阻尼（Damping）是指搖蕩系統或振動系統受到阻滯使能量隨時間而耗散的物理現象。船舶或漂浮的海洋結構物在波浪中作搖蕩運動時，阻尼主要是黏性阻尼、興波阻尼等外部阻尼。對船舶或海洋結構物的結構振動而言，則除外部阻尼外，尚有各結構構件在振動時相互摩擦的阻尼和材料的內部阻尼。
阻尼產生于材料內摩擦、材料的外摩擦、結構連接形成和散粒物料間的摩擦。測量阻尼方法有對數衰減方法、正弦掃描方法和隨機響應三種，影響阻尼的主要因素有溫度和頻率。
從物理現象來看，阻尼可以分為工程材料內阻尼、液體的黏滯阻尼、結構阻尼與庫侖摩擦阻尼、沖擊阻尼、輻射阻尼和磁電效應阻尼六類。此外，阻尼分線性和扭轉兩種。線性阻尼是兩個零部件沿著特定的方向移動一段距離的力?？梢灾付▋蓚€零件上阻尼的位置，COSMOSMmotion據此來計算阻尼力。而阻尼材料大致可分為彈性阻尼材料、復合材料，阻尼合金和庫侖摩擦阻尼材料等。
阻尼可以降低機械結構的共振振幅，受到瞬時沖擊能很快恢復到穩定狀態，保護機械結構，還可以提高各類機床、儀器等的加工精度。常用于減振的阻尼結構有自由阻尼層結構、間隔阻尼層結構、約束阻尼層結構和間隔約束阻尼層四種。
產生機理
機械結構的阻尼是機械結構將振動的能量轉為損耗的能量，從而起到減振的作用。就物理現象加以區分，所以分為以下幾種種類。
材料的內摩擦
材料的內摩擦又稱材料阻尼，它是材料內部分子或金屬晶粒間在運動中相互摩擦而損耗能量所形成的阻尼，任何材料運動時都能產生材料阻尼，用材料損耗因子所標志的阻尼值則存在差別。
大多數金屬材料的損耗因子不隨振幅、溫度和頻率而變化。介于粘性材料和彈性材料之間的粘性彈性材料的阻尼隨振幅、溫度和頻率而變，它的性質是特殊的。金屬材料的阻尼很低，在應變或交變應力的作用下貯存的能量幾乎全部都能釋放出來，而并不耗散能量。故金屬材料接近彈性體。
摩擦
摩擦阻尼又稱材料的外摩擦阻尼，以區別于材料的內摩擦。摩擦耗能包括兩個結合面在相對運動中的干摩擦以及粘性流體（液體、氣體）的摩擦。摩擦使振動的機械能轉化為熱能散發于介質中而產生阻尼。
結構連接形成的阻尼
金屬板與板之間的結合采用焊接、鉚接、螺紋連接等方法，以及采用加強筋加固金屬構件的方法，均可以形成阻尼。連接界面的阻尼與界面的摩擦無關，而是由于連接面之間的相互往復運動形成空氣流動，由空氣的粘度形成的阻尼。對于焊接件來說，多點焊接比連續焊接形成的阻尼要大得多。
散粒物料間的摩擦阻尼
這是一種頻率轉換效應，顆粒間的高頻撞擊形成能量的損耗。包含于結構內的砂粒，當結構振動時眾多砂粒不斷調整相互間的位置，相互摩擦，從而消耗振動能量。
模型計算
黏性阻尼
黏性阻尼是指振動系統中的阻尼力，其大小和運動速度成正比，作用力的方向與速度方向相反。黏性阻尼力可表示為
式中：c為黏性阻尼系數，為運動速度。由于黏性阻尼力與速度的一次方成正比，因此它是一種線性阻尼。
當系統做簡諧振動時，其位移響應為
于是，可以得到黏性阻尼力在一個運動周期內消耗的能量為
即阻尼力在一個周期內消耗的能量Wd，與其振幅x0的平方、振動頻率w和黏性阻尼系數c成正比。如果系統做簡諧振動，此時黏性阻尼力瞬時表達式為
即阻尼力和位移的關系為一個橢圓，橢圓包圍的面積等于阻尼力在一個周期消耗的能量。
