1.3　阻尼減振

在振動過程中，阻尼消耗振動的能量使瞬態振動迅速衰減，避免了自激振動的產生，特別能降低受迫振動共振區的振動。因此，阻尼是控制振動的重要手段之一。在振動系統中增加阻尼可通過多種方法實現，如用高內阻的材料制造零件，在設備表面附加阻尼層，增加運動件的相對摩擦，在系統中安裝吸振器等。然而，不合適的阻尼不僅不能控制振動，而且會降低機器的效率、加速零件的磨損、增加設備的熱變形等。

研究阻尼控制振動的基本方法有五大類：

1）材料阻尼。在交變力作用下，材料內部分子相互摩擦消耗振動能量的阻尼。利用材料阻尼控制振動。圖1.4中的滯后回線所包的陰影面積越大，阻尼越大。通常，材料阻尼的大小用等效黏性阻尼系數來衡量，以材料的損耗因子來衡量其對振動的吸收能力。

2）結構阻尼。結構的形狀明顯地影響著振動能量的消耗與擴散。在圖1.21中給出了幾種典型的阻尼性能好的結構外形：圖1.21（a）所示為柔性的梁或板；圖1.21（b）所示為外表加肋的結構，適用于飛機的機殼、汽車車身及金屬建筑物的機架；圖1.21（c）所示為若干金屬板組合的剛性結構；圖1.21（d）所示為蜂窩形板和殼。

圖1.21　幾種典型的阻尼結構外形

3）擴散阻尼。振動體向周圍介質輻射彈性波，帶走振動的能量，起到擴散阻尼的作用。結構的擴散阻尼視其形狀、尺寸和振動頻率而定。例如，平板傳播橫向波時，振動的頻率低于某一臨界頻率就不輻射能量。1cm厚的鋼板的臨界頻率為1000Hz，超過這個頻率，輻射的能量就隨頻率的增加而增加。如果板的自由邊角在黏性液中振動，將更多地消耗能量。擴散阻尼還包括固體結構的零件之間及從一結構到另一結構的擴散。懸臂梁把其端部振動的彈性能擴散到支承中，如果激勵是瞬態的，支承比振動系統體積大很多，則振動能量基本擴散出去而不返回，因而振動被阻止。

4）相對運動阻尼。相對運動消耗的能量占總阻尼消耗能量的90%左右，是阻振的主要手段。減少相對運動件的間隙、施加預載荷、提高接觸面的表面粗糙度是常見的提高相對運動阻尼的方法。碰撞是另一相對運動阻尼的形式，如把松散的金屬球體放入振動的機體、松散的顆粒放入鏜桿，再利用它們之間的碰撞消耗能量，起到阻尼的作用。充分利用焊、鉚、螺紋連接的邊界摩擦消耗振動的能量是另一途徑。調整連接點的數量和預緊力及連接面的粗糙度，使其在小振幅時，連接面緊貼在一起，阻尼為零；在大振幅時，連接面發生滑移而消耗能量。

5）附加阻尼。在振動體上，使用各種方式附加一層具有高內阻的黏彈性材料（如瀝青基制成的膠泥減振劑、高分子聚合物和油漆膩子等），振動時使阻尼材料產生很大變形，消耗振動的能量而不損壞振動件。如圖1.22所示，圖1.22（a）所示為附加自由阻尼層（也稱為非約束阻尼層），是在振動體上直接噴涂一層黏彈性材料，方法簡單、成本低，但阻尼性能較差；圖1.22（b）所示為附加多層約束阻尼層，在黏彈性材料上附加一薄層或多層剛性材料，當振動體變形時，起約束作用的剛性材料不變形，從而增加黏彈性材料的剪切變形，提高阻尼性能；圖1.22（c）所示為附加多層間隔約束阻尼層，把起約束作用的剛性材料薄片按一定間隔排列在黏彈性材料中，其阻尼效果將顯著提高；圖1.22（d）所示為附加阻尼夾心鑲板，可安置于振動系統中，使阻尼材料產生較大的變形而發揮消耗能量的阻尼作用；圖1.22（e）所示為附加共振阻尼裝置，是由黏彈性材料和質量塊組成的裝置，相當于高阻尼的單自由度系統，附加在振動體上將產生諧振，使黏彈性材料產生更大的變形，發揮更好的阻尼作用；圖1.22（f）所示為附加共振梁阻尼裝置，與圖1.22（e）所述的裝置相比，工作原理相同，但有更多的黏彈性材料發揮阻尼作用，增加了阻尼效果。

圖1.22　幾種典型的附加阻尼