[科普中國]-比阻尼容量

阻尼描述了結(jié)構(gòu)振動(dòng)過程中能量耗散的機(jī)理，影響阻尼的因素很多，主要的有介質(zhì)阻尼、外摩擦阻尼、材料內(nèi)阻尼、輻射阻尼等。比阻尼容量是在振動(dòng)的一個(gè)循環(huán)中所吸收的能量與該循環(huán)中在最大位移時(shí)的勢(shì)能之比。用來描述介質(zhì)的材料阻尼。

簡(jiǎn)介阻尼是材料的三大功能特性（超塑性、阻尼特性和形狀記憶特性）之一，它能夠?qū)⒉牧系臋C(jī)械振動(dòng)能量通過內(nèi)部機(jī)制不可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?，因?yàn)闄C(jī)械振動(dòng)能的耗散是通過內(nèi)部機(jī)制來完成的，所以材料的這種性質(zhì)也稱為內(nèi)耗或超聲衰減1。比阻尼容量是指材料在一個(gè)振動(dòng)循環(huán)中吸收的能量與最大位移的勢(shì)能之比，主要用來描述材料阻尼的大小。對(duì)于鋼筋混凝土受迫振動(dòng)條件下的材料阻尼值，研究者們做了一些研究工作，其中文捷以鋼筋混凝土材料在受迫振動(dòng)條件下彈性階段的材料阻尼值作為研究對(duì)象，根據(jù)阻尼為損耗能量總和的特點(diǎn)，以損耗因子，又稱比阻尼容量，即損耗能量與總應(yīng)變能的比值，作為表征材料阻尼值的參數(shù)。比阻尼容量計(jì)算以以阻尼比ζ為準(zhǔn)，它們之間可以相互換算。

材料阻尼阻尼一般可以分為3 類：系統(tǒng)阻尼、結(jié)構(gòu)阻尼以及材料阻尼。系統(tǒng)阻尼是在系統(tǒng)中設(shè)置專用阻尼減振器，如減振彈簧、沖擊阻尼器等。結(jié)構(gòu)阻尼是在系統(tǒng)的某一振動(dòng)結(jié)構(gòu)上附加材料或形成附加結(jié)構(gòu)，增加自身的阻尼能力。材料阻尼是材料本身所具有的阻尼特性，它代表了依靠材料本身的阻尼特性消耗機(jī)械振動(dòng)能的能力。與其它兩種阻尼相比，材料阻尼是最基本的阻尼形式 ，存在于各種材料之中。 探究材料內(nèi)部的微觀機(jī)理，尋求具有高阻尼的材料；在阻尼材料也有著大量的研究，比如像金屬橡膠這樣的各向異性材料、熱熔型阻尼材料、粘滯阻尼材料、各種復(fù)合阻尼材料等?？偟膩碚f阻尼材料分為粘彈性阻尼材料、高阻尼合金以及復(fù)合阻尼材料三種，這些阻尼材料在很多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。研究材料的阻尼行為，開發(fā)具有較高阻尼性能的結(jié)構(gòu)材料，對(duì)于解決由振動(dòng)造成的問題具有十分重要的意義。對(duì)結(jié)構(gòu)件的材料阻尼特性進(jìn)行定量的測(cè)量及計(jì)算，能夠?yàn)闄C(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供十分重要的參考依據(jù)，因此材料阻尼特性測(cè)量是減振降噪技術(shù)中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

最常用的材料阻尼測(cè)試方法，是參照國標(biāo)《GBT18258-2000 阻尼材料 阻尼性能測(cè)試方法》等阻尼測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，將被測(cè)材料制作成標(biāo)準(zhǔn)試樣，通過激振器等激勵(lì)手段，激發(fā)試樣的阻尼振動(dòng)，獲得其共振響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理計(jì)算出材料阻尼比。材料阻尼測(cè)試問題可以歸結(jié)為系統(tǒng)辨識(shí)問題，包括系統(tǒng)、激勵(lì)和響應(yīng)三個(gè)部分。在材料阻尼測(cè)試的問題中，系統(tǒng)即是材料阻尼試樣本身，它的阻尼特性參數(shù)就是需要識(shí)別的系統(tǒng)參數(shù)。系統(tǒng)的激勵(lì)信號(hào)由我們給定，通常是瞬態(tài)的沖擊信號(hào)、或者持續(xù)激勵(lì)的掃頻信號(hào)，激勵(lì)信號(hào)可以通過信號(hào)采集直接獲得。系統(tǒng)的響應(yīng)信號(hào)就是材料阻尼試樣在被激勵(lì)之后的振動(dòng)信號(hào)，需要使用儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理2。

阻尼比阻尼比是無單位量綱，在土動(dòng)力學(xué) 中為材料阻尼的 一種量度，表示了結(jié)構(gòu)在受激振后振動(dòng)的衰減形式?？煞譃榈扔?，等于0, 大于1，0~1之間4種，阻尼比=0即不考慮阻尼系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)常見的阻尼比都在0~1之間。阻尼比用于表達(dá)結(jié)構(gòu)阻尼的大小，是結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性之一，是描述結(jié)構(gòu)在振動(dòng)過程中某種能量耗散的術(shù)語，引起結(jié)構(gòu)能量耗散的因素（或稱之為影響結(jié)構(gòu)阻尼比的因素）很多，主要有（1）材料阻尼、這是能量耗散的主要原因（2）周圍介質(zhì)對(duì)振動(dòng)的阻尼。（3）節(jié)點(diǎn)、支座聯(lián)接處的阻尼（4）通過支座基礎(chǔ)散失一部分能量。（5）結(jié)構(gòu)的工藝性對(duì)振動(dòng)的阻尼。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王強(qiáng) - 副教授 - 西南大學(xué)