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词条 减振
释义 jianzhen
减振(卷名:物理学)
vibration reduction
  减小系统振动的措施。包括减小动态激励,结构加固,不同振动方式之间的去耦、隔离和吸收,结构阻尼等。
  对由于某种条件而导致物体的振动或共振时,应采用改变振动源的动态激励特性来减少振动。例如,对转动的或往复运动的机械,主要是提高机器部件的精度,改善机器的惯性平衡等来达到减振的目的。
  结构单元的加固可减小它在承载时的变位,提高它的共振频率,提高结构体的强度。结构单元和部件的各防共振频率与主要激励源主频率等之间的解调,以及它们互相耦合的振动方式之间的去耦,都有助于减振。
  吸振系统  或称吸振器,是由弹性元件与质量元件串联组合而成,通常分为无源吸振器(被动式吸振器,简称吸振器)和有源(主动式)吸振器两大类。调节吸振器的共振频率到需要减振的系统的临界频率,则可达到控制振动的目的。吸振是控制振动系统有临界频率的振动的有效方法。
  吸振器的无阻尼固有频率

式中Sma是吸振器弹性元件的力劲,Ma是其质量。
  如果吸振系统还具有阻尼,则称为阻尼吸振器。当系统受到频率变化的外力激励时,会出现共振,此时,适当地调节阻尼吸振器的阻尼值则可以减小系统的振动振幅。阻尼过小,则共振振幅较大,阻尼过大,则质量元件与弹性元件几乎成一体动作,只出现一个共振峰,阻尼适当时,则无共振现象,曲线变得平缓,如图1所示。图中阻尼系数。当外力频率变化时, 应选择阻尼系数为的阻尼吸振器。阻尼吸振器中采用非线性弹簧,可以扩展阻尼吸振器的使用频率的范围。
 


  有源吸振器的工作原理如图2所示。传感器给出与激励量成正比的反馈信号,经过信号处理器的处理并产生指令信号,而执行元件根据指令信号产生力或运动,以抵消待吸振的物体(接收器)上所受的激励源的激励,从而达到减振的目的。有源吸振器的反馈信号可以是位移、速度、加速度、差动力、差动压力等。信号处理器可以是电子或流控元件网络。执行元件可以是机械的、流体动力的可变弹性元件等。有源吸振器通常用于无源吸振器所不易控制的低频振动,例如对精密仪器的减振,直升飞机中人员和仪表的减振,飞机驾驶员座位的减振等。
  结构体振动时常常会激发出各种振动方式,在结构体上施加阻尼处理,可以减小结构在共振频率附近的振动,减少结构声的传播和辐射。
  阻尼起因之一是内摩擦。振动系统每振动一个周期所耗散的能理E′与总的振动能量E之比定义为阻尼容量,用Ψ表示,而Ψ=2πηη称为损耗因数。
  阻尼处理  就是利用阻尼材料的阻尼性能,把振动的机械能转换为热能,以达到减振的目的。阻尼处理主要分为自由层阻尼处理和约束层阻尼处理两大类(图 3)。自由层阻尼处理在振动时阻尼材料承受拉伸形变,通常,阻尼材料和待减振的结构的复合损耗因数 η0是与阻尼材料的损耗因数η及其和阻尼材料的弹性模量E的乘积ηE有关。为获得好的减振效果,要求ηηE都要大。
 


  约束层阻尼处理在振动时阻尼材料(芯材)承受剪切形变,通常要求芯材具有高的切变模量和高的切变损耗因数。一般,约束层阻尼处理要比自由层阻尼处理效果好。非刚性结构受阻尼处理前后其振动特性的差别如图4所示。可见,施加阻尼处理以后,各阶共振频率处的振动明显减小了。
  阻尼材料  包括硬质的和软质的,有高分子材料(如橡胶、塑料等),还有高阻尼合金、陶瓷等。高分子材料受温度的影响较大,随着温度的上升,高分子材料由玻璃区转变到转换区,尔后,再转变到橡胶区(即高弹区),在转换区,材料具有最佳的阻尼性能。
  高阻尼合金自20世纪50年代初就已被人们所注意,当时主要研究Al与Zn的合金,后来研究Mg和Mg合金,60年代更多的是研究Mn-Cu合金和Ni-Ti合金,70年代以来高阻尼合金获得了更广泛的研究和应用,并出现不少新品种。高阻尼合金有双晶型(由于热弹性马氏体相变,双晶晶粒间界或母相和马氏体相的相界的移动,引起静态滞后或重力松弛),有铁磁性型(畴壁的非可逆移动引起磁-机械的静态滞后),有复合型(母相和第二相之间的界面的粘性流动或塑性流动),还有位错型(由于位错从杂质原子的固着点脱离而产生静态滞后)等。从60年代开始,高阻尼合金已应用于如制造潜艇和鱼雷的螺旋桨、火箭的姿态控制盘、陀螺仪的安装架、汽轮机的叶片等许多军用和民用设备。
  参考书目
 C.M. Harris and  C. E. Crede, ed., Shock  and Vibration Handbook,2nd ed., McGraw-Hill,New York,1976.
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更新时间:2024/7/1 5:37:26