阻尼减振课件

关于阻尼减振第1页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三2第2页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三3阻尼减振

用金属薄板制成的机罩、管道、车船体及飞机外壳等，常会因振动的传导发生剧烈振动，从而产生较强的噪声。降低这种振动噪声普遍采用的方法是在振动构件上紧贴或喷涂一层高阻尼的材料，或者把板件设计成夹层结构。这种降噪措施习惯上称作阻尼减振，简称阻振。多用于大面积薄板类的减振第3页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三4实例在铆接飞机、轮船这种大的结构时，或在生产零部件的过程中，会产生高声级的噪声。这是因为引起的碰撞及大尺寸零部件能有效地将振动能转变为噪声。解决办法在铆接时对结构件临时使用阻尼衬垫，以降低共振强度，并可减弱振动从铆接点向壁板其它地方的传播。第4页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三5实例在砂轮机上磨圆锯刀刃时，由于共振的存在，且内阻尼很低，故产生很大噪声。解决办法用硬盘将橡胶减振材料制成的圆片固定在锯片上，对刀锯既增加了质量又增加了阻尼能力，这就降低了共振放大。第5页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三6

大的宇航器、发射器在发射阶段往往受到激烈的发动机噪声干扰。某大型发射器发射时在壳体外部测得的声压级第6页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三77.1阻尼的定义与作用7.2阻尼减振的原理7.3阻尼材料

7.4阻尼基本结构及其应用第7页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三87.1.1阻尼的定义

7.1阻尼的定义与作用

阻尼是指系统损耗能量的能力。从减振的角度看，就是将机械振动的能量转变成热能或其它可以损耗的能量，从而达到减振的目的。

阻尼材料在振动物体产生高的共振振幅前,先将一部分振动能在自身中消耗,以达到减小振幅、降低振动能之目的,这就是阻尼材料。是具有较大内损耗、内摩擦的材料，如沥青、软橡胶以及其他一些高分子涂料。视频第8页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三9

阻尼技术

就是充分运用阻尼耗能的一般规律，从材料、工艺、设计等各项技术问题上发挥阻尼在减振方面的潜力，以提高机械结构的抗振性、降低机械产品的振动、增强机械与机械系统的动态稳定性。

阻尼器：一种抑制结构振动的有效装置。第9页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三101)阻尼有助于降低机械结构的共振振幅，从而避免结构因动应力达到极限所造成的破坏。

7.1.2阻尼的作用2)阻尼有助于机械系统受到瞬态冲击后，很快恢复到稳定状态。3)阻尼有助于减少因机械振动所产生的声辐射，降低机械噪声。4)可以提高各类机床、仪器等的加工精度、测量精度和工作精度。5)阻尼有助于降低结构传递振动或声能的能力，用于隔振、隔声及阻断能量的传递。第10页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三11高层建筑中使用的两种阻尼器1.墙面2.桁架3.阻尼器4.阻尼材料第11页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三12

阻尼对于系统的振动响应有重要影响，适当增加系统的阻尼，是振动控制的一种重要手段。第12页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三131）消振器2）钢索3）钢套4）阻尼橡胶5）螺钉电视铁塔的阻尼动力消振器第13页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三14机关炮的后坐力第14页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三151)钛合金管2）石墨纤维3）塑料球拍的阻尼处理第15页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三161）大阻尼涂层2）铝片约束层3）锯片4）大阻尼粘弹材料第16页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三17

对加工有色金属的镜面车床（用于加工计算机磁盘），加工轴和轴承的镜面磨床，整台机床应有良好的抗振性。

环氧混凝土床身

有些机床改用阻尼值比较大的环氧混凝土来代替铸铁做机床的床身或者构件，它用环氧树脂作粘结剂，以石子为基体，经搅拌后注入模子以制成床身、立柱或其他大型构件。这种材料的损耗因子比铸铁高6-10倍，比花岗石高3倍。第17页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三18◆增大工艺系统阻尼改善工艺系统动态特性阻尼材料铸铁环铸铁套筒零件上加阻尼材料【例】第18页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三197.2阻尼减振的原理

