第七章-阻尼減振課件

第七章阻尼減振1第七章阻尼減振122阻尼減振用金屬薄板制成的機罩、管道、車船體及飛機外殼等，常會因振動的傳導發(fā)生劇烈振動，從而產生較強的噪聲。降低這種振動噪聲普遍采用的方法是在振動構件上緊貼或噴涂一層高阻尼的材料，或者把板件設計成夾層結構。這種降噪措施習慣上稱作阻尼減振，簡稱阻振。多用于大面積薄板類的減振3阻尼減振用金屬薄板制成的機罩、管道、車船體及飛實例在鉚接飛機、輪船這種大的結構時，或在生產零部件的過程中，會產生高聲級的噪聲。這是因為引起的碰撞及大尺寸零部件能有效地將振動能轉變?yōu)樵肼?。解決辦法在鉚接時對結構件臨時使用阻尼襯墊，以降低共振強度，并可減弱振動從鉚接點向壁板其它地方的傳播。4實例解決辦法4實例在砂輪機上磨圓鋸刀刃時，由于共振的存在，且內阻尼很低，故產生很大噪聲。解決辦法用硬盤將橡膠減振材料制成的圓片固定在鋸片上，對刀鋸既增加了質量又增加了阻尼能力，這就降低了共振放大。5實例解決辦法5大的宇航器、發(fā)射器在發(fā)射階段往往受到激烈的發(fā)動機噪聲干擾。某大型發(fā)射器發(fā)射時在殼體外部測得的聲壓級6大的宇航器、發(fā)射器在發(fā)射階段往往受到激烈的發(fā)7.1阻尼的定義與作用7.2阻尼減振的原理7.3阻尼材料

7.4阻尼基本結構及其應用77.1阻尼的定義與作用77.1.1阻尼的定義

7.1阻尼的定義與作用

阻尼是指系統(tǒng)損耗能量的能力。從減振的角度看，就是將機械振動的能量轉變成熱能或其它可以損耗的能量，從而達到減振的目的。

阻尼材料在振動物體產生高的共振振幅前,先將一部分振動能在自身中消耗,以達到減小振幅、降低振動能之目的,這就是阻尼材料。是具有較大內損耗、內摩擦的材料，如瀝青、軟橡膠以及其他一些高分子涂料。視頻87.1.1阻尼的定義

7.1阻尼的定義與作用阻

阻尼技術

就是充分運用阻尼耗能的一般規(guī)律，從材料、工藝、設計等各項技術問題上發(fā)揮阻尼在減振方面的潛力，以提高機械結構的抗振性、降低機械產品的振動、增強機械與機械系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。

阻尼器：一種抑制結構振動的有效裝置。9阻尼器：一種抑制結構振動的有效裝置。91)阻尼有助于降低機械結構的共振振幅，從而避免結構因動應力達到極限所造成的破壞。

7.1.2阻尼的作用2)阻尼有助于機械系統(tǒng)受到瞬態(tài)沖擊后，很快恢復到穩(wěn)定狀態(tài)。3)阻尼有助于減少因機械振動所產生的聲輻射，降低機械噪聲。4)可以提高各類機床、儀器等的加工精度、測量精度和工作精度。5)阻尼有助于降低結構傳遞振動或聲能的能力，用于隔振、隔聲及阻斷能量的傳遞。101)阻尼有助于降低機械結構的共振振幅，從而避免結構因動應力高層建筑中使用的兩種阻尼器1.墻面2.桁架3.阻尼器4.阻尼材料11高層建筑中使用的兩種阻尼器11阻尼對于系統(tǒng)的振動響應有重要影響，適當增加系統(tǒng)的阻尼，是振動控制的一種重要手段。12阻尼對于系統(tǒng)的振動響應有重要影響，適當增加系統(tǒng)的1）消振器2）鋼索3）鋼套4）阻尼橡膠5）螺釘電視鐵塔的阻尼動力消振器131）消振器2）鋼索3）鋼套4）阻尼橡膠5）螺釘電機關炮的后坐力14機關炮的后坐力141)鈦合金管2）石墨纖維3）塑料球拍的阻尼處理151)鈦合金管2）石墨纖維3）塑料球拍的阻尼處理151）大阻尼涂層2）鋁片約束層3）鋸片4）大阻尼粘彈材料161）大阻尼涂層2）鋁片約束層3）鋸片4）大阻尼粘

