多層阻尼復合板常溫貯存5年性能研究

（中國工程物理研究院總體工程研究所，綿陽 四川 621999）

多層阻尼復合板常溫貯存5年性能研究

胡盛勇，王國力，賴盛景，侯強，梁天錫

（中國工程物理研究院總體工程研究所，綿陽 四川 621999）

目的 分析多層阻尼復合板常溫貯存5年的性能變化。方法 對多層阻尼復合板進行常溫下貯存5年的減振性能研究，通過貯存前后的正弦掃描試驗和隨機振動試驗，獲得貯存前后多層阻尼復合板的減振性能和模態變化，進行對比分析。結果 阻尼復合板常溫貯存5年后，徑向模態有較大的下降，法向模態變化較少，組件上的加速度響應基本無變化。結論 該多層阻尼復合板常溫貯存5年后仍然滿足要求。

多層阻尼復合板；貯存；正弦掃描試驗；隨機振動試驗

飛行器在飛行過程中，振動環境是最常見的環境條件，工程設計中減振設計是有效手段，前期研制了一種具有優良減振功能的多層阻尼復合板，為內部搭載的電子測試設備提供一個良好的環境。

在復合板研究方面，王宏偉[1]從理論上系統分析了阻尼層厚度、溫度和頻率對彈性-粘彈性復合板的模態密度的影響。陳加云[2]實驗研究了不同的厚度比、溫度及不同阻尼層材料對復合板動力學性能的影響。堵永國等[3]研究發現溫度和阻尼層厚度等對阻尼板損耗因子有較大影響。鄧年春等[4]提出了一種基于虛功原理的建立約束阻尼板結構動力學模型的方法，描述粘彈性材料隨頻率變化的特性。張春延等[5]研究了鋪設阻尼層對泡沫鋁芯三明治板的隔聲量的影響。秦惠增等[6]建立了具有等厚SMA 層的夾層矩形薄板的橫向振動方程，通過數值分析了夾層板結構的穩態響應特性和阻尼特性。施磊[7]計算多孔阻尼層的等效彈性張量，并建立了均勻化的約束層阻尼板有限元模型，計算了多孔阻尼復合板的損耗因子。陳亞[8]推導了各向同性約束阻尼板的動力學控制方程。鄭輝等[9]給出了適合于任意層彈性-粘彈性阻尼復合板傳聲損失計算的傳遞矩陣法，并應用該矩陣對阻尼復合板的分艙材料的參數配置對隔聲吻合頻率及吻合頻率處傳聲損失的影響規律。

在貯存試驗研究方面，自然貯存和加速試驗均開展了不同的研究工作。翁正等[10—11]對長期貯存中的氣密封方式進行了深入研究。孔占興[12]分析了長期自然貯存評估和加速壽命試驗評估兩種評估方法的現狀，研究了自然貯存試驗轉化為類比法試驗評估方法。李坤蘭[13]對14個型號電容器分別在寒溫、亞濕熱-入海口、亞濕熱-內陸、熱帶海洋四地開展150個月的貯存試驗。解紅雨等[14]對某隨彈貯存8年的硅橡膠密封材料進行力學性能測試和加速試驗研究，獲得了25 ℃下硅橡膠密封材料8年貯存后可繼續貯存壽命大于5年的結論。牛越聽等[15]采用極小估計擬合的方式，得到控制艙貯存可靠性分布函數，分析得到控制艙的自然貯存壽命為15.78年。林總君等[16]對硅橡膠P6144密封圈進行加速老化試驗，預測了25，35，45，55，65，75 ℃溫度條件下硅橡膠P6144密封材料的貯存壽命。馬同玲等[17]利用自然貯存數據對加速老化試驗數據進行檢驗，然后利用加速老化試驗中的數據，預測出 C402氟硅橡膠制品的貯存壽命為 15年。陳津虎等[18]對某型硅橡膠減振器進行加速老化試驗，通過試驗數據評估減振器的貯存壽命。徐靜等[19]采用恒定溫度應力加速貯存試驗方式，對膜片組件進行加速試驗，獲得了膜片組件的貯存壽命。

文中針對一種多層阻尼復合板，進行常溫貯存試驗研究，在貯存初始和第5年進行試驗研究，通過前后試驗數據對比，分析多層阻尼復合板常溫貯存5年的性能變化。

1 阻尼復合板組成及試驗設計

1.1 阻尼復合板組成

多層阻尼復合板由多層金屬面板、阻尼層和芯層粘接而成，如圖1所示。多層阻尼復合板一共有三層，三層面板均為鋁材料，面板2和面板3厚度為1 mm，面板1為2 mm，阻尼層為橡膠層，芯層為發泡而成的聚氨酯泡沫，五層通過粘膠粘接形成阻尼復合板，總板厚13 mm，螺紋結構預埋在復合板中。

阻尼復合板與其他產品通過螺釘連接，為產品提供支承、減振的作用。由于阻尼復合板由多層結構粘接而成，同時阻尼復合板含有橡膠材料和聚氨酯泡沫芯層，因此在長期貯存環境下可能有脫膠、脫層現象，從而導致支撐、減振功能下降，工程要求為：

