1、8.1 弹性与广义弹性弹性与广义弹性8.2 阻尼与阻尼材料阻尼与阻尼材料8.1 弹性与广义弹性弹性与广义弹性 弹性模量（弹性模量（E）是材料最常用的力学性质之一，它描述）是材料最常用的力学性质之一，它描述应力与应变之间的比例关系应力与应变之间的比例关系。不同的弹性行为是由其基。不同的弹性行为是由其基本结构决定本结构决定 金属、陶瓷金属、陶瓷晶体结构、缺陷晶体结构、缺陷 高分子材料高分子材料分子链构型、交联、缠绕分子链构型、交联、缠绕 s sp比例极限；比例极限；s ss屈服强度；屈服强度；s sb 抗拉强度；抗拉强度；OA弹性区：应力弹性区：应力-应变满足应变满足虎克定律；其比例系虎克定律；其
2、比例系 数定数定义为弹性模量，外力释放义为弹性模量，外力释放后，材料的变形能够恢复后，材料的变形能够恢复原来的状态原来的状态 AB屈服变形屈服变形 BC塑性变形区：应力应变塑性变形区：应力应变间不一定满足正比关系，间不一定满足正比关系，其特征系数远小于其特征系数远小于E，外力，外力释放之后，恢复不到初始释放之后，恢复不到初始材料的长度材料的长度 8.1.1 弹性参量弹性参量1.应力应力 应力应力作用于物体内单位面积上的弹性力。平衡状态的作用于物体内单位面积上的弹性力。平衡状态的任意形状的介质内任一点处的应力矢量任意形状的介质内任一点处的应力矢量T 定义为定义为dFdSon ddSFT 应力矢量
3、应力矢量T和法线矢量和法线矢量n的方向不一定相同，要全面描的方向不一定相同，要全面描述介质中的应力状态，就应该知道通过每一点的任意截述介质中的应力状态，就应该知道通过每一点的任意截面上的应力，所以一般在该点附近取一个无限小的体积面上的应力，所以一般在该点附近取一个无限小的体积元，只要求出六个面上的应力，就可以知道通过该点任元，只要求出六个面上的应力，就可以知道通过该点任意截面上的应力意截面上的应力 应力应力T T用分量形式表示为用分量形式表示为 xxxyxzxyxyyyzyzxzyzzzsssssssssTijkTijkTijk s sxy表示表示Ty的的x分量，分量，s sij构成了应力张量
4、构成了应力张量s s，i=j的是正应力的是正应力分量，分量，ij是切应力分量是切应力分量 T=s sn s sij=s sji 表明应力张量是对称张量，只有表明应力张量是对称张量，只有6 6个独立分量，即个独立分量，即3 3个正个正应力应力3 3个切应力个切应力2.应变应变 应变是用来描述固体在应力作用下内部各点相互位置改变应变是用来描述固体在应力作用下内部各点相互位置改变的参量。介质中任意一点形变前后的位置可以用矢径矢量的参量。介质中任意一点形变前后的位置可以用矢径矢量r和和r来表示，变化的位移矢量是位置的函数来表示，变化的位移矢量是位置的函数 u=r-r 相邻两点之间的相对位移相邻两点之间
5、的相对位移du为为()()()yyyxxxzzzuuuuuuuuuddxdydzdxdydzdxdydzxyzxyzxyzuijk 形变张量形变张量b b是非对称的，分解为对称张量和非对称张量之是非对称的，分解为对称张量和非对称张量之和，即和，即b bij=eij+wij 其中其中1()21()2jiijjijijiijjijiuueexxuuwwxx xxxyyyijzzzuuuxyzuuuxyzuuuxyzb 相对位移相对位移wijdxj使介质内相邻两点间的距离和夹角保持使介质内相邻两点间的距离和夹角保持不变，张量不变，张量w称为转动张量；相对位移称为转动张量；相对位移eijdxj则使体元
6、的则使体元的形状与大小均发生变化，对称张量形状与大小均发生变化，对称张量e称为应变张量，称为应变张量，i=j的的分量为正应变分量，分量为正应变分量，ij的分量为切应变分量的分量为切应变分量11()()2211()()2211()()22yxxxzyyyxzijyxzzzuuuuuxyxzxuuuuuexyyzyuuuuuxzyzz +110()()2211()0()2211()()022yxxzyyxzijyxzzuuuuyxzxuuuuwxyzyuuuuxzyz -3.弹性模弹性模量量 只有理想弹性体应力和应变之间才有最简单的线性关系。只有理想弹性体应力和应变之间才有最简单的线性关系。对一般
