锰基阻尼合金研发及产业化国内外现状

阻尼合金是一类阻尼(内耗)大,能使振动迅速衰减的金属功能材料,按其阻尼机理可分为复相型、铁磁型、位错型、孪晶型四类。利用其制造相关振动源构件,可以有效地解决机械制造及相关工程领域中的振动和噪声问题。目前国内外对于锰基阻尼合金的研究主要集中于对Mn-Cu、Mn-Fe合金的掺杂改性和对新兴的Mn-Ni合金阻尼机理研究方面,而形成产业的主要为MnCu合金,其代表产品为Sonoston、Incramute和M2052等。相比于传统Mn-Cu合金,Mn-Fe合金具有更好的经济性和力学性能,有望在未来替代Mn-Cu合金取得实际应用。本文简要介绍阻尼合金的种类和特点,对上述合金的主要研究进展和产业化现状进行总结,为需要减振降噪场合的选材提供参考。     

γMn基合金反铁磁畸变与高阻尼孪晶的形成

根据反铁磁序引起的点阵畸变与磁长程序参量之间的关系，计算了γMn-Cu合金顺磁→反铁磁转变引起的点阵畸变，并将计算值与实验数据进行了比较，通过γMn-Fe基合金高阻尼特性测定，验证了反铁磁序与孪晶高阻尼的关系在其他锰基合金中同样存在的推测，讨论了γMn基合金高阻尼行为的物理本质，结果表明，γMn-Cu和γMn-Fe合金顺磁→反铁磁转变引起的四方畸变均可触发微孪晶的形成，且在一定条件下可能诱发马氏体相变。     

γMn基合金反铁磁畸变与高阻尼孪晶的形成

根据反铁磁序引起的点阵畸变与磁长程序参量之间的关系,计算了γMn-Cu合金顺磁→反铁磁转变引起的点阵畸变,并将计算值与实验数据进行了比较.通过γMn-Fe基合金高阻尼特性测定,验证了反铁磁序与孪晶高阻尼的关系在其他锰基合金中同样存在的推测. 讨论了γMn基合金高阻尼行为的物理本质.结果表明,γMn-Cu和γMn-Fe合金顺磁→反铁磁转变引起的四方畸变均可触发微孪晶的形成,且在一定条件下可能诱发马氏体相变.     

平整机自激振动与轧制界面阻尼特性的关系

对平整机轧制界面的摩擦学、阻尼特性,自激振动机理及振动测试结果进行了分析,平整机振动的主要成分是自激振动,且自激振动的根源在于轧制界面的负阻尼特性,而负阻尼的产生源于轧制界面的粘滑状态与部分弹流膜作用的存在。研究结果为解决实际生产中平整机振动带来的产品质量问题提供了理论依据。     

高阻尼铸铁及阻尼机理

论述了微量合金元素对铸铁阻尼性能、力学性能的影响,以及铸铁的阻尼机理。研究结果表明,铸铁中添加微量合金元素Zr、Cr、Mo、Cu、Al等,且它们的加入量之间匹配适当时,能够获得强度性能比较好的高阻尼铸铁,其阻尼性能值ψ可达20%以上,抗拉强度σ_b约为196MPa。     

采用摩擦型阻尼器的斜拉索被动控制

研究了较常用的线性粘滞阻尼器具有更高附加阻尼的非线性摩擦型阻尼器的斜拉索振动控制.首先通过单自由度系统详细分析了摩擦型阻尼器的非线性阻尼特性.进而采用张紧弦模型模拟斜拉索,通过Galerkin方法建立了斜拉索-摩擦型阻尼器系统的运动方程.采用半解析半数值方法分析了斜拉索自由振动的阻尼特性,对其阻尼机理进行了讨论.通过对拉索模态阻尼比的参数分析,得到了阻尼器参数和拉索附加阻尼关系的通用设计曲线,并与已有实索试验结果进行了比较,两者吻合良好.研究了摩擦型阻尼器的参数优化取值,结果表明拉索的最大模态阻尼比依振动初始条件等参数影响分布在一个范围而非定值,其下限值仍高于采用线性粘滞阻尼器时所获得的最大模态阻尼比.     

