阻尼减振试验.doc

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。
2）、间隔阻尼层结构
为了进一步增加自由阻尼层地拉伸与压缩地形变，在阻尼层与基层板之间再增加一层能承受较大剪切力地间隔层，这样在板进行弯曲振动，即使较薄地阻尼层也能起到消耗更多振动能量的作用。蜂窝结构的夹层当底与基板牢固粘合，常驻起到良好的间隔层作用。
3）、约束阻尼层结构
若把阻尼层牢固地粘合在基板层上，而在在阻尼层上部又牢固粘合一层弹性模量很大的薄层材料（一般金属都具有大的弹性模量），就构成约束阻尼层。
4）、间隔约束阻尼层结构
在约束阻尼层与基础板之间加一块间隔层，可以增加储存的应变能，从而增加了阻尼。
2、阻尼的相关参数
无阻尼自由振动的固有频率：
有阻尼（小阻尼）自由振动的固有频率：
临界阻尼系数：
阻尼比：
强迫振动的频率比：
将动力放大系数：对f求导并令其等于0，得到的极值点为
（有阻尼时的共振频率）
代入上式得到的极大值为
当D很小（D<0.05）时，，Q称为品质因数，
频率响应曲线共振峰的尖锐程度决定于Q值的大小，Q越大则越尖锐。
简谐激振受迫阻尼振动的动运方程的解有两部分，一部分通解为阻尼自由振动，另一部分特解为受迫振动，前一部分逐渐衰减，在稳定状态时只有后一部分。当受迫振动的频率等于无阻尼固有频率时，振动速度达到最大。在阻尼不大（D<<1），位移、速度和加速度的共振频率基本相同，否则三种共振就应指明是哪一种，位移的共振频率为，加速度的共振频率为。
阻尼振动衰减率的计算：由阻尼自由振动的方程解可知阻尼振动的衰变因数，其阻尼固有频率为。振幅AN个周期后衰减为，其中，，经过一个周期的振幅比为，称为阻尼振动的对数衰减率。用表示，即

对于阻尼振动系统，它的阻尼特性可以在激发振动后，测定它的共振频率曲线，用半功率法求得，另一种方法是振动系统在共振激发状态下，停止外激发而任它自然衰减来测定。
3）、阻尼减振器
在主振动系统中加入以空气、油等作为介质得减振系统，如图所示，主系统由组成，而阻尼减振器由和c组成。减振器的最佳参数为：

最佳阻尼比：
四、实验步骤
1、 仪器安装
参考仪器安装图安装油阻尼器，油阻尼的动杆部分拧在简支粱中部的螺孔中，通过螺纹调整油阻尼器的高度。传感器采用加速度（或速度）传感器，通过ZJY-601A型振动教学试验仪输出到采集仪的第一通道。
2、先把油阻尼器的活塞调出油面，调节ZJY-601A型振动教学试验仪的频率和功率放大旋钮，使系统产生共振。
3、开机进入DASP2000标准版软件的主界面，选择单通道按钮。进入单通道示波状态进行波形和频谱同时示波。
4、在采样参数菜单中设置采样频率为500Hz,程控1倍、采样点数2K、工程单位为μm。
5、打开数据列表按钮从频率计中读取频率值及幅值。
6、调整油阻尼器的高度，读取活塞不同位置下简支粱振动的频率及幅值。

五、实验结果和分析
实验次数
加阻尼前
加阻尼后
频率（Hz）
幅值（m/s2）
频率（Hz）
幅值（m/s2）
1

2

3

4