7、物体，在弹性范围内，作为一级近似，特别是在小对一般物体，在弹性范围内，作为一级近似，特别是在小形变时，应力与应变满足广义虎克定律形变时，应力与应变满足广义虎克定律 cijkl构成一个四阶张量构成一个四阶张量弹性模量张量，又称弹性刚量弹性模量张量，又称弹性刚量张量。张量。它表征材料抵抗形变能力（即刚度）的大小。它表征材料抵抗形变能力（即刚度）的大小。c越越大，越不容易变形，表示材料的刚度越大大，越不容易变形，表示材料的刚度越大 cijkl=cjikl=cijlk=cjilk，弹性模量张量，弹性模量张量81个分量只有个分量只有21个独立分个独立分量。晶体对称性不同，独立分量数也不同：三斜量。晶体对
8、称性不同，独立分量数也不同：三斜18个，单个，单斜斜12个，正交个，正交9个，四方和菱面体个，四方和菱面体6个，六角个，六角5个，立方个，立方3个，个，各向同性各向同性2个个,ijijklklk lc es 各向同性介质有三种弹性模量：杨氏模量各向同性介质有三种弹性模量：杨氏模量E、切变模量切变模量m m、体积模量体积模量B 对于各向同性材料，存在如下关系对于各向同性材料，存在如下关系 00FlEAls0tanFAm00PVPBVVV02(1)3(1 2)lEBAlAlm 弹性模量是固体原子之间结合强度的标志之一，原子半径和弹性模量是固体原子之间结合强度的标志之一，原子半径和离子半径越小，原子
9、价越高的物质，弹性模量和硬度就越大离子半径越小，原子价越高的物质，弹性模量和硬度就越大 碳化物碳化物(400700 GPa)硼化物、氮化物硼化物、氮化物氧化物氧化物(150300GPa)金属材料：金属材料：0.1-100GPa 无机材料：无机材料：1-100GPa 陶瓷材料由于内部存在气孔，其弹性模量随气孔率的增陶瓷材料由于内部存在气孔，其弹性模量随气孔率的增大而降低大而降低 弹性模量的测定方法弹性模量的测定方法 静态法静态法 测量应力测量应力-应变曲线应变曲线(弹性变形区弹性变形区)，然后根据曲线计算，然后根据曲线计算弹性模量。不足之处：载荷大小、加载速度等都影响测试弹性模量。不足之处：载荷
10、大小、加载速度等都影响测试结果。在高温测试时，由于金属材料的蠕变现象降低了弹结果。在高温测试时，由于金属材料的蠕变现象降低了弹性模量值对脆性材料，静态法也遇到极大的困难性模量值对脆性材料，静态法也遇到极大的困难 动态法动态法 加载频率很高，可认为是瞬时加载，试样与周围的热加载频率很高，可认为是瞬时加载，试样与周围的热交换来不及进行，即几乎是在绝热条件下测定的。动态法交换来不及进行，即几乎是在绝热条件下测定的。动态法测弹性模量较精确，试样承受极小的交变应力，试样的相测弹性模量较精确，试样承受极小的交变应力，试样的相对变形甚小，用动态法测定对变形甚小，用动态法测定E E、G G对在高温和交变复杂负
11、荷对在高温和交变复杂负荷条件下工作的金属零件、部件尤其重要条件下工作的金属零件、部件尤其重要 固体作弹性拉伸时，其原子间距增大，因而外力对抗了原固体作弹性拉伸时，其原子间距增大，因而外力对抗了原子间作用力作了功，导致内能子间作用力作了功，导致内能U U增加，从而使自由能增大。增加，从而使自由能增大。因此常规弹性来源于内能增加引起的自由能增加因此常规弹性来源于内能增加引起的自由能增加 两个固体原子之间相互作用的两个固体原子之间相互作用的Lennard-Jones势为势为 b b是势能极小值，对于惰性元素、固体和金属，是势能极小值，对于惰性元素、固体和金属，p=12，q=6，上式简化，上式简化 8
12、.1.2 常规弹性的物理本质常规弹性的物理本质0011()()()pqbaapqrpqprqr12600()()2()baarrr 势能最小值越低，则势阱深，改势能最小值越低，则势阱深，改变原子之间的相对距离所作的功变原子之间的相对距离所作的功越大，弹性模量越大越大，弹性模量越大 金属弹性限度仅为金属弹性限度仅为0.2%，超过此，超过此范围便发生塑性变形，由于金属范围便发生塑性变形，由于金属中总有大量位错存在中总有大量位错存在 陶瓷弹性模量很高（金属的陶瓷弹性模量很高（金属的10倍），变形量很小。因为键合为倍），变形量很小。因为键合为离子键或共价键，原子间作用力离子键或共价键，原子间作用力很强
