1.3　阻尼减振

在振动过程中，阻尼消耗振动的能量使瞬态振动迅速衰减，避免了自激振动的产生，特别能降低受迫振动共振区的振动。因此，阻尼是控制振动的重要手段之一。在振动系统中增加阻尼可通过多种方法实现，如用高内阻的材料制造零件，在设备表面附加阻尼层，增加运动件的相对摩擦，在系统中安装吸振器等。然而，不合适的阻尼不仅不能控制振动，而且会降低机器的效率、加速零件的磨损、增加设备的热变形等。

研究阻尼控制振动的基本方法有五大类：

1）材料阻尼。在交变力作用下，材料内部分子相互摩擦消耗振动能量的阻尼。利用材料阻尼控制振动。图1.4中的滞后回线所包的阴影面积越大，阻尼越大。通常，材料阻尼的大小用等效黏性阻尼系数来衡量，以材料的损耗因子来衡量其对振动的吸收能力。

2）结构阻尼。结构的形状明显地影响着振动能量的消耗与扩散。在图1.21中给出了几种典型的阻尼性能好的结构外形：图1.21（a）所示为柔性的梁或板；图1.21（b）所示为外表加肋的结构，适用于飞机的机壳、汽车车身及金属建筑物的机架；图1.21（c）所示为若干金属板组合的刚性结构；图1.21（d）所示为蜂窝形板和壳。

图1.21　几种典型的阻尼结构外形

3）扩散阻尼。振动体向周围介质辐射弹性波，带走振动的能量，起到扩散阻尼的作用。结构的扩散阻尼视其形状、尺寸和振动频率而定。例如，平板传播横向波时，振动的频率低于某一临界频率就不辐射能量。1cm厚的钢板的临界频率为1000Hz，超过这个频率，辐射的能量就随频率的增加而增加。如果板的自由边角在黏性液中振动，将更多地消耗能量。扩散阻尼还包括固体结构的零件之间及从一结构到另一结构的扩散。悬臂梁把其端部振动的弹性能扩散到支承中，如果激励是瞬态的，支承比振动系统体积大很多，则振动能量基本扩散出去而不返回，因而振动被阻止。

4）相对运动阻尼。相对运动消耗的能量占总阻尼消耗能量的90%左右，是阻振的主要手段。减少相对运动件的间隙、施加预载荷、提高接触面的表面粗糙度是常见的提高相对运动阻尼的方法。碰撞是另一相对运动阻尼的形式，如把松散的金属球体放入振动的机体、松散的颗粒放入镗杆，再利用它们之间的碰撞消耗能量，起到阻尼的作用。充分利用焊、铆、螺纹连接的边界摩擦消耗振动的能量是另一途径。调整连接点的数量和预紧力及连接面的粗糙度，使其在小振幅时，连接面紧贴在一起，阻尼为零；在大振幅时，连接面发生滑移而消耗能量。

5）附加阻尼。在振动体上，使用各种方式附加一层具有高内阻的黏弹性材料（如沥青基制成的胶泥减振剂、高分子聚合物和油漆腻子等），振动时使阻尼材料产生很大变形，消耗振动的能量而不损坏振动件。如图1.22所示，图1.22（a）所示为附加自由阻尼层（也称为非约束阻尼层），是在振动体上直接喷涂一层黏弹性材料，方法简单、成本低，但阻尼性能较差；图1.22（b）所示为附加多层约束阻尼层，在黏弹性材料上附加一薄层或多层刚性材料，当振动体变形时，起约束作用的刚性材料不变形，从而增加黏弹性材料的剪切变形，提高阻尼性能；图1.22（c）所示为附加多层间隔约束阻尼层，把起约束作用的刚性材料薄片按一定间隔排列在黏弹性材料中，其阻尼效果将显著提高；图1.22（d）所示为附加阻尼夹心镶板，可安置于振动系统中，使阻尼材料产生较大的变形而发挥消耗能量的阻尼作用；图1.22（e）所示为附加共振阻尼装置，是由黏弹性材料和质量块组成的装置，相当于高阻尼的单自由度系统，附加在振动体上将产生谐振，使黏弹性材料产生更大的变形，发挥更好的阻尼作用；图1.22（f）所示为附加共振梁阻尼装置，与图1.22（e）所述的装置相比，工作原理相同，但有更多的黏弹性材料发挥阻尼作用，增加了阻尼效果。

图1.22　几种典型的附加阻尼