材料弹性与阻尼性能课件
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新型材料—形状记忆合金阻尼器SMA的减振技术和工程应用PPT课件
B点以前的变形是由母 相的弹性变形引起的；
从B点到C点的应变增 量是由于应力诱发的马 氏体相变所致；
第12页/共38页
在C点，试样中的奥 氏体几乎已经全部转 变为马氏体单晶，所 以从C点到D点的变形 原则上是由马氏体相 的弹性变形所引起的；
图3 简化的SMA超弹性本构关系
卸载时，试样受到的应变首先是弹性恢复到E点，然后 再通过马氏体逆相变恢复到A点附近，最后通过母相的 弹性应变恢复为零。
相变超弹性效应只能在Af以上的某一温度范围内
出现因此应用该效应时对环境温度或材料的温度 有一定的要求。
目前，相变伪弹性效应在土木工程领域中的应 用研究主要表现为：
(1)将常温下为奥氏体状态的形状记忆合金与隔震 装置相结合；
(2)将常温下为奥氏体状态的形状记忆合金制成各 种耗能器 ；
第15页/共38页
• Higashino等研制了预拉伸丝超弹性形状记忆 合金(SMA)阻尼器，制作了四个参数各不相同的 这种形状记忆合金(SMA)阻尼器，并从加载频率、 温度等方面进行了性能试验；
•李惠和毛晨曦研制了拉伸型形状记忆合金(SMA) 阻尼器；
•王社良等提出了利用形状记忆合金(SMA)独特的 超弹性性能被动控制建筑结构地震响应的力学分 析和计算模型，并进行了试验研究。
第13页/共38页
•实际上，形状记忆合金(SMA)的相变伪弹性效 应与形状记忆效应在本质上是同一个现象，区别 仅仅在于相变伪弹性是在应力解除时产生的马氏 体逆相变使材料恢复到母相状态。 •因此，能够产生热弹性马氏体相变的大部分合 金事实上都具有形状记忆效应和相变伪弹性性能。
从B点到C点的应变增 量是由于应力诱发的马 氏体相变所致；
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在C点，试样中的奥 氏体几乎已经全部转 变为马氏体单晶，所 以从C点到D点的变形 原则上是由马氏体相 的弹性变形所引起的；
图3 简化的SMA超弹性本构关系
卸载时，试样受到的应变首先是弹性恢复到E点，然后 再通过马氏体逆相变恢复到A点附近，最后通过母相的 弹性应变恢复为零。
相变超弹性效应只能在Af以上的某一温度范围内
出现因此应用该效应时对环境温度或材料的温度 有一定的要求。
目前，相变伪弹性效应在土木工程领域中的应 用研究主要表现为：
(1)将常温下为奥氏体状态的形状记忆合金与隔震 装置相结合；
(2)将常温下为奥氏体状态的形状记忆合金制成各 种耗能器 ；
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• Higashino等研制了预拉伸丝超弹性形状记忆 合金(SMA)阻尼器，制作了四个参数各不相同的 这种形状记忆合金(SMA)阻尼器，并从加载频率、 温度等方面进行了性能试验；
•李惠和毛晨曦研制了拉伸型形状记忆合金(SMA) 阻尼器；
•王社良等提出了利用形状记忆合金(SMA)独特的 超弹性性能被动控制建筑结构地震响应的力学分 析和计算模型，并进行了试验研究。
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•实际上，形状记忆合金(SMA)的相变伪弹性效 应与形状记忆效应在本质上是同一个现象，区别 仅仅在于相变伪弹性是在应力解除时产生的马氏 体逆相变使材料恢复到母相状态。 •因此，能够产生热弹性马氏体相变的大部分合 金事实上都具有形状记忆效应和相变伪弹性性能。
阻尼性能-材料物性
材料的阻尼性能（内耗）
一．内耗的概念
大家都有这样的经验，振动的固体会逐渐静止下来。如我们用一个铜丝吊一个圆盘使其扭动，即使与外界完全隔绝，在真空环境下也会停止下来。这说明使振动得以停止的原因来自物体内部，物质不同会有不同的的表现，如改用细铅丝悬挂，振动会较快停下来。
我们把“机械振动能量由于内部的某种物理过程而引起的能量耗损称为内耗”能量损耗的大小对应着内耗损耗的大小，上面铅丝的内耗就比铜丝大（损耗大，衰减快，停得快）。对于高频振动（兆赫芝以上），这种能量损耗又称超声衰减。在工程领域又称内耗为阻尼。在日常生活中，内耗现象相当普遍。例如，古代保留下来的一些大钟，制造水平很高，敲击后余音不绝，这反映铸钟用的合金材料的内耗很低。不过一旦钟出现裂纹，其声音便会很快停止下来，表明内耗已大为增加。又如，人的脊椎骨的内耗很大，这样人走动时脚下的剧烈振动才不会传到人的大脑，而引起脑震荡。在社会生活中，则常借用内耗概念来比喻一个单位内部因相互不配合使工作效率下降的现象。
关于内耗的研究主要集中在两个方面，一是寻求适合工程应用的有特殊阻尼本领的材料（通常用在两头。内耗极小的材料，如制备钟表游丝，晶场显微镜的探针材料；内耗很大的材料，如隔音材料，潜艇的螺旋桨及风机）。二是内耗的物理研究，由于内耗对固体中缺陷的运动及结构的变化敏感（上面大钟内的微裂纹），因此，常利用内耗来研究材料中各种缺陷的弛豫及产生相变的机制。
缺陷有点缺陷（零维）：杂质原子替代原子空位
缺陷有线缺陷：位错
缺陷有面缺陷：晶界、相界、
缺陷有体缺陷：空洞
阻尼功能复合材料PPT课件
7
阻尼功能复合材料
