JPH04316742A - 内部防振形薄肉複合長さ方向部材 - Google Patents

内部防振形薄肉複合長さ方向部材

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JPH04316742A
JPH04316742A JP3012803A JP1280391A JPH04316742A JP H04316742 A JPH04316742 A JP H04316742A JP 3012803 A JP3012803 A JP 3012803A JP 1280391 A JP1280391 A JP 1280391A JP H04316742 A JPH04316742 A JP H04316742A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は薄肉複合長さ方向構造部材に関し、特に、変動
する伸び応力を壁中に生ぜしめる全体振動(globa
l vibration)を受ける複合ビーム又はバー
構造部材に関する。
【0001】各種機器及び構造部材の振動は、不快にな
ったり制御性が悪くなったり騒音が生じたり疲労損傷を
生じやすくなったりするため望ましくない。
【0002】金属材料や複合材料から製作された構造部
材中の振動を消散させるため、通常は付加手段による防
振処理が施されているが、かかる処理方法としては自由
層と拘束層の両方の使用が挙げられる。これら付加手段
による防振処理方式は高い防振性が得られる場合もある
が、かかる処理方式を採用すると重量が増すと共に邪魔
になる部分が生じ、しかも周囲環境上の原因及び機械的
な原因による損傷を受けやすいという欠点がある。他方
、上記防振処理方式は、利用可能な粘弾性物質の温度感
受性に起因して制限された温度範囲に亘って所望の性能
を発揮する傾向がある。
【0003】付加手段による従来の防振処理は大抵の場
合、平らなパネルの平板曲げ振動モード及び円筒セグメ
ントのシェル(殻)曲げ振動モードのような局部曲げ振
動モードを制御するのに利用されたが、曲げ、捩り及び
柱状モードを含む長波全体振動モードの防振に対する要
望がある。
【0004】通常取り扱われる局部曲げモードとは異な
り、全体振動モードを伴う振動応力は壁の厚さに亘って
ほぼ均一に生じる平面内伸び応力である。全体振動モー
ドの防振のため付加手段を用いる防振処理方式が用いら
れて成功している場合が数例ある。
【0005】本発明において解決すべき問題は、特に長
波の全体振動モードの防振のための付加手段による防振
処理方式の欠点を解決すると共に長さ方向部材、例えば
ビーム又はバー構造部材の高防振性且つ軽量の構造を得
ることにある。
【0006】本発明の内部防振形薄肉複合長さ方向部材
は、第1及び第2のフェースを備えた拘束層として機能
できる少なくとも1つの多セグメント状高弾性複合材料
層と、剪断層として機能でき、少なくとも多セグメント
状高弾性複合材料層の第1及び第2のフェース上に位置
した状態でこれに結合された2つの粘弾性防振ポリマー
フィルム層と、粘弾性防振ポリマーフィルム層上に位置
した状態でこれに結合された2つの荷重支持基材層とを
有する。
【0007】さらに、高弾性複合材料から成る多セグメ
ント状拘束層の間には可撓性フィラーが設けられ、この
可撓性フィラーは、結合剤及び過剰複合マトリックス材
料が隣接の拘束層セグメントの運動を伝えないようにす
る。
【0008】本発明の一層深い理解のためには、添付の
図面に示す本発明の好ましい実施例を参照するのが良い
【0009】第1A図は、周知のような自由層形防振処
理手段4を概略的に示す側面図である。基材5の上には
、剛性且つ粘弾性の防振タイル7が被覆されている。
【0010】第1B図は、周知のような拘束層形防振処
理手段6を概略的に示す側面図である。基材5の上には
、多くの剛性拘束層セグメント10と共に柔らかい粘弾
性防振フィルム層8が設けられている。
【0011】これら付加手段による処理方式、即ち第1
A図及び第1B図にそれぞれ示しているような自由層形
防振処理方式4及び拘束層形防振処理方式6の両方は高
い防振性能が得られる場合もあるが、大きな欠点もある
。これら処理方法を採用すると、重量が増し邪魔になる
部分が生じ、更に環境上及び機械上の原因による損傷を