對加工有色金屬的鏡面車床（用于加工計算機磁盤），加工軸和軸承的鏡面磨床，整臺機床應有良好的抗振性。環(huán)氧混凝土床身有些機床改用阻尼值比較大的環(huán)氧混凝土來代替鑄鐵做機床的床身或者構件，它用環(huán)氧樹脂作粘結劑，以石子為基體，經攪拌后注入模子以制成床身、立柱或其他大型構件。這種材料的損耗因子比鑄鐵高6-10倍，比花崗石高3倍。17對加工有色金屬的鏡面車床（用于加工計算機磁盤◆增大工藝系統(tǒng)阻尼改善工藝系統(tǒng)動態(tài)特性阻尼材料鑄鐵環(huán)鑄鐵套筒零件上加阻尼材料【例】18◆增大工藝系統(tǒng)阻尼改善工藝系統(tǒng)動態(tài)特性阻尼材料鑄鐵環(huán)鑄鐵7.2阻尼減振的原理

阻尼可使沿結構傳遞的振動能量衰減，還可減弱共振頻率附近的振動，因而能減弱金屬板彎曲振動的強度。即當機器或薄板發(fā)生彎曲振動時，其能量迅速傳遞給緊密貼涂在薄板上的阻尼材料，于是引起薄板和阻尼材料之間的相互摩擦和錯動，阻尼材料時而被拉伸，時而被壓縮，由于阻尼材料的內損耗、內摩擦大，使金屬板振動能量有相當一部分轉化為熱能而消耗掉，從而減弱薄板的彎曲振動。同時，阻尼可縮短薄板被激振的振動時間。197.2阻尼減振的原理阻尼可使沿結構傳遞的振動當金屬板殼被涂上高阻尼材料后，受激產生振動時，阻尼層也隨之振動，一彎一折使阻尼層時而被壓縮，時而被拉伸，從而使金屬板和阻尼層之間、阻尼層內部分子之間不斷發(fā)生相對位移，由于其摩擦阻力很大，便使振動能量不斷轉化為熱能而被消耗。

同時阻尼層的剛度總是力圖阻止板面的彎曲振動，從而降低了金屬板的噪聲輻射，這就是阻尼減振的原理。7.2阻尼減振的原理20當金屬板殼被涂上高阻尼材料后，受激產生振動時，阻尼層損耗因子表征阻尼性能最常用的量。薄板振動時每周期時間內損耗的能量系統(tǒng)最大彈性勢能21損耗因子表征阻尼性能最常用的量。薄板振動時每周期系統(tǒng)最大彈性板受迫振動的位移為：板受迫振動的振速為：阻尼力在位移上所消耗的能量為：阻尼力在一個周期內損耗的能量為：系統(tǒng)的最大勢能為：22板受迫振動的位移為：板受迫振動的振速為：阻尼力在位移上損耗因子：23損耗因子：23大多數(shù)金屬材料的損耗因子為；木材為；軟橡膠為；

一般認為，損耗因子至少在0.01數(shù)量級，并可與金屬緊密粘附的材料，方可作為減振阻尼材料使用。損耗因子：表征阻尼性能最常用的量。24大多數(shù)金屬材料的損耗因子為常用材料的損耗因子材料損耗因子鋼、鐵1×10-4