2.用高阻尼增强物 因为纤维的弹性模量通常远大于基体和复合材 料的弹性模量应变能主要集中在纤维上，所以纤维对复合材料 阻尼性能的贡献是主要的，采用石墨颗粒作为高阻尼增强物的 作用，是与铸铁中石墨片变形洗手振动能量的作用一样，把片 状石墨加到Al或其他金属基体形成的金属基复合材料中可大大 提高阻尼性能。例如用SiC颗粒和石墨颗粒混杂的方法可以制 备刚度和阻尼俱佳的复合材料。此类混杂复合材料的阻尼由石 墨颗粒贡献，刚度主要由SiC颗粒贡献。
复合材料具有单一材料所没有的综合特性，如高比强度， 高比刚度等。在工程应用中若要获得优良阻尼效果，材料 阻尼层不但要有高损耗因子，还要有高弹性模量。模量越 大，阻尼效果越好。然而随着材料阻尼的增加，其刚度总 会下降。所以要求高刚度，高阻尼的综合性能，复合材料 是最佳选择。阻尼功能复合材料主要有聚合物基和金属基 阻尼复合材料。
9
阻尼功能复合材料
8.2.2聚合物基阻尼功能复合材料的阻尼性能
10
阻尼功能复合材料
图8-1（a）示出两种聚合物基复合材料，即尼龙 纤维增强氯丁橡胶(CR)和聚酯纤维（PET）增强 氯丁橡胶复合材料内耗（tanδ）与温度的关系， 图8-1（b）示出原材料的tanδ与温度的关系。 复合材料的阻尼行动为（内耗）系由基体的贡献 和相间界面的贡献构成。一般情况下增强体贡献 很小，可以忽略。
11
阻尼功能复合材料
2.用高阻尼增强物 因为纤维的弹性模量通常远大于基体和复合材 料的弹性模量应变能主要集中在纤维上，所以纤维对复合材料 阻尼性能的贡献是主要的，采用石墨颗粒作为高阻尼增强物的 作用，是与铸铁中石墨片变形洗手振动能量的作用一样，把片 状石墨加到Al或其他金属基体形成的金属基复合材料中可大大 提高阻尼性能。例如用SiC颗粒和石墨颗粒混杂的方法可以制 备刚度和阻尼俱佳的复合材料。此类混杂复合材料的阻尼由石 墨颗粒贡献，刚度主要由SiC颗粒贡献。
复合材料具有单一材料所没有的综合特性，如高比强度， 高比刚度等。在工程应用中若要获得优良阻尼效果，材料 阻尼层不但要有高损耗因子，还要有高弹性模量。模量越 大，阻尼效果越好。然而随着材料阻尼的增加，其刚度总 会下降。所以要求高刚度，高阻尼的综合性能，复合材料 是最佳选择。阻尼功能复合材料主要有聚合物基和金属基 阻尼复合材料。
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阻尼功能复合材料
8.2.2聚合物基阻尼功能复合材料的阻尼性能
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阻尼功能复合材料
图8-1（a）示出两种聚合物基复合材料，即尼龙 纤维增强氯丁橡胶(CR)和聚酯纤维（PET）增强 氯丁橡胶复合材料内耗（tanδ）与温度的关系， 图8-1（b）示出原材料的tanδ与温度的关系。 复合材料的阻尼行动为（内耗）系由基体的贡献 和相间界面的贡献构成。一般情况下增强体贡献 很小，可以忽略。
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材料弹性与阻尼性能
y
2 x
-
ux y
)
0
1
( uy
uz
)
2 z y
1
( uz
-
ux
)
1 (uz - uy )
0
2 x z 2 y z
相对位移∑wijdxj使介质内相邻两点间的距离和夹角保持不 变，张量w称为转动张量；相对位移∑eijdxj则使体元的形 状与大小均发生变化，对称张量e称为应变张量，i =j的分
AB屈服变形
BC塑性变形区：应力应变
间不一定满足正比关系，
sp—比例极限；ss—屈服强度； sb —抗拉强度；
其特征系数远小于E，外力 释放之后，恢复不到初始 材料的长度
8.1.1 弹性参量
1. 应力
ˆ dF o nˆ
dS
应力——作用于物体内单位面积上的弹性力。平衡状态的
任意形状的介质内任一点处的应力矢量T 定义为
x y z
x
y
z
x y z
形变张量b是非对称的，分解为对称张量和非对称张量
之和，即bij=eij+wij
其中
eij
1 ( ui 2 x j
u j xi
)
e
ji
wij
高分子阻尼材料 ppt课件
智能型阻尼材料 有机杂化阻尼材料
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
高分子材料阻尼机理
当金属板壳被涂上高阻尼材料后，受激产 生振动时，阻尼层也随之振动，一弯一折 使阻尼层时而被压缩，时而被拉伸，从而 使金属板和阻尼层之间、阻尼层内部分子 之间不断发生相对位移，由于其摩擦阻力 很大，便使振动能量不断转化为热能而被 消耗；同时阻尼层的刚度总是力图阻止板 面的弯曲振动，从而降低了金属板的噪声 辐射，这就是阻尼减振的原理。
共混，共聚，IPN方法
阻尼赋予剂 压电陶瓷 稀土永磁
3
常见高分子 阻尼材料
阻尼赋予剂 阻尼复合材料
DZ
对于PE/AO80复合材料，阻尼因子达到了4
可逆氢键作用：受到外 界振动时，小分子与聚 合物间某些氢键断裂或 减弱，同时生成新的氢 键，这个过程将动能转 变为热能，从而产生阻 尼效应。
压电陶瓷/高分子阻尼复合材料
2
在某一材料上附加新的材料形成新的 结构，增大体系的阻尼性能
依靠材料自身的阻尼性能，如高分子材 3 料...