受けやすく又、ある危険性、特に人と機械のインタフェ
ースにおける危険性が一層増す場合がある。更に、付加
手段による防振処理方式を採用すると、平らな表面への
取り付け後、これらへの接近のための要件が厳しくなる
【0012】第2A図は、各壁22の厚さ全体に亘る単
一の専用内部拘束層を備えた薄肉複合ビーム又はバー2
0の一実施例の概略側面図である。
【0013】第2B図は、第2A図に一層明確に示すよ
うな一実施例である薄肉長さ方向部材、即ち、複合バー
20の部材壁22の 2B− 2B線における拡大縦断
面図である。この場合も、第1の粘弾性剪断層8が第1
の荷重支持基材層5上に位置すると共にこれに結合又は
接着されている。この実施例の複合長さ方向部材22で
は、拘束層10のセグメントの間に介在した可撓性フィ
ラー12を有する多セグメント拘束層10上には第2の
粘弾性剪断層8´が設けられ、拘束層10は第2の剪断
層8´に結合され、剪断層8´の上には第2の荷重支持
基材層5´が設けられている。第1の粘弾性剪断層8、
多セグメント状拘束層10、可撓性フィラー12及び第
2の粘弾性剪断層8´は第1及び第2の荷重支持基材層
5、5´の内部に防振用「サンドイッチ」13を形成し
ている。拘束層10は、軸方向、円周方向又はこれら両
方向においてセグメント状になっている。
【0014】拘束層の剛性を所与のものとした場合にお
ける第2A図及び第2B図の薄肉長さ方向部材である複
合ビーム又はバー20に関して、拘束層10のセグメン
ト長さ及び剪断層8、8´の弾性及び厚さを正しく選択
することにより伸びによる防振性能が最適化される。最
適な防振の度合いは、拘束層10と基材層5、5´の全
体的な剛性比により決まる。
【0015】第3A図は、各壁32の厚さ全体に亙り多
数の専用内部拘束層を備えた第2の実施例としての薄肉
複合ビーム又はバー30の概略側面図である。分布状態
のビームモード振動応力40はビーム30中を伝わる。
【0016】第3B図は、第3A図により明確に示すよ
うに各壁の厚さに亘って多数の内部拘束層を備えた第2
の実施例の薄肉複合ビーム又はバーの部材壁32の 3
B− 3Bにおける拡大横断面図である。各壁32の厚
さ全体に亙り2以上の防振用「サンドイッチ」34、3
4´が設けられている。各防振「サンドイッチ」34、
34´は2つの粘弾性層及び共通の拘束層を有している
。荷重支持基材層5、5´、5´´はそれぞれ第1及び
第2のフェースを備えている。粘弾性剪断層8、8´、
8´´、8´´´が荷重支持基材層5、5´、5´´の
第1及び第2のフェース上に設けられた状態でこれに結
合されている。2つの多セグメント状拘束層10、10
´が粘弾性層8、8´、8´´、8´´´間に積層され
ている。可撓性フィラー12、12´が多セグメント状
拘束層10、10´のそれぞれのセグメントの間に設け
られている。この実施例においては、所与の部材中に、
良好な防振性能が得られる温度範囲を広げるために2以
上の形式の防振ポリマーを採用するかどうかは任意であ
る。
【0017】第3C図は、第3B図により明確に示すよ
うな第2の実施例である薄肉複合ビーム又はバー30の
一単位部分の拡大図である。振動応力40が各荷重支持
層5´に及ぼされている。拘束層セグメント10´はそ
の両端において応力がかかっていない状態になっている
が、粘弾性層8´´はその長さに全体に沿って剪断応力
を受けている。これら剪断応力はヒステリシス減衰する
ので結果的に振動が消散する。
【0018】第4図は、防振層51、51´が断続的に
設けられた第3の実施例としての薄肉複合長さ方向部材
50の概略横断面図である。2つの防振層「サンドイッ
チ」51、51´が壁54内に埋め込まれている。これ
ら防振層「サンドイッチ」51、51´は多セグメント
状拘束層10、10´を更に有し、これらの上には粘弾
性層8、8´、8´´、8´´´が位置している。防振
層「サンドイッチ」51、51´の間の非充填壁領域5
6は荷重支持基材層の端から端まで荷重支持材料で作ら
れている。リブ等の補剛手段52がこれら壁領域56に
取り付けられている。
【0019】以上要するに、拘束層として設計された剛
性薄肉のセグメント状高弾性複合材料層は両面が粘弾性
防振ポリマーフィルム層に結合又は接着され、ポリマー
