低频重载下黏弹性减振器阻尼缓冲性能分析

    ０　引言

    黏弹性减振器是一种由黏弹性阻尼材料、约束钢板等组成的层合结构，有着可承受重载负荷、工作过程中变刚度和吸收振动能等特点，能显著降低机械对振动冲击的响应；实际使用维护方便，经济可靠［１］。因此，该设备可应用于大型工程机械、铁道车辆的减振系统等领域，!如用于履式车辆悬架机构、自卸车厢支撑组件中。然而，黏弹性减振器的高分子材料具有大变形、严重非线性及性刚度、阻尼特征，并且与激振振幅、频率相关［２－６］。故在实际应用结构中分析其缓冲减振性能难度较大。

    目前，国内外学者在研究黏弹性材料阻尼减振降噪方面，大多数都在小载荷、高频振动工况下对黏弹性减振元件进行研究［７－１６］：或关注其力学特性分析、建模及参数识别；或利用商业软件在时域上对其阻尼结构进行振动仿真分析；或注重于阻尼材料特性及寿命预测等问题。而对在大载荷、低频振动工况下的多层阻尼结构的黏弹性减振器的研究较少，对其非线性阻尼缓冲特性的研究更为鲜见。

    本文运用非线性理论，以已应用于某型号履式车辆的黏弹性减振器为研究对象，分析其固有频率共振区附近的幅频特性和缓冲减振性能，以及系统各参数与幅频特性之间的关系，为减振器的设计优化提供理论依据。

    １　黏弹性减振器简介

    以已应用于某３００ｋＷ履式车辆行走机构的黏弹性减振器为研究对象进行研究，该机构整体质量为５０　０００ｋｇ。该减振器为上下对称的多层组合结构（图１ａ），上半部分安装于车辆行走机构的履带架上，下半部分安装于悬架上。按减振器各层功能分类有４层，分别为约束层、基础橡胶层、中间橡胶层、接触橡胶层。其中，基础层能保

证强度要求，中间层能吸收振动能，接触层耐磨。加入各层的金属填充粒可增加橡胶材料的导热性能，金属网可增加基础层的强度及散热能力。

    当车辆行走机构受到振动冲击时，通过上下各功能层的挤压变形，将振动能转换为橡胶高分子材料的内摩擦能，再以热能进行散逸，从而有效降低车辆的振动与噪声水平。由于橡胶材料的应力应变关系是非线性的（应变滞后于应力），形成椭圆形的迟滞回路曲线，曲线封闭的面积即为橡胶材料受力过程中损耗的能量。

    图１ｂ所示为该黏弹性减振器的载荷—位移曲线，根据曲线形态分为４段。其中，第１段（０～ａ段）为小载荷工段，其中ａ点表示当载荷为等效质量车身的重力值时，减振器在静平衡位置的变形量；２段（ａ ～ｂ段）为常用工作载荷段，中间橡胶层工作最多；第３段（ｂ～ｃ段）为大载荷工作段，基础橡胶层参加工作；第４段（ｃ点以上）为严重载荷状态，将此段曲线作为小概率事件处理。