非阻塞性颗粒阻尼器内部的颗粒莱顿弗罗斯特现象

为了更好地揭示非阻塞性颗粒阻尼器(NOPD)的减振机理,基于振动颗粒物质的流变特性,研究了NOPD的阻尼效果和其内部阻尼颗粒运动形态之间的关系,通过实验确定了NOPD发挥最优阻尼效果时其内部颗粒的运动形态,使用离散元仿真分析了最优阻尼颗粒的耗散特性。研究表明:实验设计参数下的NOPD发挥最优阻尼效果时(激振强度Γ=3.3,f=21 Hz),其内部出现稳定的颗粒莱顿弗罗斯特现象;这种状态下的NOPD最优阻尼效果主要来自两方面,一方面是主系统的部分振动动能通过颗粒间或颗粒与容器壁间发生的碰撞和摩擦以热能的形式散发,是颗粒对主系统振动能量的直接耗散;另一方面是主系统的部分振动动能转化为浮动颗粒的势能以维持颗粒莱顿弗罗斯特效应的稳定,这可看作是颗粒对主系统振动能量的间接耗散。     

被动约束层阻尼结构短柱壳的减振分析

该文主要是通过分别改变被动约束层阻尼结构中粘弹性阻尼层及约束层的厚度,讨论贴敷不同厚度被动约束层阻尼结构的短柱壳的振动特性。通过被动约束层阻尼结构减振机理,提出粘弹性材料模态阻尼计算和分析探讨,以短柱壳为研究对象,仿真计算中各个材料参数,并得出结论。阐述了机敏约束层阻尼系统特征,分析了结构设计和系统建模方法。反过来这些优点也使得类似结构十分容易发生振动。在航空发动机上这样极易引起由于振动过大而导致的短柱壳破裂现象,如果不采取减小振动幅值的措施,将会引发灾难性的后果。在短柱壳表面贴敷粘弹性阻尼材料是一种有效,便捷的减振方式,因此有必要对其减振特性进行研究。     

管道金属摩擦阻尼减振器性能的实验研究

设计了一种新型管道金属摩擦阻尼减振器,并对带金属摩擦阻尼减振器的管道系统进行了振动响应的实验研究。通过测量管道径向、轴向和激振器支撑架的振动响应,研究了金属摩擦阻尼减振器的减振性能和减振机理。实验结果表明：金属摩擦阻尼减振器能够有效降低管道系统的振动,管道和激振器支撑架径向振动响应最大时,振动幅值分别下降66.2%和75.4%,激振频率为50Hz时,管道轴向振动幅值下降83%;管道振动能量没有被转移至激振器支撑架,而是通过金属摩擦阻尼减振器与管道外壁的干摩擦作用将振动能量转化为热能而耗散。     

失谐叶盘结构减振问题研究综述

叶盘结构是航空发动机、燃气轮机的重要零部件,在工程实际中应用广泛。失谐普遍存在于叶盘结构中,并且会破坏叶盘系统原有的振动特性,是导致叶盘高周疲劳失效的原因之一,因此研究如何降低叶盘结构振动是非常有必要的。在梳理国内外相关研究的基础上,介绍了叶盘结构失谐振动的机理,归纳了失谐叶盘系统减振的主要技术方法,如人为主动失谐、碰撞阻尼、摩擦阻尼、优化叶片安装排序减振等,提出了今后的一些研究方向。     

机枪遥控武器站锰铜基阻尼合金缓冲器非线性有限元分析及试验

机枪遥控武器站缓冲器存在能量吸收率低、二次冲击、刚度过大等现象，导致枪口振动加剧，影响射击精度. 针对上述问题，本文基于锰铜基阻尼合金开展新型缓冲器的设计研究. 对锰铜基阻尼合金广义分数阶Maxwell本构模型进行有限元实现，开展锰铜基阻尼合金悬臂梁振动特性实验验证子程序正确性. 采用遗传优化算法设计了8片对合组合和24片复合组合两种新型阻尼合金碟簧缓冲器，进行非线性瞬态有限元分析发现24片复合组合碟簧缓冲器效果较好，相对原矩形圆柱弹簧缓冲器的振动加速度有效值可降低66.42%. 最后通过缓冲器静压试验和落锤试验验证了仿真分析结果. 静压试验表明3 kN时24片复合碟簧静态能量吸收率可达37.1%，落锤试验表明其平均动态能量吸收率为63.64%，是原矩形圆柱弹簧缓冲器的1.51倍，最大位移为2.69 mm，相对原矩形圆柱弹簧缓冲器降低30%.      

形状记忆合金耗能阻尼器的阻尼特性理论分析

研究了形状记忆合金记忆效应和相变伪弹性的热力学特性，并依据热力学本构关系建立了形状记忆合金耗能阻尼器的热力学平衡方程，利用MATLAB编制的仿真软件对NiTi丝阻尼器的一个实例进行了仿真计算。计算结果表明形状记忆合金具有明显的阻尼特性，适用用于制作结构振动控制的阻尼器件。     

变形镁合金的研究热点概述

铸造工艺是镁合金件制造的主流,但经过塑性加工成形的镁合金产品具有更好的力学性能,可适应更为多变的工况需求。国际镁业协会认为,镁合金的长期发展目标应放在新变形镁合金与新成形工艺的开发与研究上。该文概述了变形镁合金目前在世界上的研究热点,分析了中国研究者的变形镁合金研究特点并建议在提高镁合金板材常温下的塑性成形性能方面多做工作,以增强中国镁合金深加工的技术能力。     

