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振动与冲击 AND 第28卷第1期 JOURNALOFVIBRAlIONSHOCK 颗粒阻尼的动态特性研究 胡溧，黄其柏，柳占新，王剑亮 (华中科技大学机械科学与工程学院，武汉430074) 摘 要：颗粒阻尼技术已经成功的应用于多个领域抑制振动。然而，由于颗粒阻尼复杂的碰撞和摩擦减振机理， 很难预测其减振特性。本文建立了颗粒阻尼的粉体力学模型，并用于研究颗粒阻尼容器的截面形状及尺寸关系对其减振 特性的影响。通过试验研究，揭示了颗粒阻尼的非线性阻尼特性，并应用等效阻尼的原理提出了合理的颗粒阻尼的等效 数学模型。 关键词：颗粒阻尼；非线性阻尼；粉体力学模型；摩擦减振；等效阻尼 中图分类号：THll3．1 文献标识码：A 颗粒阻尼是一种非线性阻尼。它的减振机理就是 粒阻尼则是由聚乙烯树脂容器，填充90％的直径为 通过颗粒之间的表面摩擦和非弹性碰撞耗能。颗粒阻 0．8 mm的铅粒组成。容器的质量为9g，颗 mm一1．6 尼技术能在极端条件下进行减振，同时具有冲击力最 粒的质量为24g。该装置的结构如图l所示。使用丹 小，对结构刚度影响小以及能适应外界大范围温度变 麦BK公司的PULSE振动测试系统进行试验。 化等诸多优点。 影响颗粒阻尼特性的参数很多，例如：容器的填充 比和形状、颗粒的形状和尺寸以及颗粒材料的属性(粘 性、弹性、摩擦系数和密度)。由于颗粒阻尼复杂的耗 能机理，关于颗粒阻尼内部颗粒相互作用机理的理论 分析研究依然很少见…。对于非线性阻尼的研究，多 采用理论与实验结合的方法口J。在过去的十几年，随 着离散单元法在很多领域得到了广泛的应用，离散单 元法用于颗粒阻尼的研究¨’3’4J。实际上，由于颗粒阻 图1试验装置 尼中颗粒的数目较多，粉体力学提供了一个解决这类 根据所输入的激励力幅值大小分组，分别测定系 问题的很好途径po。 统在不同激励下的频响函数。激励频率的范围限定在 本文通过试验的方法，研究了单自由度系统中外 8Hz一50 Hz之间，包括了系统的第一阶共振频率23．5 界激励力幅值和颗粒阻尼容器几何特性对其阻尼特性 Hz。将容器直径和长度分别固定为15mm和25．43 影响，通过建立对应的粉体力学模型，揭示了影响颗粒 mm。从测试结果可以看到，固连在质量块上的颗粒阻 阻尼特性的内在耗能机理。同时应用等效阻尼的概 尼表现出明显的宏观阻尼特性，如图2所示。虚线表 念，归纳出颗粒阻尼的容器形状及特征对其减振特性 示系统没有颗粒阻尼时的频响函数，此时系统的频响 影响的等效阻尼模型，对实际应用中的颗粒阻尼设计 函数独立于外界激励，只跟系统本身的特性有关。其 具有指导意义。 它实线是系统安装有颗粒阻尼时的频响函数。标注为 1 颗粒阻尼的动态特性试验 l，2，3和4的曲线分别对应的是外界激励幅值为0．1V， 试验装置由一个质量块和一组弹簧串联后，固支 O．2V，0．3V