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金属材料阻尼测试研究

姚千斌  
【摘要】:材料阻尼是最基本的阻尼形式。由于材料阻尼的影响因素较多,难以建立准确完备的参数表达式来计算出材料阻尼,工程实际中为确定材料的阻尼,通常是针对由该材料制成的标准试件,通过振动响应的测试,在振动理论的指导下,经过数据处理分析来识别出阻尼。材料阻尼的测试对建立精确的结构动力学模型、结构动态稳定性分析、响应预测、新型材料研发等都具有十分重要的意义。 材料阻尼需通过测试标准试件的阻尼振动响应来获得,该问题属于振动系统的参数识别范畴。与模态频率、模态质量等参数相比,材料阻尼的测试精度低、重复性差,已成为制约与阻尼相关的各类振动问题的瓶颈。因而研究出识别精度高、稳定性好的阻尼识别方法,具有十分重要的学术价值和工程意义,这也是本文的研究目的。 本文采用实验测试与数值分析相结合的方法,主要在振动响应的数据处理范畴分析对比了各种阻尼识别方法并进行了一定的改进工作。以常用的LY-12和Ti6-4两种合金为受测对象,研究了这两种金属在两种阻尼模型下的材料阻尼特性及阻尼识别方法,阻尼模型分别为线性粘性阻尼模型和一种具有频率—振幅双重依赖型的阻尼模型。 在线性粘性阻尼模型下,分别研究了三类识别方法:频域法、时域法和小波变换法在阻尼识别中的应用。在阻尼识别的频域法中,比较研究了半功率带宽法、频率细化法和功率谱校正法在不同情况下的阻尼识别精度,并通过实测响应数据识别出了两种金属在室温和空气条件下的材料阻尼。对比研究了阻尼识别时域法中的对数衰减率法、Hilbert变换法和STD法,同时分析了噪声和采样频率对小波变换法的阻尼识别精度的影响,针对分析区间改进了小波变换法,并采用改进后的方法实测了LY-12和Ti6-4金属材料的阻尼。 在频率—振幅双重依赖型阻尼模型下,采用共振驻留法测试了两种金属的材料阻尼,由实验结果验证了这两种金属的材料阻尼的非线性特征。最后分析比较了不同方法的实测结果。 本文研究的材料阻尼测试方法和阻尼参数识别方法也可以应用于其它工程材料的阻尼测试。


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