粘性阻尼的物理特性

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粘弹性阻尼材料是一类具有粘性液体和弹性固体特性的材料。粘性液体在受力变化时，消耗能量但不能储存能量；弹性固体材料当应力在屈服极限以下时，能够储存能量，而不能消耗量。粘弹性材料具有上述的双重特性，当其体内具有动态应力和应变时，它既能够储存部分能量，表现为弹性恢复的势能，同时又能将一部分机械能转化为热能而散发掉。这种能量的转化与耗散表现为机械阻尼，具有减振降噪的作用。

粘弹性阻尼材料绝大多数为高分子聚合物。当此聚合物受力变形时，它能吸收能量并消耗能量。可以从微观现象来分析它的粘弹行为。聚合物由链段、大分子和微晶单元所构成，在外力作用下会产生变形，使大分子链及大分子链中的个别链段发生运动。

温度的影响

1. 温度对损耗因子的影响

当聚合物在玻璃化温度Tg 以下时，聚合物的大分子链和链段被冻结，两种单元失去了活动能力。在这种状态下受到外力时就只有链段作瞬间变形，外力除去后便恢复原形，这是可弹的弹性变形，如上图中η 曲线左部分所示。

当温度高于玻璃化温度Tg时，聚合物的整个大分子链仍然不能运动，但是链段已具有活动能力。在外力作用下，它们能产生较大变形，外力解除后链段还能恢复原状，只是恢复速度较慢，这是粘性与高弹性复合变形状态。在粘弹状态释放外力做的功，如上图中η 曲线中部所示，此状态下的损耗因子为最大—由于大分子链的活动能力增加，使得许多链段同时朝某一个方向运动或相继向此方向运动，发生了整个分子链重心位移。外力作用解除后仍不能恢复原状，必须有相反外力再作用于其上，将它往回推才可恢复原状。这个应力交变过程都由链段分子移动而消耗能量所致，将机械能变为热能，这就是粘弹性变形。由于在此温度下阻尼材料的剪切模量G 比弹性状态时降低不多，每单位位移消耗能量最大，所以降低产生交变应力的物观象正是布弹性阻尼材料发挥其阻尼作用地有效状态。切应力减小，弹性逐渐消失，这种情况下损耗因子减小的较快，如图1中η 曲线右端所示。

2. 温度对剪切模量的影响

阻尼材料的剪切模量G 随温度的变化规律如上图中曲线所示。温度低时，材料呈玻璃态，其剪切强度最大。温度高于玻璃化温度T 后剪，切强度下降。此段的阻尼材料既有弹性也有粘性，如图中G 曲线中段所示。温度再升高到阻尼材料的粘流态时，弹性消失，剪切强度降到最低，变形不能恢复。

频率的影响

粘弹性材料在一定温度下其剪切模量G 随频率的增加而增大，而损耗因子则是在一定频率下达到最大值，高于或低于这个频率，损耗因子值均有明显下降。因此，在选用阻尼材料时一定要注意其温度特性和频率响应特性。

来源：声振测试微信公众号，作者：刘广明。