阻尼减振降噪结构几何参数特性分析
摩擦阻尼器减振参数最优化研究及在摩擦阻尼支撑框架中的应用
摩擦阻尼器减振参数最优化研究及在摩擦阻尼支撑框架中的应用摩擦阻尼器在减振方面的应用主要通过消耗振动能量来实现。
这种消
耗主要通过摩擦力将振动能量转化为热能。
在具体的应用中，摩擦阻
尼器可以作为支撑结构的一部分，通过优化参数提高其减振效果。
关于摩擦阻尼器的减振参数优化，可以考虑以下几个方面：
1. 摩擦材料的选择：选择具有高摩擦系数、高耐磨性的材料，如铜基
合金、高分子材料等。
2. 阻尼层的厚度：增加阻尼层的厚度可以提高其对振动能量的吸收能力，从而增强减振效果。
3. 阻尼器的形状：优化阻尼器的形状可以改善其与建筑结构的匹配度，提高减振效率。
4. 附加质量：增加附加质量可以增加阻尼器的惯量，从而改变其自振
频率，优化减振效果。
在摩擦阻尼支撑框架中的应用方面，可以利用摩擦阻尼器作为支撑结
构的一部分，通过优化参数提高框架的减振效果。
同时，可以利用摩
擦阻尼器的可重复使用性，部分取代一些需要更换的减震器，降低维
护成本。
此外，在建筑结构的抗震工作中，摩擦阻尼器能够很好地应用。
它通过将建筑物的振动能量转化成热能，从而达到减轻结构振动响应的目的。
为了更好地发挥摩擦阻尼器的减震效果，可以将其振动频率调整至主结构频率附近，改变结构共振特性，以达到减振的作用。
03 减振降噪阻尼材料介绍
阻尼涂料 材料阻尼性能随温度变化
0.6 0.5
隔 声 量 （ dB)
隔声性能随频率的变化
30 25 20 15 10
阻尼因子
0.4 0.3 0.2 0.1 0 -60 -40 -20 0 20 温度（℃） 40 60 80
阻尼振动的特性分析
阻尼振动的特性分析阻尼振动是指在振动系统中引入阻尼元件来减小或消除振动的一种振动方式。
在分析阻尼振动的特性时，我们需要考虑阻尼比和阻尼比对系统的影响、阻尼振动的稳态响应以及阻尼对共振现象的影响等相关因素。
1. 阻尼比对系统的影响阻尼比是描述阻尼元件的阻尼程度的指标。
它的值可以分为三种情况：小于1时为欠阻尼、等于1时为临界阻尼、大于1时为过阻尼。
不同的阻尼比会影响系统的振动特性。
在欠阻尼情况下，系统会出现振动频率与自然频率相近的现象，即共振。
这是由于阻尼元件的能量耗散速度相对较慢，无法及时将振动能量耗散掉，导致系统振幅不断增大。
而在过阻尼情况下，阻尼能力较强，能使系统迅速回到平衡位置而不产生共振现象。
临界阻尼则介于欠阻尼和过阻尼之间，使得系统能够在最短时间内回到平衡位置。
2. 阻尼振动的稳态响应稳态响应是指系统在达到稳定状态后的振动情况。
对于一个振动系统，当施加外力后，由于阻尼的存在，系统不再是简谐振动，而是呈现出阻尼振动的特征。
阻尼振动的稳态响应与阻尼比和外力频率有关。
当阻尼比较小且外力频率接近系统的自然频率时，稳态振动幅度较大；当阻尼比较大或外力频率远离系统的自然频率时，稳态振动幅度较小。
当外力频率等于系统的自然频率时，称为共振频率，此时系统的稳态振幅最大。
3. 阻尼对共振现象的影响共振是指外力频率与系统的自然频率相等或接近时，系统产生最大振幅的现象。
阻尼的引入能够改变系统的共振特性。
在欠阻尼情况下，共振现象会显著增强系统的振幅，使得系统的共振特性较为明显。
过阻尼情况下，由于能量的耗散较快，共振现象被削弱，系统不太容易产生共振。
临界阻尼则处于两者之间，可使系统在一定程度上保持稳态振幅，共振现象较为平缓。
总结：阻尼振动具有与自然频率、外力频率以及阻尼比等因素相关的特性。
阻尼比的大小决定了系统的振动行为，阻尼对稳态响应和共振现象都产生一定的影响。
通过对阻尼振动特性的分析，我们可以更好地理解振动系统的行为，为实际工程问题的处理提供指导和参考。
adams结构阻尼比的分析
adams结构阻尼比的分析第一部分：引言在结构工程领域中，阻尼比是一个重要的概念，它对结构的振动响应和稳定性有着重要影响。
阻尼比通常用于描述结构在振动过程中能量吸收的能力。
在这篇文章中，我们将深入探讨Adams结构阻尼比的分析，以及它在工程设计中的应用。
