阻尼合金毕业论文.docx

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1、第一章绪论1.1 阻尼合金工程应用背景与其发展概况随着现代工业的迅速发展，交通、能源、建筑、航天等领域对机器与其部件的要求也愈发苛刻，主要表现在高速重载条件下要求零件保持高强度的同时，能够具有低损耗和长寿命的特点。但是，机器在运转中所产生的振动，特别是共振，严重影响机构零部件的寿命，降低机械产品的质量以与仪器仪表的精度和可靠性。据统计，在机器制造业中有80%的事故和设备损坏是由于共振所致。同时，噪声和振动是一对“事生姐妹”，它污染环境，损害人体健康，是三大公害之一”2。因此，振动和噪声水平已成为决定产品价值和市场竞争能力的重要因素，如何减少振动、降低噪声，逐渐成为人们十分关注的问题。统计显示，

2、我国每年仅道路交通噪声污染导致的经济损失折合人民币就达216亿元人民币，类似的经济损失美国为51亿美元，德国为10.6亿美元，芬兰为2.8亿美元。为此，我国制定了一系列国家和地方标准，比如GB309693城市区域环境噪声标准和GB12525-90铁路边界噪声限值与其测量方法等，并采取了大量措施进行振动和噪声控制。但总体来说，同发达国家相比，我国在振动和噪声控制领域的水平还有一定差距。长期以来，随着对振动和噪声的产生与传播特点的了解，人们找到了一些降低和消除振动与噪声的方法，这些方法概括起来大致分为五种：第一，增加机械零部件的重量，提高构件的刚度，降低振动的振幅。但在多数情况下，特别是要求轻量化

3、和高转速的场合，上述做法显然是背道而驰的。第二，抑制共振条件下大振幅的发生。对单一频率或一两个振源的场合，该方法有明显的效果，但实际上噪声往往具有明显的宽频特性，所以上述方法存在明显的局限性。第三，安装减振装置，如油减振器、空气减振器等。这也是人们进行减振降噪处理时比较通行的做法，但如果重量、外形尺寸受到使用场合的限制，这类方法也不能使用。第四，采用多孔的吸声材料，并将其做成屏蔽罩，把振源包围起来，从而阻断噪声的传播途径，有效地降低噪声。这种方法因为采用密闭处理，屏蔽罩的温度容易升高，使作业环境恶化，危险性增加，生产效率大大降低。如果振源本身体积很大，则彻底屏蔽也是难以实现的。第五，利用减振材

4、料（高阻尼材料）制作振动源构件，将机械能转化为热能而使振动在短时间衰减下来，达到减振降噪的目的。最后一种方法是从振动源和噪声源出发，可以从根本上解决振动和噪声问题，适合于小型、轻量、和高速化发展的方向。但是对阻尼材料的选择却需要考虑多方面的因素，尤其需要结合工程实际。高分子材料例如减振橡胶、尼龙等就是具有粘滞性质的阻尼材料，在强度和使用温度容许的条件下，有人曾采用尼龙制造成齿轮，达到了减振降噪的效果。但这类材料最大的缺点是机械性能尤其是强度太低，远不如金属材料，在使用过程中磨损非常严重，这势必影响其使用寿命和带来安全上的隐患。金属材料是在工业生产和机械零件制造过程中普遍使用的材料。基于这个原因

5、，研究人员认为，金属材料如果同时具有减振降噪能力，就有可能在需要减振降噪的场合得到更广泛的应用。上世纪五十年代初期，美国和英国率先在阻尼合金方面取得突破，开发出了 Mn-Cu系阻尼合金。这种合金掉到地上只发出微弱的响声，并被人们成功地应用在潜艇的螺旋浆上，大大提高了潜艇的隐蔽性。以此为契机，大量阻尼材料的研究和开发被引向深入。经过半个多世纪的发展，现在世界上已出现了数十种新型的阻尼减振合金，比如既有优良耐蚀性又有高疲劳强度的Co-Ni合金，轻且减振性能很好、广泛用做火箭卫星上精密仪器防振台架的Mg-Zr合金，耐蚀性和力学性能优良的Ni-Ti合金，加工性和耐蚀性优良的Fe-Cr-AI合金等区2作

6、为一类特殊的功能材料，阻尼合金最大的特征是在受到敲击时不象青铜、钢材那样发出洪亮的“金属声”，而只是像橡胶那样发出微弱的哑声。一般金属材料由于共振曲线的形状十分尖锐，振动衰减很慢，因此敲击时发出的声音响亮刺耳，而且持续时间很长，这是敲击时响声大的原因。而对于阻尼合金，其共振曲线趋于扁平，振动衰减快，共振振幅小，因此敲击时声音微弱。之所以产生这样的效果，跟合金部吸收振动能量的能力有很大的关系。阻尼合金吸收振动能量的能力一般高于30%,而一般的金属如碳钢吸收振动能量的能力仅为4%l,01o综上所述，阻尼合金可用于航空航天工业、航海工业、汽车工业、建筑工业、家电行业等，对降低环境噪声、提高机器零件寿

7、命、改善人们生活环境有着重要的作用。因此，阻尼合金作为一个新兴的功能材料领域，将会有更广阔的应用前景。根据阻尼机制的不同，目前的阻尼合金主要可分为：铁磁型(Fe-Cr、Fe-AI等)、挛晶型(Mn-Cu. Ni-Ti. Cu-Zn-AI等)、复相型(灰铸铁、Zn-AI).位错型(Mg-Zr)、以与Fe-Mn合金，本章将在后几节进行详细叙述。其中Mn-Cu合金阻尼性能最好，但其受温度影响较大，只适合较低温度下使用，并且成本较高；铁磁型合金阻尼峰主要出现在比较窄的应变振幅围(110 -210-4),并且受磁场和应力等因素影响很大，这些都限制了其应用围；复相型和位错型合金(除灰铸铁外)阻尼性能较好，

8、但强度低，价格较贵；Fe-Mn合金是几类阻尼合金中强度最高、价格最低的，其阻尼性能随着应变振幅的增大而增加，可作为较大振动和冲击部件使用，应用前景非常好，所以具有较大的研究价值。关于阻尼合金阻尼性能的表征和研究方法有很多种，所以在做相关研究之前，非常有必要对阻尼性能的表征和测试方法进行全面的了解，以便掌握它们的原理以与彼此之间的联系。基于此点，本文从阻尼性能的表征与测试方法出发，逐步概述各类阻尼合金的研究现状，并提出本文的主要研究思路和容，具体叙述如下O1.2 阻尼合金阻尼性能的表征与测试方法1.2.1 阻尼合金阻尼性能的表征在实际测试过程中，因测试方法的不同，可以有以下几个物理参数用来表征阻尼合金的阻尼性能：对数衰减率(5)、比阻尼性能(SDC)、耗(Q,)和损失因数(tan)o在一定条件下，这些物理参数之间可以互相转化。1.2.1.1 对数衰减率(Logarithmic decrement, )对数衰减率表示合金在振动自由衰减过程中相邻两次振幅之比的自然对数”？ = ln(1-1)Aj+I