阻尼可使沿结构传递的振动能量衰减，还可减弱共振频率附近的振动，因而能减弱金属板弯曲振动的强度。即当机器或薄板发生弯曲振动时，其能量迅速传递给紧密贴涂在薄板上的阻尼材料，于是引起薄板和阻尼材料之间的相互摩擦和错动，阻尼材料时而被拉伸，时而被压缩，由于阻尼材料的内损耗、内摩擦大，使金属板振动能量有相当一部分转化为热能而消耗掉，从而减弱薄板的弯曲振动。同时，阻尼可缩短薄板被激振的振动时间。第19页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三20

当金属板壳被涂上高阻尼材料后，受激产生振动时，阻尼层也随之振动，一弯一折使阻尼层时而被压缩，时而被拉伸，从而使金属板和阻尼层之间、阻尼层内部分子之间不断发生相对位移，由于其摩擦阻力很大，便使振动能量不断转化为热能而被消耗。

同时阻尼层的刚度总是力图阻止板面的弯曲振动，从而降低了金属板的噪声辐射，这就是阻尼减振的原理。7.2阻尼减振的原理第20页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三21损耗因子表征阻尼性能最常用的量。薄板振动时每周期时间内损耗的能量系统最大弹性势能第21页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三22板受迫振动的位移为：板受迫振动的振速为：阻尼力在位移上所消耗的能量为：阻尼力在一个周期内损耗的能量为：系统的最大势能为：第22页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三23损耗因子：第23页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三24

大多数金属材料的损耗因子为；木材为；软橡胶为；

一般认为，损耗因子至少在0.01数量级，并可与金属紧密粘附的材料，方可作为减振阻尼材料使用。损耗因子：表征阻尼性能最常用的量。第24页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三25常用材料的损耗因子材料损耗因子钢、铁1×10-4

~6×10-4

有色金属1×10-4

~2×10-3

玻璃0.6×10-3

~2×10-3

塑料5×10-3

~1×10-2

有机玻璃2×10-2

~4×10-2

木纤维板1×10-2

~3×10-2

混凝土1.5×10-2

~5×10-2

砂（干砂）1.2×10-1

~6×10-1

粘弹性材料2×10-1~5第25页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三26从物理现象上区分，阻尼可以分为以下五类：（1）工程材料内阻尼

工程材料种类繁多，尽管其耗能的微观机制有差异，宏观效应却基本相同，都表现为对振动系统具有阻尼作用，因这种阻尼起源于介质内部，故称为工程材料内阻尼。第26页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三27

材料阻尼的机理：宏观上连续的金属材料会在微观上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、塑性滑移等，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，称为金属滞弹性，当金属材料在周期性的应力和应变作用下，加载线OPA因上述原因形成略有上凸的曲线而不再是直线，而卸载线AB将低于加载线OPA。于是在一次周期的应力循环中，构成了应力-应变的封闭回线ABCDA，阻尼耗能的值正比于封闭回线的面积。第27页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三28

在实际工程中，各种结构往往与流体相接触，而大部分流体都具有一定黏滞性，当这些结构相对其周围流体介质运动时，后者给前者以运动阻力，对振动物体做负功，使其损失一部分机械能，这些机械能最终转变为热能。（2）流体的粘滞阻尼

流体在管道中流动

如果流体具有粘滞性，流体各部分流动速度是不等的，多数情况下，呈抛物面形。这样，流体内部的速度梯度、流体和管壁的相对速度，均会因流体具有粘滞性而产生能耗及阻尼作用，称为粘性阻尼。粘性阻尼的阻力一般和速度成正比。第28页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三29

接合面阻尼是由微观的变形所产生的，而库仑摩擦阻尼则由接合面之间相对宏观运动的干摩擦耗能所产生。（3）接合面阻尼与库仑摩擦阻尼

相对位移和外力之间关系曲线第29页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三301）大阻尼材料2）铆钉3）约束层4）弹簧环5）环形槽大型齿轮的两种消振、消声结构设计第30页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三31（4）冲击阻尼