圖1 多層阻尼復合板組成

1）長期貯存后其模態頻率不低于初始的70%，即為保證支撐功能，其剛度不要有明顯下降，從結構分析為不要有較多的脫膠、脫層情況。

2）減振功能要求為在相同的輸入條件下，經歷長期貯存后的阻尼復合板安裝組件上，測量的加速度響應比初始加速度響應增大不超過50%，即阻尼復合板經過長期貯存后，橡膠、聚氨酯泡沫等材料的老化性能不會明顯下降。

1.2 貯存性能試驗設計

利用三件阻尼復合板進行貯存性能變化研究，對復合阻尼板上安裝組件狀態（如圖2所示）進行常溫貯存。在貯存初始和貯存一定年限后，分別對三塊阻尼復合板進行動態力學性能測試，主要包括正弦掃描試驗和低量級隨機振動試驗。分別獲取阻尼復合板貯存一定年限后的模態和安裝組件上的加速度響應，通過對比貯存初始的試驗結果，對阻尼復合板的常溫貯存性能變化進行研究。

圖2 多層阻尼復合板貯存狀態

根據測試需要，分別在多層阻尼復合板和板上組件上布置加速度傳感器測點，通過阻尼復合板上加速度傳感器測量結果獲取阻尼復合板的模態，通過組件上的加速度響應分析在相同輸入條件下的阻尼復合板的減振性能，共設置5個加速度測點，位置如圖2所示。

2 試驗結果

在阻尼復合板貯存前和貯存第 5年分別對三塊復合阻尼板先進行檢查，均發現無脫膠、毛邊等現象，然后進行正弦掃描測試和隨機低量級振動試驗。

2.1 正弦掃描試驗結果。

分別進行了x向和y向的正弦掃描試驗，x向正弦掃描試驗阻尼復合板上加速度測量結果見表 1，y向正弦掃描試驗阻尼復合板上加速度測量結果見表2。從表1 和表2的數據分析可以看出，經過5年常溫貯存，三件阻尼復合板x向上的一階諧振頻率從128～134 Hz下降至115～123 Hz，三件阻尼復合板y向上的一階諧振頻率從 795～805 Hz下降至 691～720 Hz，但兩個方向的模態變化率（貯存后模態頻率與初始模態頻率之比）都存在不同程度的下降。從模態變化率上看，模態均下降至初始模態的90%左右，下降比較明顯，且y向模態變化要比x向變化大一些，說明阻尼復合板的剛度有一定程度的下降。由于多層阻尼復合板的各層由膠粘接而成，經過5年貯存后，可能是粘接質量下降導致了復合板剛度下降。雖然模態有一定程度下降，但模態變化率仍然大于0.80，復合阻尼板仍然滿足模態指標要求。

表1x向正弦掃描試驗阻尼復合板測點測量結果

表2y向正弦掃描試驗阻尼復合板測點測量結果

2.2 隨機振動試驗結果

分別進行了x向和y向隨機振動試驗，阻尼復合板安裝組件上的加速度響應總均方根值測量結果見表3。從整體加速度響應分析，在采用相同的實驗條件下，常溫貯存5年后，組件上（測點1、測點2和測點3）的加速度響應與初始相比變化不明顯（不超過1g）。說明經過5年的常溫貯存后，加速度響應變化不大，從加速度增大百分比（貯存后加速度響應與初始加速度之比）看，加速度增大百分比在 0.916～1.114之間，說明貯存5年后，其加速度響應增大最大不超過 12%，滿足設計的減振要求。說明經過 5年常溫貯存后，阻尼復合板的減振性能變化不大，仍然滿足要求。

表3 隨機振動試驗組件上測點測量結果

3 結論

多層阻尼復合板以安裝組件形式進行常溫貯存，分別在初始和第 5年進行正弦掃描試驗和隨機振動試驗，獲得阻尼復合板的一階諧振頻率和幅值以及安裝組件上的加速度響應，通過對比分析，多層阻尼復合板的粘接質量可能存在下降現象，但經過5年常溫貯存，多層阻尼復合板仍滿足支承、減振作用。

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Performances of Multilayered Damping Composite Panels within Five Years of Storage

HU Sheng-yong,WANG Guo-li,LAI Sheng-jing,HOU Qiang,LIANG Tian-xi
(Institute of Systems Engineering, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621999, China)

Objective To analyze the performance change of multilayered damping composite panels after five years of storage. Method The vibration attenuation performance of multilayered damping composite panels was researched after five years of storage at normal atmospheric temperature. Vibration attenuation performance and modality variation of multilayered damping composite panels before and after storage were obtained according to sine scanning test and random vibration before and after storage to carry out contrastive analysis. Results After five years of storage, radial modality of panels declined obviously. The normal modality had little change. The acceleration response on subassemblies had no change. Conclusion Multilayered damping composite panels also meet the performance requests after five years of storage.

multilayered damping composite panels; storage; sine scanning test; random vibration test

10.7643/ issn.1672-9242.2017.01.004

TJ07；TH131

A

1672-9242(2017)01-0014-04

2016-07-22；

2016-08-20

中國工程物理研究院科學技術發展基金資助項目（2014B0203023）

胡盛勇（1982—），男，四川廣安人，博士，高級工程師，主要研究方向為減振結構設計及結構優化設計方向。