フィルムは剪断層として働いている。この多層防振積層
品又は積層板は三層防振層「サンドイッチ」を構成する
。防振ポリマーを例えば船舶又は潜水艦の船体の部材壁
の内部に設けると、これら船内で作業をしている作業員
は船に乗っているときに火災が万一生じても放出された
有毒蒸気から保護されることになる。また、この防振積
層品を製造使用することにより、ポリマーは、水分、潤
滑剤及び酸素による化学的な侵食から保護されることに
もなる。また、部材のレイアップ中に防振層を設けると
、付加手段による防振処理法でしばしば遭遇した接近性
及び視覚性の問題が解決される。
【0020】かかる防振層「サンドイッチ」は防振を施
すべき長さ方向部材の壁の厚さ中に1又は2以上の箇所
に埋め込まれる。各防振層「サンドイッチ」はその低弾
性高損失剪断層中で大きな剪断変形を受け持つことによ
り振動エネルギーを散逸させる。拘束層は振動伸び応力
の作用の下で荷重支持基材層の伸長中、剪断応力を生ぜ
しめる。
【0021】剪断層の大きな剪断変形が長波全体振動の
作用の下で構造部材の広い範囲に亘って生ずるよう、添
付の図面に示すように拘束層をセグメント状にする必要
がある。マトリックス材料の過剰使用による望ましくな
い橋渡しの防止のため可撓性フィラーが隣り合うセグメ
ントの各対の間に挿入されている。
【0022】一例において、長さ方向部材、即ち第3A
図に示すようなビーム又はバーを有機複合材を用いて製
作しても良い。繊維巻付け法又はテープ・レイアップ法
により製作すると、防振層はテープ又は特定のプレプレ
グの形で用いられる。また、この防振方式を用いる構造
部材は、接着剤を用いる剛性のプレパブパネルから組み
立てられる金属マトリックス又はセラミックマトリック
ス複合材として製作される。
【0023】この構成は、振動現象が問題になる閉鎖断
面管状構造部材に適用でき、かかる構造部材としては、
ターボ機械の構成要素、トーピードシェル、ロボット・
マニプレータ、船舶機器支持体、宇宙船を列挙できるが
、これらに限られるものではない。また、上記構成は、
開断面構造部材、例えば機器の支持体で用いられるビー
ム又は溝形材にも適応できる。更に、上述の実施例の全
てにおいて、共通の粘弾性ポリマーを用いる防振層「サ
ンドイッチ」はまた、所与の壁の厚さ中に2形式以上の
ポリマーを利用してもよい。
【0024】第5A図は、拘束層が軸方向にセグメント
状になった第4の実施例としての内部防振形薄肉複合長
さ方向部材60の概略等角図である。薄肉複合長さ方向
部材は開口しあるいは閉鎖した管状又は円筒形の横断面
部を有し、拘束層66は軸方向にセグメント状になって
いてこれらの間には可撓性フィラー67が設けられてい
る。基材層62、62´上にはそれぞれ剪断層64、6
4´が位置し、これらの間には拘束層66が設けられて
いる。基材層及び拘束層からなる多くの層を内部防振形
薄肉複合長さ方向部材60に組み込むのが良い。
【0025】第5B図は、拘束層が円周方向にセグメン
ト状になった第5の実施例としての内部防振形薄肉複合
長さ方向部材70の概略等角図である。薄肉複合長さ方
向部材70は円周方向にセグメント状になった内部拘束
層を有している。基材層72、72´上には剪断層74
、74´が設けられ、これらの間には拘束層76及び可
撓性フィラー77が設けられている。基材層及び拘束層
から成る多数の層を内部防振形薄肉複合長さ方向部材7
0に組み込むのが良い。
【0026】第5C図は、拘束層が軸方向と円周方向の
両方にセグメント状になった第6の実施例としての内部
防振形薄肉複合長さ方向部材80の概略等角図である。 薄肉複合長さ方向部材80は、軸方向と円周方向の両方
向においてセグメント状になった内部拘束層を有してい
る。基材層82、82´上には剪断層84、84´が設
けられ、これらの間には拘束層86及び可撓性フィラー
87が設けられている。多数の層をこの一実施例に組み
込んでも良い。
【0027】多くの変形例を上述の構成から想到できる
と共に本発明の異なる実施例を本発明の精神から逸脱し
ないで想到できよう。従って、上述の説明及び添付の図
面に示す事項は全て例示として解釈されるべきであって
限定的な意味で解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1A図は、従来技術において周知な自由層形