冲击阻尼是另一种结构耗能方式。工程中可以通过设置冲击阻尼器来获得冲击阻尼，例如砂、细石、铅丸或其他金属块、以至于硬质合金等，均可用作冲击块，以获得冲击阻尼。工程上已经将这种阻尼机理成功地应用于雷达天线、涡轮机叶片、继电器、机床刀杆及主轴等。冲击阻尼的机理是通过附加冲击块，将主系统的振动能量转换为冲击块的振动能量，从而达到减小主系统的振动的目的。第31页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三32第32页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三33

DEN480L型数控车床底座和床身示意图

其底座内所填充的混凝土的内摩擦阻力较高，再配上封泥芯的床身，使机床有较高的抗振性。【例】第33页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三34（5）磁电效应阻尼

机械能转变为电能的过程中，由磁电效应产生阻尼。在磁极中间设置金属导磁片，磁片旋转时切割磁力线而形成涡流，涡流在磁场作用下又产生与运动相反的作用力以阻止运动，由此而产生的阻尼称为涡流阻尼。涡流阻尼的能量损耗由电磁的磁滞损失和涡流通过电阻的能量损失组成。涡流阻尼示意图第34页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三357.3阻尼材料

阻尼材料也称为粘弹阻尼材料，或粘弹性高阻尼材料。要求：有较高的损耗因子；有较好的粘结性能；在强力的振动下不脱落不老化；在一些特殊的环境使用下还要求耐高温、高湿和油污。第35页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三367.3阻尼材料阻尼材料阻尼涂料阻尼板材第36页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三37（一）阻尼涂料

常用的阻尼材料有沥青、软橡胶和阻尼浆。阻尼涂料1.基料2.填料3.溶剂阻尼材料的主要成分，其作用使构成阻尼材料的各种成分进行粘合，并粘接于金属板上。常用的基料有沥青、橡胶、树脂等。填料的作用是增加阻尼材料的内损耗能力和减少基料的用量以降低成本，常用的有膨胀珍珠岩粉、石棉绒、石墨、碳酸钙、硅石等。一般情况下，填料占阻尼材料的30%~60%.溶剂的作用是溶解基料并防止涂料干裂，常用的溶剂有汽油、乙酸乙酯、乙酸丁酯等。第37页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三38常用的阻尼材料有沥青、软橡胶和阻尼浆。阻尼浆是用多种高分子材料配制而成的，可根据配方自己配制。它主要由基料、填料和溶剂三部分组成。基料基料是阻尼材料的主要成分，其作用是使构成阻尼材料的各种成分进行粘合并粘接金属板。基料性能的好坏对阻尼效果起决定性作用。常用的基料有沥青、橡胶、树脂等。填料

填料的作用是增加阻尼材料的内损耗能力、减少基料的用量以降低成本。常用的填料有膨胀珍珠岩粉、石棉绒、碳酸钙、软木粉等。溶剂

溶剂的作用是溶解基料，常用的溶剂有汽油、醋酸乙酯、植物油等。（一）阻尼涂料第38页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三39１．粘弹性阻尼材料

粘弹性阻尼材料主要分橡胶类和塑料类，一般以胶片形式生产，使用时可用专用的粘结剂将它贴在需要减振的结构上。第39页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三40

聚四氟乙烯导轨软带

以聚四氟乙烯为基体，加入青铜粉、二硫化钼和石墨等填充剂混合烧结，并做成软带状。软带导轨⑴耐磨性好⑵减振性能好⑶工艺性能好【例】第40页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三41

在纯剪切振动一周中单位体积内所损耗的能量为：为剪切模量实部，为最大减切应变幅值。

由此可知：要使振动能量耗散达到最大值，则必须使为最大。第41页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三42阻尼材料性能随温度及频率的变化曲线第42页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三43

