多层阻尼复合板常温贮存5年性能研究

（中国工程物理研究院总体工程研究所，绵阳 四川 621999）

多层阻尼复合板常温贮存5年性能研究

胡盛勇，王国力，赖盛景，侯强，梁天锡

（中国工程物理研究院总体工程研究所，绵阳 四川 621999）

目的 分析多层阻尼复合板常温贮存5年的性能变化。方法 对多层阻尼复合板进行常温下贮存5年的减振性能研究，通过贮存前后的正弦扫描试验和随机振动试验，获得贮存前后多层阻尼复合板的减振性能和模态变化，进行对比分析。结果 阻尼复合板常温贮存5年后，径向模态有较大的下降，法向模态变化较少，组件上的加速度响应基本无变化。结论 该多层阻尼复合板常温贮存5年后仍然满足要求。

多层阻尼复合板；贮存；正弦扫描试验；随机振动试验

飞行器在飞行过程中，振动环境是最常见的环境条件，工程设计中减振设计是有效手段，前期研制了一种具有优良减振功能的多层阻尼复合板，为内部搭载的电子测试设备提供一个良好的环境。

在复合板研究方面，王宏伟[1]从理论上系统分析了阻尼层厚度、温度和频率对弹性-粘弹性复合板的模态密度的影响。陈加云[2]实验研究了不同的厚度比、温度及不同阻尼层材料对复合板动力学性能的影响。堵永国等[3]研究发现温度和阻尼层厚度等对阻尼板损耗因子有较大影响。邓年春等[4]提出了一种基于虚功原理的建立约束阻尼板结构动力学模型的方法，描述粘弹性材料随频率变化的特性。张春延等[5]研究了铺设阻尼层对泡沫铝芯三明治板的隔声量的影响。秦惠增等[6]建立了具有等厚SMA 层的夹层矩形薄板的横向振动方程，通过数值分析了夹层板结构的稳态响应特性和阻尼特性。施磊[7]计算多孔阻尼层的等效弹性张量，并建立了均匀化的约束层阻尼板有限元模型，计算了多孔阻尼复合板的损耗因子。陈亚[8]推导了各向同性约束阻尼板的动力学控制方程。郑辉等[9]给出了适合于任意层弹性-粘弹性阻尼复合板传声损失计算的传递矩阵法，并应用该矩阵对阻尼复合板的分舱材料的参数配置对隔声吻合频率及吻合频率处传声损失的影响规律。

在贮存试验研究方面，自然贮存和加速试验均开展了不同的研究工作。翁正等[10—11]对长期贮存中的气密封方式进行了深入研究。孔占兴[12]分析了长期自然贮存评估和加速寿命试验评估两种评估方法的现状，研究了自然贮存试验转化为类比法试验评估方法。李坤兰[13]对14个型号电容器分别在寒温、亚湿热-入海口、亚湿热-内陆、热带海洋四地开展150个月的贮存试验。解红雨等[14]对某随弹贮存8年的硅橡胶密封材料进行力学性能测试和加速试验研究，获得了25 ℃下硅橡胶密封材料8年贮存后可继续贮存寿命大于5年的结论。牛越听等[15]采用极小估计拟合的方式，得到控制舱贮存可靠性分布函数，分析得到控制舱的自然贮存寿命为15.78年。林总君等[16]对硅橡胶P6144密封圈进行加速老化试验，预测了25，35，45，55，65，75 ℃温度条件下硅橡胶P6144密封材料的贮存寿命。马同玲等[17]利用自然贮存数据对加速老化试验数据进行检验，然后利用加速老化试验中的数据，预测出 C402氟硅橡胶制品的贮存寿命为 15年。陈津虎等[18]对某型硅橡胶减振器进行加速老化试验，通过试验数据评估减振器的贮存寿命。徐静等[19]采用恒定温度应力加速贮存试验方式，对膜片组件进行加速试验，获得了膜片组件的贮存寿命。

文中针对一种多层阻尼复合板，进行常温贮存试验研究，在贮存初始和第5年进行试验研究，通过前后试验数据对比，分析多层阻尼复合板常温贮存5年的性能变化。

1 阻尼复合板组成及试验设计

1.1 阻尼复合板组成

多层阻尼复合板由多层金属面板、阻尼层和芯层粘接而成，如图1所示。多层阻尼复合板一共有三层，三层面板均为铝材料，面板2和面板3厚度为1 mm，面板1为2 mm，阻尼层为橡胶层，芯层为发泡而成的聚氨酯泡沫，五层通过粘胶粘接形成阻尼复合板，总板厚13 mm，螺纹结构预埋在复合板中。