~6×10-4

有色金屬1×10-4

~2×10-3

玻璃0.6×10-3

~2×10-3

塑料5×10-3

~1×10-2

有機玻璃2×10-2

~4×10-2

木纖維板1×10-2

~3×10-2

混凝土1.5×10-2

~5×10-2

砂（干砂）1.2×10-1

~6×10-1

粘彈性材料2×10-1~525常用材料的損耗因子材料損耗因子鋼、鐵1×10-從物理現(xiàn)象上區(qū)分，阻尼可以分為以下五類：（1）工程材料內阻尼

工程材料種類繁多，盡管其耗能的微觀機制有差異，宏觀效應卻基本相同，都表現(xiàn)為對振動系統(tǒng)具有阻尼作用，因這種阻尼起源于介質內部，故稱為工程材料內阻尼。26從物理現(xiàn)象上區(qū)分，阻尼可以分為以下五類：（1）工程材料內阻尼材料阻尼的機理：宏觀上連續(xù)的金屬材料會在微觀上因應力或交變應力的作用產生分子或晶界之間的位錯運動、塑性滑移等，產生阻尼。在低應力狀況下由金屬的微觀運動產生的阻尼耗能，稱為金屬滯彈性，當金屬材料在周期性的應力和應變作用下，加載線OPA因上述原因形成略有上凸的曲線而不再是直線，而卸載線AB將低于加載線OPA。于是在一次周期的應力循環(huán)中，構成了應力-應變的封閉回線ABCDA，阻尼耗能的值正比于封閉回線的面積。27材料阻尼的機理：宏觀上連續(xù)的金屬材料會在微觀上因在實際工程中，各種結構往往與流體相接觸，而大部分流體都具有一定黏滯性，當這些結構相對其周圍流體介質運動時，后者給前者以運動阻力，對振動物體做負功，使其損失一部分機械能，這些機械能最終轉變?yōu)闊崮堋＃?）流體的粘滯阻尼

流體在管道中流動如果流體具有粘滯性，流體各部分流動速度是不等的，多數(shù)情況下，呈拋物面形。這樣，流體內部的速度梯度、流體和管壁的相對速度，均會因流體具有粘滯性而產生能耗及阻尼作用，稱為粘性阻尼。粘性阻尼的阻力一般和速度成正比。28在實際工程中，各種結構往往與流體相接觸接合面阻尼是由微觀的變形所產生的，而庫侖摩擦阻尼則由接合面之間相對宏觀運動的干摩擦耗能所產生。（3）接合面阻尼與庫侖摩擦阻尼

相對位移和外力之間關系曲線29接合面阻尼是由微觀的變形所產生的，而庫侖1）大阻尼材料2）鉚釘3）約束層4）彈簧環(huán)5）環(huán)形槽大型齒輪的兩種消振、消聲結構設計301）大阻尼材料2）鉚釘3）約束層4）彈簧環(huán)5）環(huán)形（4）沖擊阻尼

沖擊阻尼是另一種結構耗能方式。工程中可以通過設置沖擊阻尼器來獲得沖擊阻尼，例如砂、細石、鉛丸或其他金屬塊、以至于硬質合金等，均可用作沖擊塊，以獲得沖擊阻尼。工程上已經將這種阻尼機理成功地應用于雷達天線、渦輪機葉片、繼電器、機床刀桿及主軸等。沖擊阻尼的機理是通過附加沖擊塊，將主系統(tǒng)的振動能量轉換為沖擊塊的振動能量，從而達到減小主系統(tǒng)的振動的目的。31（4）沖擊阻尼沖擊阻尼是另一種結構耗能3232

DEN480L型數(shù)控車床底座和床身示意圖

其底座內所填充的混凝土的內摩擦阻力較高，再配上封泥芯的床身，使機床有較高的抗振性。【例】33DEN480L型數(shù)控車床底座和床身示意圖其底座內（5）磁電效應阻尼

機械能轉變?yōu)殡娔艿倪^程中，由磁電效應產生阻尼。在磁極中間設置金屬導磁片，磁片旋轉時切割磁力線而形成渦流，渦流在磁場作用下又產生與運動相反的作用力以阻止運動，由此而產生的阻尼稱為渦流阻尼。渦流阻尼的能量損耗由電磁的磁滯損失和渦流通過電阻的能量損失組成。渦流阻尼示意圖34（5）磁電效應阻尼機械能轉變?yōu)殡娔艿倪^7.3阻尼材料阻尼材料也稱為粘彈阻尼材料，或粘彈性高阻尼材料。要求：有較高的損耗因子；有較好的粘結性能；在強力的振動下不脫落不老化；在一些特殊的環(huán)境使用下還要求耐高溫、高濕和油污。357.3阻尼材料阻尼材料也稱為粘彈阻尼材料，或粘彈性7.3阻尼材料阻尼材料阻尼涂料阻尼板材367.3阻尼材料阻尼材料阻尼涂料阻尼板材36（一）阻尼涂料常用的阻尼材料有瀝青、軟橡膠和阻尼漿。阻尼涂料1.基料2.填料3.溶劑阻尼材料的主要成分，其作用使構成阻尼材料的各種成分進行粘合，并粘接于金屬板上。常用的基料有瀝青、橡膠、樹脂等。填料的作用是增加阻尼材料的內損耗能力和減少基料的用量以降低成本，常用的有膨脹珍珠巖粉、石棉絨、石墨、碳酸鈣、硅石等。一般情況下，填料占阻尼材料的30%~60%.溶劑的作用是溶解基料并防止涂料干裂，常用的溶劑有汽油、乙酸乙酯、乙酸丁酯等。37（一）阻尼涂料常用的阻尼材料有瀝青、軟橡膠和阻尼漿。阻尼涂常用的阻尼材料有瀝青、軟橡膠和阻尼漿。阻尼漿是用多種高分子材料配制而成的，可根據(jù)配方自己配制。它主要由基料、填料和溶劑三部分組成?；匣鲜亲枘岵牧系闹饕煞?，其作用是使構成阻尼材料的各種成分進行粘合并粘接金屬板?；闲阅艿暮脡膶ψ枘嵝Ч饹Q定性作用。常用的基料有瀝青、橡膠、樹脂等。填料