背景
问题的提出
解决的方法
2
阻尼材料
阻尼材料的分类
阻尼材料是一种能吸收振动机械能并将其转 化为热能，电能，磁能或其他形式的能量而损耗 掉的一种功能材料。
粘弹性阻尼材料 高阻尼合金 复合阻尼材料
•
压电效应：如果在某些晶体的特定方向上施加压力或 拉力，其对应表面上将分别出现正负束缚电荷，其电 荷密度与应力大小成比例
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
高分子材料阻尼机理
当金属板壳被涂上高阻尼材料后，受激产 生振动时，阻尼层也随之振动，一弯一折 使阻尼层时而被压缩，时而被拉伸，从而 使金属板和阻尼层之间、阻尼层内部分子 之间不断发生相对位移，由于其摩擦阻力 很大，便使振动能量不断转化为热能而被 消耗；同时阻尼层的刚度总是力图阻止板 面的弯曲振动，从而降低了金属板的噪声 辐射，这就是阻尼减振的原理。
共混，共聚，IPN方法
阻尼赋予剂 压电陶瓷 稀土永磁
3
常见高分子 阻尼材料
阻尼赋予剂 阻尼复合材料
DZ
对于PE/AO80复合材料，阻尼因子达到了4
可逆氢键作用：受到外 界振动时，小分子与聚 合物间某些氢键断裂或 减弱，同时生成新的氢 键，这个过程将动能转 变为热能，从而产生阻 尼效应。
压电陶瓷/高分子阻尼复合材料
2
在某一材料上附加新的材料形成新的 结构，增大体系的阻尼性能
依靠材料自身的阻尼性能，如高分子材 3 料...
背景
问题的提出
解决的方法
2
阻尼材料
阻尼材料的分类
阻尼材料是一种能吸收振动机械能并将其转 化为热能，电能，磁能或其他形式的能量而损耗 掉的一种功能材料。
粘弹性阻尼材料 高阻尼合金 复合阻尼材料
•
压电效应：如果在某些晶体的特定方向上施加压力或 拉力，其对应表面上将分别出现正负束缚电荷，其电 荷密度与应力大小成比例
《隔振与阻尼》课件
液体阻尼器
液体阻尼器利用液体 的黏滞性和流动阻力 来减小机械系统的振 幅。
液态晶体阻尼 器
液态晶体阻尼器通过 液态晶体的吸收和分 散能量减少机械系统 的振动。
粘弹性阻尼器
粘弹性阻尼器利用材 料的粘弹性质来消耗 振动能量。
应用实例
1 桥梁隔振
隔振技术在桥梁工程中有着广泛的应用，可 以减少振动对桥梁的损害。
《隔振与阻尼》PPT课件
隔振与阻尼是实现机械系统稳定性和舒适性的重要技术，本课件将介绍其概 念、作用和应用，并提供丰富的示例和实用建议。
简介
隔振和阻尼是用于减少机械系统振动的重要技术。我们将探讨它们的定义、 作用以及在各种领域中的应用。
隔振
自然频率
机械系统的固有频率是设计隔振方案时的关键参数。
阻尼比
阻尼比决定了系统振幅的衰减程度，影响着隔振效果的好坏。
动态刚度
隔振系统的动态刚度是控制振动幅值的重要因素。
隔振材料
弹簧隔振器
弹簧隔振器是常用的机械隔振装置，通过弹簧的弹 性变形减少振动传递。
导轨隔振器
导轨隔振器采用导轨的减震特性实现振动的隔离。
液体隔振器
液体隔振器通过液体的黏滞性和浸泡特性减少振动 的传递。
压缩气体隔振器
压缩气体隔振器利用气体的可压缩性来吸收和减小 振动能量。
阻尼
1
介绍阻尼
阻尼复合材料ppt
铁磁性型，磁-机械 滞后而消耗振动能 量位错型，振动引 起的位错运动而消 耗能量孪晶型，热 弹型马氏体孪晶结 构的移动。
阻尼复合材料-界面
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 复合材料的性能。而增强体与基体的结合面恰恰就是复 合材料阻尼机制的来源。 界面阻尼是复合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 阻尼在复合材料中起到微观阻尼的作用,从而增大了复合 材料的阻尼性能。
基体
增强体
阻尼复合材料大致可分为
粘弹性阻尼材料
高阻尼合金材料
复合阻尼材料 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
阻 尼 在机械工业中，采用阻尼材料可以 材 最大限度地降低机械噪声和减轻机械 振动，使其平稳、安静地运转、提高 料 工作效率、延长设备的使用寿命； 的 在兵器工业中，坦克传动部分的振 动是一个复杂振动，频率范围较宽， 应 大大减轻了主战坦克传动部分产生 的振动和噪声； 用
制作人：李亚平 演讲人：杨娇
在汽车工业中，阻尼材料的使用增 强了汽车的密闭性，降低振动，减 少噪音，提高了轿车的舒适性；
在建筑工程中，可以降低风 振带来的危害，使建筑物的 固有周期与地震周期发生偏 移
第七章 材料弹性性能
τ σ反映了恒应力作用下蠕变变过程的速
7.4 材料滞弹性及内耗
1 粘弹性及滞弹性 粘弹性及滞弹性:
(1)滞弹性： (1)滞弹性： 滞弹性 理想弹性体受应力作用后立即产生应变，与时间无关； 理想弹性体受应力作用后立即产生应变，与时间无关； 应力撤除， 应力撤除，应变立即消失 实际固体材料的应变产生与消除需要时间。 实际固体材料的应变产生与消除需要时间。
N 阿佛加德罗常数 A 相对质量 ρ密度 密度 C 弹性波的速度
与熔点： 3. 与熔点：
材料熔点高低反映其原子间结合力的大小。 材料熔点高低反映其原子间结合力的大小。 300K以下时有： 以下时有： 以下时有
Va: 原子体积 Tm: 熔点
7.3 弹性模量的影响因素
1. 温度：
1） 温度升高，原子间距增大，相互作用力减小，E降低 较高的温度下：
7.7 材料滞弹性及内耗
1 粘弹性及滞弹性 粘弹性及滞弹性:
(1) 粘性 粘性:
dε σ =η dt
η为粘度 为粘度
(2) 材料在小应力作用下表现出粘性和弹性为粘弹性 与时间有关的弹性为滞弹性. 对比:与时间有关的弹性为滞弹性 对比 与时间有关的弹性为滞弹性
2 滞弹性 滞弹性:
σ + σ τ ε = M R (ε + τ σ ε )
3. 内耗
定义：由于固体内部原因而使机械能消耗的现象为内耗或阻尼 定义： 样品的内耗Q 定义为： 样品的内耗 -1定义为：
材料力学性能09_弹性变形
材料在外力作用下发生变形，当外力除去后，变形也随之消失，这种变 形即为弹性变形。
任何材料在外力作用下，开始总会有弹性变形，而且大多数材料在正常服役 条件下也都处于弹性状态。因此材料的弹性变形是材料最基本的力学性能。
材料的弹性变形一般是原子系统在外力作用下离开平衡位置达到新的平衡状 态的过程，所以了解弹性变形的规律有必要从原子模型入手。
材料的塑性性能指材料不可恢复的永久变形性能。塑性变形的微观机制主要是滑移。 对于实际材料，塑性变形一般伴随着形变强化。
材料的断裂是材料承载的极限结局。由于实际材料中不可避免的缺陷，材料的实际断 裂强度远低于理论断裂强度。断裂力学的分析基于裂纹理论对此作出了解释，采用断 裂韧度来刻画材料抵抗断裂的能力。
2020/7/9
6/34
弹性变形的物理机制
在拉力或压力作用下，原子间的作用力 将发生变化，原子间距亦将随之变化，达到 新的平衡，于是在宏观上表现出一定的变形， 当拉力或压力除去后，由于原子间吸引力或 排斥力的作用，将使原子回复到原先的平衡 位置，宏观变形也因而消失。此即弹性变形 的物理本质。
材料因内部原子偏离平衡位置所产生的内力 便是弹性力。若材料内部原子间的弹性力不为 零，则材料内的弹性势能升高 。
弹性模量
杨氏弹性模量E反映了材料抵抗正应变的能力，可由材料 的静态拉伸或压缩试验测定，在单向受力状态下有：
剪切弹性模量G反映了材料抵抗切应变的能力，可由材 料的静态扭转试验测定，在纯剪受力状态下有：
任何材料在外力作用下，开始总会有弹性变形，而且大多数材料在正常服役 条件下也都处于弹性状态。因此材料的弹性变形是材料最基本的力学性能。
材料的弹性变形一般是原子系统在外力作用下离开平衡位置达到新的平衡状 态的过程，所以了解弹性变形的规律有必要从原子模型入手。
材料的塑性性能指材料不可恢复的永久变形性能。塑性变形的微观机制主要是滑移。 对于实际材料，塑性变形一般伴随着形变强化。
材料的断裂是材料承载的极限结局。由于实际材料中不可避免的缺陷，材料的实际断 裂强度远低于理论断裂强度。断裂力学的分析基于裂纹理论对此作出了解释，采用断 裂韧度来刻画材料抵抗断裂的能力。
2020/7/9
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弹性变形的物理机制
在拉力或压力作用下，原子间的作用力 将发生变化，原子间距亦将随之变化，达到 新的平衡，于是在宏观上表现出一定的变形， 当拉力或压力除去后，由于原子间吸引力或 排斥力的作用，将使原子回复到原先的平衡 位置，宏观变形也因而消失。此即弹性变形 的物理本质。
材料因内部原子偏离平衡位置所产生的内力 便是弹性力。若材料内部原子间的弹性力不为 零，则材料内的弹性势能升高 。
弹性模量
杨氏弹性模量E反映了材料抵抗正应变的能力，可由材料 的静态拉伸或压缩试验测定，在单向受力状态下有：
剪切弹性模量G反映了材料抵抗切应变的能力，可由材 料的静态扭转试验测定，在纯剪受力状态下有：
阻尼功能复合材料课件
阻尼功能复合材料
• 8.2.3金属与聚合物叠层阻尼功能复合材料 根据阻尼消振动原理，具有夹芯阻尼层结构的阻尼 性能优于单一材料结构的阻尼性能，在VIRALL 叠层板中，环氧树脂有很高的振动衰减损耗因子 ，对维尼纶纤维/环氧树脂层（VFRE）的阻尼贡 献较大。同时因维尼纶本身的黏弹性，使VFRE 层具有较高的阻尼性能。另外，铝合金板与 VFRE层复合，使VIRALL层板的振动能向热能 的转换途径增多，如VFRE层的黏弹性行为，纤 维与树脂的界面内摩擦，VFRE层与Al层的界面 作用，材料的非均匀性引起的应力变化等等。
