硕士学位论文
（工程硕士）
某电子设备的阻尼减振技术及试验研究
RESEARCH ON THE ENGINEERING AND EXPERIMENT OF VIBRATION DAMPING TECHNOLOGY FOR ELECTRONIC
INSTALLATION
哈尔滨工业大学
2013年9月
国内图书分类号: V414.19 学校代码：10213 国际图书分类号:621 密级：公开
工程硕士学位论文
某电子设备的阻尼减振技术及试验研究
硕士研究生：
导师：
申请学位：工程硕士
学科：机械工程
所在单位：北京动力机械研究所
答辩日期：2013年9月
授予学位单位：哈尔滨工业大学
Classified Index: V414.19
U.D.C: 621
Dissertation for the Master Degree in Engineering
RESEARCH ON THE ENGINEERING AND
EXPERIMENT OF VIBRATION DAMPING TECHNOLOGY FOR ELECTRONIC
INSTALLATION
Candidate：MaShuangHui
Supervisor：Prof. Huang Bo
Academic Degree Applied for：Master of Engineering Speciality：Mechatronics Engineering Affiliation：Beijing Power Machinery Institute Date of Defence：September, 2013
Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology
摘要
振动，是物体在静平衡位置附近所做的微小往复弹性运动。物体自身属性以及外部环境都有可能成为产生振动的原因。振动会导致结构破坏、仪器失效。在电子产品中，振动会导致仪器设备内部结构的动态位移，加剧结构疲劳，引起结构、组件和零件的机械磨损。另外，动态位移还能导致元器件的碰撞和功能的损坏。在应对各种振动问题时，需根据具体情况，确定减振方法、减振材料，进而对减振系统进行计算、分析以及试验验证。
阻尼减振技术作为最有效控制结构共振的手段，正得到越来越广泛的应用。由于它在航天电子设备减振设计中应用的必然趋势，使得对它的研究、试验和应用愈来愈受到人们的重视。作为观察振动过程的仿真手段之一的有限元法，是利用计算机，对流体、声场、结构和耦合场等进行数值模拟分析的一种方法，它能够真实模拟出各种复杂的线性、非线性问题，其结果也逐渐成为各行各业进行设计和分析的可靠依据。试验是检验设计及仿真结果的唯一途径。在设计过程中，往往需要通过试验来检验计算方法或对模型进行改进。而有时，某些参数则必须通过测试才能获得。因此，新产品需要用试验来检验其机械性能的可靠性。
本文以某一飞行器用电子设备为模型，结合国内外阻尼减振技术的研制及试验工作，对该模型进行分析、仿真和试验。论文的主要工作包括：
1）对电子设备进行振动理论分析，针对电子设备特点提出了三种减振方案，并对三种方案分别进行优缺点分析，根据三种减振方案的特点及电子产品的力学环境特点最终确定了一种减振系统设计方案及减振器材料；
2）通过有限元软件对产品模型减振前后、以及减振器在三种不同压缩状态下模型的整体变形结果、变形矢量图结果和应力分布情况进行动态仿真，模拟模型受力情况；
3）对减振器在三种不同压缩状态下的电子设备进行扫频试验和功能振动试验，在验证有限元分析结果正确性的同时，确定减振器的最终选择方案。
关键词：减振系统；减振器；硅橡胶；有限元法；振动试验
Abstract
Vibration is elastic and double acting micro-oscillation around static equilibrium place of a body. The cause of vibration is external disturbance or auto interference. Vibration could break the structure and make equipment out of work. In electronic equipment, vibration causes dynamic displacement of the structure within the equipment, and intensifies structure fatigue speeding up wearing machine. In addition, dynamic displacement could cause the knock and the functionality defect of the element. We will define the method and material to suppress vibration, and then compute, analyze and experiment the system of vibration suppression to reply all kinds of vibration.
Vibration damping technology is the best method to suppress the sympathetic vibration, and is used extensively in many places. It has become a trend to suppress vibration for electronic equipment in aerospace. And the research, experiment and use of damping technology has attracted much attention. As the simulation of viewing the vibration, the fem is a method of numerical simulation by computer for fluid, structure, acoustic and coupled fields. It could simulate the problem of linear or non-linearity, and provide reliable basis for the design and analysis in all walks of life. Experiment is the only way to check the design and fem. Experiment can check the algorithm and improve it in design process. Sometimes, some parameters can only be obtained by experiment. So, the reliability of mechanical property must be checked by experiment.
This paper analyses, simulates and experiments a model of electronic equipment for an air vehicle, with the research and experiment of damping technology both abroad and home. Major contents of this paper include:
1) Analyze the vibration theory and present three designs of vibration damping system for electronic equipment. The merits and faults of these designs are analyzed, and then the best design and material are decided based on mechanical environment;
2) Take the total deformation, the vector deformation and the equivalent stress for damper of three precompression by the finite element software to simulate the force of the model;
3) Take the sweep test and the vibrating functional test for the electronic equipment with three precompression of damper. The feasibility of the design is testified by experiment to decide on the best damper for the design.
Keywords: damping system, damper, silicone elastomer, finite element, vibration test
目录
目录
摘要 ............................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................. II 目录 ............................................................................................................................. I II 第1章绪论 (1)
1.1 课题研究背景及意义 (1)
1.2 振动分类及减振研究现状 (1)
1.2.1 振动分类及描述 (2)
1.2.2 减振措施分类 (2)
1.2.3 减振措施国内外现状 (2)
1.3 有限元分析研究现状 (3)
1.4 分析方法与试验技术现状 (5)
1.5 本文研究内容 (5)
第2章阻尼减振系统总体设计 (6)
2.1 阻尼减振系统基本要求 (6)
2.1.1 减振系统的动力学分析 (6)
2.1.2 减振原理分析 (7)
2.1.3 减振系统设计基本要求 (7)
2.2 阻尼减振材料选取 (8)
2.3 阻尼减振系统设计方案 (10)
