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原文传递工程车辆粘弹性缓冲结构分数阶阻尼特性研究

论文题名：	工程车辆粘弹性缓冲结构分数阶阻尼特性研究
关键词：	工程车辆;粘弹性结构;分数阶模型;阻尼特性;缓冲结构
摘要：	工程车辆工作环境和作业工况恶劣，作业时产生严重的振动与噪声，会对车辆、周边环境及驾驶员产生负面影响。因此，工程车辆的振动问题已成为我国高品质装备设计、制造亟待深入研究的一类重要课题。　　粘弹性缓冲结构具有较高的振动耗散能力，且结构简单，维护成本低，被广泛应用在工程车辆的振动与噪声控制领域。由于粘弹性材料力学性能的“弹阻”共存特性以及显著的温频依赖性，其精确的动态建模成为该类结构设计和减振分析的重要环节。基于全局定义的分数阶导数可准确描述系统函数演化的历史依赖性，已被广泛应用到粘弹性建模中，所需参数较少，且对粘弹性动态力学性能实验数据具有良好的拟合性。本文研究以粘弹性缓冲结构动态分析的基本单元—粘弹性振子为研究对象，综合粘弹性力学理论和分数阶导数理论，建立了粘弹性振子系统动力学和粘弹性材料温频等效的分数阶模型，并分析讨论了分数阶模型的阻尼特性。主要研究工作有：　　（1）提出了构建考虑形状参数的分数阶粘弹性振子（FVEO）系统动力学模型的一般方法及相应的数值方法，建立了三种典型FVEO的动力学模型。以某300kW履带车辆的粘弹性悬架（VES）为工程应用实例，建立了其二自由度fVEO减振模型，并对减振效果和参数进行了分析。结果表明，VES的FVEO减振模型中历史相关系数体现了粘弹性材料力学行为的长程相关性，几何参数和分数阶数对减振效果有显著影响。　　（2）根据分数阶微积分理论的拉普拉斯变换原理，推导出FVEO系统的频响函数，获得其幅频特性函数和相频特性函数，讨论了三种典型FVEO在不同参数（包括固有频率、分数阶数、形状参数和阻尼比）下的频响特性。结果表明，幅频响应存在谐峰值，相频响应存在转折频率，二者均受系统参数影响。　　（3）建立了粘弹性材料动态性能的分数阶时温等效模型（FTTSPM），确定了基于实验数据的参数识别方法，给出了基于FTTSPM构建粘弹性材料动态性能主曲线和诺模图的步骤，并与经典WLF方程进行了对比分析；对粘弹性材料开展了单轴循环拉伸实验和动态机械性能测试（DMA实验），获得了材料的应力-应变迟滞关系及其动态温度谱和频率谱。结果表明，FTTSPM的参数具有明确的物理含义，并与粘弹性材料的基本力学实验数据紧密结合，其主曲线扩展了粘弹性动态性能的预测范围，且与理论预测值具有更好的一致性；诺模图将粘弹性动态性能温频依赖的三维关系降到二维平面，简化了表征复杂度，对粘弹性材料及其结构的老化、蠕变和长期力学性能的加速预测具有一定理论参考价值。　　（4）针对某井下防爆胶轮车的振动问题开展应用研究，开发了具有较高结构损耗因子的双约束环形粘弹性悬置结构，进行了相应的理论计算分析，并对该新型悬置结构的动态阻尼特性开展了试验研究。结果表明，安装了新型悬置结构的防爆胶轮车发动机振动较原有减振系统有明显降低，特别是传递到驾驶室座椅的综合垂向加速度均方根值降低了65.13％，验证了新型粘弹性悬置结构的减振效果。　　本文的研究结论为工程车辆复杂粘弹性减振系统的建模和分析，以及新型粘弹性材料和结构的开发设计提供了新的研究思路和参考。
作者：	李占龙
专业：	车辆工程
导师：	孙大刚
授予学位：	博士
授予学位单位：	西安理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文