阻尼功能复合材料
阻尼功能复合材料
• 在两层钢板之间夹有高聚物阻尼材料制得的层压 复合钢板，包括对称型和非对称型两种
阻尼功能复合材料
阻尼功能复合材料
这种复合钢板具有很好的减震降噪性能，可用于制造汽车 发动机油底壳，发动机盖，齿轮盖，曲轴箱壳，摇臂套， 泵托架等零件，也可以用于制造电机外壳，变压器壳，扬 声器框架，机械设备和仪器外壳等另加，充分发挥其减震 降噪的功能能够。在建材领域，则用钢板被用来制造体育 馆的地板和屋顶，可以明显减弱雨点打击产生的噪声。也 可用于制造普通楼房的门，车库卷帘门及外楼梯等。在家 电领域可用于制造洗衣机，空调等，以达到减震降噪的目 的。
（一） 操 作 方 法 阻尼功能复合材料的发展
1.复合材料的阻尼性能 2.阻尼功能复合材料的应用实例
《隔振与阻尼》课件
效果评价
隔振效果的评价主要关注 振动传递率，而阻尼效果 的评价则关注能量耗散率 。
04
隔振技术案例分析
案例一：弹簧隔振器
总结词
弹簧隔振器是一种常见的隔振器类型，具有较好的隔振效果和稳定性。
详细描述
弹簧隔振器通常由弹簧和阻尼器组成，通过弹簧的弹性变形来吸收振动能量，并由阻尼器将振 动能量转化为热能释放。这种隔振器适用于各种设备和设施的减振，尤其适用于低频振动和重 负载的情况。
案例二：橡胶隔振器
总结词
橡胶隔振器具有良好的弹性和阻尼性能，能够有效地隔离振 动和冲击。
详细描述
橡胶隔振器通常由橡胶材料和金属框架组成，通过橡胶的弹 性和阻尼作用来吸收和隔离振动能量。这种隔振器适用于各 种设备和设施的减振，尤其适用于中频振动的情况。
案例三：空气弹簧隔振器
总结词
空气弹簧隔振器具有较好的隔振效果和稳定性，能够有效地隔离高频振动和冲击 。
隔振原理
利用隔振装置的阻尼和刚度，将振动能量进行吸收和消 耗，从而达到减小或消除振动的目的。
隔振技术的分类
01
按隔振形式分类
主动隔振、被动隔振、半主动隔振和混合隔振。
02
按隔振装置分类
弹簧隔振器、橡胶隔振器、空气弹簧隔振器和复 合隔振器等。
隔振技术的应用场景
01 精密仪器和设备
如光学仪器、电子设备、医疗设备等，需要减小 或消除外界振动对设备性能的影响。
弹性阻尼材料
弹性阻尼材料
弹性阻尼材料是一种具有特殊结构和性能的材料，它能够在受到外部力作用时产生弹性变形，并且能够吸收和消散能量，从而起到减震、隔音、防护等作用。这种材料在工程领域中有着广泛的应用，下面我们将对其特点、分类和应用进行详细介绍。
首先，弹性阻尼材料具有优异的弹性特性，能够在外力作用下发生变形，并在去除外力后恢复原状。同时，它还具有良好的耗能性能，能够将外部作用力转化为内部能量，从而起到减震和防护的作用。此外，弹性阻尼材料还具有良好的耐磨损性能和耐腐蚀性能，能够在恶劣环境下长期稳定工作。
根据其结构和性能的不同，弹性阻尼材料可以分为多种类型。例如，金属弹性阻尼材料具有良好的弹性和塑性，能够在受到外力作用时产生弹性变形，并能够吸收和消散能量；橡胶弹性阻尼材料具有良好的弹性和柔韧性，能够有效地减震和隔音；聚合物弹性阻尼材料具有良好的耐磨损性能和耐腐蚀性能，能够在恶劣环境下长期稳定工作。
在工程领域中，弹性阻尼材料有着广泛的应用。例如，在建筑领域中，它可以用于减震和隔音，提高建筑物的抗震性能和舒适性；在交通领域中，它可以用于减震和防护，提高交通工具的安全性能和乘坐舒适性；在机械领域中，它可以用于减震和消振，提高机械设备的稳定性能和工作效率。
总之，弹性阻尼材料是一种具有特殊结构和性能的材料，它能够在受到外部力作用时产生弹性变形，并且能够吸收和消散能量，从而起到减震、隔音、防护等作用。它具有优异的弹性特性、良好的耗能性能、耐磨损性能和耐腐蚀性能。根据其结构和性能的不同，它可以分为多种类型，并在建筑、交通、机械等领域有着广泛的应用。希望本文能够对弹性阻尼材料有所了解，并为其应用提供一些参考。
高分子阻尼材料ppt课件
智能型阻尼材料 有机杂化阻尼材料
高分子材料阻尼机理
当金属板壳被涂上高阻尼材料后，受激产 生振动时，阻尼层也随之振动，一弯一折 使阻尼层时而被压缩，时而被拉伸，从而 使金属板和阻尼层之间、阻尼层内部分子 之间不断发生相对位移，由于其摩擦阻力 很大，便使振动能量不断转化为热能而被 消耗；同时阻尼层的刚度总是力图阻止板 面的弯曲振动，从而降低了金属板的噪声 辐射，这就是阻尼减振的原理。
高分子阻尼材料
高材1101
1
应用背景
来自百度文库
机械振动的危害
机械的疲劳断裂 机械设备稳定性和可靠
性被严重破坏，加速了机械结构的疲劳损坏， 缩短了器械的使用寿命。
噪音污染 各种机械设备的创造和使用，产
生噪声对人及周围环境造成不良影响，形成 了噪音污染。
背景
问题的提出
解决的方法
阻尼减震降噪方法
1 减震弹簧，冲击阻尼器...