2.3.1 公式推导 (12)
2.3.2 材料常数计算 (13)
2.4 本章小结 (15)
第3章产品建模和有限元分析 (16)
3.1 电子设备及阻尼减振系统结构特点 (16)
3.2 电子设备及阻尼减振结构有限元分析 (17)
3.2.1 有限元模型 (18)
3.2.2 计算结果 (19)
3.3 本章小结 (21)
第4章阻尼减振系统试验研究 (22)
4.1 试验系统平台搭建 (22)
4.2 试验条件及方案 (23)
目录
4.3 试验数据分析 (24)
4.3.1 扫频振动试验分析 (24)
4.3.2 功能振动试验分析 (32)
4.4 本章小结 (41)
结论 (42)
参考文献 (44)
哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明 (48)
致谢 (49)
个人简历 ........................................................................................... 错误!未定义书签。
第1章绪论
1.1课题研究背景及意义
振动，是物体在静平衡位置附近所做的微小往复弹性运动[1]。物体自身属性以及外部环境都有可能成为产生振动的原因。工程中，结构振动问题既有积极的一面也有消极的一面，但是，在多数情况下，都会给仪器设备、结构带来不良的影响。振动的危害显而易见，它可以使结构破坏，使仪器失效。美国在上世纪五六十年代航天及国防装备的研制过程中出现的各类事故中有40%由振动问题直接或间接引起的。我国军用装备实验室环境试验方法第16部分，振动环境效应中提出：振动导致装备及其内部结构的动态位移。这些动态位移会导致组件、零件等结构间的相互机械摩擦，引起或加剧结构疲劳。另外，动态位移还可能导致元器件之间的搭接，从而引发功能性损坏。振动问题，小则会影响生产生活质量，大则会导致无法挽回的伤害。可见振动问题的危害是非常值得重视的。
随着现代航空、航天事业的高速发展，新一代武器装备被赋予了更高的技术指标和战术水平，电子设备所面临的宽频带随机振动问题也更加严酷，由于共振而导致的电子设备异常现象也频频发生。在武器装备向高速度和大功率发展的同时，振动量级也在成倍放大，而过大的振动会造成元器件失效，电子设备工作寿命缩短，尤其是飞行器所用的电子设备，若对这些问题不能妥善处理，就会使飞行器存在严重隐患，甚至造成飞行失败，严重影响武器装备的精度和可靠性。因此，振动问题的研究分析对电子设备的设计和飞行器的可靠性都具有极为重要的实际意义。
本课题拟通过对电子设备的阻尼减振分析技术进行研究，以某一飞行器用电子设备为模型，对其进行有限元分析和试验验证。通过阻尼减振方法，降低外界振动在该设备上造成的干扰，提高产品的可靠性。
1.2振动分类及减振研究现状
在振动的研究过程中，要对振动产生的原因进行了解，找出它的运动规律，最后寻求消除或控制振动的方法。具体步骤为：确定系统固有频率，防止共振发生；确定动能量级，掌握能量水平；根据需要确定减振方法，以控制振动影响。
从不同角度出发，振动也有不同的分类。
按振动的重现性分类，其可分为确定性振动和随机振动；按振动的阻尼力分类，其可分为无阻尼振动和阻尼振动；按振动的运动规律分类，其可分为受迫振动和自由振动；按相对方向分类，其可分为轴向振动和横向振动；按振动特性分类，其可分为线性体系的振动和非线性体系的振动。
1.2.2减振措施分类
在减振过程中，通常把产生振动源的物体称为振元体，把需要减小振动的物体称为减振体，一般采取的减振措施在领域里被归纳为三类：
1、抑制振源强度
这种方式是通过采取外围措施，降低振源的振动强度，属于间接降低减振体上振动量级的方法。
2、隔振
用柔软的材料隔离振元体和减振体，利用柔软材料受力变形的特性减轻振元对振元体的激励，此方法称为隔振，其中隔振的装置被称为减振器。该方式在航空、航天的电子设备中广为应用。
3、消振
在减振体上安装其它组件装置，使减振体与其相互作用，吸收减振体上振动系统的动能，从而降低减振体的振动强度，称之为消振。消振与减振属于不同概念，区别在于消振是减振器直接作用在减振体上，而减振是减振装置作用在振源体与减振体之间。这种减振方式大多应用在振动源上，如某种喷涂在电机转子内壁发上的高阻尼率粘弹性材料，就是消振作用。
1.2.3减振措施国内外现状
减振器通常分为金属弹簧减振器、空气弹簧减振器、黏弹性材料减振器和库伦摩擦阻尼减振器四大类。金属弹簧减振器针对低频阶段有较好的减振效果，它能在温差范围大、腐蚀性强的恶劣环境下工作，无蠕变现象发生，且可变形位移较大，其减振频率可低达3Hz，但由于阻尼系数较小（η=0.005～0.02），所以在共振的波峰处传递率高。空气弹簧减振器可分为囊式和膜式两大类，其优点是弹性系数小，因而固有频率可设计的很低，能很好的隔绝低频振动和高频固体声，缺点是使用高压气源的空气弹簧需附加压缩空气机或高压气源，其高成本不利于
大、不易老化、不惧高低温作用和耐腐蚀等优点，但由于技术尚不成熟，且成本高等原因，还未广泛使用。黏弹性减振器的材料多是橡胶制品，成形简单，加工方便，且工艺成熟，所以被广泛应用于汽车、建筑、航空航天等各行各业。
阻尼减振技术的开发和研究，虽然是一项复杂而艰难的任务，但是由于它在航天电子设备减振设计中应用的必然趋势，使得对它的研究、开发和应用愈来愈受到人们的重视。阻尼减振是控制结构共振最有效的方法，作为解决这类问题的有效措施，正在得到越来越广泛的使用。目前，被称为“现代振动控制技术”的阻尼减振技术已经成为国内以及国际上极重视的发展方向，近几十年间取得了显著的成绩和突破。
王明旭[2]等人对阻尼减振技术的进展进行了研究，分析了非织造布用针刺机发生强烈振动与噪声的原因和问题，并对阻尼减振方法在针刺机减振降噪中的应用进行了介绍，同时提出了针刺机减振降噪问题的解决措施与思路。姜杨[3]通过新型管道阻尼减振技术，在不停车的情况下对管道系统进行减振，最后利用ANSYS软件建立管道系统模型，对管道系统进行应力分析，找出最大应力点，并最终证明新型管道阻尼减振技术减振效果明显，大幅提高了管道系统的使用寿命。参考文献[4]通过计算得出活塞式压缩机管路气柱的固有频率以及气柱的共振规律，并介绍了多种压缩机管路的振动原因，作者通过对管线设计的改善，以及增加橡胶与金属混合而成的FV系列管道减振支架有效的控制了管线振动现象。陈果[5]等人为解决某厂丁烯离心泵和柱塞泵进出口管道振动严重的问题，将阻尼减振技术应用于管道减振中。该方案采用阻尼减振技术，在不影响离心泵和柱塞泵正常生产的情况下，在管道的适当位置安装阻尼器，实现了工程减振改造。有些科研人员通过对某机载电子设备的振型分析，结合电子设备自身的固有频率，得出了减振结构优化设计。并选取适合的减振器，提高了设备的抗振性能。某工程人员对装载机噪声声源进行了分析，并通过在覆盖件叠加处及相连零部件之间加装减振材料，来减少覆盖件薄板间因相互碰撞产生的噪声。并提出，可通过在驾驶室内安装减振器来控制驾驶室内噪音的发生。参考文献[6]通过阻尼减振技术解决了某化工企业高耸石化设备在强风作用下振动响应过大的问题。
1.3有限元分析研究现状
有限元法是利用计算机，对结构、流体、电磁场、声场和耦合场等进行数值模拟分析的一种方法，它能够真实模拟出各种复杂的线性、非线性问题。随着计算方法以及信息技术的飞速发展，数值模拟技术日趋发展。有限元计
逐渐成为各行各业产品设计、仿真、优化和性能分析的可靠依据。
在上世纪50年代，有限元分析的雏形以机械阻抗理论为基础，并开始在工程中得到应用，但那时的有限元分析应用远没有现在所涉及的范围广泛、内容全面。随着计算机软硬件技术、快速傅里叶变换技术、激励与测试技术、各种理论分析及数值计算方法的出现与发展，有限元分析的应用已经达到了一个新的高度，在各个领域都能列举出大量的应用有限元分析技术解决工程问题的例子[1]。
韩万富[7]等人运用有限元分析软件对管道进行了模态计算分析，针对天津某石化公司丁烷往复压缩机出口管道振动问题，提出了管道振动的解决方案，在不停机、不改变管线布置的情况下有效解决了管道振动问题，消除了安全隐患。董兴建[8]等人用基于试验模型和有限元模型的混合模态综合法，克服了某些子结构无法直接或间接进行有限元建模的问题。有人利用有限元分析方法对某飞行器结构进行了模态试验，并得出了结构模态参数，为结构的动力学分析，参数结构的调整以及结构设计的改进提供了重要的参考价值。刘银[9]等人通过CATIA软件对某高速加固缝纫机压脚进行有限元建模，并用ANSYS有限元软件对压脚进行网格划分和动态特性分析，预知其结构设计的薄弱环节，为减振与结构改型提供参考。韩万富[10]等人介绍了管道阻尼减振技术的减振原理，并通过有限元分析软件对管道结构系统进行了模态分析计算，提出了管道阻尼减振方案，并总结了实际减振效果。参考文献[11]应用模态综合法的动应力恢复方式，对集装箱车体的振动疲劳进行了分析。参考文献[12] 将一种粘弹性材料添加到齿轮箱下箱体油底壳的内外壁上，建立了有限元分析模型，进行了模态分析和动态响应计算，分析在油底壳内壁、外部敷设不同厚度阻尼层对齿轮箱振动性能的影响，并对敷设粘弹性阻尼层的齿轮箱装置的减振效果进行了分析。参考文献[13]对轿车随机非线性动力系统的振动和车内噪声特性采用动态子结构方法进行仿真研究，并以试验形式验证了仿真结果的一致性。参考文献[14]使用了迭代技巧和动态模态减缩，作者通过对模态减缩法的改进，使其可成功用于惯性条件。参考文献[15]用模态法结合重解析方法，将方程及其本征值的求解过程用重解析的过程进行代替。简化了分解刚度矩阵所带来的大量工作，有效的减小了工作量，缩短了了工作时间。参考文献[16]也使用了迭代技巧和动态模态减缩相结合的方法，在不需要分解原始刚度阵的情况下，可以同时获取几个特征值，且方法收敛。
振动是一切运动机械以及承受动态载荷的工程结构所具有的运动现象。振动状态体现着结构运行的品质。因此，振动分析及试验技术已成为最为常用、有效的基本手段之一。通过分析和试验，能够了解结构的工作状态，如固有频率、阻尼及刚度等特性参数，为结构设计提供参考。
参考文献[17] 提出了一种基于二阶浮力原理的磁性液体阻尼减振器设计方法，通过试验分析得知端盖锥角以及永久磁铁与壳体间隙都存在最佳值使得减振器减振性能最优。参考文献[18]以ANSYS为工具，对某角振动台由于电磁产生的热源以及激磁磁路部分进行了有限元分析，验证了该振动台发热和漏磁达标的情况。参考文献[19]通过频率法对钢索的频率及张力进行测量，对钢索当前的张拉状况进行分析，对桥梁的安全状况和可靠性提供参考数据。李初晔[20]等人通过有限元计算工具对数控机床在动力条件下的受力情况和结构性能进行了动态分析和计算，证明采用减振装置可以降低了机床的低阶固有频率，达到了减振目的。谷岩[21]等人进行了包括冲击减振系统、振动测量系统和爆炸加载装置在内的爆炸试验，通过对同等试验条件下有无减振系统的震动特性（幅值、频谱、持时）作对比，得到冲击减振系统所产生效果的定量认识。
