汽车振动基础：阻尼概念与应用

阻尼是用来度量系统自身消耗振动能量的能力的物理量。工程结构在振动时,有一部分振动能量会转化成诸如声能、热能或其他结构的机械能而消耗掉。产生阻尼的原因多种多样,有些阻尼的机理至今尚不清楚。实际振动中往往是多种不同类型的阻尼同时起作用,分析起来难度很大。由于线性系统本身就是对实际问题的近似,因此在本章中对阻尼往往也做线性化处理。

系统的机械能不可能守恒,总存在着各种各样的阻力。振动中将阻力统称为阻尼,如摩擦阻尼、电磁阻尼、介质阻尼和结构阻尼等。在理论分析中最常用的阻尼是气体和液体的黏性阻尼,如汽车上常用的液压筒式减振器,其内部的工作缸被活塞分成上、下两腔,并充满液体;当活塞与工作缸有相对运动时,强迫液体经过活塞上的阀在上、下两腔流动,液体经过阀时产生阻力,使运动能量变为热能耗散掉。在本书中,如无特殊说明,所提到的阻尼力学模型均指黏性阻尼力学模型。所谓的黏性阻尼是指在流体中低速运动或沿润滑表面滑动的物体所受到的阻尼。黏性阻尼的特征是其大小与物体运动的相对速度成正比。

在工程实际中,阻尼的作用主要表现在以下几个方面。

(1)阻尼有助于减小机械结构的共振振幅,从而避免结构因动应力达到极限造成结构破坏。

(2)阻尼有助于机械系统受到瞬时冲击后,很快恢复到稳定状态。(www.xing528.com)

(3)阻尼有助于减少因机械振动产生的声辐射,降低机械性噪声。许多机械构件,如交通运输工具的壳体、锯片的噪声,主要是由振动引起的,采用阻尼能有效地抑制共振,从而降低噪声。

(4)阻尼可以提高各类机床、仪器等的加工精度、测量精度和工作精度。各类机器尤其是精密机床,在动态环境下工作需要有较高的抗震性和动态稳定性,而通过各种阻尼处理可以大大地提高其动态性能。

(5)阻尼有助于降低结构传递振动的能力。在机械系统的隔振结构设计中,合理地运用阻尼技术,可使隔振、减振的效果显著提高。

减振阻尼材料主要包括黏弹性阻尼材料、阻尼金属等。常用的黏弹性材料是高分子聚合物,如氯丁橡胶、有机硅橡胶、聚氯乙烯、环氧树脂类胶及泡沫塑料构成的复合阻尼材料。金属薄板上如果涂敷上黏弹性材料可以减弱金属弯曲振动的强度。当金属发生弯曲振动时,其振动能量迅速传递给紧密贴在薄板上的阻尼材料,引起阻尼材料内部的摩擦和相互错动。由于阻尼材料的内耗损、内摩擦大,相当部分的金属薄板振动能量变成热能散掉,减弱了板的弯曲振动,缩短了薄板被激振后的振动时间,从而降低金属板辐射噪声的能量,达到降噪目的。阻尼金属又称为减振合金,可作为结构材料直接代替机械中振动和发声强烈的部件,也可制成阻尼层粘贴在振动部件上,两种方法均可取得减振降噪效果。