局部约束阻尼层振动试验工装的制作方法

本发明涉及一种阻尼层振动试验工装，用于系统、设备的振动环境试验和可靠性试验的局部约束阻尼层振动试验工装，属于振动环境与可靠性试验技术领域。

背景技术：

振动试验中，试验工装的主要功能是将振动台产生的能量传递给试验系统或设备，考核工装的关键性能指标包括：1）试验工装的一阶固有频率应足够大，以保证其频响曲线在整个试验频段内平坦、无明显的峰值；2）在振动试验频段内，工装与产品不存在振动耦合；3）工装的刚度质量比越大越好。

传统设计的试验工装基本能满足航空航天等领域尺寸较小的系统或设备的振动试验，然而对于尺寸较大的系统或设备，工装的一阶固有频率往往较低，在共振峰处的振动放大倍数通常较高。这是由于随着试验工装尺寸增大，其刚度大幅降低；此外，现有振动试验工装大都为金属结构件通过螺接、铸造、焊接而成，而金属件的阻尼比较小，共振峰位置的振动放大倍数较高。近年来，人们尝试在振动试验工装中加入阻尼，通过降低工装共振峰的幅值，来改善试验工装的动态性能。发明专利cn103471797a在钢制板式工装表面粘贴单层高阻尼橡胶并在橡胶层上增加约束层。这种办法在一定程度上提高了工装的阻尼，然而工装的共振峰幅值依然较高，振动传递特性依然不够理想；此外，该专利只是简单地在工装每个构件上均粘贴了约束阻尼层，其没有选择工装上位移较大的部位，这增加了很多起不到作用的阻尼材料的使用，振动衰减效果也较为普通。

总之，人们逐步认识到增加工装阻尼可以降低共振峰值并改善其振动传递特性，但效果依然不明显。

技术实现要素：

本发明是要提供一种局部约束阻尼层振动试验工装，在传统振动试验工装上安装单层约束阻尼层或者多层约束阻尼层，在振动试验过程中，吸收工装上多余的振动能量，尤其是在固有频率处的振动成分，从而达到抑制共振频率处振动幅值的作用，保证从振动台传输到试验系统或设备上的振动放大或衰减的幅度尽量小，避免系统或设备在振动试验过程中出现过试验和欠试验现象。总之，在传统工装上的局部位置粘贴约束阻尼层，能大幅改善工装在其固有频率附近的振动传递性能，而对工装整体静刚度和动刚度的影响微乎其微。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种局部约束阻尼层振动试验工装，包括由多根槽钢焊接而成的试验架，所述试验架的多根槽钢中的局部位置安装单层约束阻尼层，形成单层约束阻尼层槽钢，或者安装多层约束阻尼层，形成双层约束阻尼层槽钢，用于吸收振动试验过程中工装上多余的振动能量，尤其是在固有频率处的振动成分，从而达到抑制共振频率处振动幅值的作用。

所述单层约束阻尼层槽钢由基层、一层阻尼层和一层约束层通过工业用胶粘贴而成，其中，基层上面依次粘贴一层阻尼层和一层约束层。

所述双层约束阻尼层槽钢由基层与两层阻尼层和两层约束层通过工业用胶粘贴而成，其中，基层上面依次粘贴第一层阻尼层、第一层约束层、第二层阻尼层和第二层约束层。

所述阻尼层的材料为高阻尼橡胶板，所述约束层的材料为铝板。

本发明的有益效果：

在传统振动试验工装上安装单层约束阻尼层或者多层约束阻尼层，吸收工装在振动试验过程中多余的振动能量，尤其是在固有频率处的振动成分，从而达到抑制共振频率处振动幅值的作用，保证从振动台传输到试验系统或设备上的振动放大或衰减的幅度尽量小，避免系统或设备在振动试验过程中出现过试验和欠试验现象。总之，在传统工装上的局部位置粘贴约束阻尼层，能大幅改善工装在其固有频率附近的振动传递性能，而对工装整体静刚度和动刚度的影响微乎其微。

附图说明

图1为传统振动试验工装结构示意图；

图2为无阻尼第一、二槽钢的截面图；

图3为单层约束阻尼层第三至六槽钢的截面图；

图4为双层约束阻尼层第三至六槽钢的截面图；

图5为无阻尼振动试验工装的振型图；

图6为约束阻尼层对工装动态特性的影响。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，传统船舶机电设备的振动试验工装，它简单地由2根第一槽钢1、3根第二槽钢2、2根第三槽钢3、2根第四槽钢4、3根第五槽钢5以及4根第六槽钢6，共16根槽钢通过连续焊焊接而成，槽钢的截面如图2所示。

