酚醛硬质泡沫材料的隔震性能研究.pdf

酚醛硬质泡沫材料的隔震性能研究 第二炮兵工程设计研究所郭远非 ’ 摘要 对各种密度的酚醛硬质泡沫材料所做的大量静载试验表明该种材料是非常理想的地冲击隔震材料。文中建立了 非线性隔震系统的力学模型，通过引入累积塑性压缩量参数，采用PoAnge—Kutta方法完成了非线性方程的数值求解，为隔震系统 的优化设计，系统参数的选择提供了理论分析的工具。 主题词 地冲击震动隔震硬质泡沫材料 1引言 国防工程中的地冲击隔震，对军事设施的防护十分重要。传统采用机械弹簧，如螺旋弹簧、扭杆弹簧、钢丝 绳弹簧及液压弹簧等来隔震。由于机械弹簧承载力小，不适宜 大范围隔震。并且，隔震系统安装、维修复杂，造价高，系统晃动 问题也不易解决。近年来，对泡沫混凝土、硬质聚氨酯泡沫塑料 等非线性材料的隔震性能研究较多[1，2]。此类材料价廉，可大 面积铺设，适合大范围构筑物的隔震。其压力一应变曲线一般茸 ÷—／ j 如图1所示。材料压缩硬化(召点)前的高压缩比和塑性变形段 (佃段)的低强化或无强化特点，是该种材料隔震的关键特性。 | 平时静载作用下，材料处于弹性段，隔震系统有很高的刚性，无 ／．． ． 活动载荷引起的晃动问题。地冲击作用时，塑性变形段的吸能 应变(％) 又使隔震系统有很高的隔震性能。高的压缩比可减小隔震材料 图l弹塑性材料压缩应力应变曲线 高度，因此节省隔震材料用量，同时也相应减少了地下洞库的开 挖量，对工程造价的降低有很大作用。因此；为满足工程上的需要，应尽可能寻找隔震性能更高、造价更低的隔 震材料。本文对酚醛硬质泡沫类材料做了大量静载性能测试，发现该材料具有近乎理想的隔震性能，而且具有 阻燃性，生产成本也较低，与聚氨酯硬质泡沫材料相比，该材料具有显著优点。 非线性材料隔震系统在地运动冲击下的响应计算较为复杂。被隔震体的运动有弹性作用阶段、塑性作用 阶段以及被隔震体脱开隔震材料后的自由落体阶段。对此，我们建立了系统的力学模型，编制了相应的数值迭 代计算程序，对系统响应做了理论计算，为隔震系统的设计和参数的优化选择提供了依据。 2硬质泡沫材料静载应力一应变曲线测试试验 2．1试验目的 测量不同密度泡沫材料的应力——应变曲线。找出材料强度与材料密度的关系。测量材料的弹性模量。 为隔震系统设计提供材料参数。 2．2试验方法 试验在MTS810—500材料试验机上进行，采用位移控制方式加载。试件分圆柱形和圆盘形两种，如图2 将试件用胶带周向缠绕l一2圈。因此，试件径向和周向应变为零，相当于径向为无限边界的条件。圆盘形试 可模拟实际隔震系统的边界效应。圆盘试件压缩到硬化时，由于边界处的开裂，应力应变曲线会有一下降段， 然后开始硬化(如图4)。 · 16· 件 图2试件与压头 2．3试验结果 共对21件不同密度的酚醛硬质泡沫材料和36件聚氨酯硬质泡沫材料进行了静载试验。图3、图4分别为 酚醛材料圆柱形试件和圆盘形试件的典型试验曲线。每个图中的三条曲线为同一密度材料的三个试件的试验 曲线，可看出试验结果的重复性很好。图5为聚氨酯硬质泡沫材料的典型试验曲线。可看到其屈服段有一定 强化，不象酚醛材料的曲线平直，也无明显的硬化点。 图3酚醛试件应力—应变曲线 图4酚醛试件应力—应变曲线 密度35珞／m3，圆柱形试件 密度40龟／m3，圆盘形试件 图5聚氨酯试件应力—应变曲线 图6酚醛材料屈服强度与密度关系 密度27龟／m3，圆柱形试件 ·17· 图6、图7分别给出了酚醛泡沫材料的屈服强度与密度材料以 及弹性模量与密度的关系曲线，便于设计时选用材料。试验中 还研究了泡沫材料的吸水情况对材料的力学性能的影响。试验 表明吸水对力学性能的影响很小。 3隔震系统