第二部分：Adams软件简介为了更好地理解Adams结构阻尼比的分析，我们首先需要了解Adams软件。
Adams是一种多体动力学仿真软件，广泛应用于工程设计和结构分析。
它可以模拟各种机械系统的运动和振动行为，并提供详细的设计评估和优化功能。
Adams软件的一个关键特点是它可以模拟结构在不同阻尼条件下的振动响应。
第三部分：阻尼比的定义和意义阻尼比是衡量结构振动响应衰减程度的重要参数。
它被定义为结构实际阻尼与临界阻尼之比。
临界阻尼是结构振动最快衰减的阻尼情况。
阻尼比的值越大，结构的振动衰减越快。
在工程设计中，选择合适的阻尼比可以提高结构的稳定性、避免共振和减小振动响应。
第四部分：Adams中的阻尼比分析方法Adams软件提供了多种方法来进行阻尼比分析。
其中一种常用的方法是基于模态分析的阻尼比计算。
模态分析通过识别结构的振型和频率来获取结构的模态参数，包括模态阻尼比。
通过对不同模态的振动响应进行分析，我们可以获得结构在不同阻尼条件下的响应特性。
第五部分：阻尼比分析的应用案例在工程设计中，准确的阻尼比分析可以帮助工程师评估结构在不同工况下的振动响应。
在地震工程中，通过分析结构在地震激励下的阻尼比，可以确定结构的稳定性和耐震性能。
在机械系统设计中，准确的阻尼比分析可以帮助优化结构的动态特性和减小振动噪声。
第六部分：总结和回顾通过本文的阻尼比分析，我们深入探讨了Adams结构阻尼比的分析方法和应用案例。
了解和确定合适的阻尼比对于结构工程师来说是至关重要的，它不仅影响结构的振动响应和稳定性，还在工程设计中起到了关键的作用。
我们通过Adams软件的模态分析方法来计算阻尼比，并通过实际案例展示了阻尼比分析在工程设计中的重要性。
橡胶隔振器的阻尼特性分析和优化设计
橡胶隔振器的阻尼特性分析和优化设计橡胶隔振器作为一种常用的隔振装置，在许多工程领域中起到了重要的作用。
其主要目的是通过利用橡胶材料的弹性和耐久性来减少振动和噪音传递，从而保护设备和结构的完整性和稳定性。
本文将对橡胶隔振器的阻尼特性进行分析，并提出优化设计的方法。
1. 橡胶隔振器的工作原理橡胶隔振器主要通过橡胶材料的弹性来减震，其工作原理可以简单概括为“弹性减振”。
当外部振动作用于橡胶隔振器时，橡胶材料会受到力的作用而产生变形。
由于橡胶材料的弹性特性，它可以吸收和储存能量。
当外部振动停止或减小时，橡胶材料会释放储存的能量，从而减少振动的传递。
2. 阻尼特性分析阻尼特性是衡量橡胶隔振器减振效果的重要指标之一。
它描述了橡胶隔振器对振动的吸收和耗散能力。
一般来说，存在两种阻尼方式：粘性阻尼和干摩擦阻尼。
2.1 粘性阻尼粘性阻尼是橡胶隔振器材料内部分子间的内摩擦所引起的，它是与振动速度成正比的阻尼力。
对于橡胶材料而言，其粘性阻尼通常较小，主要是弹性阻尼起主导作用。
粘性阻尼的大小可以通过阻尼比来衡量。
阻尼比的定义为阻尼力与临界阻尼力之比。
较大的阻尼比意味着较大的粘性阻尼，从而可以提供更好的振动控制效果。
2.2 干摩擦阻尼干摩擦阻尼是指橡胶材料表面与接触体之间发生的相对滑动所产生的阻尼力。
这种阻尼力主要与橡胶材料表面的摩擦系数和接触体之间的压力相关。
干摩擦阻尼相对于粘性阻尼而言，具有较大的阻尼力，因此可以提供更好的振动控制效果。
3. 优化设计方法为了优化橡胶隔振器的阻尼特性，需要从以下几个方面进行设计和改进。
3.1 材料选择橡胶材料的选择对于隔振效果至关重要。
一般来说，橡胶材料应具有较好的弹性特性和耐久性，以保证其长期稳定的工作能力。
同时，根据具体的工程需求，可以选择具有较高或较低摩擦系数的橡胶材料，以实现不同的阻尼效果。
3.2 结构设计橡胶隔振器的结构设计也对阻尼特性有一定影响。
设计人员可以通过调整隔振器的形状、尺寸和刚度来改变其振动响应特性。
阻尼减振试验
实验十八：阻尼减振实验一、实验目的1、学习阻尼的物理特性。
2、了解阻尼材料的特性。
