[发明专利]一种基于质量弹簧/约束阻尼结构耗能机制的阻尼层材料的设计及制备

说明书

技术领域

本发明涉及材料物理科学领域，特别是一种基于质量弹簧/约束阻尼结构耗能机 制的阻尼层材料的设计及制备。

背景技术

所谓阻尼(damping,或内耗)是指材料在振动中由于内部原因引起机械振动能消 耗的现象。阻尼性能通常又称为减振性能,是材料的一种功能特性,常用内耗值Q^-1来表征。

阻尼本领是材料的一种性质，它能够将材料的机械振动能量通过内部机制不可逆 的转化为其他形式的能量(通常为热能)。因此机械振动能的耗散是通过内部机制来完成 的，所以材料的这种性质也成为内耗(低频时)或超声衰减(高频时)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于质量弹簧/约束阻尼结构耗能机制的阻尼层材料 的设计及制备，根据模型建立及力学分析，可以设计出适合于目标要求的阻尼材料。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明公开了一种基于质量弹簧/约束 阻尼结构耗能机制的阻尼层材料的设计及制备，阻尼层材料的设计包括了以下步骤：

质量弹簧模型的建立：利用数轴建模法，建立与系统平行方向的数轴，把弹簧的实 际位移值当做有理数标在数轴上对应位置，按照有理数比较大小的结果确定相应质量块所 受弹簧力或阻尼器的实际位移值当做有理数标在数轴上对应位置，然后按照有理数比较大 小的结果确定相应质量块所受弹簧力的大小和方向，求得系统的微分方程；

质量弹簧模型的力学求解：外界对振动系统的激励是弹簧左端点的位移x_i，设m的 输出位移为x₀，列写系统的动力学方程；

具体步骤如下：

(1)建立竖直数轴，假设正方向向下；

把弹簧k的输入位移为x_i、输出位移为x₀标在数轴上对应的位置，通过对质量块m的 受力分析，质量块m所受弹簧力大小为k(x₀，x_i)，受力方向为向上,经过能量损耗后，输出位 移小于输入位移，质量块m所受弹簧力向上；

(2)根据受力分析简图列写微分方程，列写微分方程如下：

-k(x₀-x_i)-cx₀＝mx₀从而求得系统的微分方程为mx₀+kx₀＝kx_i；

阻尼层材料的制备：根据上述方程设计出合适的阻尼层材料。

其中，阻尼层材料为聚氨酯材料，聚氨酯材料制备包括以下步骤：

A.取多元醇和二异氰酸酯，在80-120℃反应3-4小时，制得预聚体，密封备用，其中 多元醇与二异氰酸酯的-OH/-NCO摩尔比为1:2；

B.将预聚体与玄武岩短切纤维混合，与扩链剂混合均匀并加热至80℃，真空脱泡， 然后浇注到事先已经预热好的含有固化剂的模具中固化成型，于60℃烘箱内预固化4小时, 80℃固化6小时，100℃固化6小时制得聚氨酯基体材料；

其中，多元醇为聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸己二醇酯、聚己内酯多元醇、聚 碳酸酯二元醇、聚己二酸丁二酯二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯等中的一种， 二异氰酸酯选自2,4-甲苯二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯与2,6-甲苯二异氰酸酯质量比 为80:20的混合物、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯中的一种或两种混 合，扩链剂选自三羟甲基丙烷、1,4-丁二醇、2,4-二氨基-3,5-二甲硫基氯苯、二氨基二甲硫 基甲苯中的一种或两种，固化剂为三羟甲基丙烷、1,4-丁二醇、2,4-二氨基-3,5-二甲硫基 氯苯中的一种或两种。

优选的，玄武岩短切纤维预先经过硅烷偶联剂处理，并且经三辊研磨机剪切研磨， 反应过程中需保持无氧无水环境。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明通过从阻尼材料原理设计出发，根据模型建立及力学分析，可以设计出 适合于目标要求的阻尼材料。

2.经过合理设计的阻尼复合材料在较宽的阻尼温域具有良好的阻尼性能，梯度复 合层数可控，制备方法简单可连续批量生产。

附图说明

图1为本发明的模型分析示意图。

具体实施方式