图中明显有三个不同的区域：

1区：玻璃态区，这时阻尼材料的有最大值，随着的变化，其值变化很慢，而值最小，但随的上升其值增加很快。

2区：玻璃态转变区（过渡区），随着温度的增加，值很快下降，当时，有最大值。

3区：高弹区（橡胶态区）,和都很小，且随温度的变化很小。第43页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三44

由高分子加入适量的填料以及辅助材料配制而成，是一种可涂覆在各种金属板状结构表面上，具有减振、绝热和一定密封性能的特种涂料，可广泛地用于飞机、船舶、车辆和各种机械的减振。由于涂料可直接喷涂在结构表面上，故施工方便，尤其对结构复杂的表面如舰艇、飞机等，更体现出它的优越性。２．树脂型第44页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三45

环氧型耐磨导轨涂层

以环氧树脂和二硫化钼为基体，加入增塑剂，混合成液状或膏状为一组份，以固化剂为另一组份的双组份塑料涂层。注塑导轨

1—滑座；2—胶条；3—注塑层

【例】第45页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三46３．沥青型

沥青型阻尼材料比橡胶型阻尼材料价格便宜，它的结构损耗因子随厚度的增加而增加。沥青阻尼材料厚度与结构损耗因子关系阻尼层厚度

1.522.434损耗因子

0.050.080.110.160.25第46页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三47沥青阻尼材料大致可分以下四种类型：

(1)熔融型。此种板材熔点低，加热后流动性好，能流遍整个汽车底部等构件，在汽车烘漆加热时一并进行加热；(2)热熔型。在板材的表面涂有一层热熔胶，以便在汽车烘漆加热时热熔胶融化粘合，它一般用作汽车底部内衬；(3)自粘型。在板材的表面涂上一层自粘性压敏胶，并覆盖隔离纸，一般用在汽车顶部和侧盖板部分；(4)磁性型。在板材的配方中填充大量的磁粉，经充磁机充磁后具有磁性，可与金属壳体贴合，一般用在车门部位。第47页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三481．复合型阻尼金属板材

在两块钢板或铝板之间夹有非常薄的粘弹性高分子材料，就构成复合阻尼金属板材。这种结构的强度由各基体金属材料保证，阻尼性能由粘弹性材料和约束层结构加以保证。（二）阻尼板材第48页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三49复合型阻尼金属板材的主要优点是：(1)振动衰减特性好，复合型阻尼钢板损耗因子一般在0.3以上。

(2)耐热耐久性能好，阻尼钢板采用特殊的树脂，即便在140℃空气中连续加热1000小时，各种性能也不劣化。

(3)机械性能好，复合阻尼钢板的屈服点、抗拉强度等机械品质与同厚度普通钢板大致相同。

(4)焊接性能好，焊缝性能与普通钢相同。

(5)复合阻尼钢板还具有阻燃性、耐大气腐蚀性、耐水性、耐油性、耐臭氧性、耐寒性、耐冲击性及烤漆时的高温耐久性等优点。第49页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三50复合阻尼钢板的应用实例类别应用实例大型结构铁路桥梁下部隔声板；钢铁厂装、卸料机内衬、漏斗、溜槽内衬建筑部门高层建筑钢制楼梯、垃圾井筒、钢门、铜制家俱、空调用钢制品交通部门汽车发动机、发动机旋转部件、翻斗车料槽、船舶、飞机等构件—般工厂传递、运输机械构件、铲车料槽、凿岩机内衬、电动机机壳、空气机机壳音响设备音响设备底盘、框架、办公用机械噪声控制设备各种机器隔声罩、大型消声器钢板结构其它记录机机身、激光装置防振台第50页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三512．阻尼合金和其它阻尼材料

阻尼合金具有良好的减振性能，既是结构材料又有高阻尼性能，例如双晶型Mn-Cu系合金，具有振动衰减特性好、机械强度高、耐腐蚀等优点，被用于舰艇、鱼雷等水下设施的构件上。第51页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三527.4阻尼基本结构及其应用

