約束阻尼結(jié)構(gòu)自1939 年William Swallow 提出以來，經(jīng)過一系列的研究已經(jīng)得到迅速發(fā)展，約束性阻尼結(jié)構(gòu)中由基層、阻尼層、約束層構(gòu)成的“夾芯”結(jié)構(gòu)，在受到外力作用時(shí)，阻尼層與基層和約束層之間產(chǎn)生拉伸形變和壓縮形變，阻尼層將部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，從而達(dá)到減振降噪的目的。約束阻尼結(jié)構(gòu)因具有可設(shè)計(jì)性及其高耗能的性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代航空、航天、交通運(yùn)輸、大型機(jī)械設(shè)備等領(lǐng)域的減振降噪。隨著社會(huì)的發(fā)展，在航空航天、交通運(yùn)輸以及大型機(jī)械設(shè)備的使用中，人們對(duì)振動(dòng)噪聲的控制要求越來越高，靜音鋼板作為一種全新的應(yīng)用工具，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)研究具有重要意義。

靜音鋼板結(jié)構(gòu)是在兩塊金屬板之間填充非常薄的黏彈性阻尼材料，構(gòu)成“夾芯”阻尼結(jié)構(gòu)，從而在獲得良好機(jī)械性能的同時(shí)達(dá)到靜音效果。

本文主要從靜音鋼板的復(fù)合損耗因數(shù)、使用溫度區(qū)間、隔聲量以及時(shí)域波形等4 個(gè)方面進(jìn)行探索研究。

1、實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)備

MK806 黏彈阻尼材料（彈性模量為0.896×102 MPa）由青島科而泰環(huán)境控制技術(shù)有限公司提供，鍍鋅鋼板（厚度為0.8 mm）由保利邁拓減震板有限公司提供。

振動(dòng)測(cè)量?jī)x為北京東方所的INV9824、北京東方所的DASP 系列分析軟件系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試（DMA）設(shè)備為德國耐弛公司DMA242 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀。

1.2 試樣的制備

試驗(yàn)采用的結(jié)構(gòu)形式是具有對(duì)稱型約束阻尼結(jié)構(gòu)的靜音鋼板，基層和約束層是厚度為0.8 mm的鍍鋅鋼板，中間填充的阻尼靜音層是根據(jù)無溶劑皮革刮涂工藝制得的極薄的KT806黏彈性阻尼涂層。

2、結(jié)果與討論

2.1 不同厚度阻尼層的靜音板復(fù)合損耗因數(shù)

在兩條尺寸為150 mm×10 mm×0.8 mm 的鋼板條之間刮涂阻尼層，采用自由梁法進(jìn)行測(cè)試；分別對(duì)50 μm和100 μm兩種厚度阻尼層的靜音鋼板結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)合損耗因數(shù)測(cè)試，具體測(cè)試結(jié)果見表1至表2。

表1 阻尼層厚度為50 μm的3條靜音鋼板試樣在20℃的性能測(cè)試結(jié)果

表2 阻尼層厚度為100 μm的3條靜音鋼板試樣在20°C的性能測(cè)試結(jié)果

該KT806 黏彈性阻尼涂層作為一種高聚物，主要是在高分子材料吸收振動(dòng)能量時(shí)，將吸收的機(jī)械能部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎纳⒌?，從而起到減振降噪的作用。

根據(jù)表1 和表2 所示的靜音鋼板的復(fù)合損耗因數(shù)可以得出，該靜音板結(jié)構(gòu)在阻尼層厚度為100 μm時(shí)，復(fù)合損耗因數(shù)更大，也即在厚度為100 μm 時(shí)較厚度為50 μm時(shí)的阻尼效果更優(yōu)。

2.2 靜音鋼板的使用溫度區(qū)間

將MK806 制作成具有約束阻尼結(jié)構(gòu)的靜音鋼板，阻尼層厚度為50 μm，基層和約束層的鋼板厚度為0.8 mm，測(cè)試其在變化溫度區(qū)間內(nèi)的復(fù)合損耗因數(shù)，具體檢測(cè)結(jié)果見表3。

表3 靜音鋼板的復(fù)合損耗因數(shù)測(cè)試結(jié)果

由表3數(shù)據(jù)得出直觀的阻尼耐溫測(cè)試分析圖譜見圖1。綜合分析圖、表得出，該靜音鋼板在10°C～50°C區(qū)間內(nèi)有更好的效果。

圖1 靜音鋼板在不同溫度下的復(fù)合損耗因數(shù)測(cè)試結(jié)果

結(jié)合表3 和圖1 可以得出，該靜音鋼板在10°C～50°C 的溫度區(qū)間內(nèi)，復(fù)合損耗因數(shù)均大于0.2；該靜音鋼板在實(shí)際使用中可達(dá)到良好的減振降噪效果。