本发明的局部约束阻尼层振动试验工装是在传统工装上的局部位置安装单层约束阻尼层（如图3所示）或多层约束阻尼层（如图4所示），吸收振动试验过程中工装上多余的振动能量，尤其是工装在固有频率处的振动成分，从而达到抑制共振频率处振动幅值的作用。

单层约束阻尼层槽钢，截面如图3所示，由基层7、一层阻尼层8和一层约束层9通过工业用胶粘贴而成。其中，基层7上面依次粘贴一层阻尼层8和一层约束层9。

双层约束阻尼层槽钢，截面如图4所示，由基层7与两层阻尼层8和两层约束层9通过工业用胶粘贴而成。其中，基层7上面依次粘贴第一层阻尼层8、第一层约束层9、第二层阻尼层8和第二层约束层9。

阻尼层8的材料选用阻尼较大的橡胶板，橡胶板的阻尼比越高越好，约束层9的材料选用铝板。

约束阻尼层安装位置的选择依据工装在其固有频率处的振型确定。

发明对局部约束阻尼层振动试验工装的振动模态及其振型进行分析，结果如图5所示，可见工装上第三至第六槽钢3-6的结构变形量较大。本发明选择在第三至第六槽钢3-6上安装双层约束阻尼层，而第一、二槽钢1，2不粘贴约束阻尼层。此外，在工装上螺纹孔、通孔以及其他用于连接、安装系统或设备的部位不安装约束阻尼层。

对局部约束阻尼层振动试验工装进行了动态性能分析，其中激振力施加在工装底面，振动响应选择工装顶角，振动传递率曲线如图6所示，可见：1）传统振动试验工装在所分析的频率范围内存在ω1-ω6六个固有频率，在共振峰处工装的振动大幅放大，而在反共振峰处工装的振动幅度又明显衰减，这对于系统或设备的试验效果均不理想，结果如图6中实线所示；2）当在传统工装中的第三至第六槽钢3-6上安装如图3所示的单层约束阻尼层后，工装在固有频率附近的振动放大或衰减幅度均有所减小，结果如图6中点线所示；3）当在传统工装中的第三至第六槽钢3-6上安装如图4所示的双层约束阻尼层后，工装在固有频率处的共振峰均被有效地抑制，工装的振动传递率接近1，结果如图6中虚线所示。可以说，局部约束阻尼层振动试验工装基本能将振动台输出的振动能量不放大、无衰减地传递到试验系统或设备，从而避免了系统或设备在振动试验过程中出现过试验和欠试验的现象。此外，在传统工装表面的局部位置粘贴约束阻尼层对工装整体静刚度和动刚度的影响微乎其微。总之，所设计的局部约束阻尼层振动试验工装适用于系统或设备的振动环境试验和可靠性试验。

以如图1所示的传统振动试验工装为例，在其上局部位置粘贴约束阻尼层，阐述局部约束阻尼层振动试验工装的具体实施方案。图1所示工装的外形尺寸为0.8m×0.6m×1.0m，材质为q235钢，工装重量为78.1kg，工装中第一至第六槽钢1-6的截面如图2所示，长宽厚尺寸为0.08m×0.04m×0.005m。之后，在传统工装中第三至第六槽钢3-6上安装双层约束阻尼层，其中阻尼层的材料为高阻尼橡胶，阻尼比为1.0，约束层为铝板，每一层阻尼层和约束层的厚度均为0.003m，基层、阻尼层和约束层之间的粘贴方式采用ab胶。工装上所用橡胶板的总重量为3.29kg，铝板的总重量为6.84kg，约束阻尼层和传统工装之间的质量比为13%。对振动试验工装进行动态分析可得，传统振动试验工装的振动放大倍数最大值为28.7，振动衰减幅度最小值为0.06倍；局部约束阻尼层振动试验工装的振动放大倍数最大值为1.2倍，振动衰减幅度最小值为0.9倍。可见在工装上局部位置粘贴双层约束阻尼层之后，振动试验工装的动态响应特征明显变好。