第十讲-阻尼复合材料解析PPT精品课件.ppt

第六章阻尼复合材料a-减振材料；b-防振材料；c-吸音材料；d-隔音材料。2021/3/11

阻尼材料：具有结构材料应有的强度并能通过阻尼过程（内耗）把振动能较快的转变为热能消耗掉的合金等。内耗和阻尼：固体对振动的衰减，是弹性波与固体内的各种缺陷（点、线、面）或声子、电子、磁子等元激发的相互作用，而使机械能消耗的现象，是一种力学损耗。应力-应变曲线。(a)理想弹性体；(b)实际固体对于实际固体，应力和应变可表示为：E为杨氏模量,为相角差2021/3/12

振动系统的品质因子Q的倒数表示内耗：单位体积的振动能：每周的能量相对损失为：应力在一个周期内在材料中的能量损耗：2021/3/13

在金属学中常用内耗（Q-1)或对数衰减率（δ:前后相邻两次振幅比值的自然对数）表示。减振系数（SDC）（损失系数）：振动物体内振动能转变为热能而损失的比率，既振动一周振动能的损失率。具有如下近似关系：2021/3/14

动滞后型(弛豫型)内耗材料的滞弹性(anelasticity)引起，在加载或去载时应变不是瞬时到达平衡值，而是通过一种弛豫过程来完成这种变化。滞弹性体的应变与时间的关系当频率很高时，振动周期远小于弛豫时间，即弛豫量很小，在一个周期内几乎不发生弛豫，物体的行为接近完全弹性，内耗很小；当应变弛豫不能跟上应力变化，此时应力应变曲线为一椭圆，椭圆面积正比于内耗。振动周期很长时，振动周期远大于弛豫时间，弛豫在一周期内早已完成，每一瞬时应变都接近平衡值，应变为应力的单值函数，不产生内耗；2021/3/15

由于应力和应变间存在着多值函数的关系。在同一载荷下，在加载过程中和去加载过程中对应的应变值不同，并且在完全去掉载荷后有永久形变残留，要想把这部分残余应变去除就需在相反方向加一定载荷。静滞后型内耗回线的面积与加载频率无关，和振幅有关静滞后下的应力应变回线2021/3/16

阻尼共振型内耗：减振系数对共振曲线和自由衰减曲线的影响当材料施加应力后，阻尼共振型固体的应变随时间的变化与材料的阻尼系数λ有关。k为弹性模量，β为粘滞系数，m为振动体的质量，λ=β/2m为阻尼系数，固有频率ω0=(k/m)1/22021/3/17

减振机制复相减振材料，在强韧的基体中，如有软的第二相析出，则在基体和第二相的界面上，容易发生塑性流动或粘性流动，外界的振动或声波可以在这些流动中消耗。例：片状石墨铸铁（灰口铁），通过铸铁内石墨的粘性和塑性变形而产生减振效应。（动滞后机制）铁基阻尼合金（静滞后型）铁磁材料内的磁畴由于各自的自发磁矩方向不同，在外力作用下会发生消、长和磁滞伸缩，并且各磁畴相互连接，在各自伸缩运动时相互牵制，从而产生不可逆的畸变。各磁畴的消长引起微区域的磁化向量改变，由此产生涡流，引起能量消耗。2021/3/18

一般铁基合金阻尼能力很小。中碳钢SDC只有1%，低碳钢为4%对Fe-Cr、Fe-Mo、Fe-Co、Fe-W系合金成分合理匹配，可以提高阻尼能力1100℃回火后Fe-Cr基合金的力学性能和阻尼性能2021/3/19

影响铁基合金阻尼性能的因素碳、氮、氧间隙原子阻碍畴壁的运动，损害阻尼性能。质量分数，碳：0.007%；氮：0.0012%；氧0.021%在热处理工艺上，一般退火温度越高，冷却速度越慢，阻尼性能越好。高的退火温度，可获得大的晶粒；慢的冷却速度，可减少内应力，这有利于畴壁的运动。在微观组织上，以单相铁素体组织为佳。冷变形后，合金内部内应力增大，位错增多，阻碍畴壁的运动，而使合金阻尼能力下降。2021/3/110

铁基合金阻尼性能与外界条件的关系应变振幅是影响铁基合金阻尼性能的最敏感因素之一。在阻尼能力-应变振幅关系曲线上，有一阻尼峰。振动频率。当频率超过某个临界值（Barkhausen跳动频率，约300kHz），阻尼性能会急剧恶化。超过此临界频率，畴壁的运动赶不上振动应力的变化，磁机械阻尼机制失效，阻尼能力急剧下降。在此临界值以下，频率对阻尼性能的影响不大。工作温度。铁磁性在居里温度700℃左右消失。磁场。铁基高阻尼合金的高阻尼性能主要源于磁-机械滞后效应。当磁场强度大于矫顽力后，阻尼能力一般随磁场强度增大而减少；当合金磁化到饱和时，磁机械阻尼也就消失。净应力。对阻尼性能的影响倾向于与磁场相似。交变应力。合金只有在小于某一平均应力条件下应用下才会有效。2021/3/111

位错型合金位错阻尼的钉扎模型a)被杂质钉扎的位错在应力下的脱离；b)位错应力应变途径在组织中有析出物或杂质原子，对位错有钉扎作用，在外力作用下位错线作不可逆的往复运动，产生静滞后型内耗。这类合金具有最大的衰减系数，如铸造镁合金的衰减系数可达60%2021/3/112

孪晶型孪晶面在外应力下的易动性和弛豫过程，造成对振动能的吸收。如Mn-12Cu合金经925℃时效