13、，键角十分固定，以至很难很强，键角十分固定，以至很难变形变形，应力释放以裂纹扩展为主应力释放以裂纹扩展为主0000606091916091bbbrFraaaEa 8.1.3 高弹性的物理本质高弹性的物理本质高弹性指物体可以伸长很多倍的性质，具有两个特点：高弹性指物体可以伸长很多倍的性质，具有两个特点：宏观变形量特别大宏观变形量特别大 很容易发生大的弹性变形，形变量甚至可以达到百分之几很容易发生大的弹性变形，形变量甚至可以达到百分之几百百 弹性模量很小弹性模量很小 一般的固体伸长到一般的固体伸长到1左右就到了弹性极限，而一块高弹左右就到了弹性极限，而一块高弹性材料则可以弹性地拉伸到原来长度的性材
14、料则可以弹性地拉伸到原来长度的10倍倍高弹性产生的根本原因高弹性产生的根本原因 系统自由能由内能和熵两部分组成，因此增加内能或者系统自由能由内能和熵两部分组成，因此增加内能或者减少熵都可以使系统的自由能增大减少熵都可以使系统的自由能增大 系统内能的增加引起自由能的增加导致了常规弹性的产系统内能的增加引起自由能的增加导致了常规弹性的产生生 系统熵的减小引起的自由能的增加是高弹性产生的根本系统熵的减小引起的自由能的增加是高弹性产生的根本原因原因 一维柔性长链分子一端到另一端的距离为一维柔性长链分子一端到另一端的距离为R，配分函数，配分函数为为P(R)，P(R)具有正态高斯分布形具有正态高斯分布形式
15、式22()b RP R dRAedR2222222ln()ln()lnln()b Rb RBBBBBSkP RkP RkAekAek bRR 222-(-)BFH T Sk TbRR*xSfTR 在形变初期，曲线与高斯链在形变初期，曲线与高斯链(GC)模型的结果大体吻合模型的结果大体吻合 自由连接链自由连接链（FJC）模型将）模型将长链分子视为用枢点连接起长链分子视为用枢点连接起来的一段段刚性短棒。其结来的一段段刚性短棒。其结果与实验在中形变区吻合得果与实验在中形变区吻合得很好很好 假设枢点连续分布在链上，假设枢点连续分布在链上，就得到了蠕虫链就得到了蠕虫链(WLC)模型，模型，该模型在大形变
16、区域能很好该模型在大形变区域能很好的说明实验结果的说明实验结果 橡胶的拉伸使交联点间的分子线段变直，但基本上不影响橡胶的拉伸使交联点间的分子线段变直，但基本上不影响分子中的原子间距分子中的原子间距 将弯曲的分子线团拉直，导致分子线段的位形熵减小，有将弯曲的分子线团拉直，导致分子线段的位形熵减小，有序度增加，因而外力的作功会使熵减小，从而增大了自由序度增加，因而外力的作功会使熵减小，从而增大了自由能能 橡胶作弹性形变导致了有序度的增加，橡胶作弹性形变导致了有序度的增加，x射线衍射实验也射线衍射实验也证实了这一点。有迹象表明，形变会导致结晶化证实了这一点。有迹象表明，形变会导致结晶化 区分材料弹性
17、特征的参数有两个，弹性模量和相对变形的区分材料弹性特征的参数有两个，弹性模量和相对变形的量量8.1.4 黏弹性黏弹性 任何物体均同时具有弹性和黏性两种性质，根据外加条件任何物体均同时具有弹性和黏性两种性质，根据外加条件不同，或主要显示弹性或主要显示黏性不同，或主要显示弹性或主要显示黏性 弹性体和黏性体的区别：在外力作用下的形变与时间依赖弹性体和黏性体的区别：在外力作用下的形变与时间依赖关系不同关系不同 理想弹性体的形变与应力作用时间无关理想弹性体的形变与应力作用时间无关 理想粘性体的形变与应力作用时间呈线性关系理想粘性体的形变与应力作用时间呈线性关系 高分子材料则处于二者之间，具有黏弹性。黏弹
18、性是高聚高分子材料则处于二者之间，具有黏弹性。黏弹性是高聚物材料的一个重要特性。当温度超过流动转变温度下物材料的一个重要特性。当温度超过流动转变温度下Tf时，时，线性高聚物就开始熔融，变为流动态。这时所形成的熔体线性高聚物就开始熔融，变为流动态。这时所形成的熔体不但会像牛顿流体那样表现出黏性流动，还会呈现出相当不但会像牛顿流体那样表现出黏性流动，还会呈现出相当明显的弹性行为。明显的弹性行为。高聚物的力学性质随时间发生的变化通称为力学松弛，包高聚物的力学性质随时间发生的变化通称为力学松弛，包括蠕变和应力松弛括蠕变和应力松弛 蠕变描述的是在一定的温度和应力作用下，高聚物的形变蠕变描述的是在一定的温