3、学习用半功率法和自由衰减法测量阻尼；二、实验仪器安装示意图三、实验原理1、概述阻尼时一种物理效应，它广泛地存在于各种日常事物中，阻碍者物体作相对运动，并把运动能量转变为热能或其他形式地能量。
消耗运动能量地原因时多方面地，或因界面上地摩擦力、流体地粘滞力、材料地内阻尼、磁带效应以及由此而引起地湍流、涡流、声辐射等。
常见地钟摆运动，如果没有外界继续供给能量，由于摆轴间地摩擦力以及空气阻力等，摆地振幅将逐渐减少以致停动。
结构地动力性能常决定于以下三大要素：质量、刚度和阻尼，一个振动的结构，在任何瞬间时包含着动能与应变能，动能与结构物的质量相联系，而应变能则与结构的刚度有关。
由于结构发生形体变化时，在材料内部有相对位移，阻碍这种相对运动并把动能转变为热能的这种材料的属性，称为内阻尼。
由于利用材料的内阻尼能有效地抑制构件的振动，降低躁声的辐射，因此具有高内阻尼的材料称为阻尼材料，但要使材料能达到充分发挥消耗能量的目的，就不仅要求有高阻尼，而且应用较大的弹性模量。
此外阻尼材料还应有较高的强度与较小的密度，这样制成的阻尼结构才能整体振动并不致于增加过多的负载，同时还要求在较大的温度变化范围内能保持阻尼性能的稳定。
阻尼材料常覆盖于外表面，因此特殊情况下，还要求耐气候变化、耐油与抗酸碱腐蚀等性能。
高阻尼材料的损失因数随温度、振幅、频率的不同而有明显的变化，而且各有它自身的特有规律性。
例如油阻尼是利用油的粘滞力产生阻尼，使振动的机械能转换为热能，如果温升过高，油的粘滞力特性发生改变就会影响到阻尼力的大小。
所以要求在使用时必须十分注意，要针对不同的具体情况进行选择。
阻尼材料时由良好的胶粘剂并加入适量的增塑剂、填料、辅助剂等组成的。
胶粘剂通常用沥青、橡胶、塑料类等。
阻尼结构是将阻尼材料与构件结合成一体以消耗振动能量的结构，通常有以下几种基本结合形式：1）、自由阻尼层结构；在振动结构的基层板上牢固地粘合一层高内阻材料，当基层板进行弯曲振动进，可以看到阻尼层将不断随弯曲振动而受到自由地拉伸与压缩。
MR阻尼器在空间网壳结构风振抑制中的结构几何参数影响
空间网壳结构 由于其美观的外形 、 合理的受力
而 在 国 内外 广 为应用 ．空 间结构 的几何 参 数对 风 荷 载 作用 下 结 构 的动力 反 应 起 着 不 可 忽视 的作 用 ． 磁 流 变 液 （ ｇｅ —ｈｏｏｉ ｌ简 称 ＭＲ） 可控 流体 Ｍａｎｔ ｒｅｌ ｃ ， ｏ ｇａ 是 中的一 种 ． 磁 流变 液制 成磁 流变 液 阻尼器 ， 利用 并应 用于空间网壳结构的风振控制 ，将具有智能化和可
具有智能材料杆 件的空间网壳结构 ， 以达到抑制结构风振 的 目的， 究 了结构几何参数对 空间网壳结构 的抗风 研
减振效果的影响． 究表 明 ， 研 网壳结构 的几何参数 的改变对加入 ＭＲ阻尼 器后 的 网壳结构在风荷 载作用下的减
振 效果 具 有 一 定 程度 的影 响 ．
关键词 ： 网壳结构 ； 流变阻尼器 ； 磁 风振 ； 振动控制 中图分类号 ：Ｕ Ｔ３ 文献标志码 ： Ａ
流变 阻尼器 的工作 原理 ，采 用 ２种基 于 主动控 制理 控制性能好等优点 ，是结构振动控制具有发展前景 论 的半主动控制策略，即速度控制策略和位移控制 的研究 方 向． 文将 磁 流变液 阻 尼器 按一 定 规律 置 本 策略 ， 其算法意义分别如下． 于空 间 网壳 结构 中 ， 风荷 载作 用下 ， 间 网壳 结 研究 空 ｆ）速度 控制 策 略． 磁 流变 阻 尼器 的构成 及 １ １ 根据 构 的几 何参数 变 化对 风振抑 制 的影 响． 工作原理 ， 以结构振动速度为反馈参数进行调节 ， 可
段 ， 由于是无反馈控制 ， 但 因此 ， 其控制效果不甚理
想， 某些 时候 可能 还会 放大 加速 度反应 ［ ３ ］ ．
半主动控制策略兼备主动控制的效果和被动控
车身结构阻尼材料减振降噪优化设计
４ ７
