阻尼功能复合材料PPT课件
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3.设计高阻尼界面层 金属基复合材料的阻尼性能与其实际界面层 的性能有关。根据界面层阻尼理论，一定厚度的强结合界面层 本身的阻尼性能对复合材料的阻尼有极大的影响;而弱结合界面 层，其内发生的微滑移对复合材料的阻尼做出更多贡献。
另外，金属基复合材料的阻尼性能也受频率和温度的影响。
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阻尼功能复合材料
近年来，泡沫金属的阻尼性能引起了人们的注 意。泡沫金属的阻尼性能虽不如黏弹性材料， 但却明显高于阻尼合金，不过它的力学性能远 不如后者；损耗因子越高，泡沫金属的力学性 能越差，可以说，泡沫金属是以牺牲力学性能 来换取高的阻尼细嫩。
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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。
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。
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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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阻尼功能复合材料
8.2.1金属基复合材料
• 金属基复合材料（MMC）具有强度和刚度高的特性，是 发展高强度，高刚度，高阻尼而密度较小的结构与阻尼功 能一体化新型材料的理想选择。
• 事实上，多数的金属基复合材料都具有比基体合金材料稍 好的阻尼性能。原因可归结为第二相的加入增加了基体中 的位错密度和晶体缺陷，第二相本身有更好的阻尼性能， 以及两相结合界面吸收振动能量等。但是金属基复合材料 的阻尼性能仍处于较低的水平，室温时大多处在比阻尼系 数小于1%的低阻尼范围，远不能适应尖端领域的应用要 求。
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阻尼功能复合材料
提高或改善金属基复合材料的阻尼性能可以采用以 下方法
1. 用高阻尼基体金属 选择阻尼性能好的金属作为制备金 属基复合材料的集体，如An-Al，Mg-Zr等，将它们与 常用的增强剂（碳纤维，石墨纤维等）复合，此类复 合材料中，阻尼性能由基体金属提供，以Zn-Al合金为 基体，以石墨纤维，碳纤维，颗粒和晶须等为增强物 的金属基复合材料，由于Zn-Al合金的阻尼产生于两相 的塑形流动，增强物的加入不会改变这种情况，所以 此类复合材料的阻尼性能提高和力学性能都达到较高 的水平。
阻尼功能复合材料
阻尼功能复合材料
减震降噪的最佳材料
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阻尼功能复合材料
• 8.1阻尼功能复合材料概述
随着现代科学技术的发展，对振动、冲击、噪声的控 制日趋需要。因此，减震降噪技术及其相关材料收到了普 遍重视。 按照不同原理，减震控制分为被动控制和主动控制，被动 控制包括材料和结构的阻尼，通过将振动能量衰减或转化 成热能、机械能等达到减震降噪的目的；主动控制一般由 传感器和驱动器与一个反馈回路构成，既能感知环境变化 又能通过反馈电路做出响应，减少或者消除受振动结构的 应力，达到抑震目的。 具有阻尼作用的被动控制大概有以下几种： 1、粘贴或涂覆材料 2、用减震合金或复合材料制造结 构体 3、附加机械减震器 4、改变结构体刚性。 其中阻尼减震是比较简单、有效的方法，应用很广泛。
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阻尼功能复合材料
对于高聚物，阻尼行为与振动频率，温度密切相关
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阻尼功能复合材料
• 如果聚合物基体交联密度降低或添加适当的填料，会减少 分子链段运动的阻力。当材料受到外力作用时，会有更多 的分子参与构型转化，使链段内摩擦运动自由度增大，也 加剧了聚合物分子与填料间的相互作用。这两种运动的作 用提高了材料的力学损耗，阻尼增大。
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阻（尼一功）能复操合作材料方的法发展
1.复合材料的阻尼性能 2.阻尼功能复合材料的应用实例 3.阻尼功能复合材料的发展前景与研究方向
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阻尼功能复合材料
8.2复合材料的阻尼性能
当材料受到力的振动波作用时将消耗弹性能量，阻尼性能用 来描述材料消耗的能量。材料阻尼性能的优劣可用比阻尼 系数，损耗角正切对数衰减比和品质因数的倒数（Q-1） 来评价。
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。
不同的材料阻尼性能各异，对于金属或合金材料，阻尼机理 可以分为缺陷阻尼，热弹性阻尼，磁阻尼和黏性阻尼。后 三种阻尼是由外部环境引起的。缺陷阻尼包括点缺陷阻尼 由于内部特殊的晶体结构而表现为高阻尼外，一 般均呈现高强，高刚，低阻尼的特性。
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阻尼功能复合材料
• 要取得良好的阻尼效果，必须研制出在所需温度，频率范 围内具有宽温域，宽频带，高内耗阻尼的材料。一般聚合 物材料内耗峰的温度范围很狭窄，不能作高要求的工程阻 尼材料，必须采取多种途径来拓宽材料阻尼温度，提高损 耗因子值。采用纤维或例子增强的复合材料是一种有效的 方法、
