分散阻尼层正交异性复合阻尼材料设计原理及内耗调制机理

针对新构想的由纤维增强聚合物基正交异性层与高聚物阻尼材料层多层交替层合的阻尼复合材料，创建其结构阻尼的理论分析方法，研究各向异性设计及分散多阻尼层设计与性能及阻尼机制的内在关系，同时进行相应的实验对比研究，研究其最大内耗潜能发挥与各影响参数综合配置的调制机理及其规律，并探索不同阻尼材料层与多层正交异性材料层复合之阻尼结构各向异性设计原理和阻尼潜能及其反参数设计方法，从而反向提出作为插入层的阻尼材料特性参数的最优配置及其相关改性要求，并对相应试件进行振动模态实验和动态力学热分析参数测定，以验证各向异性与阻尼机制的内在关系，摸索和建立该类新结构材料的实验参数选用原则和方法，并建立适合工程应用的该结构阻尼的理论简化计算公式。此研究对于创建高阻尼各向异性层合阻尼结构理论新体系和揭示其内耗调制机理具有重要学术意义，同时可为设计开发抑振降噪用高阻尼轻质建筑隔墙材料和航空舱壁材料提供理论和实验研究基础。

研究轻型高阻尼复合结构以更充分发挥层合阻尼结构的阻尼潜能已成为复合阻尼结构领域的前沿研究热点。本项目针对新构想的由纤维增强聚合物基正交异性层与高聚物阻尼材料层多层交替层合的阻尼复合材料，创建了其结构阻尼、固有频率和声辐射模态的理论分析方法，通过理论和大量的实验研究，获得了其最大内耗潜能发挥与各向异性设计及分散多阻尼层设计等影响参数综合配置的调制机理及其规律，并探索了中空纤维阻尼材料和有机小分子改性废胶粉阻尼材料等不同阻尼材料制备和作为插入层的阻尼材料特性参数的最优配置及其相关改性要求，并建立了适合工程应用的该结构阻尼的理论简化计算公式。此研究对于创建高阻尼各向异性层合阻尼结构理论新体系和揭示其内耗调制机理具有重要学术意义，同时可为设计开发抑振降噪用高阻尼轻质建筑隔墙材料和航空舱壁材料提供理论和实验研究基础。目前国内外尚未见相关影响规律的实验研究和结构阻尼调制机理的报导。具体而言，本项目的重要结果和关键数据可归纳如下：.（1）验证了本项目提出的“将各向异性组合设计和分散多阻尼层交替层合设计同时引入层合阻尼结构中”新构想的可行性和有效性，实验结果表明可使纤维增强树脂基复合材料的结构阻尼损耗因子提高一个数量级以上。.（2）基本探明了交替层合各向异性阻尼结构的阻尼调制机理，即调制其主控应变能占总应变能的比例和阻尼层材料的阻尼温频特性，其主要调制关键为引入各向异性和分散多阻尼层交替层合设计调制阻尼层的横向剪切应变能，使阻尼层的横向剪切应变能提高的所有调制措施对提高其结构阻尼均是有效的。创建的交替层合各向异性阻尼结构阻尼损耗因子的理论简化计算公式，其误差与忽略的分应变能项所占结构总应变能比例同数量级（小于1%）。.（3）获得了有助于优化结构阻尼设计的影响规律为：分散3阻尼芯层的交替层合各向异性阻尼结构的内耗特性优于所讨论的其它更多层数的结构和同层数的集中阻尼芯层对应结构的内耗特性；靠近阻尼芯层的主控各向异性层柔性设计有助于结构损耗因子的提高；当阻尼层总厚度与影响结构内耗影响最大层（第5层）厚度之比为10左右时，结构内耗特性最好；用不同阻尼层材料优化组合各阻尼层可改变和优化交替层合各向异性阻尼结构的结构内耗温频特性；各向同性层合阻尼结构研究中得到的频率和动态应变振幅对阻尼材料特性影响的等效关系与频率和温度影响的等效关系相似的结论，不适合交替层合各向异性阻尼结构。