课件：材料弹性与阻尼性能.ppt

8.2.2 阻尼的数学描述 椭圆形迟滞回线包围的面积表示结构振动时阻尼材料耗散的振动能量 E*为复拉伸模量；E’为贮能拉伸模量；E’’为耗能拉伸模量；b为损耗因子（损耗正切或阻尼系数） 最大弹性能即一周之内总应变能 单位体积阻尼材料在一个振动周期中能量的耗散或阻尼能 阻尼材料的损耗因子b表示每周振动所消耗的振动能量与最大应变能量之比值。阻尼能越大，b越大。b主要受温度和频率的影响 温度一定时，阻尼材料的模量随频率的增高而增大，阻尼损耗因子b在一定频率下存在最大值 对大多数高分子黏弹阻尼材料，温度和频率之间存在着等效关系：高温相当于低频，低温相当于高频 把两参数合成一个参数，即当量频率faT。对于每一种阻尼材料，可以用示性图来表征材料的阻尼性能 8.2.3 表征材料阻尼性能的参量 表征材料阻尼性能的参量有比阻尼能力、相位差角的正切、对数衰减率和品质因子的倒数等 1. 比阻尼能力 △W 为振动一周时单位体积试样消耗的能量，W 为单位体积的试样在振动当中所贮存的最大弹性能量，亦即外界供给的弹性能。△W 正比于迟滞回线面积，W由应力和应变的乘积决定 2. 相位差角的正切 试样进行受迫振动时，应变的相位落后于应力的相位，二者的相位之差为f t为应变波形滞后应力波形的时间，T为振动周期，h为损失系数， E″、E′分别为强迫振动下的损失模量和动态模量 材料的阻尼能力越高，相位角越大，其正切tanf也越大 3. 对数衰减率 阻尼性能与振动振幅间的关系 d为对数衰减率， n 为振动循环次数，A为振幅 对数衰减率表征了振幅的衰减程度，它的值越大，则振幅衰减越大，阻尼性能越高 4. 品质因子的倒数 用不同频率的外力来激发试样，当外力的频率等于试样的共振频率时，试样振动的振幅最大。材料阻尼性能越高，则共振振幅越小，振峰越宽。可用共振峰的尖锐程度来表征材料阻尼能力的大小，即材料的阻尼与共振振幅一半处的频率差值和共振频率有如下关系 Q-1是品质因子的倒数，△f是共振振幅一半处的频率差值f2- f1，fr是共振频率 阻尼参量相互转换 阻尼参量在一定条件下可以相互转换 当阻尼值较小，即tanf0.1时 衰减能较大的场合， 如ψ≥40% 8.2.4 阻尼材料的分类 阻尼材料可分为金属类阻尼材料、黏弹性阻尼材料、智能型阻尼材料和阻尼复合材料 1. 金属类阻尼材料 开发了以镍、镁、铜、锌、铝和铁等为基材的各种阻尼合金，并已应用于实际中 一般认为，金属材料的阻尼机理归因于热弹性阻尼、磁性阻尼、粘性阻尼和缺陷阻尼 热弹性阻尼是材料受力不均匀在内部造成温度差，从而产生热流引起能量耗散，产生阻尼 磁性阻尼是铁磁金属受外力作用，引起磁畴壁的微小移动而产生磁化，从而产生能量损耗引起的 黏性阻尼是当温度很高时，材料具有黏弹性而引起的阻尼，此时应力与应变间不再具有线性，变形也不能完全恢复 缺陷阻尼是由于材料本身对缺陷区域原子运动的阻碍引起的阻尼，是材料的固有阻尼 对于金属材料，缺陷阻尼是总体阻尼的主要组成部分。目前阻尼合金的阻尼性能普遍偏低，损耗因子仅为0.0l～0.15，与黏弹性材料相差2~4个数量级，远不能满足很多高阻尼要求的场合使用 通常材料的阻尼性能与强度是矛盾的，高强度材料的阻尼性能低，而低强度材料的阻尼性能高 在普通工件的表面喷涂一层高阻尼合金，可以在不改变原工件的强度的前提下较大地增加工件的阻尼本领，是一个很有发展前途的研究方向 泡沫金属材料是新近发展起来的一种新型高阻尼合金，它既保留了金属具有一定强度的特性，同时也具有类似于泡沫塑料的高阻尼性能，其阻尼性能高出块体材料的5~10倍，具有99%的吸声能力 2. 黏弹性阻尼材料 与金属基阻尼材料相比，黏弹性阻尼材料的损耗因子b超出2~4个数量级 黏弹性阻尼材料基于高聚物的黏弹性，即在玻璃化转变区域内，由分子链运动产生的内摩擦，将外场作用的机械能或声能部分地转变为热能散逸。高性能阻尼材料要求玻璃化转变区的损耗因子大于0.3，转变区温度范围60~80℃ 常见的黏弹性阻尼材料有聚氨酯类、环氧树脂类、丙烯酸酯类等。黏弹性阻尼材料的刚度、强度和抗蠕变性差，不能作为结构材料使用。易于老化，使用期短，阻尼性能