1.5本文研究内容
阻尼减振技术是减振技术的关键手段之一。国内在这方面的技术、文献和研究已经逐渐起步。本文将结合使用条件，对以下内容进行研究：
1)根据电子设备的结构特点，确定阻尼减振系统的设计方案；
2)根据系统设计方案及环境要求，选择减振材料；
3)根据减振材料特点、电子设备的安装方式以及电子设备所处的力学环境条件，
确定减振器外形；
4)根据国内外文献中通用的经典公式、经验公式，对本电子设备的阻尼减振系
统进行刚度计算；
5)通过有限元分析软件，观察减振前后电子设备表面的变形情况和应力变化情
况，以证明减振措施有效可行；
6)最后，通过扫频试验和功能振动试验对减振器进行选择，并最终选取一套最
优的减振方案。
第2章阻尼减振系统总体设计
减振系统就是在振源和其他物体之间用弹性或阻尼元件组成的振动装置连接，使大部分由振源产生的动能被该振动装置所吸收，从而达到减小振源对其他物体干扰的效果。现阶段，减振所依据的经典减振理论是基于单自由度系统振动传递系数，当激励频率大于系统频率的 1.414倍时，传递系数小于1，可以起到减振效果，反之当传递系数大于1时系统有激振作用。
2.1阻尼减振系统基本要求
2.1.1减振系统的动力学分析
为便于分析研究，将减振体简化为刚体，并且因减振器质量相较于减振体要小的多，所以在分析中不考虑减振器的质量。基于以上条件，单级减振系统的力学模型如图2-1所示。
图2-1 减振系统的力学模型
图中f(t)为振动源传递过来的振动载荷，m为减振体的质量，k为减振器的刚度系数，c为减振器的阻尼系数，按照动力学定律，写出此减振系统的运动方程为：
)
(t
f
kx
x
c
x
m=
+
+
（2-1）引入阻尼振动特性的参数：
无阻尼固有频率
2/1
)
(
m
k
n
=
ω
（2-2）
临界阻尼系数
2/1
)
(2mk
c
c
=（2-3）
阻尼比
c c c =
ξ （2-4） 将式（2-2）、（2-3）、（2-4）代入式（2-1）中，该系统的运动方程写为如下形
式： m t f x x x n n )
(22=
++ωξω （2-5） 假设因激振力f(t)而造成对基座的扰动力为n(t)，则从图2-1中分析可知，扰动力为：
kx x
c t n += )( （2-6） 将式（2-1）和式（2-6）进行拉氏变换并推导，得出扰动力对激振力的传递函数为：
k cs ms k
cs s G +++=2)( （2-7）
2.1.2 减振原理分析
由式（2-7）可得扰动力对激振力的频率特性为：
ωωωωjc m k jc k j G +-+=
2)(
用极坐标表示频率特性： )()()(ωθωωj e R j G = （2-8）
其中R (j ω)是频率特性G (j ω)在极坐标中的幅值，定义为幅频特性。 θ(ω)是频率特性G (j ω)在极坐标中的相角，定义为相频特性。
在实际工程应用中，一般用随机振动的考核结果来评判减振器的减振效果。随机振动中，用随机响应方差值来评判减振系统的效果。在响应方差值中，随机激励的低频分量比高频分量所占的比重大，所以为了提高减振系统的减振能力，要将低频段的幅频特性降低。为了达到这个目的，需要尽量低的设计系统的基频，根据式（2-2）可知，采用刚度小的弹性垫可以达到这一目标。
2.1.3 减振系统设计基本要求
所谓系统设计，就是设计合理的结构参数，以满足已知系统输入下的动
（1）首先，要保证电子设备结构件的刚度能够满足电子设备在外部力学环境条件下的刚度要求。当电子设备结构件安装座部位的刚度较高时，其设备本身的动态特性也比较好。故基于减振系统的设计原则，对电子设备结构件刚度提出了设计要求[22]。
（2）减振系统设计需保障电子设备中的器件在振动环境下能够正常工作，选择适合设备的减振器可以有效控制振动传递，隔离外界的振动输入。对于小型化、轻量化的电子设备，其本身结构刚性较低，外部激励的加速总均方根值的振动可能会被转化放大，这就使电子设备的减振系统设计需要具备更高的要求。
（3）电子设备减振系统应该首选减振器对称安装的方案，尤其是应该采用相对称的、使各减振器在飞行方向上受力状况一致的方案。
（4）满足外部激励频率特性的要求
电子设备在承受外力（高频、低频）时[23-26]，减振系统中的减振器发生形变，其减振时段的固有频率并不是越低越好，对减振系统振型进行设计时，应保证电子设备的固有频率避开外部激励的主频率(一般地高于外部激励固有频率的2倍)。
2.2阻尼减振材料选取
减振器的种类很多，其组成可以是阻尼元件、弹性元件甚至惯性元件以及它们的组合。常用的有金属弹簧减振器、橡胶和粘弹性材料减振器及库仑摩擦阻尼减振器等。由于减振体质量较轻、外形娇小，且多用于受压状态，很少用于拉伸状态，拟采用橡胶减振器。
橡胶是一种高分子材料的高聚物，属于超弹性材料，其泊松比接近于0.5（一般在0.49~0.5之间），在较小的外力作用下就能发生相对较大的变形，而在撤掉外力时，又能恢复原状，几乎没有永久性变形。在受力过程中，其只有形状改变而其体积几乎没有变化的不可压缩体。橡胶减振器的弹性特性和阻尼特性由橡胶材料确定[27-31]，具有结构紧凑、工艺性好、成本低等优点，可以根据承载设备的结构定制形状[32]。正是由于橡胶减振器优点突出，目前已经在电子设备、汽车、建筑和舰船等领域得到了广泛的应用。如Bong和Yang研究了建筑结构用叠层橡胶减振器的减振性能[33]。WenBen[34]、刘艳[35]等人对钢轨扣件减振橡胶动态特性进行了分析。参考文献[36]以拱形减振橡胶垫为对象，建立空间有限元模型，通过有限元法分析这种减振橡胶垫的应
在橡胶材料方面取得了有意义的成果。
橡胶具有高弹态及高粘态的特点，其卷曲分子构象的变化产生了橡胶的弹性现象，而橡胶分子之间相互作用导致分子链的运动相互干涉，又表现出其粘性特点，从而使应力与应变常处于不平衡状态。橡胶的这种卷曲的长链分子结构及分子间存在的较弱的次级力，使得橡胶材料呈现出独特的粘弹性能，因而具有良好的减振和缓冲性能[41]。橡胶的损耗因子常用来表示其迟滞性和内摩擦特性，损耗因子的大小与橡胶本身的结构、温度、频率有关，损耗因子越大，减振效果越显著，但是橡胶的阻尼和发热越明显。常被用作减振材料的橡胶一般分为5种：以天然橡胶（NR ），丁苯橡胶（SBR ）和顺丁橡胶（BR ）为主的普通橡胶材料；以丁基橡胶（ⅡR ）为主的高阻尼橡胶材料，常用于缓冲或隔离冲击；以丁腈橡胶（NBR ）为主的耐油橡胶材料；以氯丁橡胶（CR ）为主的耐天候橡胶材料；以三元乙丙橡胶（EPR ）为主的耐热橡胶材料。NR 和BR 物理性能好，加工方便，在汽车中常被用于减振器主材，但其耐天候性能较差；CR 由于具有良好的耐天候老化和耐腐蚀性，常被用作橡胶轨枕垫，但其耐寒性较差；NBR 具有优良的耐燃油及芳香溶剂等性能，多被用于耐油密封制品，但其耐低温性能差，弹性也稍低。由于受振体工作于-45℃～60℃及盐雾、霉菌的苛刻环境中，而对耐油性能要求不严格，故需要采用一款能适应苛刻环境，耐辐射、耐天候的橡胶制品。
硅橡胶分子主链由Si-O-Si 链节组成，侧基为有机基团，其键角和键能大，取向自由度大，柔顺性好，具有良好的耐高、低温性能，其硅氧键结构使其在较宽的温度区域（-50℃～200℃）力学性能较为稳定，可见，硅橡胶是苛刻使用环境条件下阻尼材料的首选[42]。一般硅橡胶的等效粘性衰减常数(约0.025～0.05)比较小，所以须将硅橡胶进行改性为高阻尼橡胶，使其具有很高的衰减能力。参考文献[43-45]将硅橡胶与其它橡胶共混以改变橡胶性质，并达到所需阻尼性能。参考文献[46、47]通过硅橡胶基团共聚生成了各种应用橡胶。参考文献[48-50]通过白炭黑表面改性有效提高了硅橡胶阻尼性能。
硅橡胶作为橡胶的一种，同样是一种各向同性的体积不可压缩或近似不可压缩的超弹性材料，其本构方程常用Mooney-Rivlin 模型来描述：
W ( I 1 , I 2 ) =j i n
j i ij I I C )3()3(210,--∑= （2-9） 式中W 为应变能密度，C ij 为Rivlin 系数，I 1 、I 2为主应变的不变量。
在设计减振装置时，首先要确定正确的减振方案，然后根据减振方案和具体的性能要求设计出减振装置的最优结构形式。
飞行器最大飞行速度为0.7M，在飞行过程中必然会产生和受到各个方向的振动，而发动机正是整个飞行器内部产生振动的振元体，故发动机舱为整个飞行器中振动最严重的地方。
由于电子设备工作的特殊性，其安装位置正位于飞行器发动机舱。电子设备壳体由于不需要承受额外的外力，故在设计过程中特意设计为薄壁产品（减重设计），但薄壁部位面积较大；内部印制板平行于壳体薄壁部分，虽然两边有边条固定，但板子仍处于面积大、重量沉、中间无支撑的状态。当飞行器在飞行过程中，随着发动机的工作和外界的环境影响，振动必然会传至电子设备上，其壳体表面和印制板既是影响性能的关键部位亦是薄弱部位，同样也是振动放大的最严重的部位。
根据上述的分析，需要一款对电子设备整体进行减振的设计方案。经过分析得出以下三种设计方案（图2-2）：
方案一：通过四个圆柱形硅橡胶进行减振。
本方案拟在电子设备的四个安装座下分别加装圆柱形硅橡胶减振器，通过拧紧力矩（力矩扳手）控制橡胶预压缩量，用螺钉固定在舱壁上。
该方案的优点是：通过计算力矩，可以达到最佳减振效果；结构简单，便于执行。
该方案的缺点是：单轴单向减振；力矩扳手为工人手动操作，若力矩设置错误不易被发觉；通过螺钉连接时，会导致电子设备壳体与飞行器舱壁直接导通。
方案二：通过四对圆柱形硅橡胶，上下组合进行减振。
本方案拟在电子设备的四个安装座处分别加装一组圆柱形硅橡胶减振器，通过衬套和大垫片控制橡胶预压缩量，用螺钉固定在舱壁上。
该方案的优点是：衬套作为控制橡胶预压缩量的直接执行部件，需经过两次以上的检验才可以投入使用，更可靠的保障了减振的效果。
该方案的缺点是：螺钉通过大垫片和衬套将其固定在舱壁上，但衬套在穿过电子设备安装座时，可能会将飞行器舱壁与设备壳体直接导通；单轴双向减振，不方便另外两个轴向的减振。后续方案需考虑三方向的同时减振。
方案三：通过四对T形硅橡胶，上下组合进行减振。
加装一组T形硅橡胶减振器，通过衬套和大垫片控制橡胶预压缩量，用螺钉固定在舱壁上。
该方案继承了方案二优点的同时，又解决了它存在的缺陷：在衬套穿过电子设备安装座时，T形橡胶完全隔离了减振系统中的金属与电子设备的接触，同时又解决了三方向同时减振的问题，既起到了隔离作用又起到了减振作用。
a) 电子设备安装座位置分布图
b) 减振系统布局（方案一）
c) 减振系统布局（方案二）d) 减振系统布局（方案三）
图2-2电子设备减振系统设计方案