填料的作用是增加阻尼材料的內損耗能力、減少基料的用量以降低成本。常用的填料有膨脹珍珠巖粉、石棉絨、碳酸鈣、軟木粉等。溶劑

溶劑的作用是溶解基料，常用的溶劑有汽油、醋酸乙酯、植物油等。（一）阻尼涂料38常用的阻尼材料有瀝青、軟橡膠和阻尼漿。阻尼漿是用多種高分子材１．粘彈性阻尼材料粘彈性阻尼材料主要分橡膠類和塑料類，一般以膠片形式生產，使用時可用專用的粘結劑將它貼在需要減振的結構上。39１．粘彈性阻尼材料粘彈性阻尼材料主要分橡聚四氟乙烯導軌軟帶

以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結，并做成軟帶狀。軟帶導軌⑴耐磨性好⑵減振性能好⑶工藝性能好【例】40聚四氟乙烯導軌軟帶軟帶導軌【例】40在純剪切振動一周中單位體積內所損耗的能量為：為剪切模量實部，為最大減切應變幅值。由此可知：要使振動能量耗散達到最大值，則必須使為最大。41在純剪切振動一周中單位體積內所損耗的能量為：阻尼材料性能隨溫度及頻率的變化曲線42阻尼材料性能隨溫度及頻率的變化曲線42圖中明顯有三個不同的區(qū)域：1區(qū)：玻璃態(tài)區(qū)，這時阻尼材料的有最大值，隨著的變化，其值變化很慢，而值最小，但隨的上升其值增加很快。2區(qū)：玻璃態(tài)轉變區(qū)（過渡區(qū)），隨著溫度的增加，值很快下降，當時，有最大值。3區(qū)：高彈區(qū)（橡膠態(tài)區(qū)）,和都很小，且隨溫度的變化很小。43圖中明顯有三個不同的區(qū)域：43由高分子加入適量的填料以及輔助材料配制而成，是一種可涂覆在各種金屬板狀結構表面上，具有減振、絕熱和一定密封性能的特種涂料，可廣泛地用于飛機、船舶、車輛和各種機械的減振。由于涂料可直接噴涂在結構表面上，故施工方便，尤其對結構復雜的表面如艦艇、飛機等，更體現(xiàn)出它的優(yōu)越性。２．樹脂型44由高分子加入適量的填料以及輔助材料配制而成，是一環(huán)氧型耐磨導軌涂層

以環(huán)氧樹脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成液狀或膏狀為一組份，以固化劑為另一組份的雙組份塑料涂層。注塑導軌