阻尼复合板与其他产品通过螺钉连接，为产品提供支承、减振的作用。由于阻尼复合板由多层结构粘接而成，同时阻尼复合板含有橡胶材料和聚氨酯泡沫芯层，因此在长期贮存环境下可能有脱胶、脱层现象，从而导致支撑、减振功能下降，工程要求为：

图1 多层阻尼复合板组成

1）长期贮存后其模态频率不低于初始的70%，即为保证支撑功能，其刚度不要有明显下降，从结构分析为不要有较多的脱胶、脱层情况。

2）减振功能要求为在相同的输入条件下，经历长期贮存后的阻尼复合板安装组件上，测量的加速度响应比初始加速度响应增大不超过50%，即阻尼复合板经过长期贮存后，橡胶、聚氨酯泡沫等材料的老化性能不会明显下降。

1.2 贮存性能试验设计

利用三件阻尼复合板进行贮存性能变化研究，对复合阻尼板上安装组件状态（如图2所示）进行常温贮存。在贮存初始和贮存一定年限后，分别对三块阻尼复合板进行动态力学性能测试，主要包括正弦扫描试验和低量级随机振动试验。分别获取阻尼复合板贮存一定年限后的模态和安装组件上的加速度响应，通过对比贮存初始的试验结果，对阻尼复合板的常温贮存性能变化进行研究。

图2 多层阻尼复合板贮存状态

根据测试需要，分别在多层阻尼复合板和板上组件上布置加速度传感器测点，通过阻尼复合板上加速度传感器测量结果获取阻尼复合板的模态，通过组件上的加速度响应分析在相同输入条件下的阻尼复合板的减振性能，共设置5个加速度测点，位置如图2所示。

2 试验结果

在阻尼复合板贮存前和贮存第 5年分别对三块复合阻尼板先进行检查，均发现无脱胶、毛边等现象，然后进行正弦扫描测试和随机低量级振动试验。

2.1 正弦扫描试验结果。

分别进行了x向和y向的正弦扫描试验，x向正弦扫描试验阻尼复合板上加速度测量结果见表 1，y向正弦扫描试验阻尼复合板上加速度测量结果见表2。从表1 和表2的数据分析可以看出，经过5年常温贮存，三件阻尼复合板x向上的一阶谐振频率从128～134 Hz下降至115～123 Hz，三件阻尼复合板y向上的一阶谐振频率从 795～805 Hz下降至 691～720 Hz，但两个方向的模态变化率（贮存后模态频率与初始模态频率之比）都存在不同程度的下降。从模态变化率上看，模态均下降至初始模态的90%左右，下降比较明显，且y向模态变化要比x向变化大一些，说明阻尼复合板的刚度有一定程度的下降。由于多层阻尼复合板的各层由胶粘接而成，经过5年贮存后，可能是粘接质量下降导致了复合板刚度下降。虽然模态有一定程度下降，但模态变化率仍然大于0.80，复合阻尼板仍然满足模态指标要求。

表1x向正弦扫描试验阻尼复合板测点测量结果

表2y向正弦扫描试验阻尼复合板测点测量结果

2.2 随机振动试验结果

分别进行了x向和y向随机振动试验，阻尼复合板安装组件上的加速度响应总均方根值测量结果见表3。从整体加速度响应分析，在采用相同的实验条件下，常温贮存5年后，组件上（测点1、测点2和测点3）的加速度响应与初始相比变化不明显（不超过1g）。说明经过5年的常温贮存后，加速度响应变化不大，从加速度增大百分比（贮存后加速度响应与初始加速度之比）看，加速度增大百分比在 0.916～1.114之间，说明贮存5年后，其加速度响应增大最大不超过 12%，满足设计的减振要求。说明经过 5年常温贮存后，阻尼复合板的减振性能变化不大，仍然满足要求。

表3 随机振动试验组件上测点测量结果

3 结论

多层阻尼复合板以安装组件形式进行常温贮存，分别在初始和第 5年进行正弦扫描试验和随机振动试验，获得阻尼复合板的一阶谐振频率和幅值以及安装组件上的加速度响应，通过对比分析，多层阻尼复合板的粘接质量可能存在下降现象，但经过5年常温贮存，多层阻尼复合板仍满足支承、减振作用。

参考文献：

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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

中国工程物理研究院科学技术发展基金资助项目（2014B0203023）

胡盛勇（1982—），男，四川广安人，博士，高级工程师，主要研究方向为减振结构设计及结构优化设计方向。