通过综合考虑，决定采用方案三中提到的减振系统布局结构。
在电子设备的减振系统中，电子设备是需重点防护的减振对象。飞行器舱体的振动是激励源。为防止发生共振，影响电子设备的工作，电子设备的一阶固有频率应避开激励源的频率。作为减振系统的弹性元件和耗能元件的减振器，材料采用改进型的高阻尼硅橡胶材料。它具有良好的强度和较大的材料损耗因子，并具有较宽的使用温度。减振系统通过衬套的限位结构，实现橡胶的预压缩以及电子设备与飞行器舱体的柔性联接，从而达到控制、隔离电子设备上的振动量。
根据系统要求，产品的一阶固有频率需避开飞行器一阶固有频率的2
2~ 2倍。已知飞行器一阶固有频率为30Hz ，所以产品的固有频率需避开21Hz ~42.5Hz 。
根据图2-2（d ）的电子控制装置减振系统结构，选用材料为ZN-41的橡胶减振器，尺寸如图2-3所示。
图2-3 减振器尺寸图
由于橡胶在压缩过程中，其硬度会随着橡胶的压缩发生改变，故其刚度亦会发生变化。该减振系统中起减振作用的元件主要是ZN-41橡胶减振器。因此，当ZN-41的刚度发生变化时，势必改变减振系统的整体刚度。当减振系统整体刚度小于设计的目标刚度时，可以在装配过程中对ZN-41进行“硬化”处理，增大减振系统的整体刚度；同理，当减振系统整体刚度大于设计的目标刚度时，可以在装配过程中对ZN-41进行“软化”处理，减小减振系统的整体刚度。通过上述方法调整减振系统整体刚度，以达到设计要求。
2.3.1 公式推导
减振器的减振能力是用振动的传递率来进行表述的，它是响应振幅与激励振幅之比。减振器的标准模型已经在图2-1中体现—是一刚度为K 的线性弹簧和阻尼系数为C 的阻尼器组成的系统。在稳态激励下，其传递率T 为：
T={[1+(2u r)2]/[(1-r 2)2+(2ur )2]}21 （2-10）
式中， r 为频率比，r =n
f f ； u 为阻尼比，u =c C C ； 当系统质量为M 时，本征频率f n 为：
临界阻尼系数为：
C c = 2KM （2-12） 按照式（2-10）中的传递率T 可知，对所有的阻尼比u ，在r ＞2时，T ＜1，可以达到减振目的，而且在r ＞5以后T 值基本不再变化。当r ＜2时，T ＞1，不能起到减振作用，尤其是当f = f n 时，会产生共振作用，导致振动骤增，此时虽然可以通过增大阻尼来降低传递率，但也会导致高频率时的减振性能变差。从上述情况可以看出，当 f ≥ f n 时减振范围较宽且减振效果较好，此时要求材料的K 值较小。由于实际应用中，K 值会随着频率的变化而变化，所以公式（2-11）、（2-12）中的K 应该是f n 下的动态刚度K d 。
由于减振器在装配时处于压缩状态，因此装配后的减振器材料硬度、弹性模量均发生了改变。当ZN-41橡胶作为减振器装配进减振系统后，其弹性模量不再是ZN-41橡胶的弹性模量，而是表观弹性模量E ap 。根据圆柱形橡胶的表观弹性模量E ap 经验公式有：
E ap =（3+4.9355S 2）G (2-13)
式中， G 为剪切弹性模量（MPa ）；S 为形状系数
S = L A /F A (2-14)
式中， L A 为约束面积（mm 2）；F A 为自由面积（mm 2）。
橡胶减振器的表面分为约束面和自由面。约束面与金属接触，在本系统中，约束面为减振器与控制器壳体的压接面；自由面是指在约束面上加载时产生变形的表面。
由于装配后的橡胶硬度发生了改变，所以其刚度也发生了变化。由橡胶压缩刚度的经验计算公式：
K x = E ap L A /h (2-15)
可见，形状系数S 决定了压缩刚度的的准确性。
2.3.2 材料常数计算
ZN-41硅橡胶硬度40，泊松比0.499，密度1.1×103kg/m 3，弹性剪切模量G=23MPa,阻尼损耗因子β值0.3，电子控制装置质量为2.5kg 。
当ZN-41减振器装入减振系统后，当预压缩率为5%时：
约束面积： L A =)1220(422-π
=200.96 mm 2
第十章．阻尼减振降噪技术 A、教学目的 1.隔振及其原理(C：理解) 2.阻尼降噪及其原理(C：理解) 3.阻尼降噪的量度(B：识记) 4.阻尼材料和结构的特性及选用(B：识记) B、教学重点隔振原理、阻尼降噪原理及其量度、阻尼材料和结构的特性及选用。 C、教学难点 阻尼降噪原理及其量度、阻尼材料和结构的特性及选用。 D、教学用具 多媒体——幻灯片 E、教学方法 讲授法 F、课时安排 2课时 G、教学过程 声波起源于物体的振动，物体的振动除了向周围空间辐射在空气中传播的声(称”空气声”)外，还通过其相连的固体结构传播声波，简称“固体声”，固体声在传播的过程中又会向周围空气辐射噪声，特别是当引起物体共振时，会辐射很强的噪声。 振动除了产生噪声干扰人的生活、学习和健康外，特别是1~100Hz的低频振动，直接对人有影响。长期暴露于强振动环境中，人的机体将受到损害，机械设备或建筑结构也会受到破坏。 对于振动的控制应从以下两方面采取措施：一是对振动源进行改进以减弱振动强度；二是在振动传播路径上采取隔振措施，或用阻尼材料消耗振动的能量并减弱振动向空间的辐射。从而，直接或间接地使噪声降低。 一. 振动对人体的危害 从物理学和生理学角度看，人体是一个复杂系统。如果把人看作一个机械系统。 振动的干扰对人、建筑物及设备都会带来直接的危害。振动对人体的影响可分为全身振动和局部振动：全身振动是指人直接位于振动体上时所受的振动；局部振动是指手持振动物体时引起的人体局部振动。可听声的频率范围为20～20000 Hz，而人能感觉到的振动频率范围为1～100 Hz。振动按频率范围分为低频振动(30Hz以下)、中频振动(30-100Hz)和高频振动(100 Hz以上)。 实验表明人对频率为2—12 Hz的振动感觉最敏感。对于人体最有害的振动频率是与人体某些器官固有频率相吻合(即共振)的频率。这些固有频率是：人体在6 Hz附近；内脏器官在8Hz附近；头部在25 Hz；神经中枢则在250Hz左右。低于2Hz的次声振动甚至有可能引起人的死亡。人对振动反应的敏感度按频率和振幅大小，大致分为6个等级，见图10-1。(P203) 振动的影响是多方面的，它损害或影响振动作业工人的身心健康和工作效率，干扰居民的正常生活，还影响或损害建筑物、精密仪群和设备等。根据人体对某种振动刺激的主观感觉和生理反应的各项物理量，国际标准化组织(ISO)和一些国家推荐提出了不少标准，主要包括局部振动标准(ISO5349-1981, P203)、整体振动标准(ISO2631-1978, P204)和环境振动标准(GB10070-88, P205)。 局部振动标准(ISO5349-1981):如人的手所感受的振动。
电子设备的隔振技术及减振器选型 1、概述 电子设备受到的机械力的形式有多种，其中危害最大的是振动和冲击，它们引起的故障约占80%。它们造成的破坏主要有两种形式，其一是强度破坏：设备在某一激振频率下产生振幅很大的共振，最终振动加速度所引起的应力超过设备所能承受的极限强度而破坏；或者由于冲击所产生的冲击应力超过设备的极限强度而破坏。其二是疲劳破坏：振动或冲击引起的应力虽远低于材料的强度，但由于长时间振动或多次冲击而产生的应力超过其疲劳极限，使材料发生疲劳损坏。系统的振动特性受三个参数的影响，即质量、刚度和阻尼。对于电子设备的振动和冲击隔离来说，隔振系统的质量一般是指电子设备的质量，而刚度和阻尼则由设备的支撑装置提供。在机械环境的作用下，尤其是在舰船、坦克、越野车辆、飞机等运载工具中，设备及其内部的电子器件、机械结构等都难以承受振动冲击的干扰。 表1各种运载工具振动、冲击和离心加速度参数 2
为了减少或防止振动与冲击对电子设备的影响，通常采取两种措施：a) 通过材料选用和合理的结构设计，增强设备及元器件的耐振动耐冲击能力；b) 在设备或元器件上安装减振器，通过隔离振动与冲击，有效地减少振动与冲击对电子设备的影响。 2、隔振技术 2.1 隔振 隔振就是通过在设备或器件上安装减振装置，隔离或减少它们与外界间的机械振动传递。 在电子设备与基础之间安装弹性支承即减振器，以减少基础的振动对电子设备的影响程度，使电子设备能正常工作或不受损坏；这种对电子设备采取隔离的措施，称为被动隔振。一般情况下，仪器及精密设备的隔振都是被动隔振。 被动隔振系数： 振动来自基础，其运动用U=U o Si n(? t)表示，也是周期振动。被动隔振也可用隔振系数n表示其隔振效果，它的含义是被隔离的物体振幅与基础振幅之比(或是振动速度幅值、加速度幅值的比值) ，可用下式计算： n = X。/ U O ={[1+4 E 2(f / f o) 2 f / f o) 2 ] 2 + 4 2(f/f o) 2} °'5 (1) 式中X O——物体的垂向振幅(m); U o——基础的垂向振幅(m)。 式中f――振动力的频率(H z); f o――隔振系统的固有频率（H Z）； k——隔振器的刚度（N/ m）;
振动是造成工程结构损坏及寿命降低的原因，同时，振动将导致机器和仪器仪表的工作效率、工作质量和工作精度的降低。 控制振动的一个重要方法就是隔振。从振动控制的角度研究隔振，不涉及结构强度的计算，它只是研究如何降低振动本身。这里所介绍的隔振方法，就是将振源与基础或连接结构的近刚性连接改成弹性连接，以防止或减弱振动能量的传递，最终达到减振降噪的目的。 隔振的作用有两个方面：一是减少振源振动传至周围环境；二是减少环境振动对物体或设备的影响。原理是在设备和底座之间安装适当的隔振器，组成隔振系统，以减少或隔离振动的传递。有两类隔振，一是隔离机械设备通过支座传至地基的振动，以减少动力的传递，称为主动隔振；另一种是防止地基的振动通过支座传至需保护的精密设备或仪表仪器，以减小运动的传递，称为被动隔振。 在一般隔振设计中，常常用振动传递比T 和隔振率η来评价隔振效果。主动隔振传递比等于物体传递到底座的振动与物体振动之比，被动隔振传递比等于底座传递到物体的振动与底座的振动之比，两个方向的传递比相等。 隔振效率： η=（1- T ) ·100% 传递比T ： ]u D )u -/[(1u D (1T 2 2 2 2 2 2 ++= ） 式中D 为阻尼比，0 f u f = 为激振频率和共振频率的比。 只有传递比小于1才有隔振效果。因此T<1的区域称为隔振区。 隔振可以分为两类，一类是对作为振动源的机械设备采取隔振措施，防止振动源产生的振动向外传播，称为积极隔振或主动隔振；另一类是对怕受振动干扰的设备采取隔振措施，以减弱或消除外来振动对这一设备带来的不利影响，称为消极隔振或被动隔振。对于薄板类结构振动及其辐射噪声，如管道、机械外壳、车船体和飞机外壳等，在其结构表面涂贴阻尼材料也能达到明显的减振降噪效果，我们称这种振动控制方式为阻尼减振。