1—滑座；2—膠條；3—注塑層

【例】45環(huán)氧型耐磨導軌涂層注塑導軌

1—滑座；2３．瀝青型瀝青型阻尼材料比橡膠型阻尼材料價格便宜，它的結構損耗因子隨厚度的增加而增加。瀝青阻尼材料厚度與結構損耗因子關系阻尼層厚度

1.522.434損耗因子

0.050.080.110.160.2546３．瀝青型瀝青型阻尼材料比橡膠型阻尼材料價格瀝青阻尼材料大致可分以下四種類型：

(1)熔融型。此種板材熔點低，加熱后流動性好，能流遍整個汽車底部等構件，在汽車烘漆加熱時一并進行加熱；(2)熱熔型。在板材的表面涂有一層熱熔膠，以便在汽車烘漆加熱時熱熔膠融化粘合，它一般用作汽車底部內襯；(3)自粘型。在板材的表面涂上一層自粘性壓敏膠，并覆蓋隔離紙，一般用在汽車頂部和側蓋板部分；(4)磁性型。在板材的配方中填充大量的磁粉，經充磁機充磁后具有磁性，可與金屬殼體貼合，一般用在車門部位。47瀝青阻尼材料大致可分以下四種類型：

(1)熔融型。此種板1．復合型阻尼金屬板材

在兩塊鋼板或鋁板之間夾有非常薄的粘彈性高分子材料，就構成復合阻尼金屬板材。這種結構的強度由各基體金屬材料保證，阻尼性能由粘彈性材料和約束層結構加以保證。（二）阻尼板材481．復合型阻尼金屬板材在兩塊鋼板或鋁板之間夾有復合型阻尼金屬板材的主要優(yōu)點是：(1)振動衰減特性好，復合型阻尼鋼板損耗因子一般在0.3以上。(2)耐熱耐久性能好，阻尼鋼板采用特殊的樹脂，即便在140℃空氣中連續(xù)加熱1000小時，各種性能也不劣化。(3)機械性能好，復合阻尼鋼板的屈服點、抗拉強度等機械品質與同厚度普通鋼板大致相同。(4)焊接性能好，焊縫性能與普通鋼相同。(5)復合阻尼鋼板還具有阻燃性、耐大氣腐蝕性、耐水性、耐油性、耐臭氧性、耐寒性、耐沖擊性及烤漆時的高溫耐久性等優(yōu)點。49復合型阻尼金屬板材的主要優(yōu)點是：(1)振動衰減特復合阻尼鋼板的應用實例類別應用實例大型結構鐵路橋梁下部隔聲板；鋼鐵廠裝、卸料機內襯、漏斗、溜槽內襯建筑部門高層建筑鋼制樓梯、垃圾井筒、鋼門、銅制家俱、空調用鋼制品交通部門汽車發(fā)動機、發(fā)動機旋轉部件、翻斗車料槽、船舶、飛機等構件—般工廠傳遞、運輸機械構件、鏟車料槽、鑿巖機內襯、電動機機殼、空氣機機殼音響設備音響設備底盤、框架、辦公用機械噪聲控制設備各種機器隔聲罩、大型消聲器鋼板結構其它記錄機機身、激光裝置防振臺50復合阻尼鋼板的應用實例類別應用實例大型結構鐵路2．阻尼合金和其它阻尼材料

阻尼合金具有良好的減振性能，既是結構材料又有高阻尼性能，例如雙晶型Mn-Cu系合金，具有振動衰減特性好、機械強度高、耐腐蝕等優(yōu)點，被用于艦艇、魚雷等水下設施的構件上。512．阻尼合金和其它阻尼材料阻尼合金具有良好的減7.4阻尼基本結構及其應用

阻尼基本結構1.離散型的阻尼器件2.附加型的阻尼結構吸振隔振527.4阻尼基本結構及其應用阻尼基本結附加型的阻尼結構53附加型的阻尼結構531）

自由阻尼結構

將粘彈阻尼材料粘貼或噴涂在需要減振的結構物上（可以是單面的，也可以是雙面的）。當基板產生彎曲振動時，阻尼層隨基本層一起振動，在阻尼層內部產生拉-壓變形。根據(jù)阻尼材料的耗能機理，當阻尼材料內部產生交變應力時，阻尼材料就會將有序的機械能轉化為無序的熱能，從而起到耗能的作用。阻尼層越厚，阻尼損耗因子越大，制振效能就越好。541）

