搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

金属橡胶迟滞特性本构模型研究

朱彬 马艳红 张大义 洪杰

引用本文:
Citation:

金属橡胶迟滞特性本构模型研究

朱彬, 马艳红, 张大义, 洪杰

A constitutive model of metal rubber based on hysteresis property

Zhu Bin, Ma Yan-Hong, Zhang Da-Yi, Hong Jie
PDF
导出引用
  • 金属橡胶作为一种新型阻尼材料, 其原材料及加工工艺具有一定特殊性. 基于材料的细观结构特征, 选取了金属丝螺旋卷作为金属橡胶的基本微元体结构, 并以圆柱压缩螺旋弹簧理论为基础, 分别建立了横向和纵向排列微元体结构的刚度. 鉴于库仑摩擦模型, 分别建立三种接触状态螺旋卷接触对的力学模型. 考虑整个加工工艺流程的特点, 分析了不同接触状态数目变化规律, 建立了金属橡胶迟滞特性本构模型. 从理论上解释了金属橡胶迟滞特性的特点, 以及刚度和阻尼非线性的产生机理. 最后, 通过对比不同相对密度金属橡胶试件的理论和试验结果, 验证了理论模型的适用性. 本模型从螺旋卷微元体结构上描述了金属橡胶迟滞特性, 为工程上预测和分析金属橡胶的刚度、阻尼特性和设计金属橡胶产品提供了有效的理论基础.
    Metal rubber (MR) material is a new-type of damping material. Its raw material and fabrication process have same unique features. Wire helix is considered as the unit cell geometry of MR. Combining cylindrical compression coil spring theory, a mechanical model is established for individual wire helix which is located in the horizontal or longitudinal direction. Three contact statuses are analyzed for the neighboring helixes and mechanical models are derived for these cases according to the Kulun model. The arrangement and the spatial distribution of the microelements are assumed to be located evenly and periodically inside the MR. A mathematic model is established to characterize the damping behavior of MR. It came from the unit cell geometry and the fabrication process of MR materials. It is easy to explain the mechanism of hysteresis loop and the nonlinear stiffness and damping characteristic of MR by analyzing contact states and contact number of unit cell wire helixes. Finally, a comparison is made between theoretical results and experimental results. This model is valuable for the analysis of the material mechanics and the design of MR. It provides theoretical support for the further engineering application of MR in the field of vibration reduction.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51101008, 51105022)和凡舟青年科研基金(批准号: 20110402)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of china (Grant Nos. 51101008, 51105022), and the Fan Zhou Research Fund (Grant No. 20110402).
    [1]

    Lin M, Huang Y M 2006 Acta Phys. Sin. 55 3277 (in Chinese) [林敏, 黄咏梅 2006 textbf 55 3277]

    [2]

    Zhong W Z, Ke K J, Zhou Z Y, Xia W, Li Y Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 5155 (in Chinese) [钟文镇, 何克晶, 周照耀, 夏伟, 李元元 2009 textbf 58 5155]

    [3]

    Al K 2002 Ph. D. Dissertation (TX. Texas A&M University)

    [4]

    Ma Y H 2005 Ph. D. Dissertation (Beijing: Beijing University of Aeronautics and Astronautics) (in Chinese) [马艳红 2005 博士学位论文 (北京:北京航空航天大学)]

    [5]

    Ma Y H, Hong J, Zhang D Y, Wang H 2007 Proceedings of ASME TURBO EXPO Montreal, Canada, May 14–17, 2007 27585

    [6]

    Ma Y H, Wang H, Li H Y, Hong J 2008 Proceedings of ASME TURBO EXPO Berlin, Germany, June 9–13, 2008 50961

    [7]

    Bugra H, Ertas B, Luo H 2008 J. Eng. Gas Turbine Power 138 032503

    [8]

    Bugra E, Luo H, Darren H 2009 Proceedings of the 17th American Institute of Aeronautics and Astronautics Palm Springs, California, May 4–7, 2009 2521

    [9]

    Hong J, Zhu B, Ma Y H 2011 Proceedings of ASME TURBO EXPO Vancouver, Canada, June 6–10, 2011 45772

    [10]

    Chegodayev D E (Translated by Li Z Y) (Russia) 2000 The Designing of Components Made of Metal Rubber (Beijing: Publishing Company of National Defence Industry) pp99–124 (in Chinese)[契戈达耶夫 D E. 著 李中郢译 2000 金属橡胶构件的设计 (北京: 国防工业出版社) 第99—124页]