第８卷第３期 ２００８年６月 交通运输工程学ＪｏｕｒｎａｌＯｆＴｒａｆｆｉｃａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏ报 一 ● ● ｎ Ｌｎｇｍｅｅｒｌｎｇ Ｖ０１．８ Ｊｕｎ．ＮＯ．３ ２００８ 文章编号：１６７１—１６３７Ｉ２００８）０３—００１５—０５ ０ 车辆悬架最佳阻尼匹配减振器设计 周长城１’２，孟婕 （１．山东理工大学交通与车辆工程学院，山东淄博２５５０４９； ２．北京理工大学机械与车辆工程学院，北京 １０００８１）
摘 要：为了使设计减振器对车辆具有最佳减振效果，利用悬架最佳阻尼比，对减振器最佳阻尼系 数进行了研究，建立了减振器最佳速度特性数学模型，提出了减振器阀系参数设计优化方法，对设计减振器进行了特性试验和整车振动试验，并与原车载减振器性能进行了对比。计算结果表明：减振器特性试验值与最佳阻尼匹配要求值的最大偏差为９％，而且，在低频范围内，设计减振器的整车振动传递函数幅值明显低于原车载减振器的幅值，有效遏制了簧下质量在１３Ｈｚ附近的共振，因此，减振器速度特性模型和阀系参数优化设计方法是正确的。关键词：汽车工程；减振器；最佳阻尼；速度特性；设计模型；优化方法中图分类号：Ｕ４６３．３３５．１ 文献标识码：Ａ Ｄｅｓｉｇｎｏｆｓｈｏｃｋａｂｓｏｒｂｅｒｍａｔｃｈｉｎｇｔｏｏｐｔｉｍａｌ ｄａｍｐｉｎｇｏｆｖｅｈｉｃｌｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ＺｈｏｕＣｈａｎｇ—ｃｈｅｎ９１”．ＭｅｎｇＪｉｅｌ （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｒａｆｆｉｃａｎｄＶｅｈｉｃｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｉｂｏ２５５０４９，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌｏｆ ＭａｃｈｉｎｅａｎｄＶｅｈｉｃｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏ
国产阻尼减振降噪材料（潜艇等） 前言 ?nbsp; 随着科学技术的发展和人们环保意识的提高，降低舰船等交通工具的振动和噪声越来越迫切。如何控制舰船的振动和噪声是一个复杂的系统工程，也是衡量一个国家造船水平的重要标志。 ?nbsp; 舰船上存在着多种振源，其产生的振动和噪声会造成严重的危害，如引起铆钉松动，结构破坏；影响船员的舒适性，易造成船员疲劳；影响仪器、仪表的正常工作，降低使用精度等等。对军船而言，振动和噪声还会降低声呐、雷达的作用距离，大大削弱其战斗力。 ?nbsp; 传统的减振降噪方法是结构加强，其主要缺点是振动能没有消耗掉，从而导致噪声向其它部位传播。阻尼材料利用高分子材料的粘弹性将振动能转化为热能耗散掉，从而有效地降低结构振动和噪声。阻尼技术对宽频带随机振动和噪声特别有效，尤其适合于以框架结构为主的造船业。 ?nbsp; 阻尼技术发展简史 ?nbsp; 本世纪50年代初，德国专家H.Oberst 最先提出自由阻尼结构的理论并在飞机上得到应用。50年代末，美国专家Kerwin 和 Ungar等人将Oberst的复刚度法推广至约束阻尼结构，该结构最早应用于核潜艇壳体和主机机座上。理论和应用表明：约束阻尼结构具有更好的减振降噪效果。目前，美国、俄罗斯、英国、法国、日本等发达国家在舰船上广泛使用各类阻尼材料。 ?nbsp; 我国从60年代起开始研究自由阻尼材料，70年代初具规模。80年代末期约束阻尼结构的阻尼材料在舰船上得到应用，主要产品有上海钢铁研究所的阻尼钢板、七二五所的SBⅡ阻尼涂料、化工部海洋化工研究院（青岛）的ZHY-171和T54/T60阻尼涂料等。 ?nbsp; 目前，阻尼材料已广泛应用于航空、航天、舰船、汽车、机械、纺织、建筑、体育等领域，具有重要的社会和经济效益。 ?nbsp; T54/T60阻尼涂料的主要性能 ?nbsp; 阻尼材料的作用原理是将振动能转化为热能耗散掉，使产生噪声的振动能量大大衰减，即从声（振）源上有效地控制振动和噪声。因此阻尼涂料主要用于振动和噪声的产生
阻尼减振降噪结构几何参数特性分析* 孙大刚诸文农马卫东杨光 【摘要】分析了阻尼减振降噪结构模型中几何参数的特性及其对结构损耗因子的影响。对采用非间隔式阻尼层结构和间隔阻尼层结构几何参数进行了研究，最后对大型履带式拖拉机行走系进行了阻尼减振降噪结构的实际应用和性能对比试验分析。 叙词：阻尼减振降噪几何参数分析 引言 在农业机械中常有需做减振降噪处理的杆、管等对称结构件，若对此类结构件采用不同的减振型式，其减振降噪效果会相差很大。因此有必要对它们进行研究，以获得最佳的减振降噪性能。 1 减振结构模型 对于n弹性约束层组合减振结构(简称组合结构)，采用复刚度方法，用结构的损耗因子来评价其对振动能的损耗率 (1) 式中η——组合结构的损耗因子Z ——组合结构的耦连参 数(复数) (EI)*——n弹性层复弯曲刚度，E为弹性层材料的抗弯模量，I 为结构横截面对中性层的惯性矩 Y——组合结构的几何参数 Y的通式为 (2) ——组合结构的传递弯曲刚度 式中(EI) t ——组合结构未耦连时的弯曲刚度 (EI) ——组合结构完全耦连时的弯曲刚度 (EI) ∞ 由式(1)知，几何参数Y直接影响到结构的减振效果，故需研究不同的减振结构所形成的几何参数Y对结构的减振性能的影响。 2 对称结构几何参数Y的特性
图1矩形截面减振结构 首先以最常见的矩形截面结构(见图1)为例，其1、3为弹性约束层并以第1层为参考层；第2层为阻尼层。弹性层至中性层0—0的距离D 为 (3) 式中E 1′、E 3 ′——第1、3弹性约束层的弹性模量的实部 F 1、F 3 ——第1、3弹性约束层横截面的面积 再由式(2)求得 （4） 式中H 31——第3层至第1层中性层的距离B １ ′、B ３ ′——第1、3 层复弯曲刚度的实部 K １′、K ３ ′——第1、3层复拉伸刚度的实部 通常结构的第1、3层(弹性层)采用同种材料，经对式(4)求极值， Y/K １ ′=0和Y/ K 3′=0，可得出结论：阻尼层采用对称布置可使结构的Y=Y max ，此时的 结构对振动能量的损耗率达最大值，若结构布置不当，其损耗因子相差很大，有时η仅为10-3～10-2ηopt数量级。 2.1 管状对称结构(非间隔式)的几何参数 管状对称结构件与矩形结构类似，所选用的阻尼层数、型式、结构几何尺寸不同均会使结构的损耗因子值出现较大的变化。图2为非间隔式阻尼层结构，其特点是结构简单，制作容易，对冲击载荷的缓冲效果好；不足的是其损耗因子达一定值后很难再提高。
悬架用减振器设计指南 一、功用、结构： 1、功用 减振器是产生阻尼力的主要元件,其作用是迅速衰减汽车的振动,改善汽车的行驶平顺性,增强车轮和地面的附着力.另外,减振器能够降低车身部分的动载荷,延长汽车的使用寿命.目前在汽车上广泛使用的减振器主要是筒式液力减振器,其结构可分为双筒式,单筒充气式和双筒充气式三种. 导向机构的作用是传递力和力矩,同时兼起导向作用.在汽车的行驶过程当中,能够控制车轮的运动轨迹。 汽车悬架系统中弹性元件的作用是使车辆在行驶时由于不平路面产生的 振动得到缓冲，减少车身的加速度从而减少有关零件的动负荷和动应力。如 果只有弹性元件，则汽车在受到一次冲击后振动会持续下去。但汽车是在连 续不平的路面上行驶的，由于连续不平产生的连续冲击必然使汽车振动加剧， 甚至发生共振，反而使车身的动负荷增加。所以悬架中的阻尼必须与弹性元 件特性相匹配。 2、产品结构定义 ①减振器总成一般由：防尘罩、油封、导向座、阀系、储油缸筒、工作缸筒、活塞杆构成。 ②奇瑞现有的减振器总成形式：
二、设计目的及要求： 1、相关术语 *减振器 利用液体在流经阻尼孔时孔壁与油液间的摩擦和液体分子间的摩擦形成对振动的阻尼力,将振动能量转化为热能,进而达到衰减汽车振动,改善汽车行驶平顺性，提高汽车的操纵性和稳定性的一种装置。 *阻尼特性 减振器在规定的行程和试验频率下，作相对简谐运动，其阻力（F）与位移（S）的关系为阻尼特性。在多种速度下所构成的曲线（）称示功图。 *速度特性 减振器在规定的行程和试验频率下，作相对简谐运动，其阻力（F）与速度（V）的关系为速度特性。在多种速度下所构成的曲线（）称速度特性图。 *温度特性 减振器在规定速度下，并在多种温度的条件下，所测得的阻力（F）随温度（t）的变化关系为温度特性。其所构成的曲线（）称温度特性图。 *耐久特性 减振器在规定的工况下，在规定的运转次数后，其特性的变化称为耐久特性。 *气体反弹力 对于充气减振器，活塞杆从最大极限长度位置下压到减振器行程中心时，气体作用于活塞杆上的力为气体反弹力。 *摩擦力
阻尼减震橡胶 现实生活中振动无处不在,振动的现象是不容忽视也是不可缺少的,人们一直致力于振动的产生,控制和消除的研究,所有的物体的振动都会产生声音,如果没有振动就不会有音乐,人类也无法进行语言交流了.但是振动也会对人们的生活产生许多不利的影响,如:共振会导致装置的损坏,噪音会影响人类的生活环境等.怎样将振动对人们产生的不利影响减到最小,是当前减震技术发展和追求的方向。减震技术的核心是消除干扰性振动或找出解决的方法,现在比较适用和成熟的减震方法是橡胶减震系统,早在橡胶应用于工业之初,人们就使用了橡胶隔离来进行减震。 橡胶是一种很理想的阻尼材料，阻尼减震技术是利用橡胶特有的粘弹性，在震动过程中，在外力作用下导致剧烈的内摩擦，产生了反作用力，将动能转化为热能，实现了能量转换，从而达到降低震幅的目的。 减震橡胶的作用: 代替金属弹簧起到消振,吸振作用.其主要的性能要求在静刚度、动刚度、耐久性能上。 减震橡胶的特点: ①橡胶是由多种材料相组合而成,同一种形状通过材料调整可以拥有不同的性能. ②橡胶内部分子之间的摩擦使它拥有一定的阻尼性能,即运动的滞后性(受力过程中橡胶的变形滞后于橡胶的应力). ③橡胶在压缩、剪切、拉伸过程中都会产生不同的弹性系数 减震橡胶的性能特征： 静刚度的定义：指减震橡胶在一定的位移范围内,其所受压力(或拉伸力) 变化量与其位移变化量的比值. 动刚度的定义：指减震橡胶在一定的位移范围内, 一定的频率下, 其所受压力(或拉伸力)变化量与其位移变化量的比值. 动倍率的定义指减震橡胶在一定的位移范围内所测定的动刚度与静刚度的比值,即:Kd/Ks 损耗系数: 在减震橡胶的受力过程中,橡胶的变形与橡胶的应力之间存在着一定的相位差,而橡胶的应力一般要超前于橡胶的变形一定的相位角δ 扭转刚度: 指减震橡胶在一定的扭转角范围内,其扭转力矩与扭转角之间的比值. 耐久性能: 指减震橡胶在一定的方向一定的预加载荷、振幅、振动频率下,经往复振动n次后产品完好或将产品往复振动直至破坏时的振动次数, 耐久性能是衡量一个减震橡胶件的安全性能和综合性能的重要指标.