变形镁合金的研究热点概述

铸造工艺是镁合金件制造的主流,但经过塑性加工成形的镁合金产品具有更好的力学性能,可适应更为多变的工况需求。国际镁业协会认为,镁合金的长期发展目标应放在新变形镁合金与新成形工艺的开发与研究上。该文概述了变形镁合金目前在世界上的研究热点,分析了中国研究者的变形镁合金研究特点,并建议在提高镁合金板材常温下的塑性成形性能方面多做工作,以增强中国镁合金深加工的技术能力。     

增材制造医用多孔钛合金研究与应用现状

钛合金具有良好的力学性能和生物相容性,被认为是一种理想的植入体材料。但致密钛合金的弹性模量较高,在植入人体后与骨之间存在应力遮挡现象,易引发植入体松动。采用增材制造技术制备的多孔钛合金能够很好地解决这一问题。从多孔结构的设计方法与增材制造的原理入手,综述了增材制造多孔钛合金在力学性能方面的研究现状以及在生物医疗领域的研究与应用进展,并对其未来的发展趋势进行了展望,指出今后可在以下4方面对医用多孔钛合金展开深入研究：1）研发更先进的成型设备以提高多孔钛合金的成型质量与成型效率;2）对多孔结构进行仿生化设计,将高力学性能与高生物性能有机结合;3）通过对Gibson-Ashby模型进行修正,可获得更为准确的力学性能预测结果;4）开发新型钛合金材料以提高多孔钛合金的生物相容性。     

耐热镁合金的研究进展

镁合金材料在航空、航天、高端装备制造及汽车等领域得到了广泛的应用,但在其服役过程中存在着耐高温差的问题。本文综述了含铝元素与不含铝元素两大类耐热镁合金的研究进展。在含铝耐热镁合金中,混合稀土元素的添加可改善材料的综合力学性能;添加碱土元素可起到提高其阻燃及细化晶粒等作用;添加第Ⅳ/Ⅴ族元素能明显的改善镁合金的高温力学性能。在不含铝耐热镁合金中,添加稀土元素同样可得到综合性能优异的镁合金材料;Mg Th、Mg Ag系镁合金具有很好的抗高温蠕变性能。随着耐热镁合金合金化和微合金化的深入研究,将对该系列新型镁合金材料的新技术开发与应用提供重要的理论依据,同时也为镁合金提供更广阔的发展前景。     

成型方法和热处理对Cu-Zn-Al合金阻尼性能的影响

论述了获得高机械性能和高阻尼性能的阻尼合金的工艺方法．从ＣｕＺｎＡｌ合金系中选择一种机械性能较好的阻尼合金进行试验,并分析成型方法和热处理工艺对合金阻尼性影响,结果是适当的成型方法和热处理工艺使合金同时具有高的机械性能和阻尼性能．     

复合变质剂对ZA27合金组织和性能的影响

研究了复合变质剂对ZA27合金组织、力学性能、耐磨性和阻尼性能的影响。结果表明，加入复合变质剂能细化晶粒，显微组织由粗大的树枝状变成细小化朵状，组成相分布均匀、弥散；抗拉强度提高10％，延伸率提高47％；摩擦系数降低23．9％，磨损率降低45．9％；变质处理还能提高ZA27合金的阻尼性能，经变质处理后的试样内耗提高50％，发现ZA27合金为发挥其阻尼作用，在频率高于60Hz时，效果明显，且经变质后的试样强迫振动衰减效果比未变质的试样强。     

超弹性NiTi丝力学性能试验研究

本文对NiTi形状记忆合金丝的超弹性性能进行了试验研究,验证其用于被动控制装置的可行性。研究了常温下加载速率、应变幅值、循环次数等加载工况对形状记忆合金的相变应力、耗能能力、变形模量、等效阻尼比及残余应变等力学性能参数的影响规律。试验分析结果表明,NiTi丝具有良好的耗能性能、较大的可恢复变形,是制作被动阻尼器装置的良好材料。为进一步开发新型SMA被动阻尼器奠定了基础。     

Al-Zn-Mg-(Cu)系铝合金微合金化的研究进展

随着航空、航天等高新技术的发展,对铝合金性能的要求也更苛刻。微合金化是提高铝合金性能的重要途径,一直是国内外主要的研究热点。稀土元素性质活泼,非常容易与铝合金基体及其溶质元素产生化合反应,能够有效改善AlZn-Mg-(Cu)系铝合金的微观组织结构,大幅提升其综合性能;而非稀土元素的微合金化则能弥补稀土元素微合金化的局限性,因此得到了广泛应用。本文综述了稀土元素Sc、Er、Ce和常规元素Zr、Ag、Sn、Cr、Sr等对Al-Zn-Mg-(Cu)系铝合金的微合金化作用机理,并对今后铝合金微合金化的研究发展方向提出建议。