19、度和应力作用下，高聚物的形变随时间的变化随时间的变化 在温度和形变不变的情况下，高聚物内部的应力会逐渐衰在温度和形变不变的情况下，高聚物内部的应力会逐渐衰减减应力松弛应力松弛 自由振动的固体，即使与外界完全隔离，它的机械能也会自由振动的固体，即使与外界完全隔离，它的机械能也会转化成热能，从而使振动停止，要维持振动，则必须不断转化成热能，从而使振动停止，要维持振动，则必须不断供给外部能量。由于固体内部原因使机械能消耗的现象供给外部能量。由于固体内部原因使机械能消耗的现象阻尼或内耗阻尼或内耗 耗损的能量与机械振动能量的比值耗损的能量与机械振动能量的比值损耗因子损耗因子 8.2 阻尼与阻尼材料阻尼与
20、阻尼材料系统阻尼：在系统中设置专用阻尼减振器，如减振弹簧、系统阻尼：在系统中设置专用阻尼减振器，如减振弹簧、冲击阻尼器等冲击阻尼器等结构阻尼：在系统的某一振动结构上，附加材料或形成附结构阻尼：在系统的某一振动结构上，附加材料或形成附加结构，增加系统自身的阻尼能力，包括接合加结构，增加系统自身的阻尼能力，包括接合面阻尼、库仑摩擦阻尼和复合结构阻尼等面阻尼、库仑摩擦阻尼和复合结构阻尼等材料阻尼：依靠材料本身所具有的高阻尼特性达到减振降材料阻尼：依靠材料本身所具有的高阻尼特性达到减振降噪的目的噪的目的8.2.1 材料阻尼的产生机材料阻尼的产生机理理 材料会因应力或交变应力的作用，产生分子或晶界之间的
21、材料会因应力或交变应力的作用，产生分子或晶界之间的位错运动、塑性滑移、或其他原因耗损能量产生阻尼位错运动、塑性滑移、或其他原因耗损能量产生阻尼 在低应力状况下，由金属的微观运动产生的阻尼耗能在低应力状况下，由金属的微观运动产生的阻尼耗能滞弹性滞弹性 应变滞后于应力，应变滞后于应力，ABCDA回线为迟回线为迟滞回线。阻尼耗能量的值正比于回线滞回线。阻尼耗能量的值正比于回线面积。滞弹性与应力幅值及疲劳周期面积。滞弹性与应力幅值及疲劳周期无关，与频率和温度相关无关，与频率和温度相关 高应力时，产生局部塑性应变，成为高应力时，产生局部塑性应变，成为产生阻尼的主要原因。金属材料的阻产生阻尼的主要原因。金
22、属材料的阻尼在应力变化过程中不为常值，在高尼在应力变化过程中不为常值，在高应力或大振幅时呈现较大的阻尼应力或大振幅时呈现较大的阻尼 磁性材料有一种重要的阻尼产生机理磁性材料有一种重要的阻尼产生机理由磁弹效应产由磁弹效应产生迟滞耗能生迟滞耗能 铁磁材料由众多的磁饱和单元体构成，单元体或磁饱和铁磁材料由众多的磁饱和单元体构成，单元体或磁饱和区与邻区之间形成边界。交变应力产生的交变应力场使区与邻区之间形成边界。交变应力产生的交变应力场使各单元体产生转各单元体产生转 动，并使边界之间产生相对运动。磁场动，并使边界之间产生相对运动。磁场或应力场会使磁饱和单元体产生磁致伸缩现象，加剧了或应力场会使磁饱和单
23、元体产生磁致伸缩现象，加剧了各单元体之间的相对运动各单元体之间的相对运动 维持上述两种运动，必须有能量输入，其中一部分能量维持上述两种运动，必须有能量输入，其中一部分能量不可逆，使机械能转变成热能并耗散于环境中，从而产不可逆，使机械能转变成热能并耗散于环境中，从而产生阻尼生阻尼 高分子聚合物的分子之间很容易产生相对运动，分子内部高分子聚合物的分子之间很容易产生相对运动，分子内部的化学单元也能自由旋转。受到外力时，曲折状的分子链的化学单元也能自由旋转。受到外力时，曲折状的分子链会产生拉伸，扭曲等变形会产生拉伸，扭曲等变形 分子之间的链段会产生相对滑移、扭转分子之间的链段会产生相对滑移、扭转 外力
24、除去后，变形的分子链要恢复原位，分子之间的相对外力除去后，变形的分子链要恢复原位，分子之间的相对运动也会部分复原，释放外力所做的功，这就是高分子材运动也会部分复原，释放外力所做的功，这就是高分子材料的弹性，但分子链段间的滑移，扭转不能完全复原，产料的弹性，但分子链段间的滑移，扭转不能完全复原，产生了永久性的变形，这就是高分子材料的粘性。这一部分生了永久性的变形，这就是高分子材料的粘性。这一部分所做的功转变为热能，耗散于周围环境中，这就是高分子所做的功转变为热能，耗散于周围环境中，这就是高分子材料产生阻尼的原因材料产生阻尼的原因8.2.2 阻尼的数学描述阻尼的数学描述 椭圆形迟滞回线包围的面积表