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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
另外，金属基复合材料的阻尼性能也受频率和温度的影响。
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阻尼功能复合材料
近年来，泡沫金属的阻尼性能引起了人们的注 意。泡沫金属的阻尼性能虽不如黏弹性材料， 但却明显高于阻尼合金，不过它的力学性能远 不如后者；损耗因子越高，泡沫金属的力学性 能越差，可以说，泡沫金属是以牺牲力学性能 来换取高的阻尼细嫩。
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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。
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。
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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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阻尼功能复合材料
8.2.1金属基复合材料
• 金属基复合材料（MMC）具有强度和刚度高的特性，是 发展高强度，高刚度，高阻尼而密度较小的结构与阻尼功 能一体化新型材料的理想选择。
• 事实上，多数的金属基复合材料都具有比基体合金材料稍 好的阻尼性能。原因可归结为第二相的加入增加了基体中 的位错密度和晶体缺陷，第二相本身有更好的阻尼性能， 以及两相结合界面吸收振动能量等。但是金属基复合材料 的阻尼性能仍处于较低的水平，室温时大多处在比阻尼系 数小于1%的低阻尼范围，远不能适应尖端领域的应用要 求。
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阻尼功能复合材料
提高或改善金属基复合材料的阻尼性能可以采用以 下方法
1. 用高阻尼基体金属 选择阻尼性能好的金属作为制备金 属基复合材料的集体，如An-Al，Mg-Zr等，将它们与 常用的增强剂（碳纤维，石墨纤维等）复合，此类复 合材料中，阻尼性能由基体金属提供，以Zn-Al合金为 基体，以石墨纤维，碳纤维，颗粒和晶须等为增强物 的金属基复合材料，由于Zn-Al合金的阻尼产生于两相 的塑形流动，增强物的加入不会改变这种情况，所以 此类复合材料的阻尼性能提高和力学性能都达到较高 的水平。
阻尼功能复合材料
阻尼功能复合材料
减震降噪的最佳材料
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阻尼功能复合材料
• 8.1阻尼功能复合材料概述
随着现代科学技术的发展，对振动、冲击、噪声的控 制日趋需要。因此，减震降噪技术及其相关材料收到了普 遍重视。 按照不同原理，减震控制分为被动控制和主动控制，被动 控制包括材料和结构的阻尼，通过将振动能量衰减或转化 成热能、机械能等达到减震降噪的目的；主动控制一般由 传感器和驱动器与一个反馈回路构成，既能感知环境变化 又能通过反馈电路做出响应，减少或者消除受振动结构的 应力，达到抑震目的。 具有阻尼作用的被动控制大概有以下几种： 1、粘贴或涂覆材料 2、用减震合金或复合材料制造结 构体 3、附加机械减震器 4、改变结构体刚性。 其中阻尼减震是比较简单、有效的方法，应用很广泛。
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阻尼功能复合材料
对于高聚物，阻尼行为与振动频率，温度密切相关
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阻尼功能复合材料
• 如果聚合物基体交联密度降低或添加适当的填料，会减少 分子链段运动的阻力。当材料受到外力作用时，会有更多 的分子参与构型转化，使链段内摩擦运动自由度增大，也 加剧了聚合物分子与填料间的相互作用。这两种运动的作 用提高了材料的力学损耗，阻尼增大。
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阻（尼一功）能复操合作材料方的法发展
1.复合材料的阻尼性能 2.阻尼功能复合材料的应用实例 3.阻尼功能复合材料的发展前景与研究方向
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阻尼功能复合材料
8.2复合材料的阻尼性能
当材料受到力的振动波作用时将消耗弹性能量，阻尼性能用 来描述材料消耗的能量。材料阻尼性能的优劣可用比阻尼 系数，损耗角正切对数衰减比和品质因数的倒数（Q-1） 来评价。
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。
不同的材料阻尼性能各异，对于金属或合金材料，阻尼机理 可以分为缺陷阻尼，热弹性阻尼，磁阻尼和黏性阻尼。后 三种阻尼是由外部环境引起的。缺陷阻尼包括点缺陷阻尼 由于内部特殊的晶体结构而表现为高阻尼外，一 般均呈现高强，高刚，低阻尼的特性。
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阻尼功能复合材料
• 要取得良好的阻尼效果，必须研制出在所需温度，频率范 围内具有宽温域，宽频带，高内耗阻尼的材料。一般聚合 物材料内耗峰的温度范围很狭窄，不能作高要求的工程阻 尼材料，必须采取多种途径来拓宽材料阻尼温度，提高损 耗因子值。采用纤维或例子增强的复合材料是一种有效的 方法、
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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