自由阻尼結構

將粘彈阻尼材料粘貼或噴涂在損耗因子：其中；。55損耗因子：其中；

2）

約束阻尼結構在自由阻尼處理的阻尼層外側表面再粘貼一彈性層，這一彈性層應具有遠大于阻尼層的彈性模量。當阻尼層隨基本結構層一起產生彎曲振動而使阻尼層產生拉-壓變形時，由于粘貼在外側彈性層的彈性模量遠大于阻尼層的彈性模量，因此這一彈性層將起到約束阻尼層的拉-壓變形的作用。由于阻尼層與基本層接觸的表面所產生的拉-壓變形不同于與約束層接觸的表面所產生的拉-壓變形，從而在阻尼材料內部產生剪切變形。因此約束阻尼處理結構中，阻尼層不僅承受拉-壓變形，還同時承受剪切變形，它們都能起到耗能作用。約束阻尼結構比自由阻尼結構耗散更多的能量，因此具有更好的減振降噪效果。

a)自由狀態(tài)

b)振動拉-壓及剪切變形狀態(tài)

1—基本層

2—阻尼層

3—約束層562）

約束阻尼結構在自由阻尼處理的阻尼復合阻尼板鋼軌構造57復合阻尼板鋼軌構造57典型的約束阻尼處理結構58典型的約束阻尼處理結構58增加切削阻尼車刀消振棱0.1～0.3-5°～-20°2°～3°◆（例采用倒棱車刀）【例】59增加切削阻尼車刀消振棱0.1～0.3-5°～-20°2°～6060Thankyouforyourlistening!本章結束61Thankyouforyourlistening!本【作業(yè)】用自己的語言描述什么是阻尼減振?【作業(yè)】配制阻尼涂料由哪幾部分組成，各組成部分有何作用？62【作業(yè)】用自己的語言描述什么是阻尼減振?【作業(yè)】配制阻尼涂料【作業(yè)】用自己的語言描述什么是阻尼減振?63【作業(yè)】用自己的語言描述什么是阻尼減振?637.3阻尼材料

阻尼材料

按用途分類用于減振的平板型及壓敏型材料用于噪聲控制的泡沫多孔材料用于減振降噪的復合型材料用于特殊工作環(huán)境的特種材料按材料性質分類粘彈類阻尼材料阻尼橡膠阻尼塑料金屬類阻尼材料阻尼合金復合阻尼鋼板液體阻尼涂料阻尼油料阻尼涂料瀝青型阻尼材料647.3阻尼材料按用途分類用于減振的平板型11.4.3

阻尼減振技術（1）粘彈阻尼材料（2）阻尼減振的基本原理（3）結構阻尼與復合阻尼結構

◆兩種結構阻尼：系統(tǒng)阻尼和材料的內摩擦阻尼；

◆兩種復合結構：自由阻尼結構和約束阻尼結構。6511.4.3阻尼減振技術6511.4.3

阻尼減振技術（4）約束阻尼板結構設計要點◆根據(jù)結構使用溫度、激振頻率范圍和預期達到的減振效果；

◆確定結構的振型，找出應變較大的各個部位，貼上約束阻尼材料；◆在結構的質量和剛度許可的條件下，應盡量采用對稱夾心結構，通過設計，選定所用的阻尼材料，確定阻尼層厚度、約束層厚度和結構的損耗因子。6611.4.3阻尼減振技術6611.4.3

阻尼減振技術（5）阻尼板的設計計算步驟◆約束層厚度的確定

◆阻尼層厚度的確定

◆結構損耗因子的確定6711.4.3阻尼減振技術67它利用固體和液體的摩擦阻尼來消耗振動的能量。如在機床主軸系統(tǒng)中附加阻尼減振器，它相當于間隙很大的滑動軸承，通過阻尼套和阻尼間隙中的粘性油的阻尼作用來減振。

1)阻尼減振器：68它利用固體和液體的摩擦阻尼來消耗振動的能量。如在機床主軸系統(tǒng)2．表面采用阻尼涂層

對于彎曲振動結構件，在其表面噴涂一層具有較高內阻尼和較高彈性的粘滯材料(如瀝青基制成的膠泥減振劑、高分子聚合物和油漆膩子等)，涂層厚度愈大，阻尼愈大。采用阻尼涂層，既可不改變原設計的結構和剛度，又能獲得較高的阻尼比，其阻尼比ξ值可達0.05~0.1。這種措施常用于鋼板焊接的結構。

3．采用新材料制造基礎件

最近10年來，德國和瑞士在應用聚合物混凝土制造基礎件的研究中取得了進展。德國布格哈特—韋