[发明专利]一种浇注型主动约束阻尼结构的制备及阻尼增强方法

说明书

技术领域

本发明属于材料减振技术领域，尤其涉及到一种浇注型主动约束阻尼结构的制备及阻尼增强方法。

背景技术

典型的主动约束阻尼结构自上而下分为三层，上层为约束层，中层为粘弹性层，下层为被控层，主动约束层阻尼结构能有效控制中低频的振动幅度，增加粘弹性层的剪切应变，从而增加其耗能能力。

Baz在粘弹性层和被控层之间添加了一层压电材料作为传感层，利用逆压电效应，测量出结构振动时的电压、电量、电流，经放大反馈后来驱动约束层，从而使约束层同时具有传感能力和作动能力，但忽略了传感层的物理和几何影响。

现有的主动约束层阻尼结构主要存在以下问题：

1、主动约束层阻尼结构复杂、稳定性差，所对应的控制策略复杂；

2、约束层、粘弹性层和被控层需要多次粘接，工作量大，粘接效果直接影响减振效果。

基于浇注而制备的主动约束层阻尼结构及减振测控方法还未见到相关报道。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种浇注型主动约束阻尼结构的制备及阻尼增强方法，制备时利用改性环氧树脂作为阻尼层将作动材料层和传感材料层浇注为一体，仅需简单的控制系统即可实现主动约束阻尼结构的阻尼增强，大大降低了控制系统难度，提高了浇注型主动约束阻尼结构的稳定性，提高了减振效果，减小了工作量。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种浇注型主动约束阻尼结构的制备及阻尼增强方法，主动约束阻尼结构包括作动材料层、阻尼材料层、传感材料层和被控材料层，阻尼材料层通过U形模具使作动材料层、传感材料层被浇注为一体，再通过粘接被控材料层而制备出主动约束阻尼结构，阻尼材料层采用的材料是改性环氧树脂，被控材料层采用的材料是金属，设定U形模具的内宽为K、内高为G、内厚为H，K≤G，K＞H；在控制模块、示波器及放大器的作用下实现主动约束阻尼结构的阻尼增强，控制模块能实现振动信号的幅值及相位调节，示波器可以通过传感材料层来监控被控材料层的阻尼增强效果，放大器的电压放大倍数必须大于100，则本发明的特征如下：

作动材料层和传感材料层均采用锆钛酸铅压电陶瓷片，要求锆钛酸铅压电陶瓷片的压电应变常需控制在150~3001pC/N，锆钛酸铅压电陶瓷片的宽度控制在{K-2h₁}mm、高度控制在{G-2h₁}mm、厚度控制在h₂mm，其中h₁是边距且h₁小于小于H，h₂＜h₁；

所述改性环氧树脂是环氧树脂与促进剂的混合物，该混合物按重量份的配比是：环氧树脂:促进剂=2:1，促进剂是2,4,6-三苯粉；

将作动材料层、传感材料层对称粘贴在U形模具内的两端面上，作动材料层、传感材料层分别相对U形模具的左右两侧及底侧之间距均为h₁，将所述改性环氧树脂从作动材料层和传感材料层的中间缓慢浇注到U形模具内，直至所述改性环氧树脂完全浸满作动材料层和传感材料层并浇注到U形模具的上端，将浇注后的U形模具在室温条件下固化24~48小时后再放入恒温箱内，恒温箱在60℃时固化24小时后再脱模，脱模后在传感材料层上均匀涂刷粘结剂并粘贴被控材料层，粘贴牢固后即可制备出主动约束阻尼结构；

在传感材料层上分别联接控制模块、示波器，控制模块与放大器联接，放大器再联接到作动材料层上，当被控材料层呈压缩状态时，传感材料层将采集到的压缩信号反馈到控制模块，控制模块的反相电路将其反相转换为拉伸信号，通过放大器放大后激励作动材料层并使作动材料层实现拉伸变形，作动材料层的拉伸变形和被控材料层的压缩变形同时作用在阻尼材料层的上、下两面，使阻尼材料层产生更大的剪切变形量，该剪切变形量能进一步提高阻尼材料层的能量损耗并增强阻尼效果；

当被控材料层呈拉伸状态时，作动材料层一方面起到了被动约束的作用，同时又能进一步增大阻尼材料的剪切变形量，该剪切变形量能进一步提高阻尼材料层的能量损耗并增强阻尼效果。

由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：

1、传感材料层内嵌在阻尼材料中，既可以采集信号，又可以监控阻尼增强效果，简化了控制系统。

2、传感材料层和作动材料层与阻尼材料层浇注为一体，三者的振动相位是相同的，在被粘贴在被控材料层并实施阻尼增强时，控制模块仅需通过对信号的相位和幅值进行简单的调节就可以获得明显的减振效果，大大降低了控制系统难度，提高了控制系统的稳定性。