压电效应：如果在某些晶体的特定方向上施加压力或 拉力，其对应表面上将分别出现正负束缚电荷，其电 荷密度与应力大小成比例
阻尼原理：当声波或振动能等传递到压电材料时，产 生的电能未消失，会再次转化为振动能，反复这种过 程，振动衰减会持续一段时间，选择适当的导电填料 ，在陶瓷周围形成电路，使振动迅速衰减，达到减振 目的
共混，共聚，IPN方法
阻尼赋予剂 压电陶瓷 稀土永磁
3
高分子材料阻尼机理
当金属板壳被涂上高阻尼材料后，受激产 生振动时，阻尼层也随之振动，一弯一折 使阻尼层时而被压缩，时而被拉伸，从而 使金属板和阻尼层之间、阻尼层内部分子 之间不断发生相对位移，由于其摩擦阻力 很大，便使振动能量不断转化为热能而被 消耗；同时阻尼层的刚度总是力图阻止板 面的弯曲振动，从而降低了金属板的噪声 辐射，这就是阻尼减振的原理。
高分子阻尼材料
高材1101
1
应用背景
来自百度文库
机械振动的危害
机械的疲劳断裂 机械设备稳定性和可靠
性被严重破坏，加速了机械结构的疲劳损坏， 缩短了器械的使用寿命。
噪音污染 各种机械设备的创造和使用，产
生噪声对人及周围环境造成不良影响，形成 了噪音污染。
背景
问题的提出
解决的方法
阻尼减震降噪方法
1 减震弹簧，冲击阻尼器...
压电效应：如果在某些晶体的特定方向上施加压力或 拉力，其对应表面上将分别出现正负束缚电荷，其电 荷密度与应力大小成比例
阻尼原理：当声波或振动能等传递到压电材料时，产 生的电能未消失，会再次转化为振动能，反复这种过 程，振动衰减会持续一段时间，选择适当的导电填料 ，在陶瓷周围形成电路，使振动迅速衰减，达到减振 目的
共混，共聚，IPN方法
阻尼赋予剂 压电陶瓷 稀土永磁
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阻尼性能及阻尼机理综述
阻尼性能及阻尼机理
前言
机械构件受到外界激励后将产生振动和噪声；宽频带随机激振引起结构的多共振峰响应，可以使电子器件失效，仪器仪表失灵，严重时甚至造成灾难性后果。目前，武器装备和飞行器的发展趋向高速化和大功率化，因而振动和噪声带来的问题尤为突出[1]。
振动也会影响机床的加工精度和表面粗糙度，加速结构的疲劳损坏和失效，缩短机器寿命；另外振动还可以造成桥梁共振断裂，产生噪声，造成环境污染[2]。
由此可见，减振降噪在工程结构、机械、建筑、汽车，特别是在航空航天和其他军事领域具有及其重要的意义。
阻尼技术是阻尼减振降噪技术的简称。通常把系统耗损振动能或声能的能力称为阻尼，阻尼越大，输入系统的能量则能在较短时间内耗损完毕。因而系统从受激振动到重新静止所经历的时间过程就越短，所以阻尼能力还可理解为系统受激后迅速恢复到受激前状态的一种能力。由于阻尼表现为能量的内耗吸收，因此阻尼材料与技术是控制结构共振和噪声的最有效的方法[1]。
研究阻尼的基本方法有三大类[1~3]：
（1）系统阻尼。就是在系统中设置专用阻尼减振器，如减振弹簧，冲击阻尼器，磁电涡流装置，可控晶体阻尼等。
（2）结构阻尼。在系统的某一振动结构上附加材料或形成附加结构，增大系统自身的阻尼能力，这类方法包括接合面、库伦摩擦阻尼、泵动阻尼和复合结构阻尼。
（3）材料阻尼。是依靠材料本身所具有的高阻尼特性达到减振降噪的目的。它包括粘弹性材料阻尼、阻尼合金和复合材料阻尼。
本文主要论述阻尼材料的表征方法，阻尼分类，阻尼测试方法，各种阻尼机理，高阻尼合金及其复合材料，高阻尼金属材料最新研究进展，高阻尼金属材料发展中存在的问题及发展方向，高阻尼金属的应用等内容。
《橡胶弹性》课件
密封件制造中的应用
总结词
密封件制造中，橡胶弹性是关键因素之 一，它影响着密封件的密封性能和使用 寿命。
VS
详细描述
密封件是许多设备和装置中的重要组成部 分，用于防止气体和液体的泄漏。在密封 件制造中，橡胶弹性是决定其密封性能和 使用寿命的关键因素之一。通过合理选择 和调配橡胶弹性，可以提高密封件的密封 性能和耐久性，从而延长其使用寿命。
松弛时间短的橡胶具有较好的动态性能，而松弛 时间长的橡胶则表现出较好的静态性能。
温度对橡胶的松弛时间有显著影响，随着温度的 升高，松弛时间会缩短。
橡胶的阻尼性能
01 阻尼性能是指橡胶材料在受到振动或冲击时吸收 能量的能力。
02 阻尼性能与橡胶的弹性模量、内摩擦和温度等因 素有关。
03 高阻尼性能的橡胶材料可以用于减震、隔音等领 域。
其他领域的应用
总结词
除了上述领域外，橡胶弹性还在许多其他领 域中得到广泛应用。
详细描述
橡胶弹性因其独特的物理性质和化学稳定性 而被广泛应用于许多领域，如建筑、医疗、 航空航天等。在这些领域中，橡胶弹性材料 可以发挥其优良的弹性和耐久性，为产品和 装置的性能和寿命提供重要保障。
