阻尼复合材料的发展研究.doc

阻尼复合材料学号20080017 姓名 倪鹏袁 班级090201引言随着现代工业的发展，振动工具和产生强烈振动的大功率机械不断增多，各种机械设备 在运转及工作过程中带来的振动危害也口益严重⑴在日常生活中，这类振动和噪声会给人 们的生活和工作带来影响，危害人体的健康，使人疲倦、耳鸣，严重者甚至丧失工作能力⑵, 如果长期暴露在85dB以上的环境中，就会导致噪声型耳聋［341 o在工程中，振动和噪声带来 的宽频带随机激振会引起结构的多共振峰响应，还会直接影响电子器件、仪器和仪表的正常 工作，严重时造成灾难性后果在军事中，由于武器装备和飞行器的发展LI趋高速化和大功 率化，各种飞行器在飞行过程中受到发动机和高速气流的激励，所产生的振动和谐动响应而 产生的结构疲劳是十分严重的并且潜艇和气垫船受到发动机的激励，产生的高分贝噪声将 严重影响战斗力因此，采用高阻尼材料或阻尼结构进行减振降噪成为解决上述问题I•分有 效的手段之一⑷同时为了减少各种灾害所带来的影响，对阻尼技术的研究已经成为迫切需 要解决的事情目前，功能性阻尼材料己经在尖端武器装备、航天飞行器、航海、民用建筑、 环境保护等方面得到广泛应用1阻尼材料的发展历史第一阶段是1784〜1920年，在1784年Coulomb151便指出金属经受循环应变时，应力.应 变曲线将形成滞后环，并有能量耗散。

1837年，Weber首次用扭摆的日由衰减测景了材料的 阻尼从1850年开始，声学家们对有阻尼的振动系统进行研究Rayleigh于1878年给出 了线性、粘性阻尼离散系统和连续介质力学、声学等系统的微分方程及一些方程的解，在此 阶段阻尼材料的研究才刚刚起步第二阶段是1920-1940年，这一时期机器的运转速度越来越高，振动问题成为高速旋 转机械、飞机及大型工程结构等的主要困扰振动使得螺旋桨曲轴和水轮机叶片出现疲劳破 坏，轮船的舱曰产生疲劳裂纹，疲劳破坏使得第一架商务飞机坠毁，美国的Tacoma Na^ows 大桥也由于水流导致的振动而损坏⑹，从而使得振动控制成为工业生产的主要话题之一， 人们开始就这一问题进行工程应用研究第三个阶段是1940年至今，这一时期，有关阻尼的文献逐年增加，如1945年有500 篇，1965年则超过了 2500篇这一阶段，人们开始定量描述阻尼对动态系统的影响，并于 上世纪六七十年代发展起了一门涉及材料学、力学、机械学和环境科学等多学科的新技术, 即阻尼技术⑺2阻尼机理阻尼复合材料主要是通过基体、增强体以及两者之间的界面摩擦阻尼来吸收振动机械能 量,并将机械能转化为热能或其他形式的能量而耗散的功能材料。

阻尼减振技术利用阻尼材 料在变形时把动能变成为其他形式能的原理，降低材料结构的共振振幅和增加材料的疲劳寿 命⑻因此，基体阻尼、增强体阻尼及界面阻尼构成了阻尼原理的三个主要的微观机制，其 叠加的结果决定了复合材料的宏观阻尼行为2.1基体材料阻尼阻尼复合材料通常是通过基体的阻尼特性起到减振抗噪的目的聚合物基体与金属基体 的阻尼特性是完全不同的聚合物基体在处于刚性的玻璃态时，高分了链段的自由运动是受 限制的，材料形变主要是由大分了链键长和键角的变化而引起，不能消耗机械能当聚合物基 体中的分子链处于运动状态时，分子链段发生相互运动时产生内摩擦，这需要克服阻力，需要 一定的时间，将外部施加的机械能转化为其他形式的能量"，这就是基体材料阻尼的机制 2.2增强体材料阻尼阻尼发合材料的另一种减振方式是靠发合材料中的增强材料来消耗振动能量的这些增 强材料如纤维能起到增加材料的应变及损耗能量的能力它能限制分了的运动，增加应力和 应变之间的相位滞后;增强材料能限制分了长链相互转换过程中的运动，从而增强能量的转 化，并增强了阻尼作用2.3材料界面阻尼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，界面会影响夏合材料的性能。

