阻尼复合材料的发展研究.doc

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1、阻尼复合材料学号20080017姓名倪鹏袁班级090201引言随着现代工业的发展，振动工具和产生强烈振动的大功率机械不断增多，各种机械设备在运转及工作过程中带来的振动危害也口益严重⑴。在日常生活中，这类振动和噪声会给人们的生活和工作带来影响，危害人体的健康，使人疲倦、耳鸣，严重者甚至丧失工作能力⑵,如果长期暴露在85dB以上的环境中，就会导致噪声型耳聋［3'41o在工程中，振动和噪声带来的宽频带随机激振会引起结构的多共振峰响应，还会直接影响电子器件、仪器和仪表的正常工作，严重时造成灾难性后果。在军事中，由于武器装备和飞行器的发展LI趋高速化和大功率化，各种飞行器在飞行

2、过程中受到发动机和高速气流的激励，所产生的振动和谐动响应而产生的结构疲劳是十分严重的。并且潜艇和气垫船受到发动机的激励，产生的高分贝噪声将严重影响战斗力。因此，采用高阻尼材料或阻尼结构进行减振降噪成为解决上述问题I•分有效的手段之一⑷。同时为了减少各种灾害所带来的影响，对阻尼技术的研究已经成为迫切需要解决的事情。目前，功能性阻尼材料己经在尖端武器装备、航天飞行器、航海、民用建筑、环境保护等方面得到广泛应用。1阻尼材料的发展历史第一阶段是1784〜1920年，在1784年Coulomb151便指出金属经受循环应变时，应力.应变曲线将形成滞后环，并有能量耗散。1837年，

3、Weber首次用扭摆的日由衰减测景了材料的阻尼。从1850年开始，声学家们对有阻尼的振动系统进行研究。Rayleigh于1878年给出了线性、粘性阻尼离散系统和连续介质力学、声学等系统的微分方程及一些方程的解，在此阶段阻尼材料的研究才刚刚起步。第二阶段是1920-1940年，这一时期机器的运转速度越来越高，振动问题成为高速旋转机械、飞机及大型工程结构等的主要困扰。振动使得螺旋桨曲轴和水轮机叶片出现疲劳破坏，轮船的舱曰产生疲劳裂纹，疲劳破坏使得第一架商务飞机坠毁，美国的TacomaNa^ows大桥也由于水流导致的振动而损坏⑹，从而使得振动控制成为工业生产的主要话题之一，

4、人们开始就这一问题进行工程应用研究。第三个阶段是1940年至今，这一时期，有关阻尼的文献逐年增加，如1945年有500篇，1965年则超过了2500篇。这一阶段，人们开始定量描述阻尼对动态系统的影响，并于上世纪六七十年代发展起了一门涉及材料学、力学、机械学和环境科学等多学科的新技术,即阻尼技术⑺。2阻尼机理阻尼复合材料主要是通过基体、增强体以及两者之间的界面摩擦阻尼来吸收振动机械能量,并将机械能转化为热能或其他形式的能量而耗散的功能材料。阻尼减振技术利用阻尼材料在变形时把动能变成为其他形式能的原理，降低材料结构的共振振幅和增加材料的疲劳寿命⑻。因此，基体阻尼、增强体阻

5、尼及界面阻尼构成了阻尼原理的三个主要的微观机制，其叠加的结果决定了复合材料的宏观阻尼行为。2.1基体材料阻尼阻尼复合材料通常是通过基体的阻尼特性起到减振抗噪的目的。聚合物基体与金属基体的阻尼特性是完全不同的。聚合物基体在处于刚性的玻璃态时，高分了链段的自由运动是受限制的，材料形变主要是由大分了链键长和键角的变化而引起，不能消耗机械能。当聚合物基体中的分子链处于运动状态时，分子链段发生相互运动时产生内摩擦，这需要克服阻力，需要一定的时间，将外部施加的机械能转化为其他形式的能量"，这就是基体材料阻尼的机制。2.2增强体材料阻尼阻尼发合材料的另一种减振方式是靠发合材料中的增

6、强材料来消耗振动能量的。这些增强材料如纤维能起到增加材料的应变及损耗能量的能力。它能限制分了的运动，增加应力和应变之间的相位滞后;增强材料能限制分了长链相互转换过程中的运动，从而增强能量的转化，并增强了阻尼作用2.3材料界面阻尼大多数增强材料与基体树脂在结构上存在很大差异,在物理和化学性质上不相容，因此两者结合后，界面会影响夏合材料的性能。而增强体与基体的结合面恰恰就是岌合材料阻尼机制的来源。界面阻尼是复含材料界面在外加应力的作用下发生相对的微滑移现象,从而消耗了从外界来的振动能量。界面阻尼在夏合材料中起到微观阻尼的作用，从而增大了夏合材料的阻尼性能。3分类阻尼材料大

7、致可分为粘弹性阻尼材料、高阻尼合金材料、复合阻尼材料和智能型阻尼材料，其中复合阻尼材料包括聚合物基阻尼复合材料和金属基阻尼复合材料，智能型阻尼材料主要包括压电阻尼材料和电流变流体阻尼材料。下面主要就复合阻尼材料的研究现状进行分析。4复合阻尼材料的研究现状这类材料包括聚介物基阻尼复合材料和金属基阻尼复合材料。聚介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殳合材料;金属基阻尼夏合材料包括在金属基体中添加第二相粒了形成的金属基发合材料、两种不同的金属板叠合在一起或由金属板和树脂粘合在一起而形成的复合阻尼金属板等。4.1聚合物