什么是阻尼?

什么是阻尼?,第1张

什么是阻尼?

[拼音]:zuni

[外文]:damping

阻碍物体作相对运动,并把运动的能量转变为热能的一种物理效应。内阻尼是指材料内部的阻尼。它是当振动的物体发生形变时,在材料内部出现的应力应变的弛豫现象(应变落后于应力的变化)。阻尼材料被广泛应用于噪声控制和隔声、隔振等技术上。

阻尼的度量,以振动系统每振动一个周期所损失的能量W′与总的振动能量W 的比值定为ψ或2πηψ 称为阻尼容量,η称为损耗因数,ψη都是无量纲量。η表示在一个弧度中平均损失的能量与总能量的比值。相应于一个d性体动态杨氏d性模量唕的虚部:

唕=E′(1+)=E′+jηE′=E′+jE

阻尼也可以用其它量表示,各种阻尼量度的关系如下:







式中ξ为阻尼比(C/Cc);C为粘性阻尼系数,是阻尼力与振动速度之比;Cc为临界阻尼系数,发生振动所能容许的最大粘性阻尼系数;fn为固有频率;T60为混响时间,即衰变60分贝所需的时间;墹 为衰变常数,即每秒钟衰变的分贝数;δ为对数减缩率,第一周振幅与第二周振幅之比的自然对数;b为半功率频带相对宽度,无量纲量;Q为共振放大值,共振时的振动幅值与低频幅值之比。

不同材料有不同的内阻尼,大多数金属的η的数量级为10-4,木材为10-2~10-3,软橡皮为10-1~10-2。因此金属板容易激发振动并辐射噪声,木材则较差,软橡皮就更差了。η值一般与频率无关。在常温下,30~500赫范围内 η接近常数。日常生活所以感到高频振动容易衰减,是由于单位时间的振动衰变与的乘积成正比,如在建筑物中高频固体声的衰变远较中、低频的为快,传播距离也短。

在金属板上,牢固地粘附高阻尼材料层,则因阻尼的作用将有效地消耗金属板的振动能量,所以,粘附阻尼层是一种减振降噪的有效措施。

带有阻尼层的金属板的损耗因数η的计算公式为:




式中αE2/E1,βH2/H1,αβ分别表示阻尼层与金属板的杨氏d性模量比和厚度比;η2为阻尼层的损耗因数。公式表明,β>>1时,ηη2;β不太大时,η不仅与η2有关,而且与η2E2的乘积有关。因此高阻尼的材料不仅要有高的损耗因数,而且要有较高的杨氏d性模量。此外优良的阻尼材料还必须比重小、耐温和与金属板有较好的粘附性。阻尼层的厚度,一般应以金属板厚1~4倍为宜,过小则阻尼层的形变小,不能充分发挥阻尼作用,过大也并不能显著增加阻尼作用。η/η2与H2/H1和E2/E1都有关(见图)。




上述是阻尼结构的普通形式,称为自由阻尼层结构。为了更有效地发挥阻尼层的作用,还采用以下一些结构形式:

(1)间隔阻尼层结构,是在阻尼层与金属板之间增加能牢固保持共同工作而质轻的间隔层(一般采用刚性蜂窝结构),目的是增加阻尼层的形变;

(2)约束阻尼层结构,是在自由阻尼层的外侧再粘附一层极薄的金属箔层,金属箔层起到约束阻尼层的作用,以增加阻尼层的切形变,H3:H2:H1的厚度比可以小到1:1:10;

(3)间隔约束阻尼层结构,即在约束阻尼层与金属板之间再加一层间隔层,兼具上述两种优点。这些阻尼结构的共同特点是以较小的阻尼层发挥较大的作用,以达到减轻结构重量和节约材料的目的。对于某种特殊要求,则要从频率与温度范围进行专门的设计。

参考书目
    L. L. Beranek, Noise and Vibration Control,McGraw-Hill Inc., New York,1971.

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