[发明专利]一种基于阻尼材料温变频变特性的复合结构声学设计方法

说明书

本发明公开了一种基于阻尼材料温变频变特性的复合结构声学设计方法，本发明中的方法通过确定粘弹性材料随温度、频率变化的阻尼损耗因子和弹性模量，以及建立考虑阻尼材料温变频变特性的复合结构声学模型，可以更加准确的模拟粘弹性材料在实际应用中的效果，为复合结构的减振降噪优化设计应用提供科学支撑。

技术领域

本发明属于材料设计技术领域，具体涉及一种基于阻尼材料温变频变特性的复合结构声学设计方法。

背景技术

振动噪声控制是装备高端化的核心问题与关键技术。粘弹性材料由于其优异的阻尼性能，在降低振动、控制噪声方面具有广泛的应用。使用粘弹性材料作为阻尼控制复合结构的振动噪声属于典型的交叉学科问题，涉及材料学和声学等不同的专业领域，目前仍存在一些技术性难题。

典型的，粘弹性材料的阻尼损耗因子、弹性模量具有明显的温变、频变特性。同一材料，不仅在不同温度下的阻尼损耗因子、弹性模量不一样，在不同频率下的阻尼损耗因子、弹性模量也是不一样的。这一特性直接影响其作为阻尼应用到复合结构之后的实际振动噪声控制效果，特别是当结构面临不同的温度环境以及受到不同的载荷激励。

在材料学领域，通常关注于高阻尼性能的粘弹性材料研发。在表征其阻尼特性时，一般使用DMA(Dynamic thermomechanical analysis，动态热机械分析)测试分析其阻尼损耗因子。DMA测试频率一般选择1Hz或者10Hz，会考虑温度变化，但是几乎不考虑频率变化。并且由于DMA的测试上限频率大多在300Hz以内，也很难直接考虑到振动噪声相关的主要频率(上限频率不小于1000Hz)。

在声学领域，对于复合结构的振动噪声建模，可以选择使用材料的相关属性作为输入，也可以选择结构的相关属性作为输入。当使用材料阻尼作为复合结构的振动噪声建模输入时，阻尼损耗因子通常设置为一个单值(即不考虑其频率变化因素)。只有在使用结构阻尼作为模型的输入时，才有可能考虑其频变特性，但是此时材料本身的频变特性无法得到表征。

因此，如何获得粘弹性材料随温度、频率变化的阻尼损耗因子和弹性模量，建立考虑阻尼材料温变频变特性的复合结构声学模型，掌握“材料/结构”之间参数影响规律，进而进行复合结构的减振降噪优化设计是有待解决的关键问题。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种基于阻尼材料温变频变特性的复合结构声学设计方法，以得到一种综合性能更加优良的材料。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种基于阻尼材料温变频变特性的复合结构声学设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备初始高性能粘弹性材料

以丁基橡胶为基体，通过加入石油树脂调控其阻尼峰值和有效阻尼温域，制备得到初始高性能粘弹性材料；

(2)表征粘弹性材料的材料参数

使用DMA分别在1Hz、1.3Hz、1.6Hz、2Hz、2.5Hz、3.2Hz、5Hz、6.3Hz、7.9Hz、10Hz以及-50℃、-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃下测试初始高性能粘弹性材料的阻尼损耗因子和弹性模量；

使用DSC测试初始高性能粘弹性材料的玻璃化转变温度；

根据初始高性能粘弹性材料的玻璃化转变温度，基于时温等效原理，计算粘弹性材料在特性温度T下的转化因子α_T；使用α_T将上述不同温度下的测试结果进行频率转换，从而实现拓宽频率的目的；然后使用α_T可以获得材料在不同温度下的频变阻尼损耗因子和弹性模量；

时温等效方程如下式(1)所示：

(3)建立复合结构的热传递模型