該黏彈性阻尼材料的耐溫性能充分證明了該高分子材料在10°C～50°C 區(qū)間內(nèi)在保持良好物理性能的同時(shí)兼具優(yōu)良的阻尼效果，能在較寬的溫域區(qū)間內(nèi)達(dá)到應(yīng)有的減振降噪效果。

2.3 靜音鋼板隔聲量測(cè)試

采用駐波管法對(duì)靜音鋼板和厚度為1.4 mm 的普通鋼板的隔聲量進(jìn)行測(cè)試，具體測(cè)試結(jié)果見圖2。

圖2 隔聲量測(cè)試結(jié)果

從圖3 的隔聲量測(cè)試結(jié)果可以得出，靜音鋼板的隔聲量在小于352 Hz 和大于558 Hz 的區(qū)間內(nèi)顯著大于普通鋼板。

靜音鋼板的隔聲量最低值為9 dB，最高可達(dá)25 dB；普通鋼板隔聲量在462 Hz 時(shí)達(dá)到最大值，其最大隔聲量為15.1 dB。

隔聲量測(cè)試結(jié)果表明，靜音鋼板可以在一定的振動(dòng)頻率范圍內(nèi)大幅度減小機(jī)械器件在使用過程中對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及相關(guān)精密儀器的振動(dòng)效應(yīng)，但對(duì)500 Hz以下的低頻振動(dòng)作用有限。

2.4 時(shí)域和頻域分析

分別對(duì)無阻尼鋼板、自由阻尼鋼板和約束阻尼靜音鋼板結(jié)構(gòu)進(jìn)行時(shí)域圖譜分析和頻域圖譜分析。

時(shí)域分析主要是對(duì)通過敲擊得到的振動(dòng)加速度信號(hào)進(jìn)行記錄，取得振動(dòng)加速度時(shí)程圖譜，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具體測(cè)試結(jié)果見圖3。

圖3 時(shí)域分析圖譜

頻域分析主要是根據(jù)各頻帶振動(dòng)能量的衰減情況，分析無阻尼鋼板、自由阻尼鋼板和約束阻尼靜音鋼板3 種情況下的振動(dòng)頻率帶寬的能量分布情況，并取振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行1/3倍頻程頻譜分析，具體測(cè)試結(jié)果見圖4。

從圖3可以看得，從振動(dòng)持續(xù)時(shí)間來看，無阻尼鋼板振動(dòng)持續(xù)時(shí)間為>1.6 s，自由阻尼鋼板振動(dòng)持續(xù)時(shí)間為1.6 s，約束阻尼靜音鋼板振動(dòng)持續(xù)時(shí)間為0.2 s。從振幅來看，約束阻尼靜音鋼板對(duì)振動(dòng)傳輸?shù)乃p更為明顯。因此，無論從振動(dòng)持續(xù)時(shí)間還是振幅來看，約束阻尼的靜音鋼板都體現(xiàn)了良好的減振效果。

圖4 頻域分析圖譜

從圖4所示1/3倍頻程頻譜可以得出，自由阻尼鋼板在0～2 500 Hz 的振動(dòng)加速度級(jí)小于無阻尼鋼板，約束阻尼靜音鋼板在整個(gè)頻段內(nèi)，振動(dòng)加速度級(jí)都小于無阻尼鋼板和自由阻尼鋼板，體現(xiàn)了很好的減振效果。

3、結(jié)語

（1）對(duì)比阻尼層厚度為50 μm和100 μm的靜音鋼板復(fù)合損耗因數(shù)得出，阻尼層厚度為100 μm的結(jié)構(gòu)復(fù)合損耗因數(shù)更大，因此具有更優(yōu)異的靜音效果；

（2）根據(jù)靜音鋼板的耐溫測(cè)試得出，該結(jié)構(gòu)10°C～50°C 的溫度區(qū)間內(nèi)，復(fù)合損耗因數(shù)均大于0.2，可取得較好的減振降噪效果；

（3）靜音鋼板的最低隔聲量為9 dB，最高可達(dá)25 dB；

（4）時(shí)域分析顯示約束阻尼靜音鋼板的振動(dòng)持續(xù)時(shí)間為0.2 s，無論從振動(dòng)持續(xù)時(shí)間還是振幅來看，約束阻尼的靜音鋼板都體現(xiàn)了良好的減振效果；

（5）頻域分析顯示，約束阻尼靜音鋼板在整個(gè)頻段內(nèi)振動(dòng)加速度級(jí)都小于無阻尼鋼板和自由阻尼鋼板，減振效果良好。

作者：馬學(xué)強(qiáng)1，李鑫茂2，尹學(xué)軍1（1.青島科而泰環(huán)境控制技術(shù)有限公司；2.青島理工大學(xué) 工程質(zhì)量檢測(cè)鑒定中心）