防振処理手段の概略側面図、第1B図は、従来技術にお
いて周知な拘束層形防振処理手段の概略側面図である。
【図2】第2A図は、各壁の厚さに亘って単一の専用内
部拘束層を備えた薄肉長さ方向部材の一実施例、例えば
ビーム又はバーの概略側面図、第2B図は、第2A図に
示すように2B−2B線における単一の専用内部拘束層
を備えた薄肉長さ方向部材の一実施例の部材壁の拡大縦
断面図である。
【図3】第3A図は、第2の実施例、即ち各壁の厚さに
亘って多数の内部拘束層を備えた薄肉長さ方向部材例え
ばビーム又はバーの概略側面図である、第3B図は、第
3A図に示すように多数の拘束層を備えた薄肉長さ方向
部材、例えばビーム又はバーの部材壁の拡大縦断面図、
第3C図は、第3B図に一層明確に示すように第2の実
施例としての薄肉複合ビーム防振積層品の一単位部分の
拡大図である。
【図4】第4図は、第3の実施例、即ち防振層を断続的
に備えた内部防振形薄肉複合長さ方向部材の概略側面図
である。
【図5】第5A図は、第4の実施例、即ち拘束層が軸方
向にセグメント状になった内部防振形薄肉複合長さ方向
部材の概略等角図、第5B図は、第5の実施例、即ち拘
束層が円周方向にセグメント状になった内部防振形薄肉
複合長さ方向部材の概略等角図、第5C図は、第6の実
施例、即ち拘束層が軸方向と円周方向の両方向において
セグメント状になった内部防振形薄肉複合長さ方向部材
の概略等角図である。
【符号の説明】
5、5´  荷重支持基材層 10  多セグメント状拘束層 12  可撓性フィラー 20  薄肉複合ビーム又はバー 22  壁 34  防振層「サンドイッチ」

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  少なくとも一つの壁を備える内部防振
    形薄肉複合長さ方向部材であって、拘束層として機能で
    きる少なくとも1つの多セグメント状高弾性複合材料層
    と、剪断層として機能できる少なくとも2つの粘弾性防
    振ポリマーフィルム層と、少なくとも2つの荷重支持基
    材層とを有し、前記拘束層は第1及び第2のフェースを
    備え、前記粘弾性防振ポリマーフィルム層は少なくとも
    前記拘束層の第1及び第2のフェース上に位置し、前記
    荷重支持基材層は前記粘弾性防振ポリマーフィルム層上
    に位置していることを特徴とする内部防振形薄肉複合長
    さ方向部材。
  2. 【請求項2】  前記多セグメント状高弾性複合材料層
    の間には可撓性フィラーが設けられ、該可撓性フィラー
    は前記高弾性複合材料の互いに隣接したセグメントの間
    に介在していることを特徴とする請求項1の内部防振形
    薄肉複合長さ方向部材。
  3. 【請求項3】  内部防振形薄肉複合ビームであって、
    それぞれが平らで且つ互いに平行な第1のフェースと第
    2のフェースを備えた少なくとも2つの荷重支持基材層
    と、前記荷重支持基材層の前記第2のフェース上に位置
    した少なくとも2つの粘弾性剪断層と、前記粘弾性剪断
    層上に位置した少なくとも1つのセグメント状拘束層と
    を有することを特徴とする内部防振形薄肉複合ビーム。
  4. 【請求項4】  前記セグメント状拘束層の前記セグメ
    ントの間には可撓性フィラーが介在していることを特徴
    とする請求項3の内部防振形薄肉複合ビーム。
  5. 【請求項5】  薄肉複合構造体の低弾性高損失剪断層
    で大きな剪断変形を受け持つことにより振動エネルギー
    を消散させて高い防振性能を発揮する部材であって、第
    1及び第2の側部を備えた内部拘束層と、前記拘束層の
    前記第1及び第2の側部上に位置した少なくとも2つの
    剪断層と、それぞれが平らで且つ互いに平行な第1のフ
    ェースと第2のフェースを備えた少なくとも2つの荷重
    支持基材層とを有し、前記少なくとも2つの荷重支持基
    材層は前記剪断層上に位置していることを特徴とする高
    防振性能部材。
  6. 【請求項6】  前記拘束層は高弾性複合材料であるこ
    とを特徴とする請求項5の繊維強化薄肉複合構造部材を
    高防振性にする高防振性能部材。