阻尼 1 引言 静止的结构，一旦从外界获得足够的能量（主要是动能），就要产生振动。在振动过程中，若再无外界能量输入，结构的能量将不断消失，形成振动衰减现象。振动时，使结构的能量散失的因素的因素称为结构的阻尼因素。 索罗金在其论著中将结构振动时的阻尼因素概括为几种类型，即界介质的阻尼力；材料介质变形而产生的内摩擦力；各构件连接处的摩擦及通过地基散失的能量。百多年来，不同领域的专家，均根据自身研究的需要，着重研究某种阻尼因素，如外阻尼、摩擦阻尼、材料阻尼及辐射阻尼等。 对于材料阻尼的物理机制，文献[82]、[126]、[127]等分别做了简要描述。 材料阻尼是一个机制比较复杂的物理量，由多种基本的物理机制组合而成。如金属材料中的热弹性、晶体的粘弹性、松弛效应、旋转流效应、电子效应等对阻尼均有贡献。对一般的非金属材料（如玻璃、各种聚合物等），电子效应对能量的损失影响较小。温度、绝热系数等也是影响阻尼的重要因素。一般来说，非金属材料的能量损失比金属大。此外地质岩石由不同种固体微粒组成，且有空隙体积，因此，其阻尼特性与一般材料不同。岩石中能量损失主要由三个物理机制构成：岩石内部微粒间的粘性=岩石的内摩擦及较大的塑性变形，而岩石的内摩擦与岩石内部微粒间接触处的位错及塑性变形有关。 如献[82]所述， 为了计算、分析结构在外界载荷作用下产生的反应，人们建立了描述固体材料应力应变关系的物理模型。最简单的物理模型是单参数模型，即材料只产生弹性应力或只产生粘滞应力，但这两种模型不能代表材料中真实存在的粘弹性。人们又建立了双参数线性模型，即Maxwell及Kelvin模型。其中Maxwell模型由线性粘滞体和线弹性体串联而成，Kelvin模型是此二者并联而成的。若设线粘滞体的应变为
浅析结构阻尼 院系:土木工程学院 班级:研1404 姓名:张晓彤 学号:143085213123 日期:2014年11月24日
摘要：结构阻尼是描述振动系统在振动时能量损耗的总称。包括DTC东泰五金阻尼、阻尼铰链、阻尼滑轨粘性阻尼、干阻尼、滞后阻尼和非线性阻尼。本文主要总结和阐述了阻尼减震结构的概念与原理，结构减震控制的原理与概念，耗能减震的概念原理与分类，以及粘滞阻尼、金属耗能、粘弹性阻尼、摩擦耗能减震的原理与概念，以及各自的应用范围。 关键词：减震金属耗能摩擦耗能粘弹性阻尼粘滞阻尼 前言 地震和风灾害严重威胁着人类的生存和发展，自从人类诞生以来人们就为抗拒这两种自然灾害而奋斗。随着科学技术和人民生活水平的提高，预防与抵御地震和风灾的能力也在不断的提高，结构减震（振）控制技术作为抗御地震（强风）的一种有方法，也得到了发展和应用，并成为比较成熟的技术，结构减震（振）控制方法改变了通过提高结构刚度、强度和延性来提高结构的抗震抗风能力的传统抗震抗风方法，而是通过调整或改变结构动力特性的途径，改变结构的震（振）动反应，有效的保护结构在地震强风中的安全。在结构中加入耗能器来控制结构的地震和风振反应的耗能减震（振）方法是结构减震控制技术中一种有效、安全、可靠、经济的减震（振）方法。 1 阻尼结构的概念与原理 1.1结构减震控制的基本概念 传统的结构抗震方法是通过增强结构本身的抗震性能（强度、刚度、延性）来抵御地震作用的，即由结构本身储存和耗散地震能量，这是被动消极的抗震对策。由于地震的随机性，人们尚不能准确的估计未来地震灾害作用的强度和特性，按照传统抗震方法设计的结构不具备自我调节功能。因此，结构很可能在地震或风荷载作用下不满足安全性能的要求，而产生严重破坏或倒塌，造成重大的经济损失和人员伤亡。 合理有效的抗震途径是对结构安装抗震装置系统，由抗震装置与结构共同承受地震作用，即共同存储和耗能地震能量，以调节和减轻结构的地震反应。这是积极主动的抗震对策，也是目前抗震对策中的重大突破和发展方向。 1.2结构减震控制的分类 结构减震控制根据是否需要外部能量输入可分为被动控制、主动控制、半主动控制、智能控制和混合控制。 1.3耗能减震的概念 结构耗能减震技术是在结构物的某些部位（如支撑、剪力墙、节点、联结缝或连接件、楼层空间、相邻建筑间、主附结构间等）设置耗能（阻尼）装置（或元件），通过耗能阻尼装置产生摩擦、弯曲（或剪切、扭转）、弹塑（或粘滞、粘弹）性滯回变形来耗散或吸收地震输入结构中的能量，以减小主体结构地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，达到减震控制的目的。耗能阻尼装置元件和支撑构件构成耗能部件，装有耗能
第一章粘弹性阻尼减振的基本概念 1.1振动控制和阻尼的概念 1.1.1振动与噪声的危害 振动是一种普遍的物理现象，我们这里讨论涉及到的震动问题主要是机械结构的振动及由此产生的物理现象。 大多数情况下，机械振动会造成严重危害，必须采用各种有效的方法加以控制，振动与噪声的危害主要包括： 1)振动造成机械结构的损坏，破坏工作条件。如建筑物在地震中受到随机 激励后，其强度承受不了共振响应造成损坏。 2)振动降低机器、仪器或工具的精度。如运载工具（火箭等）的命中精度 和控制装置如仪器、计算的抗振能力直接有关。 3)振动引起噪声，严重污染环境。如一些大型的振动设备工作过程中会产 生严重的噪声污染。 4)振动增加机械磨损，降低及其寿命。如在常高在低不平的路面上行驶， 汽车的寿命会严重减少。 1.1.2振动与噪声控制的主要方法 振动控制的工程含义有两层：振动利用和振动抑制。前者指利用系统的振动以实现某种工程目的；后者则指抑制系统的振动以保证系统正常工作，延长其使用寿命，本文主要讨论的是后面一个问题。 振动控制的方法很多，就机械产品设计和结构改进的角度上作分析和研究，振动和噪声控制主要是从消除振源或噪声源；隔离振源（及声源）与受影响机构间的传递和联系；以及减少结构本身响应这三个方面采取措施。 1)消除振动源或噪声源。 2)隔离振源（或声源）与受影响机构（或环境）之间的联系及能量传输。 3)结构的抗振及抗噪设计。 1.2阻尼减振降噪技术的定义以及工程应用实例 1.2.1阻尼技术的定义 从减振降噪的角度上来看，阻尼是指损耗振动能量的能力、也就是将机械振动及声振的能量，转变成热能或其它可以损耗的能量，从而达到减振及降噪的目的。 阻尼减振、降噪技术就是充分运用阻尼耗能的一般规律，从材料、测量、
隔震与减震 一、概述 二、基底隔震 三、悬挂隔震 四、耗能减震 五、冲击减震 六、吸振减震 七、主动控制减震 一、概述 ?地震引起结构振动的全过程是：由震源产生地震动，通过传播途径传递到结构上，从而引起结构的振动反应。 ?通过在不同部分采取振动控制措施，就成为不同的积极的抗震方法。
1、消震 通过减弱震源振动强度达到减小结构振动的方法。 2、隔震 通过某种装置，将地震动与结构隔开，减弱或改变地震动对结构作用的强度或方式，达到减小结构振动的目的。 隔震方法：基底隔震 悬挂隔震 3、被动减震 通过采用一定的措施或附加子结构，吸收或消耗地震传递给主结构的能量，达到减小结构振动的目的。 被动减震方法： 耗能减震 冲击减震 吸震减震 4、主动减震 根据结构的地震反应，通过自动控制系统的执行机，主动给结构施加控制力，达到减小结构振动的目的。 ? 两大类减震方法： （1）被动控制方法。这种方法无外部能源供给，也称无源控制技术。包括隔震技术和被动减震技术。 （2）主动控制方法。这种方法有外部能源供给，也称有源控制技术。 ? 与传统的消极抗震方法相比，减震方法优点： （1）减小地震作用，降低结构造价，提高结构抗震可靠度。隔震方法能够控制传到结构上的地震力，克服确定荷载的困难。 （2）减小结构在地震作用下的变形，保证非结构构件不破坏，减小震后维修费用，对现代建筑，非结构构件的造价占总造价的80％以上。 （3）隔震、减震装置的更换或维修比更换、维修结构构件方便、经济。 （4）精密加工设备、核工业设备等结构物，只能用隔震、减震的方法满足严格的抗震要求 二、基底隔震 1、原理 ? 基底隔震是在结构物地面以上部分的底部设置隔震层，限制地震动向结构物的传递。 ? 基底隔震，主要用于隔离水平地震作用。隔震层的水平刚度显著低于上部结构的侧向刚度。此时可近似为上部结构是一个刚体，如图8.18所示。设结构的总质量为m ，绝对水平位移为y ，地震动的水平位移为xg ，隔震层的水平刚度为k ，阻尼系数为c ，则底部隔震系统的运动平衡方程为： ? ? 上部结构绝对位移（加速度）振幅与地震动位移（加速度）振幅的比值R 为 g g kx x c ky y c y m +=++ 222222 2max max max max ]4)1[(41βξββξ+-+===g g x y x y R
