边界，测试结构和测试系统组成如图1和图2所示。

图1 测试结构 图2 测试系统组成

4、使用的仪器

        INV 3062C多通道数据采集仪，图3所示。

        激励力锤，图4所示。

        加速度传感器，图5所示。

图3 INV3062C多通道数据采集仪                                                                               图4 力锤                                            图5 加速度传感器

5、结果

        (1) 自由边界条件下约束阻尼板的实验和仿真计算结果对比，如表1和图6所示：

表1 实测结果和仿真结果对比

图6 实验和仿真对比阵型

        (2)  材料损耗因子相同，模态阻尼比的大小随阶数升高并无明确规律。而阻尼材料的损耗因子增大，结构的各阶模态阻尼比均增大，结果如图7所示。

图7 模态阶数和模态阻尼比关系

        (3) 由于金属材料的损耗因子相对阻尼层很小，随着基层厚度h1的增加，阻尼层占板结构的厚度比减小，因此各阶模态阻尼比均减小。但约束层的厚度h2增加，结构的前3阶模态阻尼比反而变大，表明阻尼层的厚度占比并非越大效果越好。结果如图8所示。

图8 金属层厚度对模态阻尼比的影响

        (4)  除了前2阶模态阻尼比外，金属层选用铝板时结构的各阶模态阻尼比均大于钢板。所以相比于钢板，金属层为铝材料时，减振效果会更好。结果如图9所示。

图9 金属层材料对模态阻尼比的影响

参考文献：王金朝,王志强,徐宁,等.约束阻尼板结构模态实验及阻尼特性研究[J].噪声与振动控制.2018.38(6):205-208