阻尼材料的研究状况及进展

时间：2025-03-07

阻尼材料的研究状况及进展

2010年7月

阻尼材料的研究状况及进展

蒋鞠慧,尹冬梅,张雄军

(1 中国中材集团有限公司,北京

100035;1

102101)

2 北京玻钢院复合材料有限公司,北京

摘要:阐述了阻尼材料的基本概念和阻尼作用的基本原理,回顾了阻尼材料发展的三个阶段,简单介绍了阻尼材料的性能评价方法和大致分类,并分别对粘弹性阻尼材料、复合阻尼材料和智能型阻尼材料的研究状况及进展进行了详细的评述和分析。

关键词:阻尼材料;粘弹性阻尼材料;复合阻尼材料;智能型阻尼材料

中图分类号:TB34 文献标识码:A 文章编号:1003-0999(2010)04-0076-05

1 引言

当前,机械设备正向高速、高效、自动化方向发展,但机械仪器工作时产生的振动会严重破坏设备的精确度、可靠性和稳定性,产生的噪音也会危害人

们的身心健康。阻尼材料是一种能吸收振动机械能、声能并可将它们转化为热能、电能、磁能或其他形式能量而消耗掉的一种功能材料,可应用于减振、吸声器件。

通常把系统损耗振动能或声能的能力称为阻尼,阻尼越大,输人系统的能量便能在较短时间内损耗完毕,因而系统从受激振动到重新静止所经历的时间就越短,所以阻尼也可理解为系统受激后迅速恢复到受激前状态的一种能力

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lomb便指出金属经受循环应变时,应力应变曲线将形成滞后环,并有能量耗散。1837年,Weber首次用扭摆的自由衰减测量了材料的阻尼。从1850年开始,声学家们对有阻尼的振动系统进行研究。Rayleigh于1878年给出了线性、粘性阻尼离散系统和连续介质力学、声学等系统的微分方程及一些方程的解,在此阶段阻尼材料的研究才刚刚起步。

第二阶段是1920~1940年,这一时期机器的运转速度越来越高,振动问题成为高速旋转机械、飞机及大型工程结构等的主要困扰。振动使得螺旋桨曲轴和水轮机叶片出现疲劳破坏,轮船的舱口产生疲劳裂纹,疲劳破坏使得第一架商务飞机坠毁,美国的TacomaNarrows大桥也由于水流导致的振动而损坏

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阻尼的基本原理是损耗能量,各种阻尼技术都是围绕如何把受激振动能转化为其它形式的能(如热能、变形能等)而使系统尽快恢复到受激前的状态。阻尼的方法主要有3种,即系统阻尼、结构阻尼和材料阻尼。系统阻尼是在系统中设置专用阻尼减振器,如减振弹簧、冲击阻尼器等;结构阻尼是在系统的某一振动结构上附加材料或形成附加结构,增加系统自身的阻尼能力,这类方法包括接合面阻尼、库仑摩擦阻尼和复合结构阻尼等;而材料阻尼是依靠材料本身所具有的高阻尼特性达到减振降噪的目的。研究材料的阻尼行为,开发具有较高阻尼性能的结构材料对于解决由振动造成的问题具有十分重要的意义,也是材料科学工作者所面临的重要课题

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,从而使得振动控制成为工业生产的主要话题

之一,人们开始就这一问题进行工程应用研究。第三个阶段是1940年至今,这一时期,有关阻尼的文献逐年增加,如1945年有500篇,1965年则超过了2500篇。这一阶段,人们开始定量描述阻尼对动态系统的影响,并于上世纪六七十年代发展起了一门涉及材料学、力学、机械学和环境科学等多学科的新技术,即阻尼技术3 1 评价方法

评价阻尼性能的实验方法

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3 阻尼材料的评价方法和分类

有:动态扭摆法

TBA(Trsionalbraidanalysis)、受迫共振法和受迫振动非共振法,即动态粘弹实验DMA(DynamicMe chanicalAnalysis)以及差示扫描量热分析法DSC(DifferentialScanningCalerimerty)。其中以DMA应用最为广泛,因为它能直接给出阻尼材料的G ~

。

2 阻尼材料的发展历史

第一阶段是1784~1920年,在1784年Cou

收稿日期:2010 05 20

作者简介:蒋鞠慧(1968 ),女,高级工程师,硕士研究生,主要从事新型材料方面的研究。

2010年第4期

玻璃钢/复合材料

T、G ~T和tan ~T的关系曲线。分析这些曲线变化的情况能得到许多与阻尼性能有关的信息,曲线越平坦,tan 值越高,T的范围越大,则阻尼性能越好。对于阻尼结构,常用振幅衰减的方法来测试其阻尼比随时间变化的曲线

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ENR共混体系在0~100 内tg >0.3,具有比未填充体系更好的阻尼性能

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