影响约束阻尼结构阻尼性能的因素吕平;高金岗;李晶;伯忠维【摘要】采用自由梁振动法，研究阻尼层厚度、约束层材料及环境温度等三个变量，对约束阻尼结构阻尼性能的影响。
结果表明：阻尼层厚度在1 mm～4 mm 范围内，约束阻尼结构的阻尼性能随阻尼层厚度的增加而降低；约束层材料分别为钢板、大理石板、砂浆板时，约束阻尼结构的阻尼性能不同；低温、高温环境均使约束阻尼结构阻尼值变小；常温环境下，约束阻尼结构的阻尼值较大，复合损耗因子超过了0.154。
%Influence of the thickness of the damping layer, material of the constraint layer and the environment temperature on the damping performance of constraint damping structures is studied using the free bridge method. The results show that the damping effect of the constraint damping structure decreases with the increasing of the thickness of the damping layer in the range of 1 mm-4 mm of the damping layer thickness. Damping performance of the constraint damping structure is quite different for different constraint layer materials, such as steel plate, marble slab and mortar plate. Low temperature or high temperature environment can also deteriorate the damping performance of the constraint damping structure. The damping performance of the structure is good at the room temperature, and its hybrid loss factor can exceed 0.154.【期刊名称】《噪声与振动控制》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】5页(P234-238)【关键词】振动与波;约束阻尼结构;减震降噪;复合损耗因子;振动极值【作者】吕平;高金岗;李晶;伯忠维【作者单位】青岛理工大学土木工程学院，山东青岛 266033;青岛理工大学土木工程学院，山东青岛 266033;青岛理工大学土木工程学院，山东青岛 266033;青岛理工大学土木工程学院，山东青岛 266033【正文语种】中文【中图分类】O328;TB123复合阻尼结构的包括自由阻尼结构和约束阻尼结构两种结构形式[1，2]。
阻尼层材料附着在基层材料上，一起组成自由阻尼结构形式。
当基层受力发生形变时，阻尼层会随着基层一起产生应中，体系的拉—压形变起主导作用；在自由阻尼结构中，体系的拉—压形变起主导作用；在自由阻尼结构阻尼层上附加一层约束层材料就构成约束阻尼结构。
当体系受力产生形变时，由于基层—阻尼层和阻尼层—约束层之间受力状况的差异，导致阻尼层上下表面产生不同的应力应变，从而阻尼层发生剪切变形，与此同时阻尼层也会发生拉—压变形，从而耗散更多的能量[3，4]。
所以，与自由阻尼结构相比，约束阻尼结构具有更好的阻尼性能，在工程结构中也有更广泛的应用。
约束阻尼结构的阻尼性能受很多因素的影响[5]。
本文为了进一步研究约束阻尼结构的阻尼性能，设置阻尼层厚度、约束层材料和环境温度等三个变量，通过自由梁振动法测试约束阻尼结构的复合损耗因子和振动极值，以此表征约束阻尼结构的阻尼性能，探讨阻尼性能的变化规律。
1.1 实验材料及设备Qtech 413阻尼材料（弹性模量：0.896×102Mpa，图1为该材料的DMA图），青岛沙木国际贸易有限公司提供、大理石板（尺寸：400 mm×150 mm×12 mm，弹性模量：0.55×105Mpa）、钢板（尺寸：400 mm ×150 mm×5 mm，弹性模量：2.1×105Mpa）、砂浆板（尺寸：400 mm×150 mm×12 mm，弹性模量：0.14× 105Mpa～0.23×105Mpa）、INV 9824振动测量仪，北京东方所、DASP 系列分析软件系统，北京东方所、恒温箱DHG-9145 A型、鼓风干燥箱KH-45 A 型、游标卡尺Guanglu。
1.2 试样的制备约束层刚度大，则基层和约束层的相对变形较小，阻尼层变形较大，产生更大的应变差，耗散更多能量，增强减振效果。
故选取实际工程用大理石板、砂浆板和钢板3种刚度较大的材料作为基层或约束层，Qtech 413阻尼材料为阻尼层，制备不同形式的约束阻尼结构试样若干，在规定条件下养护7天，待测。
试样编号及结构形式如表1和表2所示。