05
橡胶弹性研究的未来展望
橡胶的应力-应变关系受到温度、应变率、老化等因素的影响。
橡胶的弹性模量
01
弹性模量是描述橡胶材料在受力时刚度的物理量， 表示橡胶抵抗变形的能力。
10第十讲-阻尼复合材料解析
回线的面积与加载频率无关，和振 幅有关
静滞后下的应力应变回线
ຫໍສະໝຸດ Baidu
阻尼共振型内耗：
k为弹性模量，β为粘滞系数，m为振动体的质量，λ= β/2m为阻尼 系数，固有频率ω0=(k/m)1/2
当材料施加应力后， 阻尼共振型固体的应 变随时间的变化与材 料的阻尼系数λ有关。
减振系数对共振曲线和自由衰减曲线的影响
✓增加体含量的影响
➢SiC本身阻尼性能极低，阻尼性 能的提升不是直接由碳化硅颗粒 供给 ➢SiC和铝基体的热膨胀系数相差 较大，增加铝中位错密度。 ➢颗粒增加，颗粒含量越多位错 数量约多，位错阻尼和界面阻尼 得到提高，阻尼性能越好。而纤 维含量过高时，阻尼性能会下降。
〔SiC〕p/LY12复合材料与LY12 铝合金的阻尼性能比较
➢晶间腐蚀型合金利用裂纹外表的相互滑动摩擦而减振。
阻尼复合材料
阻尼复合材料是指具有把振动能吸取并转化成其他形式的能量而消耗， 从而减小机械振动和降低噪声功能的一种复合材料。
阻尼原理：利用基体、填充体本身的阻尼特性以及界面摩擦阻尼进展 减振降噪。〔基体内耗、增加体内耗、界面内耗〕
➢基体内耗：聚合物基体具有内部摩擦的阻尼特性。链状大分子的链段 运动要抑制阻力，需要确定的时间，因此形变往往滞后于应力的变化， 与频率和温度有关。 ➢填充体内耗：阻尼复合材料中的填充体能起到增加材料的应变及损耗 能量的力气。 ➢片状填料能增加材料的内摩擦，颗粒状填料具有增加效应，限制分子 长链相互转换过程中的运动，从而增加能量的转化，增加阻尼。 ➢功能体本身具有阻尼功能。如压电粒子，利用压电粒子的压电效应， 实现机械能-电能-热能的转变。 ➢界面内耗：界面在外加应力的作用下发生相对的微滑移现象，从而消 耗振动能量。而对于金属基复合材料在高温下界面阻尼将成为金属基复 合材料的主要阻尼源。
静滞后下的应力应变回线
ຫໍສະໝຸດ Baidu
阻尼共振型内耗：
k为弹性模量，β为粘滞系数，m为振动体的质量，λ= β/2m为阻尼 系数，固有频率ω0=(k/m)1/2
当材料施加应力后， 阻尼共振型固体的应 变随时间的变化与材 料的阻尼系数λ有关。
减振系数对共振曲线和自由衰减曲线的影响
✓增加体含量的影响
➢SiC本身阻尼性能极低，阻尼性 能的提升不是直接由碳化硅颗粒 供给 ➢SiC和铝基体的热膨胀系数相差 较大，增加铝中位错密度。 ➢颗粒增加，颗粒含量越多位错 数量约多，位错阻尼和界面阻尼 得到提高，阻尼性能越好。而纤 维含量过高时，阻尼性能会下降。
〔SiC〕p/LY12复合材料与LY12 铝合金的阻尼性能比较
➢晶间腐蚀型合金利用裂纹外表的相互滑动摩擦而减振。
阻尼复合材料
阻尼复合材料是指具有把振动能吸取并转化成其他形式的能量而消耗， 从而减小机械振动和降低噪声功能的一种复合材料。
阻尼原理：利用基体、填充体本身的阻尼特性以及界面摩擦阻尼进展 减振降噪。〔基体内耗、增加体内耗、界面内耗〕
➢基体内耗：聚合物基体具有内部摩擦的阻尼特性。链状大分子的链段 运动要抑制阻力，需要确定的时间，因此形变往往滞后于应力的变化， 与频率和温度有关。 ➢填充体内耗：阻尼复合材料中的填充体能起到增加材料的应变及损耗 能量的力气。 ➢片状填料能增加材料的内摩擦，颗粒状填料具有增加效应，限制分子 长链相互转换过程中的运动，从而增加能量的转化，增加阻尼。 ➢功能体本身具有阻尼功能。如压电粒子，利用压电粒子的压电效应， 实现机械能-电能-热能的转变。 ➢界面内耗：界面在外加应力的作用下发生相对的微滑移现象，从而消 耗振动能量。而对于金属基复合材料在高温下界面阻尼将成为金属基复 合材料的主要阻尼源。
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应力T用分量形式表示为
Tx s xx i s yx j s zx k Ty s xy i s yy j s zy k Tz s xz i s yz j s zz k
sxy表示Ty的x分量，sij构成了应力张量s，i=j的是正应力 分量，i≠j是切应力分量 T=s×n
1 u x u y 1 u x u z ( ) ( ) 2 y x 2 z x 1 u y u z 0 ( ) 2 z y 1 u z u y ( ) 0 2 y z