    [11]

    Guo B T 2002 Ph. D. Dissertation (Beijing: Beijing University of Aeronautics and Astronautics) (in Chinese) [郭宝亭 2005 博士学位论文 (北京: 北京航空航天大学)]

    [12]

    Li Y Y 2005 Ph. D. Dissertation (Xian: Xian Jiaotong University) (in Chinese) [李宇燕 2005 博士学位论文 (西安:西安交通大学)]

    [13]

    Shui J P, Liu Y S, Pei H Y 1998 Acta Phys. Sin. 47 658 (in Chinese)[水嘉鹏, 刘咏松, 裴慧元 1998 47 658]

    [14]

    Zhang Y H, Liu H H, Wang D C 2008 Spring manual (Beijing: China Machine Press) p280–400 (in Chinese) [张英会, 刘辉航, 王德成 2008 弹簧手册 (北京: 机械工业出版社) 第280—400页]

  • [1]

    Lin M, Huang Y M 2006 Acta Phys. Sin. 55 3277 (in Chinese) [林敏, 黄咏梅 2006 textbf 55 3277]

    [2]

    Zhong W Z, Ke K J, Zhou Z Y, Xia W, Li Y Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 5155 (in Chinese) [钟文镇, 何克晶, 周照耀, 夏伟, 李元元 2009 textbf 58 5155]

    [3]

    Al K 2002 Ph. D. Dissertation (TX. Texas A&M University)

    [4]

    Ma Y H 2005 Ph. D. Dissertation (Beijing: Beijing University of Aeronautics and Astronautics) (in Chinese) [马艳红 2005 博士学位论文 (北京:北京航空航天大学)]

    [5]

    Ma Y H, Hong J, Zhang D Y, Wang H 2007 Proceedings of ASME TURBO EXPO Montreal, Canada, May 14–17, 2007 27585

    [6]

    Ma Y H, Wang H, Li H Y, Hong J 2008 Proceedings of ASME TURBO EXPO Berlin, Germany, June 9–13, 2008 50961

    [7]

    Bugra H, Ertas B, Luo H 2008 J. Eng. Gas Turbine Power 138 032503

    [8]

    Bugra E, Luo H, Darren H 2009 Proceedings of the 17th American Institute of Aeronautics and Astronautics Palm Springs, California, May 4–7, 2009 2521

    [9]

    Hong J, Zhu B, Ma Y H 2011 Proceedings of ASME TURBO EXPO Vancouver, Canada, June 6–10, 2011 45772

    [10]

    Chegodayev D E (Translated by Li Z Y) (Russia) 2000 The Designing of Components Made of Metal Rubber (Beijing: Publishing Company of National Defence Industry) pp99–124 (in Chinese)[契戈达耶夫 D E. 著 李中郢译 2000 金属橡胶构件的设计 (北京: 国防工业出版社) 第99—124页]

    [11]

    Guo B T 2002 Ph. D. Dissertation (Beijing: Beijing University of Aeronautics and Astronautics) (in Chinese) [郭宝亭 2005 博士学位论文 (北京: 北京航空航天大学)]

    [12]

    Li Y Y 2005 Ph. D. Dissertation (Xian: Xian Jiaotong University) (in Chinese) [李宇燕 2005 博士学位论文 (西安:西安交通大学)]

    [13]

    Shui J P, Liu Y S, Pei H Y 1998 Acta Phys. Sin. 47 658 (in Chinese)[水嘉鹏, 刘咏松, 裴慧元 1998 47 658]

    [14]

    Zhang Y H, Liu H H, Wang D C 2008 Spring manual (Beijing: China Machine Press) p280–400 (in Chinese) [张英会, 刘辉航, 王德成 2008 弹簧手册 (北京: 机械工业出版社) 第280—400页]