［ ９］郑玲 ， 谢熔 炉 ， 王ห้องสมุดไป่ตู้ ， 等．基 于优化 准则 的约束 阻尼材料优 化配置 ［ Ｊ ］ ．振动与 冲击 ， ２ ０ １ ０ ， ２ ９ （ １ １ ） ： １ ５ ６—１ ５ ９ ． Ｚ Ｈ Ｅ Ｎ Ｇ Ｌ ｉ ｎ ｇ ，Ｘ Ｉ Ｅ Ｒ ｏ ｎ ｇ － ｌ ｕ ，ＷＡ Ｎ Ｇ Ｙ ｉ ，ｅ ｔ １．Ｏ ａ ｐ ｔ ｉ ｍ ａ ｌ
（ ４ ）计算 目标 函数 对设 计 变量 的灵 敏度 ； （ ５ ） 删 除灵敏 度较 大 的阻尼 单元 ； （ ６ ） 判 断是 否 满 足体 积 约 束 条件 ， 如 果 不 满 足 则 返 回步骤 ② ， 如果 满足 则 停 止迭 代 ， 输 出阻 尼 材料 拓 扑
优 化构形 。
Ｆ ｉ ｎ ｄ Ｘ ＝ ｛
Ｍａ 叼
卢 ： … 卢 ） Ｔ
（ １ ｏ ）
（ １ ）建 立车 身 和前地 板上 覆盖 阻尼 材料 的有 限元
Ｍ
模 型 的有 限元分 析模 型 ；
（ ２ ）设定每次循环删除的单元数量 ；
ｓ ． ｔ ． Ｖ＝∑ ≤Ｖ ，
ｉ ＝ｌ
利用渐 进优 化算 法 优化 阻尼 材 料 布局 的基 本 思想 就 是通 过不 断 删 除灵 敏 度 低 的单 元 ， 使 阻 尼 材 料 用 量 在 一定 的体 积 约束 条 件 下 ， 获 得模 态 损 耗 因子 最 大 的
拓 扑构 型 。其基 本步 骤 如下 ：
材料的体积为约束条件 ， 建立阻尼材料渐进优化算 法 数学 模 型 ：
根 据模 态应 变 能法 ， 结构 第 Ｋ阶模 态损 耗 因子 为 ：
＝叼 ｄ （ １ １ ）
Ｊ 分 网格 ，建立阻尼车身有限元模 型
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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。
图2管状对称(非间隔式)阻尼结构
(a) 单阻尼层结构(b) 多阻尼层结构
对于非间隔式阻尼层结构，多阻尼层结构的减振效果要优于单阻尼层结构。
然而，随着阻尼层数的增多，其制品的工艺也变得复杂化。
对于图2a，其结构的几何参数Y
对于图2b，其结构的几何参数Y
图3管状对称(间隔式)阻尼结构
(a) 单阻尼层结构(b) 多阻尼层结构
2.2 管状对称结构(间隔式)的几何参数
图3为间隔式阻尼层结构，此类结构是在非间隔式阻尼层结构基础上的发展，其结构的损耗因子值比后者有所提高。
当其阻尼层的厚度(相对于弹性约束层)较薄时，对较高频率的振动有着良好的减振降噪效果。
因此，该结构适用于结构件的降噪处理。
同理，多阻尼层结构的效果要优于单阻尼层结构。
此种结构与非间隔式阻尼层结构相比，其性能更好，然而由于其加工工艺比较复杂，成本也要更高些。
而对于图3a结构，未耦连时其弯曲刚度为
(7)
式中N——阻尼层的间隔段数
因为阻尼层厚度H
Ｖ《H
1
、H
2
，故几何参数为
对于图3b结构，其弯曲刚度为
(9)
式中
其几何参数为
3 应用及分析
大型履带式拖拉机在作业时，其行走系的驱动链轮、托带轮、支重轮等件会产生剧烈的振动与噪声。
此处以386 kW履带式拖拉机为例，对其驱动链轮和托带轮进行阻尼减振降噪的处理。
驱动链轮是连接传动系与行走系的重要部件，由实测知，作用在驱动链轮上的载荷主要为低频大幅值的动载荷。
考虑到机器经常需前进和倒退作业，特把驱动链轮设计成内、外轮结构(图4a)。
在驱动轮的内轮凸出的圆筒上套装上阻尼减振装置，无论机器前进或倒退(驱动轮正转或反转)，振动载荷分别作用于装置对称的两端，装置均可起到阻尼减振的作用。
为最大程度地转换振动能为阻尼材料的变形能，宜选用综合性能良好的天然橡胶为阻尼材料。
图4阻尼减振驱动链轮
(a) 安装结构(b) 阻尼性能
1.外轮
2.链轮齿 4.减振装置 4.内轮
根据对该结构的理论分析及参数优化，采用如图2所示的非间隔阻
尼层式结构。
把开发出的驱动链轮安装在电液伺服程控试验机上，按照实际工况进行试验。
当采用单、双阻尼层时，其性能如图4b所示。
从图中可看出，以双阻尼层与单阻尼层结构比较，双阻尼层结构的损耗因子ηmax增大51%，而其疲劳强度却高出约30%。