25、示结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构振动时阻尼材料耗散的振动能量 0()0=i titees s00(cossin)(1)iEeEiEEiEEissb E*为复拉伸模量；为复拉伸模量；E为贮能拉伸模量；为贮能拉伸模量；E为耗能拉伸模为耗能拉伸模量；量；b b为损耗因子（损耗正切或阻尼系数）为损耗因子（损耗正切或阻尼系数）tanEEb20WE200011cos22WEs 最大弹性能即一周之内总应变能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2 tan212WWWWbb 阻尼材料的
26、损耗因子阻尼材料的损耗因子b b表示每周振动所消耗的振动能量与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，最大应变能量之比值。阻尼能越大，b b越大。越大。b b主要受温主要受温度和频率的影响度和频率的影响 温度一定时，阻尼材料的温度一定时，阻尼材料的模量随频率的增高而增大，模量随频率的增高而增大，阻尼损耗因子阻尼损耗因子b b在一定频在一定频率下存在最大值率下存在最大值 对大多数高分子黏弹阻尼对大多数高分子黏弹阻尼材料，温度和频率之间存材料，温度和频率之间存在着等效关系：高温相当在着等效关系：高温相当于低频，低温相当于高频于低频，低温相当于高频 把两参数合成一个参数，把两参
27、数合成一个参数，即当量频率即当量频率faT。对于每一。对于每一种阻尼材料，可以用示性种阻尼材料，可以用示性图来表征材料的阻尼性能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 表征材料阻尼性能的参量有比阻尼能力、相位差角的正切、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对数衰减率和品质因子的倒数等1.比阻尼能力比阻尼能力 W 为振动一周时单位体积试样消耗的能量，为振动一周时单位体积试样消耗的能量，W 为单位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。
28、供给的弹性能。W 正比于迟滞回线面积，正比于迟滞回线面积，W由应力和应由应力和应变的乘积决定变的乘积决定WW2.相位差角的正切相位差角的正切 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，二者的相位之差为者的相位之差为f f2tanTEEff 为应变波形滞后应力波形的时间，为应变波形滞后应力波形的时间，T为振动周期，为振动周期，为为损失系数，损失系数，E、E分别为强迫振动下的损失模量和动态分别为强迫振动下的损失模量和动态模量模量 材料的阻尼能力越高，相位角越大，其正切材料的阻尼能力越高，相位角越大，其正切tanf f也越大也越大3.对数衰减率
29、对数衰减率 阻尼性能与振动振幅间的关系阻尼性能与振动振幅间的关系 1ln()ii nAnA 为对数衰减率，为对数衰减率，n 为振动循环次数，为振动循环次数，A为振幅为振幅 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，阻尼性能越高衰减越大，阻尼性能越高4.品质品质因子的倒数因子的倒数 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，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
30、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的频率差值和共振频率有如下关系13rfQf Q-1是品质因子的倒数，是品质因子的倒数，f是共是共振振幅一半处的频率差值振振幅一半处的频率差值f2-f1，fr是共振频率是共振频率 阻尼参量相互转换阻尼参量相互转换 阻尼参量在一定条件下可以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，即当阻尼值较小，即tanf0.1f0.1时时 衰减能较大的场合，衰减能较大的场合，如如40%40%21e1tan2Qff8.2.