而增强体与基体的结合面恰恰就是岌合材料阻尼 机制的来源界面阻尼是复含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夏合材料中起到微观阻尼的作用，从而增大了夏合材 料的阻尼性能3分类阻尼材料大致可分为粘弹性阻尼材料、高阻尼合金材料、复合阻尼材料和智能型阻尼材 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下面主要就复合阻尼材料的研究现状进行分 析4复合阻尼材料的研究现状这类材料包括聚介物基阻尼复合材料和金属基阻尼复合材料聚介物基阻尼复合材料是 用纤维增强具有一定力学强度和较高损耗因子的聚合物而形成的殳合材料;金属基阻尼夏合 材料包括在金属基体中添加第二相粒了形成的金属基发合材料、两种不同的金属板叠合在一 起或由金属板和树脂粘合在一起而形成的复合阻尼金属板等4. 1聚合物基阻尼材料的研究现状传统聚合物阻尼材料的吸振机理基于粘弹阻尼，所以其适用温度和阻尼性能强烈依赖于 聚合物的玻璃化转变温度20世纪90年代，廿本东京工业大学住田雅夫教授提出将导电炭 黑与压电陶瓷粒了填充到聚合物基体中，制备导电压电型阻尼发合材料的设想。

由于该类夏 合材料的吸振机理基于振动机械能一电能一热能的转换损耗而非传统的粘弹阻尼，故不依赖 于聚合物基体的玻璃化转变，这将大大拓展其应用温度范围因为该类阻尼复合材料理论上 可以用任何一种聚合物作为基体，具有传统聚合物吸振材料无可比拟的优越性，引起了广大 阻尼材料研究者的兴趣晏雄等〔12"用具有压电、介电效应的有机材料替代无机压电陶瓷，在高分了材料氯化聚 乙烯(CPE)中，填充导电的气相成长超细碳纤维和具有强介电性能的N, N.二环己基-2.苯 并I壁哇基亚横酸胺，制备导电压电型阻尼材料结果表明，当导电网络形成时，材料的阻尼 效果较好，因为这时复合材料内部的能量损耗主要是靠振动机械能一电能一热能的转换损耗 -来实现的作为优良的阻尼材料，在应用的温度和频率范围内要有较大的阻尼损耗模量和阻 尼损耗因了(tan8)的峰面积，而互穿网络结构则对阻尼损耗模景的峰宽增加并不明显研究 表明，一般填料能使高聚物的阻尼温域增加，而复合阻尼材料则可兼顾两者的优点，因此有 望具有更高的阻尼性能1141 o4. 2金属基阻尼材料的研究现状在金属基体中加入增强相制成复合材料能使材料同时具有较好的阻尼性能和较强的力 学性能。

在制备复合材料中一般选择颗粒、晶须和纤维作为增强相与颗粒或晶须相比，连 续纤维可较大程度地提高夏合材料的阻尼目前研究较多的阻尼金属基夏合材料主要是Mg 基阻死复合材料和Al基阻尼复合材料R・Schallerl[,5]采用定向凝固技术，以Mg-2%Si (质 量分数)合金为原料获得了 Mg Si/Mg夏合材料，其力学性能与铸造镁合金AZ63的差不多， 但阻尼性能却是它的100倍，同时高阻尼的基体还能改善金属基夏合材料的抗疲劳性能 Jia[,61在商业纯铝中加入FeAl增强相，成功地制备了 A1 / FeM复合材料，研究表明A1 / FeAl岌合材料的阻尼性能比A1基体的更好5展望阻尼材料的开发和应用虽己有三四十年的历史，但从理论上形成新的学科，应用上形 成新的技术只有1多年的时间，特别是IPN阻尼材料的发展更是相当地年轻纵观阻尼材 料的发展史和研究现状，阻尼材料的发展必须适应新的需要，从发展角度来看，复合阻尼 材料较普通高聚物阻尼材料先进很多，但是基于超高速内耗阻尼材札宽工作温度区间和宽 频带范围高阻尼材料及结构功能一体化高阻尼结构将是今后研究和开发的重点。