  • [1] 王美欧, 肖倩, 金霞, 曹燕燕, 徐亚东. 基于亚波长金属超构光栅的中红外大角度高效率回射器.  , 2020, 69(1): 014211. doi: 10.7498/aps.69.20191144
    [2] 王坤, 史宗谦, 石元杰, 赵志刚, 张董. 真空及空气中金属丝电爆炸特性研究.  , 2017, 66(18): 185203. doi: 10.7498/aps.66.185203
    [3] 姜文全, 杜广煜, 巴德纯, 杨帆. 多孔金属薄膜阻尼减振微观机理研究.  , 2015, 64(14): 146801. doi: 10.7498/aps.64.146801
    [4] 张世功, 吴先梅, 张碧星. 基于迟滞应力应变关系的非线性声学检测理论与方法研究.  , 2014, 63(19): 194302. doi: 10.7498/aps.63.194302
    [5] 王飞风, 张沛红, 高铭泽. 纳米碳化硅/硅橡胶复合物非线性电导特性研究.  , 2014, 63(21): 217803. doi: 10.7498/aps.63.217803
    [6] 石桓通, 邹晓兵, 赵屾, 朱鑫磊, 王新新. 并联金属丝提高电爆炸丝沉积能量的数值模拟.  , 2014, 63(14): 145206. doi: 10.7498/aps.63.145206
    [7] 周洪澄, 王秉中, 丁帅, 欧海燕. 时间反演电磁波在金属丝阵列媒质中的超分辨率聚焦.  , 2013, 62(11): 114101. doi: 10.7498/aps.62.114101
    [8] 马艳红, 仝小龙, 朱彬, 张大义, 洪杰. 金属橡胶热物理性能理论与试验研究.  , 2013, 62(4): 048101. doi: 10.7498/aps.62.048101
    [9] 李胜波, 闫辉, 姜洪源, 陈亮. 应用于高速转子系统的金属橡胶阻尼环动力特性分析.  , 2012, 61(1): 010702. doi: 10.7498/aps.61.010702
    [10] 洪杰, 刘宝龙, 张大义, 马艳红. 具有形状记忆效应的新型智能阻尼材料及其热弹性力学性能研究.  , 2012, 61(16): 168102. doi: 10.7498/aps.61.168102
    [11] 陈赵江, 张淑仪, 郑凯. 高功率超声脉冲激励下金属板的非线性振动现象研究.  , 2010, 59(6): 4071-4083. doi: 10.7498/aps.59.4071
    [12] 闫辉, 姜洪源, 刘文剑, 郝振东, Ulannov A. M.. 金属橡胶隔振器随机振动加速度响应分析.  , 2010, 59(6): 4065-4070. doi: 10.7498/aps.59.4065
    [13] 胡玉禄, 杨中海, 李建清, 李斌, 高鹏, 金晓林. 螺旋线行波管三维多频非线性理论分析和数值模拟.  , 2009, 58(9): 6665-6670. doi: 10.7498/aps.58.6665
    [14] 郝保良, 肖刘, 刘濮鲲, 李国超, 姜勇, 易红霞, 周伟. 螺旋线行波管三维频域非线性注波互作用的计算.  , 2009, 58(5): 3118-3124. doi: 10.7498/aps.58.3118
    [15] 闫辉, 姜洪源, 刘文剑, Ulannov A. M.. 具有迟滞非线性的金属橡胶隔振器参数识别研究.  , 2009, 58(8): 5238-5243. doi: 10.7498/aps.58.5238
    [16] 罗海云, 王新新, 毛 婷, 梁 卓, 吕 博, 关志成, 王黎明. 用PET薄膜覆盖金属丝网电极实现大气压空气中均匀放电.  , 2008, 57(7): 4298-4303. doi: 10.7498/aps.57.4298
    [17] 吴亚敏, 陈国庆. 金属/电介质颗粒复合介质的非线性交流响应.  , 2006, 55(10): 5242-5246. doi: 10.7498/aps.55.5242
    [18] 王伟田, 关东仪, 周岳亮, 吕惠宾, 陈正豪. 金属Fe薄膜的PLD制备及其非线性光学性质研究.  , 2005, 54(7): 3429-3433. doi: 10.7498/aps.54.3429
    [19] 丁 宁, 杨震华, 宁 成. Z箍缩等离子体内爆实验金属丝阵负载优化设计分析.  , 2004, 53(3): 808-817. doi: 10.7498/aps.53.808
    [20] 方守贤, 魏开煜. 螺旋线迴旋加速器中粒子流通过非线性共振线(Qρ=(6/5))的研究.  , 1964, 20(7): 636-642. doi: 10.7498/aps.20.636
计量
  • 文章访问数:  8623
  • PDF下载量:  778
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-09-13
  • 修回日期:  2012-04-05
  • 刊出日期:  2012-04-05

/

返回文章
返回
Baidu
map