31、4 阻尼材料的分阻尼材料的分类类 阻尼材料可分为金属类阻尼材料、黏弹性阻尼材料、智能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型阻尼材料和阻尼复合材料1.金属类阻尼材料金属类阻尼材料 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，从而产热弹性阻尼是材料受力不均匀在内部造成温度差
32、，从而产生热流引起能量耗散，产生阻尼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，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，是材料的固有阻尼的阻尼，是材料的固有阻尼 对于金属材料
33、，缺陷阻尼是总体阻尼的主要组成部分。目对于金属材料，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，损耗因子仅为前阻尼合金的阻尼性能普遍偏低，损耗因子仅为0.0l0.15，与黏弹性材料相差，与黏弹性材料相差24个数量级，远不能满足很多个数量级，远不能满足很多高阻尼要求的场合使用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
34、下较大地增加工件的阻尼本领，是一个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，沫塑料的高阻尼性能，其阻尼性能高出块体材料的其阻尼性能高出块体材料的510倍，倍，具有具有99%的吸声能力的吸声能力2.黏弹性阻尼材料黏弹性阻尼材料 与金属基阻尼材料相比，黏弹性阻尼材料的损耗因子与金属基阻尼材料相比，黏弹性阻尼材料的损耗因子b b超
35、超出出24个数量级个数量级 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化转变区的损耗因子大于0.3，转变区温度范围，转变区温度范围6080 常见的黏弹性阻尼材料有聚氨酯类、环氧树脂类、丙烯酸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，不酯类等。黏弹性阻尼材料的刚度、
36、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，阻尼性能受能作为结构材料使用。易于老化，使用期短，阻尼性能受温度影响很大，在低温和高温下难以使用。动态力学性能温度影响很大，在低温和高温下难以使用。动态力学性能不具备可控性不具备可控性 3.智能型阻尼材料智能型阻尼材料 智能材料是一类对环境刺激信号可感知、处理且可响应智能材料是一类对环境刺激信号可感知、处理且可响应的新材料。智能型阻尼材料包括：压电阻尼材料和电流的新材料。智能型阻尼材料包括：压电阻尼材料和电流变流体，其最大特点是损耗因子可控变流体，其最大特点是损耗因子可控 压电阻尼材料是在高分子材料中填人压电粒子和导电粒压电阻尼材料是
37、在高分子材料中填人压电粒子和导电粒子。当材料受到振动时，压电粒子将振动能量转换成电子。当材料受到振动时，压电粒子将振动能量转换成电荷，导电粒子再将其转换成热而散发出去，发挥减振的荷，导电粒子再将其转换成热而散发出去，发挥减振的作用作用 电流变流体是在油质基液中加人微小的多孔性固体颗粒电流变流体是在油质基液中加人微小的多孔性固体颗粒组成的易受电场影响的特殊流体，它的最大特点是能够组成的易受电场影响的特殊流体，它的最大特点是能够根据所施加电场的变化在很短时间内改变其表观黏度，根据所施加电场的变化在很短时间内改变其表观黏度，其损耗因子可在几毫秒内由零急剧增至其损耗因子可在几毫秒内由零急剧增至1518