阻尼基本结构1.离散型的阻尼器件2.附加型的阻尼结构吸振隔振第52页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三53

附加型的阻尼结构第53页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三541）

自由阻尼结构

将粘弹阻尼材料粘贴或喷涂在需要减振的结构物上（可以是单面的，也可以是双面的）。当基板产生弯曲振动时，阻尼层随基本层一起振动，在阻尼层内部产生拉-压变形。根据阻尼材料的耗能机理，当阻尼材料内部产生交变应力时，阻尼材料就会将有序的机械能转化为无序的热能，从而起到耗能的作用。阻尼层越厚，阻尼损耗因子越大，制振效能就越好。第54页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三55损耗因子：其中；。第55页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三56

2）

约束阻尼结构

在自由阻尼处理的阻尼层外侧表面再粘贴一弹性层，这一弹性层应具有远大于阻尼层的弹性模量。当阻尼层随基本结构层一起产生弯曲振动而使阻尼层产生拉-压变形时，由于粘贴在外侧弹性层的弹性模量远大于阻尼层的弹性模量，因此这一弹性层将起到约束阻尼层的拉-压变形的作用。由于阻尼层与基本层接触的表面所产生的拉-压变形不同于与约束层接触的表面所产生的拉-压变形，从而在阻尼材料内部产生剪切变形。因此约束阻尼处理结构中，阻尼层不仅承受拉-压变形，还同时承受剪切变形，它们都能起到耗能作用。约束阻尼结构比自由阻尼结构耗散更多的能量，因此具有更好的减振降噪效果。

a)自由状态

b)振动拉-压及剪切变形状态

1—基本层

2—阻尼层

3—约束层第56页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三57复合阻尼板钢轨构造第57页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三58典型的约束阻尼处理结构第58页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三59增加切削阻尼车刀消振棱0.1～0.3-5°～-20°2°～3°◆（例采用倒棱车刀）【例】第59页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三60第60页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三61Thankyouforyourlistening!本章结束第61页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三62【作业】用自己的语言描述什么是阻尼减振?【作业】配制阻尼涂料由哪几部分组成，各组成部分有何作用？第62页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三63【作业】用自己的语言描述什么是阻尼减振?第63页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三647.3阻尼材料

阻尼材料

按用途分类用于减振的平板型及压敏型材料用于噪声控制的泡沫多孔材料用于减振降噪的复合型材料用于特殊工作环境的特种材料按材料性质分类粘弹类阻尼材料阻尼橡胶阻尼塑料金属类阻尼材料阻尼合金复合阻尼钢板液体阻尼涂料阻尼油料阻尼涂料沥青型阻尼材料第64页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三6511.4.3

阻尼减振技术（1）粘弹阻尼材料（2）阻尼减振的基本原理（3）结构阻尼与复合阻尼结构

◆两种结构阻尼：系统阻尼和材料的内摩擦阻尼；

◆两种复合结构：自由阻尼结构和约束阻尼结构。第65页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三6611.4.3

阻尼减振技术（4）约束阻尼板结构设计要点◆根据结构使用温度、激振频率范围和预期达到的减振效果；

◆确定结构的振型，找出应变较大的各个部位，贴上约束阻尼材料；◆在结构的质量和刚度许可的条件下，应尽量采用对称夹心结构，通过设计，选定所用的阻尼材料，确定阻尼层厚度、约束层厚度和结构的损耗因子。第66页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三6711.4.3

阻尼减振技术（5）阻尼板的设计计算步骤◆约束层厚度的确定

◆阻尼层厚度的确定

◆结构损耗因子的确定第67页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三68它利用固体和液体的摩擦阻尼来消耗振动的能量。如在机床主轴系统中附加阻尼减振器，它相当于间隙很大的滑动轴承，通过阻尼套和阻尼间隙中的粘性油的阻尼作用来减振。

1)阻尼减振器：第68页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三692．表面采用阻尼涂层

对于弯曲振动结构件，在其表面喷涂一层具有较高内阻尼和