经对履带式拖拉机托带轮的测试，知其作业主频率大于200 Hz，主要以噪声形式散逸。
把托带轮设计成管状对称阻尼降噪结构(图5a)，
图5阻尼降噪托带轮
(a) 结构(b) 阻尼性能
采用了对高频振动有良好的能量散逸性能的间隔阻尼层结构。
图5b为单阻尼层和双阻尼层结构的对比试验结果(试验方法同上)，阻尼材料采用天然橡胶。
从图5b中可看出，两种结构对于较高频率振动的损耗因子相差不大，这是由于受到实际结构尺寸的限制，阻尼层的厚度尺寸较小所致。
为降低成本，采用3分离段、单阻尼层结构。
经采用上述阻尼减振降噪措施后的大型拖拉机，在其驾驶室内测噪声值，由未采取措施前的100 dB(A)下降至82 dB(A)；驾驶座处地板的振动降低了约17 dB(在振动波为1 700 m/s的岩石上剥离作业)，符合《ISO 2613—1978》的标准。
4 结论
(1) 经对阻尼结构几何参数的研究，掌握了其特性及对阻尼减振降噪结构性能的影响。
(2) 应用时必须对实际结构件的功能及贡献进行综合分析，以获得最佳效果。
收稿日期： 19970805
* 机械部教育司基金项目，山西省自然科学基金资助项目
孙大刚太原重型机械学院工程机械系博士副教授， 030024 太原市
诸文农吉林工业大学工程机械系教授博士导师， 130025 长春市马卫东彭浦机器厂副总工程师高级工程师， 200072 上海市
杨光大同市建筑机械厂厂长工程师， 037005 大同市
参考文献
1 戴德沛. 阻尼减振降噪技术. 西安: 西安交通大学出版社, 1986.
2 孙大刚. 大型履带式推土机橡胶减振器开发研究: ［博士学位论文］. 长春: 吉林工业大学, 1996.
3Ruzicka J E. Damping of structural composites with viscoelastic shear-damping mechanisms. USA: NASA CR-742, 1967. 28～30
CHARACTERISTIC ANALYSES OF GEOMETRICAL
PARAMETERS FOR THE DAMPING STRUCTURES OF
VIBRATION-NOISE CONTROLS
Sun Dagang
(Taiyuan Heavy Machinery Institute)
Ma Weidong
(Pengpu Machine Building Plant)
Zhu Wennong
(Jilin University of Technology)
Yang Guang
(Datong Construction Machine Plant)
Abstract
The characteristics of geometrical parameters are analyzed in a model of damping strucures for vibration-noise controls, and their effects upon the structural loss factor are studied. Researches on the differences of geometrical parameters between non-separate and separate damping structures are made. Finally, practical units are successfully applied to undercarriages of heavy duty crawler-type tractors, and the analyses of their experimental properties also are carried out.
Key words Damping, Vibration attenuation, Noise reduction, Geometrical parameter, Analysis。