振动隔离 4.1.1隔振概述 振动隔离是采用附加子系统将振源与需减振的对象隔开，以减少振源对隔振对象的影响。 隔振分第一类隔振（隔力）与第二类隔振（隔幅）。振源产生力激励时为第一类隔振，如连于基础的各种动力机械的隔振就是减小振源的激励方向基础的力传递，基础是隔离对象。振源产生运动激励时的隔振为第二类隔振，入震动着的飞机机体会引起连于其上的电子设备的振动，这是的隔振就是减小作为基础的飞机机体的运动激励向以表、电子设备等的运动传递，隔离对象是以表、电子设备等。 作为附加子系统的隔振装置通常称为隔振器，它可由弹性元件、阻尼元件、惯性元件以及它们的组合构成 根据振源的频率特性，隔振可分为单频隔振、多频隔振和随机激励隔振；根据隔振对象的自由度，隔振可分为单自由度系统隔振、多自由度系统隔振及无限多自由度系统隔振；依隔振对象的特性，隔振可分为线性系统隔振及非线性系统隔振。这里只讨论线性系统。 隔振技术有正过程与逆过程两种途径。正过程是先根据振源选定隔振器的布置方式及特性参数，然后计算隔振效果，不满足要求时，修改上次的选择，重新进行计算，知道满足要求为止，逆过程是在振源特性及其参数已知的条件下，利用最优化技术，直接确定满足预定隔振器布置的方式及其特性参数[11]。 本文将主要讨论的是单自由度系统的隔振，采用的技术是逆过程。 4.1.2单自由度系统的隔振 对力激励，研究的力学模型为弹性元件与阻尼元件并联的隔振器。设振源质量m 远小于基础质量，振源只有x 向自由度，基础为绝对刚体，则可得质量m 的运动方程： t F x c kx x m ωsin 0=++ （4—1） 式中 m -----------质量； c ------------阻尼系数； k ------------弹簧常数； x ------------对平衡位置的位移。 上式x 的通解为： ()?ω-=t x x sin 0 （4—2）
第一章粘弹性阻尼减振的基本概念 振动控制和阻尼的概念 1.1.1振动与噪声的危害 振动是一种普遍的物理现象，我们这里讨论涉及到的震动问题主要是机械结构的振动及由此产生的物理现象。 大多数情况下，机械振动会造成严重危害，必须采用各种有效的方法加以控制，振动与噪声的危害主要包括： 1)振动造成机械结构的损坏，破坏工作条件。如建筑物在地震中受到随机 激励后，其强度承受不了共振响应造成损坏。 2)振动降低机器、仪器或工具的精度。如运载工具（火箭等）的命中精度 和控制装置如仪器、计算的抗振能力直接有关。 3)振动引起噪声，严重污染环境。如一些大型的振动设备工作过程中会产 生严重的噪声污染。 4)振动增加机械磨损，降低及其寿命。如在常高在低不平的路面上行驶， 汽车的寿命会严重减少。 1.1.2振动与噪声控制的主要方法 振动控制的工程含义有两层：振动利用和振动抑制。前者指利用系统的振动以实现某种工程目的；后者则指抑制系统的振动以保证系统正常工作，延长其使用寿命，本文主要讨论的是后面一个问题。 振动控制的方法很多，就机械产品设计和结构改进的角度上作分析和研究，振动和噪声控制主要是从消除振源或噪声源；隔离振源（及声源）与受影响机构间的传递和联系；以及减少结构本身响应这三个方面采取措施。 1)消除振动源或噪声源。 2)隔离振源（或声源）与受影响机构（或环境）之间的联系及能量传输。 3)结构的抗振及抗噪设计。 阻尼减振降噪技术的定义以及工程应用实例 1.2.1阻尼技术的定义 从减振降噪的角度上来看，阻尼是指损耗振动能量的能力、也就是将机械振动及声振的能量，转变成热能或其它可以损耗的能量，从而达到减振及降噪的目的。 阻尼减振、降噪技术就是充分运用阻尼耗能的一般规律，从材料、测量、
发动机减振设计及方法 振动和燥声是工程机械工作时的两大公害。发动机是工程机械主要振动源。发动机振动的传播直接影响到工程机械的整机可靠性和使用寿命，同时也使司机的乘坐舒适性变差，降低工作效率，必须采取一些有效方法来减少振动。 一、振源控制 振源控制贯穿于设计、制造乃至使用的全过程，体现在诸如改善发动机平衡性能、动力学性能、零部件的加工与装配精度等。发动机在工作中产生振动的形式是多样的，主要原因有：发动机重心周期性移动，往复运动件沿气缸上下作用的惯性力，所有旋转运动件的离心惯性力，气体压力交替作用引起曲轴回转周期变化等。这些不平衡力和力矩通常可以通过改变发动机结果设计参数来调整系统的固有频率避免结构共振，改进系统共振特性，如通过对机体的模态分析和有限元计算来研究机体的固有频率的振型等。削弱机振源和避免共振首先应从设计阶段考虑，要在整体设计中贯穿系统工程思想，充分应用现代设计方法，如有限源设计、可靠性设计、稳健设计、优化设计、计算机辅助设计以及智能系统和专家系统设计。 二、振动的隔离 1、橡胶隔振 传统的发动机采用弹性支承降低振动，隔振装置结构简单，成本低，性能可靠。橡胶支承一般安装在车架上，根据受力情况分为压缩型、剪切型和压缩剪切复合型等。压缩型结构简单，制造容易，应用广泛且由于自振频率较高，一般限于垂直方向上使用。剪切型自振频率较低，但强度不高。压缩剪切复合型综合了前面两种结构的优点可以满足耐久性和可靠性要求，这是国内外目前最广泛采用的。为了使隔振橡胶支承系统具有较好的减振性能，参数表要求同一方向的弹簧常数，这样也可使几形尺寸减小。 2、螺旋钢丝绳隔振 钢丝绳作为减振元件，具有低频大阻尼的高频低刚度的变参数性能，因而能有效的降低机体振动。与传统的橡胶减振源相比，具有抗油、抗腐蚀、抗温差、抗高温、耐老化以及体积小等优点，隔振效果主要取决于它的非线性迟滞特性。 3、液压隔振 液压支承系统是传统橡胶支承与液压阻尼组成一体的结构，在低频率范围内能提供较大的阻尼，对发动机大幅值振动起到迅速衰减的作用，中高频时具有较低的动刚度、能有效得降低驾驶室内的振动与燥声。 三、发动机振动的控制
隔振与阻尼的关系 隔振是利用振动元件间阻抗的不匹配，以降低振动传播的措施。隔振技术常应用在振动源附近，把振动能量限制在振源上，不向外界扩散，以免激发其他构件的振动；也应用在需要保护的物体附近，把需要低振动的物体同振动环境隔开，避免物体受振动的影响。采取隔振措施主要是设计合适的隔振器。隔振的原理是把物体和隔振器（主要是弹簧）系统的固有频率设计得比激发频率低得多（至少低3倍）;但对高频振动要注意把隔振器的特性阻抗设计得与连结构件的特性阻抗有很大变化（至少差3倍）。为此,隔振器如用钢丝弹簧，还要垫上橡皮、毛毡等作的垫子。在隔振器的设计中，还应该考虑阻尼的作用。对启动过程中变速的机械，设计隔振器时应加阻尼措施，以免经过共振频率时振动过大。 阻尼是通过粘滞效应或摩擦作用把振动能量转换成热能而耗散的措施。阻尼能抑制振动物体产生共振和降低振动物体在共振频率区的振幅，具体措施就是提高构件的阻尼或在构件上铺设阻尼材料和阻尼结构。如近年来研制成的减振合金材料，具有很大的内阻尼和足够大的刚性，可用于制造低噪声的机械产品。另外，在振动源上安装动力吸振器，对某些振动源也是有效的降低振动措施。对冲击性振动，吸振措施也能有效地降低冲击激发引起的振动响应。电子吸振器是另一种类型的吸振设备。它的吸振原理与上述隔振、阻尼不同，它是利用电子设备产生一个与原来振动振幅相等、相位相反的振动，来抵销原来振动以达到降低振动的目的（见有源降噪）。 隔振和阻尼的关系一般情况下,隔振设备和阻尼设备的功能是差不多的，两者是相辅相成的，所以在选型的时候，一定要挑选合理的平衡点。 阻尼的作用 1 / 2
单纯从隔振观点来说，阻尼的增加会降低隔振效果，但是在机器的实际工作过程中，外界的激励，除简谐型外还可能包含一些不规则的冲击，由于冲击会引起设备较大振幅的自由振动，增加阻尼的目的就是能使自由振动很快消失，尤其是当隔振对象在起动及停车而经过共振区时，阻尼就显得更加重要。 （注：专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）
噪声和振动控制中阻尼技术的理解 侯永振 （天津市橡胶工业研究所，天津 300384） 摘要：简要介绍了阻尼材料以自由阻尼、约束阻尼两种阻尼处理方式构成结构阻尼，以及阻尼技术用于振动隔离，通过降低共振可传递性，从而使振动和噪声得到控制的基本原理。 关键词：结构阻尼；振动隔离；阻尼处理；噪声降低 1 导论 机械运转产生的振动现象随处可见，飞机、舰船、机床、汽车、轨道交通（如城市轻轨火车）、水暖管道、纺织机械、空调器、电锯、升降机等机械发出较强的振动和噪声，不仅污染环境，还会影响设备的加工精度，加速结构的疲劳损坏和失效，缩短机器寿命，影响交通车辆的舒适性。 不论怎样的应用，通常都需要几种技术对噪声和振动进行有效控制，而每一种技术都有助于环境的更加安静。对于大多数应用来说，可以采用四种控制噪声和振动的方法：（1）吸收；（2）使用障板和罩子；（3）结构阻尼；（4）隔振。在这些分类中虽然有一定程度的相互交叉，但通过对问题的恰当分析和减振降噪技术的合理应用，每种方法都能够产生显著的减振降噪效果。仅次于吸收材料和大块障板层的应用，通常还要弄明白减振降噪的原理。因此，本文将集中介绍涉及降低结构振动的第（3）和第（4）种方法。 2 结构阻尼 结构阻尼降低振源处由冲击产生的稳态的噪 作者简介：侯永振(1957-),男，天津市橡胶工业研究所高级工程师，主要从事橡胶阻尼材料、橡胶减振材料及制品、橡胶防腐衬里、橡胶吸声材料及制品、乳胶手套、胶粘剂、橡胶杂品等研究和开发工作。 声，它所消耗的是在结构阻尼构成之前并以声的形式在结构中辐射的振动能。然而阻尼仅抑制共振。尽管有时由于敷设阻尼材料从而提高了系统的刚度和质量而对于强迫振动的非共振振动的衰减有点效果，但靠阻尼则衰减很少。 阻尼处理由为了提高阻尼结构消耗机械能能力而被应用于阻尼元件的任何材料（或材料组合）组成。当用于强迫振动结构时，在其固有（共振）频率或其附近，它常是最有用的。该固有（共振）频率受由许多频率成份构成的激振力的振动频率的影响，而这许多频率成份受冲击或其它瞬态力或传递到噪声辐射的结构表面的振动的影响。 尽管所有材料都呈现一定量的阻尼，然而许多材料（如钢、铝、镁和玻璃）有如此小的内部阻尼，是传递振动和噪声的良好介质，几乎不具备降低振动和噪声的能力，以致于它们的共振性能使其成为了有效的声辐射器。但钢材等金属材料强度高，常作为结构材料使用；而橡胶等高分子材料，由于本身的化学结构特性，使得它们具有较高的阻尼性能，具备很强的降低振动和噪声的能力，是最主要的减振降噪材料之一，代表着减振降噪材料的发展方向，尤其是近十几年发展起来的高阻尼橡胶或其它高分子阻尼材料，具备非常突出的减振降噪性能，几乎是目前从科学意义上讲最理想的减振降噪材料。但这类阻尼材料