1.3 试样的测试利用INV 9824振动测量仪，在瞬间激励为400 N、采样频率为1 500 Hz、长度为3 k和重叠系数为7/8、线性全程分析、分析点数为1 024的频谱分析参数的条件下，300 Hz～3 000 Hz的频率范围内，通过自由梁振动法对约束阻尼结构进行测试。
用相应的DASP系列软件系统对实验结果进行阻尼性能分析，得到1阶复合损耗因子和振动极值，进而评价材料的减震降噪效果。
图2所示为软件分析得到复合损耗因子和振动极值的示例过程。
（重复上述测试以消除无关因素影响）。
2.1 阻尼层厚度的影响2.1.1 复合损耗因子在常温下，采样频率为1 500 Hz时，对a、b、c三种类型的约束阻尼结构在不同阻尼层厚度下进行振动测试。
（厚度从1 mm增加至4 mm，系统频率只有不到2 Hz的变化，结构固有频率约360 Hz，对结构的测试结果几乎不产生影响）结果如表3所示。
由表3可知，a、b、c三种约束阻尼结构，随着阻尼层厚度增加，复合损耗因子降低。
阻尼层厚度从1 mm逐渐增加至4 mm时，结构a的复合损耗因子下降15.2%，结构b的复合损耗因子下降12.6%，结构c的复合损耗因子下降16.6%。
这是因为Qtech 413阻尼材料本身的模量较小，材料比较软，当Qtech 413阻尼材料厚度较小时，受到外力作用时发生的剪切变形较大，阻尼能力较强，复合损耗因子较大。
即阻尼层厚度较小时复合损耗因子较大[6，7]。
此外，对于结构b，当阻尼层厚度为3 mm时，复合损耗因子为0.135 2，当阻尼层厚度为4 mm时，复合损耗因子反而升高到0.135 6。
不过，两者相差很小，这可以认为此时阻尼层厚度的变化对结构的复合损耗因子不产生影响。
由表3还可以看出，相同阻尼层厚度时，3种结构的复合损耗因子为a＜b＜c。
图3为无阻尼和有阻尼下的结构响应比较。
2.1.2 振动极值在常温下，采样频率为1 500 Hz时，a、b、c三种约束阻尼结构的振动极值随阻尼层厚度变化的测试结果如表4所示。
从表4可知，阻尼层厚度为1 mm、2 mm、3 mm、4 mm时，结构a的振动极值从57.54 dB增加至68.30 dB，上升18.7%；结构b的振动极值从56.65 dB增加至67.52 dB，上升19.2%；结构c的振动极值从54.52 dB增加至65.81 dB，上升20.7%。
由此可见，约束阻尼结构的振动极值随着阻尼层厚度的增加而增加。
这是因为Qtech 413阻尼材料本身的模量较小，材料比较软，材料厚度较小时，在受到外力作用时发生的剪切变形较大，阻尼能力较强，振动极值较小。
即阻尼层厚度较小时振动极值较小。
从表4还可以看出，相同阻尼层厚度时，3种结构的振动极值为a＞b＞c。
图4为阻尼层厚度为1 mm、2 mm、3 mm、4 mm时，在100 Hz～3 000 Hz频率范围内结构a的振动极值随频率的变化关系图。
由图4可知，结构的振动极值随着阻尼层厚度的增加而减小。
当阻尼层厚度为1 mm时，约束阻尼结构的振动极值较小，如1 500 Hz时，1 mm、2 mm、3 mm、4 mm所对应的振动极值依次为57.54 dB、60.53 dB、65.30 dB、68.30 dB。
所以，当阻尼层厚度为1 mm时，约束阻尼结构的阻尼性能较好。
2.2 约束层材料的影响2.2.1 复合损耗因子在常温下，采样频率为1 500 Hz，阻尼层厚度为1 mm时，不同约束层材料的约束阻尼结构复合损耗因子的测试结果如表5所示。
从表5可以看出，在结构I中，约束层为钢板和大理石板时，复合损耗因子分别为0.153 6、0.154 0，是相应砂浆板的99.35%和99.61%；在结构II中，约束层为钢板和大理石板时，复合损耗因子分别为0.154 2、0.154 7，是相应砂浆板的96.86%和97.17%。
可见，约束层为钢板和大理石板时，约束阻尼结构的复合损耗因子均低于砂浆板。
基材相同时，约束层材料本身的模量越大，结构的复合损耗因子越大[8]。
但是，对于I、II两种结构，约束层材料为钢板、大理石板和砂浆板时，复合损耗因子却是依次升高的。
这可能是因为砂浆板本身的复合损耗因子大于钢板和大理石板。
2.2.2 振动极值在常温下，采样频率为1 500 Hz，阻尼层厚度为1 mm时，I、II型约束阻尼结构的振动极值随约束层材料不同而变化的测试结果如表6所示。
从表6可以看出，当约束层材料为钢板、大理石板、砂浆板时，I、II型约束阻尼结构的振动极值分别为58.55 dB、57.54 dB、56.64 dB和57.92 dB、56.65dB、54.52 dB。
对于3种约束层材料，振动极值依次减小。
这可能是因为砂浆板本身的阻尼性能优于钢板和大理石板。
图5为结构I的振动极值随着频率的变化关系图。
从图5可以看出，在300 Hz～900 Hz的频率范围内，约束阻尼结构的振动极值随频率的增加而增加，分别从62.55 dB上升至69.05 dB，从51.54 dB上升至65.04 dB，从54.64 dB上升至62.64 dB；在900 Hz～3 000 Hz的频率范围内，约束阻尼结构的振动极值随频率的增加而减小，分别从69.05 dB减小至51.55 dB，从65.04 dB减小至44.54 dB，从62.64 dB减小至56.64 dB。