  7. 【請求項7】  前記剪断層は粘弾性防振ポリマーフィ
    ルムであることを特徴とする請求項5の繊維強化薄肉複
    合構造部材を高防振性にする高防振性能部材。
  8. 【請求項8】  防振層を断続的に備えた荷重支持防振
    積層品であって、第1及び第2のフェースを備えた少な
    くとも1つの多セグメント状拘束層と、前記拘束層の第
    1及び第2のフェースと協働する少なくとも1つの粘弾
    性剪断層と、前記多セグメント状拘束層の前記セグメン
    トの間に設けられた少なくとも1つの可撓性フィラーの
    セグメントと、前記多セグメント状荷重支持基材層に取
    り付けられた多数の補剛材とを有することを特徴とする
    荷重支持防振形積層品。
  9. 【請求項9】  前記長さ方向部材は円筒形開横断面部
    を有することを特徴とする請求項1の内部防振形薄肉複
    合長さ方向部材。
  10. 【請求項10】  前記長さ方向部材は閉鎖した円筒形
    横断面部を更に有することを特徴とする請求項1の内部
    防振形薄肉複合長さ方向部材。
  11. 【請求項11】  前記拘束層は軸方向にセグメント状
    になっていることを特徴とする請求項1の内部防振形薄
    肉複合長さ方向部材。
  12. 【請求項12】  前記拘束層は円周方向にセグメント
    状になっていることを特徴とする請求項1の内部防振形
    薄肉複合長さ方向部材。
  13. 【請求項13】  前記拘束層は軸方向及び円周方向に
    セグメント状になっていることを特徴とする請求項1の
    内部防振形薄肉複合長さ方向部材。
  14. 【請求項14】  前記拘束層の前記第1のフェース上
    に位置した粘弾性防振ポリマーフィルムは、前記拘束層
    の前記第2のフェース上に位置した前記粘弾性防振ポリ
    マーフィルムとは異なることを特徴とする請求項1の内
    部防振形薄肉複合長さ方向部材。
  15. 【請求項15】  少なくとも1つの壁及び円筒形横断
    面を有する内部防振形薄肉複合長さ方向部材であって、
    軸方向にセグメント状になっていて、第1のフェース及
    び第2のフェースを備えた拘束層として機能できる少な
    くとも1つの多セグメント状高弾性複合材料層と、剪断
    層として機能でき、少なくとも前記拘束層の前記第1の
    フェース及び第2のフェース上に位置した少なくとも2
    つの粘弾性防振ポリマーフィルム層と、前記粘弾性防振
    ポリマーフィルム層上に位置した少なくとも2つの荷重
    支持基材層とを有することを特徴とする内部防振形薄肉
    複合長さ方向部材。
  16. 【請求項16】  少なくとも1つの壁及び円筒形横断
    面を有する内部防振形薄肉複合長さ方向部材であって、
    円周方向にセグメント状になっていて、第1のフェース
    及び第2のフェースを備えた拘束層として機能できる少
    なくとも1つの多セグメント状高弾性複合材料層と、剪
    断層として機能でき、少なくとも前記拘束層の前記第1
    のフェース及び第2のフェース上に位置した少なくとも
    2つの粘弾性防振ポリマーフィルム層と、前記粘弾性防
    振ポリマーフィルム層上に位置した少なくとも2つの荷
    重支持基材層とを有することを特徴とする内部防振形薄
    肉複合長さ方向部材。
  17. 【請求項17】  少なくとも1つの壁及び円筒形横断
    面を有する内部防振形薄肉複合長さ方向部材であって、
    軸方向及び円周方向にセグメント状になっていて、第1
    のフェース及び第2のフェースを備えた拘束層として機
    能できる少なくとも1つの多セグメント状高弾性複合材
    料層と、剪断層として機能でき、少なくとも前記拘束層
    の前記第1のフェース及び第2のフェース上に位置した
    少なくとも2つの粘弾性防振ポリマーフィルム層と、前
    記粘弾性防振ポリマーフィルム層上に位置した少なくと
    も2つの荷重支持基材層とを有することを特徴とする内
    部防振形薄肉複合長さ方向部材。
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