噪声治理课程 第六讲 振动的隔离 1 振动及传递 1.1 转动设备的振动 转动的设备产生振动，振动通过基础向四周结构传递。对于旋转的转动设备，如风机、水泵和某些机床等，主要以旋转频率为主导振动频率。如某风机的转动频率为3000转/分钟，那么它正常工作时，振动频率主要在50Hz 。对于往复运动的设备，如气泵、活塞泵、压缩机、内燃机和蒸汽机等，因其运动形式不但包括旋转，还包括曲柄连杆的来回运动，往复发生冲力和撞击，振动形式复杂，存在各种频率分量的振动频率。如气泵的振动，每次活塞的往复冲击相当于在设备上使用锤子敲打，从低频到高频都有很大的振动。 设备产生的某一频率的振动在建筑结构中传播过程中，频率将保持不变，振动的强度可能发生不同变化，既可能增大，也可能降低。降噪工程中总是希望尽可能降低振动的传播，减少结构辐射噪声。但是，当振动发生共振时，振动被增大，严重时会损坏设备和结构。 1.2 固有频率 转动设备和其支撑结构是一个振动单体，振动通过支撑结构传递给基础。每一个振动单体都存在固有频率，即设备在该频率上振动时，发生共振，振动传递给基础的幅度最大。固有频率是物体的自然属性，只与物体的重量和支撑的弹性有关，不受外界作用的影响，与设备运转的状态无关。物体重量越大，支撑结构弹性越软，固有频率越低。发生共振时，能量在固有频率上无穷止地叠加，理论上传递到基础的振动幅度将达到无穷大，基础将被破坏，无坚不摧。曾经发生士兵列队行进时步伐的频率与大桥共振频率一致，发生共振，大桥坍塌。一般情况下，发生共振的时间很短，能量有限，而且，振动时由于阻尼消耗了能量，共振不会达到无限大。但是，共振时，能量叠加到原来的10倍、100倍、1000倍或更大也是常见的事情。 设备启动时，转动频率会由静止逐渐增大到稳态频率，设备停止时，转动频率会从稳态频率逐渐降低到静止。如果发生共振的频率低于稳态频率，那么，设备启停时，转动频率将在某一小段时间内和共振频率相同或近似而发生共振，共振的频率区域被称为共振区。设备启停应尽量迅速通过共振区，防止因共振产生过大的振动。 弹簧系统固有频率与弹簧静态下沉量有关。弹簧静态下沉量 是指，在静态荷载状态下，弹簧被压缩的长度。经验计算公式为：delt f ?=21 0，其中0f 是固有频率，单位Hz ；delt 为静 态压缩量，单位为m 。 1.3 撞击振动 使用手指敲击桌面时，会发出“当当”的声音，其原因是， 手指撞击使桌面发生了振动，振动向外辐射了声音。撞击振动 的特点，作用时间短，振动冲击能量大，频率分量丰富。我们 听到的“当当”声音与桌面的固有频率有关，手指撞击到桌面 在桌面上产生了各种频率分量的振动，固有频率附近的振动被 加强，较多地辐射到空气中，形成空气声被人听闻。锣鼓等由 于缺少阻尼，敲击后，共振非常强烈，能量消耗比较持久，声 音很大，如果将其粘上胶皮，阻尼增大，共振减弱，声音变小。
9.隔振技术与阻尼减振 课程教学基本要求： 了解振动的传播及危害，振动控制的基本方法，理解隔振原理，隔振的力传递率，隔振元件，具备隔振设计及应用的能力。 课程内容： 振动的传播及危害，振动控制的基本方法，隔振原理，隔振的力传递率，隔振元件，隔振设计及应用，阻尼减振原理，阻尼材料，阻尼减振结构。振动的危害及其控制的基本方法。环境振动，机械振动，隔振的力传递率，隔振效率。固体声隔绝，隔振技术，阻尼减振。 9.1振动概述 一、振动的来源 振动是自然界中普遍存在的现象，其来源可分为自然振源和人工振源两大类：自然振源如地震、海浪和风等；人工振源如运转的各种动力设备、运行的交通工具、电声系统中的扬声器、人工爆破等。 凡是运转的机器设备,如锻压冲压机械、电机、风机、空压机、内然机等等,由于机械部件之间力的传递,总是产生一定的振动。这些振动的能量一部分由振动的机器直接向空中辐射,称之为空气声,另一部分能量则通过承载机器的基础向地层或建筑物结构传递,这种通过固体传导的声叫做固体声。 振源的振动除了向周围空间辐射在空气中传播的声音(称“空气声”)外，还通过与其相连的固体结构传播声波，简称“固体声”。固体声在传播的过程中又会通过固体表面的振动向周围空气辐射噪声，特别是当引起物体共振时，会辐射很强的噪声。固体声的隔绝与空气声隔绝在技术上是完全不同的。 二、振动的影响及危害 振动不仅能激发噪声,而且还能通过固体直接作用于人体,振动也是危害身体健康,降低工作效率,影响居民生活的环境物理因素。同时,振动会影响精密仪器正常工作,强烈的振动有损于机器结构和建筑物结构。 振动特别是l一100Hz的低频振动，直接对人有影响，长期暴露于强振动环境中，人的机体将受到损害，振动产生的噪声会干扰人的生活、学习和工作；振动也会影响设备特别是精密仪器的正常工作，有时甚至破坏设备和建筑结构。 在振动环境中劳动和工作的人不但身心健康受到损害，而且由于振动使他们的视觉受到干扰，手的动作受妨碍和精力难以集中，造成操作速度下降、生产效率降低，并且可能出现质量事故。生产性振动引起的疾病已成为常见的职业病。 振动能沿介质传播到居民的住宅内，使居民感受到振动。一般来说，传播到居民室内的振动速度不是很大，但由于居民需要较好的睡眠、休息、学习环境，因而环境振动干扰居民的正常生活，心理上受到压抑、精神不安等，久而久之会使居民的身体健康受到影响。 三、振动控制的基本方法 振动控制与噪声控制一样,也是从振源、振动传递途径和振动所影响的地点三个环节进行治理。降低振动设备振源馈入支撑结构的振动能量称为积极隔振,减少来自支撑结构或外界环境的振动传入某一机器设备称为消极隔振,两者采用的控制方法是相同的。
第四章电子设备的减振与缓冲 4．1振动与冲击对电子设备的危害 4.1.1 机械作用的分类 电子设备在使用和运输过程中，不可避免地会受到振动、冲击等机械力的作用，具体有以下四种类型。 1.周期性振动 这是指机械力的周期性运动对设备产生的振动干扰，并引起设备作周期性往复运动。 表征周期性振动的主要参数有：振动幅度和振动频率。 2.非周期性干扰——碰撞和冲击 这是指机械力在作非周期性扰动对设备的作用。其特点是作用时间短暂，但加速度很大。根据对设备作用的频繁程度和强度大小，非周期性扰动力又可分为： （1）碰撞设备或元件在运输和使用过程中经常遇到的一种冲击力。这种冲击作用的特点是次数较多，具有重复性，波形一般是正弦波。 （2）冲击设备或元件在运输和使用过程中遇到的非经常性的、非重复性的冲击力。。其特点是次数较少，不经常遇到但加速度大。 表征碰撞和冲击的参数：波形、峰值加速度、碰撞或冲击的持续时间、碰撞时间、碰撞次数等。 3.离心加速度 这是指运载工具作非直线运动时设备受到的加速度。 4.随机振动 这是指机械力的无规则运动对设备产生的振动干扰。随机振动在数学分析上不能用确切的函数来表示，只能用概率和统计的方法来描述其规律。随机振动主要是外力的随机性引起的， 4.1.2 振动与冲击对电子设备的危害 上述四种机械作用均会对电子设备造成影响，其中危害最大的是振动与冲击，如果结构设计不当，就会导致电子设备的损坏或无法工作。 它们造成的破坏主要有两种形式，其一是强度破坏：设备在某一激振频率下产生振幅很大的共振，最终振动加速度所引起的应力超过设备所能承受的极限强
度而破坏；或者由于冲击所产生的冲击应力超过设备的极限强度而破坏。其二是疲劳破坏：振动或冲击引起的应力虽远低于材料的强度，但由于长时间振动或多次冲击而产生的应力超过其疲劳极限，使材料发生疲劳损坏。 振动和冲击电子对电子设备造成的危害具体表现在： 1．没有附加锁紧装置的接插装置会从插座中跳出来，并碰撞其他元器件而造成破坏。 2．电真空器件的电极变形、短路、折断；或者由于各电极作过多的相对运动而产生噪声，不能正常工作。 3．振动引起弹性元件产生变形，使具有触点的元件（电位器、波段开关、插头座等）产生接触不良或开路。 4．指示灯忽亮忽暗，仪表指针不断抖动（或指针脱落），使观察人员读数不准，视觉疲劳。 5．当零部件的固有频率和激振频率相同时，会产生共振现象。例如，可变电容器极片共振时，会使电容量发生周期性变化等。 6．安装导线变形及位移，使其相对位置改变，引起电感量和分布电容发生变化，从而使电感电容的耦合发生变化。 7．机壳和基础变形，脆性材料（如玻璃、陶瓷、胶木、聚苯乙烯）断裂。 8．防潮和密封措施受到破坏。 9．锡焊和熔焊处断开，焊锡屑掉落在电路中间而造成短路故障。 10．螺钉、螺母松开甚至脱落，并撞击其它零部件，造成短路和破坏。有些用来调整电气特性的螺丝受振后会产生偏移。 由此看出，振动与冲击对电子设备的影响是多方面的，一般振动引起的是元器件或材料的疲劳损坏，而冲击则是由于瞬时加速度很大而造成元器件或材料的强度破坏；振动引起的故障约占80%，冲击引起的故障约占20%。 4．2减振和缓冲基本原理 为了减少或防止振动与冲击对电子设备的影响，通常采取两种措施：a) 通过材料选用和合理的结构设计，增强设备及元器件的耐振动耐冲击能力；b) 在设备或元器件上安装减振器，通过隔离振动与冲击，有效地减少振动与冲击对电子设备的影响。 4.2.1隔振的基本原理