按照有无外界能源,振动控制技术可以分为主动控制和被动控制两种。振动主动控制技术是以现代控制理论为基础,机电一体化技术为核心的有源减振降噪技术,但由于技术不成熟、成本高等原因,无法在实际生产生活中广泛运用[4]。振动被动控制技术则不需要外接能源,它是通过运用各种阻尼器,并结合多种阻尼技术的控制技术。由于阻尼器的结构简单且经济可靠,振动被动控制技术实施比较方便,通常减振效果明显,已广泛应用于各工程及其它领域当中,如液压阻尼器、风阻尼器、粘滞阻尼器等。近些年,振动主动控制技术有了很大进展,但振动被动控制技术在各领域仍处于主导地位,而且由于其自身也在不断发展,各种新的阻尼材料在不断涌现[5]。
振动被动控制的基本原理是物质的阻尼作用。根据机械振动理论,当激振力作用于系统时,如果激励频率与系统的固有频率相同,系统有谐振现象发生,此时若要降低系统的振幅和频率,唯有增加系统的阻尼作用。也就是说,系统的谐振现象只能被阻尼作用制约[6]。阻尼作用的产生是一个复杂的过程,到目前为止,也未能完全弄明白其原理,从系统能量的变化上来说,阻尼作用是消耗系统振动能量的能力,也就是将系统的机械能转化成热能及其他能量。就能量消耗的途径而言,阻尼作用可以分为[7]:材料的内摩擦、摩擦和频率转换效应。
阻尼作用的产生原理及过程非常复杂,但人们并没有停止对阻尼技术的研究和应用。近些年来,各种新的阻尼材料不断涌现,如粘弹性阻尼材料。粘弹性阻尼材料是近三十年发展起来的一种实用的减振降噪材料,它拥有优越的减振降噪效果和经济实用、实施方便等优点,这使得它迅速占领市场[8]。但是它对温度非常敏感,在极端恶劣条件下无法达到减振降噪效果,限制了其适用范围。为了解决这一问题,研究和发展新的阻尼材料显得十分重要[9]。已经发展和正在发展的这些技术有:冲击阻尼技术、BBD技术(Bean Bag Damper)、NOPD技术(Non-Obstractive Particle Damping)等。其中的BBD技术具有冲击力小、无噪声、耐油和高温、不老化、适用于工作环境恶劣的环境等优点,使其脱颖而出,已被广泛应用于各种工程结构中的减振[10]。
1.2 颗粒物质概述
物理学中的颗粒材料通常指颗粒直径在一微米以上的颗粒聚集体系,分子间作用力不再显著,并且布朗运动对体系的影响不大。如图1.1,颗粒物质大量存在于自然界中,例如:砂石、土壤、积雪等,生活中的食盐、糖,生产中的煤炭、矿石等也是颗粒物质[11]。如果只看单一独立的颗粒,它的特性属于固体;而当颗粒大量聚集在一起时,可以将所有颗粒看做
图1.1 颗粒材料
一个整体,此时不能简单地把这个整体看做固体,因为它会表现出复杂且有趣的特性。传统的物质形态有固态、液态和气态三种,而作为整体的颗粒表现出的特性不同于这三种物质形态。因此,我们可以把颗粒物质看做一种新的物质形态。根据颗粒材料的特性,通常情况下把颗粒材料看做介于固体与理想流体之间的物质,而在某些特殊条件下,颗粒材料会表现出类似于固体、液体或气体的特性,即集三种物质形态的特点于一体,这种独特的特性为颗粒材料的应用提供了更多可能性[12]。颗粒材料广泛存在于人类的生活环境,与人类生活息息相关,因此人类很早就开始运用颗粒材料。颗粒材料应用于减振已经有几个世纪,早期的应用是比较粗糙的。例如,将颗粒材料附着在物体的四周,减少碰撞中的振动;将装满颗粒材料的袋子压在物体上,减少物体振动;或者将质量很大的颗粒材料放进物体预留的孔洞中,以吸收物体振动的能量[13]。颗粒材料在物体减振降噪方面的应用已经有几个世纪的历史,但应用其阻尼特性来设计抗振结构兴起于最近一个世纪,如在铣床的悬臂内填充小铁球,小铁球间加入粘性油,悬臂振动时小铁球会相互撞击,可以抑制悬臂在不同频率下的振动;金属切削机床床身安有封砂结构,该结构运用颗粒材料的阻尼作用,可使床身的阻尼提高8-11倍[14]。 颗粒链的弹性研究+文献综述(2):http://www.751com.cn/wuli/lunwen_18965.html