38、4.阻尼复合材料阻尼复合材料 包括聚合物基阻尼复合材料和金属基阻尼复合材料包括聚合物基阻尼复合材料和金属基阻尼复合材料 聚合物基阻尼复合材料是用纤维增强具有一定力学强度和聚合物基阻尼复合材料是用纤维增强具有一定力学强度和较高损耗因子的聚合物而形成的复合材料，主要有环氧树较高损耗因子的聚合物而形成的复合材料，主要有环氧树脂阻尼复合材料和短碳纤维增强塑料复合材料脂阻尼复合材料和短碳纤维增强塑料复合材料 复合材料的阻尼一般比大多数常见的金属高复合材料的阻尼一般比大多数常见的金属高1到到2个数量级个数量级，不但在控制结构的振动和噪声方面，而且在延长结构承，不但在控制结构的振动和噪声方面，而且在延长结构
39、承受循环载荷和冲击的服役时间方面扮演着重要的角色受循环载荷和冲击的服役时间方面扮演着重要的角色 金属基阻尼复合材料包括在金属基体中添加第二相粒子形金属基阻尼复合材料包括在金属基体中添加第二相粒子形成的金属基复合材料，以及两种不同的金属板叠合在一起成的金属基复合材料，以及两种不同的金属板叠合在一起或金属板和树脂粘合在一起而形成的复合阻尼金属板等或金属板和树脂粘合在一起而形成的复合阻尼金属板等8.2.5 阻尼结构阻尼结构1.阻尼的基本结构阻尼的基本结构 阻尼的基本结构可分为离散型阻尼处理结构和附加阻尼处阻尼的基本结构可分为离散型阻尼处理结构和附加阻尼处理结构。离散阻尼结构主要用于控制框架结构、支架
40、系统、理结构。离散阻尼结构主要用于控制框架结构、支架系统、整台设备的结构振动。附加阻尼处理结构主要用于不大的整台设备的结构振动。附加阻尼处理结构主要用于不大的构件或薄壁零件振动控制构件或薄壁零件振动控制1）自由阻尼处理结构）自由阻尼处理结构2）约束阻尼处理结构）约束阻尼处理结构 当黏弹性阻尼层随振动结构当黏弹性阻尼层随振动结构弯曲振动伸长时，金属薄板弯曲振动伸长时，金属薄板阻止其伸长；当黏弹性阻尼阻止其伸长；当黏弹性阻尼层随振动结构弯曲振动压缩层随振动结构弯曲振动压缩时，金属薄板阻止其压缩时，金属薄板阻止其压缩3）Stand-off阻尼结构阻尼结构 当当Stand-off阻尼结构的基础阻尼结构
41、的基础层产生弯曲振动时，层产生弯曲振动时，Stand-off层起类似于杠杆放大作用，层起类似于杠杆放大作用，增大阻尼层的剪切变形，从增大阻尼层的剪切变形，从而增大阻尼减振效果而增大阻尼减振效果2.几种典型的复合阻尼结构几种典型的复合阻尼结构1）具有隔离层的复合阻尼结构）具有隔离层的复合阻尼结构 当基本弹性层产生弯曲振动时，隔离层有类似于杠当基本弹性层产生弯曲振动时，隔离层有类似于杠杆的放大作用，可增加拉压变形，从而增加阻尼层杆的放大作用，可增加拉压变形，从而增加阻尼层材料能耗材料能耗2）吸收低频振动的复合阻尼结构）吸收低频振动的复合阻尼结构 结构中增加了泡沫层，相当于一结构中增加了泡沫层，相当
42、于一根很软的弹簧，而普通阻尼层相根很软的弹簧，而普通阻尼层相当于一个质量块，构成了质量弹当于一个质量块，构成了质量弹簧减振系统簧减振系统3）消声复合阻尼结构）消声复合阻尼结构 泡沫型及纤维型阻尼材料内部泡沫型及纤维型阻尼材料内部的空洞结构，使其具有很好的的空洞结构，使其具有很好的吸声效果；普通阻尼材料具有吸声效果；普通阻尼材料具有较好的隔音效果；石材具有较较好的隔音效果；石材具有较强的声反射能力强的声反射能力4）用于隔离地震的复合阻尼结构）用于隔离地震的复合阻尼结构 核心结构是薄型橡胶片与片状钢板相互交替的层压物，核心结构是薄型橡胶片与片状钢板相互交替的层压物，并用上下法兰分别连在建筑物和地基上。该结构在提并用上下法兰分别连在建筑物和地基上。该结构在提供地震隔离所需的水平方向上的柔性的同时，又提供供地震隔离所需的水平方向上的柔性的同时，又提供了足够的垂直方向上的刚度，以支承建筑物了足够的垂直方向上的刚度，以支承建筑物此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！