相对位移∑wijdxj使介质内相邻两点间的距离和夹角保持不 变，张量w称为转动张量；相对位移∑eijdxj则使体元的形 状与大小均发生变化，对称张量e称为应变张量，i =j的分 量为正应变分量，i≠j的分量为切应变分量
0 1 u y u x wij ( ) 2 x y 1 u u ( z - x) 2 x z
1 ux u y 1 ux uz ( + ) ( ) 2 y x 2 z x u y 1 u y uz ( ) y 2 z y 1 uz u y uz ( + ) 2 y z z
形变张量b是非对称的，分解为对称张量和非对称张量 之和，即bij=eij+wij u u u 其中
1 ui u j eij ( ) e ji 2 x j xi u 1 ui wij ( j ) w ji 2 x j xi
ˆ
8.1.1 弹性参量
1. 应力
o
dF
ˆ n dS
应力——作用于物体内单位面积上的弹性力。平衡状态的 任意形状的介质内任一点处的应力矢量T 定义为
dF T dS
应力矢量T和法线矢量n的方向不一定相同，要全面描 述介质中的应力状态，就应该知道通过每一点的任意截 面上的应力，所以一般在该点附近取一个无限小的体积 元，只要求出六个面上的应力，就可以知道通过该点任 意截面上的应力
各向同性介质有三种弹性模量：杨氏模量E、切变模量m、 体积模量B
E
s F A0
l l0
F m A0 tan
B PV0 P V V V0
对于各向同性材料，存在如下关系
E 2m (1 ) 3B(1 2 ) A A0 l l l
弹性模量的测定方法 静态法 测量应力-应变曲线(弹性变形区)，然后根据曲线计算弹 性模量。不足之处：载荷大小、加载速度等都影响测试结 果。在高温测试时，由于金属材料的蠕变现象降低了弹性 模量值．对脆性材料，静态法也遇到极大的困难 动态法 加载频率很高，可认为是瞬时加载，试样与周围的热交换 来不及进行，即几乎是在绝热条件下测定的。动态法测弹 性模量较精确，试样承受极小的交变应力，试样的相对变 形甚小，用动态法测定E、G对在高温和交变复杂负荷条 件下工作的金属零件、部件尤其重要
3. 弹性模量 只有理想弹性体应力和应变之间才有最简单的线性关系。 对一般物体，在弹性范围内，作为一级近似，特别是在小 形变时，应力与应变满足广义虎克定律
s ij cijkl ekl
k ,l
cijkl构成一个四阶张量——弹性模量张量，又称弹性刚量 张量。 它表征材料抵抗形变能力（即刚度）的大小。c越 大，越不容易变形，表示材料的刚度越大 cijkl=cjikl=cijlk=cjilk，弹性模量张量81个分量只有21个独立分 量。晶体对称性不同，独立分量数也不同：三斜18个，单 斜12个，正交9个，四方和菱面体6个，六角5个，立方3个， 各向同性2个
sij=sji
表明应力张量是对称张量，只有6个独立分量，即3个正 应力3个切应力
2. 应变
应变是用来描述固体在应力作用下内部各点相互位置改变 的参量。介质中任意一点形变前后的位置可以用矢径矢量 r和r’来表示，变化的位移矢量是位置的函数 u=r-r’
相邻两点之间的相对位移du为
du ( u u u ux u u u u u dx x dy x dz )i ( y dx y dy y dz ) j ( z dx z dy z dz )k x y z x y z x y z
x x u y bij x u z x
x
wenku.baidu.com u y y u z y
z u y z u z z
x
ux x 1 u y ux eij ( + ) 2 x y 1 u u ( z + x) 2 x z
弹性模量是固体原子之间结合强度的标志之一，原子半径和 离子半径越小，原子价越高的物质，弹性模量和硬度就越大 碳化物(400~700 GPa)>硼化物、氮化物>氧化物(150~300GPa) 金属材料：0.1-100GPa
无机材料：1-100GPa
陶瓷材料由于内部存在气孔，其弹性模量随气孔率的增大而 降低
8.1 弹性与广义弹性 8.2 阻尼与阻尼材料
8.1 弹性与广义弹性
弹性模量（E）是材料最常用的力学性质之一，它描述 应力与应变之间的比例关系。不同的弹性行为是由其基 本结构决定
金属、陶瓷——晶体结构、缺陷
高分子材料——分子链构型、交联、缠绕
OA弹性区：应力-应变满足 虎克定律；其比例系 数定 义为弹性模量，外力释放 后，材料的变形能够恢复 原来的状态 AB屈服变形 BC塑性变形区：应力应变 间不一定满足正比关系， sp—比例极限；ss—屈服强度； 其特征系数远小于E，外力 释放之后，恢复不到初始 sb —抗拉强度； 材料的长度