树脂矿物复合材料阻尼减振性能研究

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传统的铸铁机床床身减振性能较差,不能有效吸收机床工作时产生的振动,严重影响机床的加工精度。为解决此问题,需要一种新型高阻尼材料代替传统的机床床身材料。树脂矿物复合材料主要以树脂系统为基体,天然花岗岩为骨架,具备高阻尼、减振性能良好的优势。树脂矿物复合材料的阻尼主要来源于各组分的本征阻尼和各组分间的界面阻尼,其中树脂-骨料的界面阻尼对复合材料的整体阻尼有很大的影响。本文基于粘弹性理论研究了骨料厚度对树脂矿物复合材料抗压强度、弹性模量和振动能量传递损耗的影响规律。通过标准的拉伸试验和抗弯试验得到环氧树脂复合材料和骨料的弹性模量分别为680MPa和2369MPa,为后续实验提供参数。基于统计学,利用三维显微镜对制备的树脂和骨料样块进行图像采集,通过MATLAB进行孔隙率计算,结果表明:试验制备的试件孔隙率足够低,对后续试验影响较小。通过对树脂试件、骨料试件、树脂-骨料复合试件进行抗压强度实验,对复合试件的破坏形态进行分析,结果表明:树脂-骨料复合试件的主要破坏形式为树脂层的断裂,骨料层几乎不发生破坏。但是树脂-骨料系统的抗压强度并不完全等于树脂的抗压强度,而是介于树脂和骨料的抗压强度之间。通过抗压实验测量骨料厚度对树脂-骨料复合试件抗压强度和弹性模量的影响规律,结果表明:随着骨料厚度的增加,树脂-骨料复合试件的抗压强度和弹性模量呈上升趋势。利用有限元软件ABAQUS引入非完善界面层,根据实验测得弹性模量数据调节模型界面层系数,建立树脂-骨料复合试件的有限元模型,验证模型的可行性。根据Kelvin理论和应力波理论建立振动模型和数学模型,针对不同长度的树脂和骨料试件进行振动分析实验。结果表明:随着树脂和骨料试件的长度增加,应力波在树脂和骨料试件中的振动能量传递损耗逐渐增加。通过振动分析实验测量骨料厚度对树脂-骨料复合试件固有频率和振动能量传递损耗的影响规律。结果表明:随着骨料厚度的增加,树脂-骨料复合试件的固有频率先增加后减小,然后继续增加,树脂-骨料系统的振动能量传递损耗减小,树脂-骨料界面振动能量传递损耗先增大后减小。针对不同骨料含量的树脂矿物复合材料试件进行实验,结果表明:随着骨料含量的增加,树脂矿物复合材料的阻尼比越来越小。
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