变结构参数下的经编间隔织物振动性能建模与表征

来源 :东华大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:chenweihong2008
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经编间隔织物是由上表面层、下表面层及连接上下两表面层的间隔层构成的“三明治结构”立体织物,赋予其良好的减振性能,逐渐成为垫类材料在动态条件下应用的优选结构材料。据此,论文着重研究经编间隔织物的振动传递性能,探索间隔织物结构与振动性能间的规律,期望为垫类材料设计和应用提供结构优化指导,主要研究内容包括:(a)结构参数与压缩性能的影响分析,主要通过平板压缩试验,获得经编间隔织物结构参数与压缩性能的关系;(b)结构参数与振动阻尼性能的影响分析,主要通过建立阻尼系数的理论模型和实施敲击振动试验,获得结构参数与振动阻尼性能的关系;(c)结构参数与振动传递性能的影响分析,主要通过建立振动传递系数的理论模型和实施正弦激励振动试验,获得结构参数与振动传递系数的关系。具体研究结果如下:(1)对经编间隔织物实施平板压缩性能试验,发现结构参数对压缩性能的影响规律如下:①织物厚度由5.96mm到13.23mm,压缩功由0.433J增加到1.076J,初始刚度由59.0Kpa到68.7Kpa再到30.5Kpa,回复率由0.67到0.59再到0.74,表明织物越厚,压缩过程中消耗的能量越多,压缩功越大,初始阶段的刚度和回复率与织物的厚度有一个最优范围;②三组对比试样的间隔丝直径分别为由132.6μm到192.7μm,178.0μm到228.1μm,169.7μm到204.3μm,压缩功分别由0.213j到0.433j,0.265j到0.501j,0.528j到0.814j,初始刚度分别由37.4kpa到59.0kpa,29.4kpa到39.1kpa,46.8kpa到68.7kpa,回复率分别由0.61到0.67,0.59到0.64,0.69到0.74,表明间隔丝直径越粗,压缩功、初始刚度越大,抗压弹性越好,初始阶段越难被压缩;③间隔丝面密度由439.5g/m2到616.3g/m2,压缩功由0.425j到0.481j,初始刚度由53.3kpa到64.1kpa,回复率由0.76到0.79,表明间隔丝面密度越大,压缩功、初始刚度越大,抗压弹性越好,初始阶段越难被压缩;④二组对比试样的间隔丝的垫纱角度分别由19.7°到38.6°,18.9°到31.5°,压缩功分别由0.325j到0.425j,0.345j到0.466j,初始刚度分别由45.4kpa到53.3kpa,42.7kpa到51.2kpa,回复率由0.71到0.76,0.62到0.69,表明间隔丝角度越大,压缩功、初始刚度越大,抗压弹性越好;⑤间隔丝形态相比“x”型与“v”型,压缩功由0.433j到0.315j,初始刚度由59.0kpa到32.4kpa,回复率由0.63到0.67,表明间隔丝形态呈“x”型排列的间隔织物抗压弹性较好,初始阶段越难被压缩。(2)基于敲击振动方法构建由质量块、间隔织物和振动平台组成的单自由度振动系统的阻尼系数模型,并实施敲击振动试验方法采集振动加速度—时间曲线,计算获得试样的阻尼比、对数衰减率、自由振动衰减周期。经实测与理论的结果对比分析发现:实测与理论的位移—时间衰减曲线的趋势基本一致,且实测与理论的对数衰减率和自由振动衰减周期的误差均较小,对数衰减率的最大误差为4.30%,自由振动衰减周期的最大误差值为15.86%;表明实测和理论的结果吻合,可用理论模型表达间隔织物的衰减程度。通过研究发现结构参数对阻尼性能的影响规律:①织物厚度由5.96mm到13.23mm,阻尼比由0.092到0.145,表明织物越厚,阻尼比越大;②三组对比试样的间隔丝直径分别由132.6μm到192.7μm,178.0μm到228.1μm,169.7μm到204.3μm,阻尼比分别由0.078到0.092,0.079到0.114,0.081到0.105,表明间隔丝直径越大,阻尼比越大;③间隔丝面密度由439.5g/m2到616.3g/m2,阻尼比由0.132到0.161,表明间隔丝面密度越大,阻尼比越大;④二组对比试样的间隔丝的垫纱角度分别由19.7°到38.6°,18.9°到31.5°,阻尼比分别由0.089到0.132,0.134到0.172,表明间隔丝的垫纱角度越大,阻尼比越大;⑤间隔丝形态相比“x”型与“v”型,阻尼比由0.081到0.092,表明间隔丝形态呈“x”形排列的织物的阻尼比要比呈“v”形排列的织物的阻尼比大。(3)基于正弦激励振动方法构建由质量块、间隔织物和振动平台组成的单自由度振动系统的振动传递系数模型,并实施正弦激励振动试验方法采集振动传递系数—时间曲线,计算获得系统的固有频率和最大传递系数。经实测与理论的结果对比分析发现:实测与理论的固有频率和最大传递系数的最大误差分别为14.64%和2.13%,说明实测和理论的振动传递性能曲线吻合,可用理论公式表达间隔织物的振动传递性能。通过研究发现结构参数对振动传递性能的影响规律:①织物厚度由5.96mm到13.23mm,固有频率由49.75hz到52.29hz再到39.48hz,最大传递系数由4.81到4.05,表明织物越厚,固有频率与织物的厚度有一个最优范围,最大传递系数越小;②三组对比试样的间隔丝直径分别为由132.6μm到192.7μm,178.0μm到228.1μm,169.7μm到204.3μm,固有频率分别由44.84Hz到49.75Hz,40.06Hz到43.55Hz,42.48Hz到52.29Hz,最大传递系数分别由5.06到4.81,5.98到5.48,5.03到4.31,表明间隔丝直径越大,固有频率越大,最大传递系数越小;③间隔丝面密度由439.5g/m2到616.3g/m2,固有频率由51.53 Hz到54.16 Hz,最大传递系数由3.82到3.44,表明间隔丝密度越大,固有频率越大,最大传递系数越小;④二组对比试样的间隔丝的垫纱角度分别由19.7°到38.6°,18.9°到31.5°,固有频率分别由45.71Hz到51.53Hz,49.25Hz到52.99Hz,最大传递系数分别由4.26到3.82,4.68到3.56,表明间隔丝垫纱角度越大,固有频率越大,最大传递系数越小;⑤间隔丝形态相比“X”型与“V”型,固有频率由49.75Hz到43.61Hz,最大传递系数由4.81到5.52,表明间隔丝呈“X”型排列的织物的固有频率大于呈“V”排列的织物,间隔丝呈“X”型排列的织物的最大传递系数小于呈“V”排列的织物。
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