流體阻尼
當物體以較大的速度在黏性很小的流體中運動時，其所受的阻尼力一般與運動速度的平方成正比，這種阻尼稱為流體阻尼，又叫速度平方阻尼。流體阻尼可表示為
上式中，r為阻尼系數，為運動速度，表示運動速度的絕對值。由于流體阻尼與速度的平方成正比，因此它是一種非線性阻尼。
當系統做簡諧振動時，阻尼力在一個周期消耗的能量為
即阻尼力在一個周期內消耗的能量We，與其振幅的三次方、圓頻率的平方和阻尼系數成正比。當振動系統中存在非線性阻尼時，為研究方便，通常用一個等效黏性阻尼來近似計算，即將非線性阻尼通過某種方法等效為線性阻尼來表示。
阻尼運動方程
一質點除彈性力外，還受有阻力，且阻力f與質點運動速度成正比，其方向與速度相反，即
其中，稱為阻尼系數，它與物體的形狀、大小與介質的性質有關。這時質點的運動方程為
令，上式可寫為
此式為質點的阻尼運動方程，β稱為阻尼因子，它與系統本身的質量和介質的阻力序數有關，w0是系統的固有角頻率，由系統本身的性質決定。而上式的解可分為三種情況討論
欠阻尼(β＜w0)
當阻尼很小，β＜w0時，稱為欠阻尼，則解為
式中
過阻尼(β＞w0)
當阻尼較小，β＞w0時，稱為過阻尼，則解為
式中，C1和C2是常數，由初始條件決定，此時，振動物體的位移隨著時間單調的減小，且該運動不是周期的，也不是往復的，若將物體偏離平衡位置而后釋放，物體慢慢地回到平衡位置停下來。
臨界阻尼(β＝w0)
當β＝w0時，稱為臨界阻尼，則解為
式中，D1和D2是常數，由初始條件決定，這是系統振動和不作振動的臨界狀態，振動系統恰好不能作振動而很快地回到平衡位置。
作用
阻尼的作用主要有以下五個方面：
（1）阻尼有助于降低機械結構的共振振幅，從而避免結構因動應力達到極限造成結構破壞。對于任一結構，當激勵頻率w等于共振頻率w0時，其位移響應的幅值X與各階模態的阻尼損耗因子ηn成反比，即
（2）有助于機械系統受到瞬時沖擊后，很快恢復到穩定狀態。機械結構受沖擊后的振動水平可表示為
其中，x表示受沖擊瞬時達到的位移，xref是位移參考值。
結構受瞬態激勵后產生自由振動時，要使振動水平迅速下降，必須提高結構的阻尼比。
（3）減少因機械振動產生的聲輻射，降低機械性噪聲。許多機械構件，如交通運輸工具的殼體、鋸片等的噪聲主要是由振動引起的。采用阻尼能有效地抑制共振，從而降低噪聲。此外，阻尼還可以使脈沖噪聲的脈沖持續時間延長，降低峰值噪聲強度。
（4）可以提高各類機床、儀器等的加工精度、測量精度和工作精度。各類機器尤其是精密機床，在動態環境下工作需要有較高的抗震性和動態穩定性，通過各種阻尼處理可以大大的提高其動態性能。
（5）阻尼有助于降低結構傳遞振動的能力。在機械系統的隔振結構設計中，合理運用阻尼技術，可以使隔振、減振效果顯著提高。
影響因素
衡量材料阻尼特性的參數是材料的損耗因子，大多數阻尼材料的損耗因子隨環境條件變化而變化，特別是溫度和頻率對損耗因子具有重要影響。
損耗因子
阻尼的大小通常用損耗因子η表示，它定義在每單位弧度的相位變化的時間內，內損耗的能量與系統的最大彈性熱能之比。它表征了板結構共振時，單位時間振動能量轉變成熱能的大小，η越大，其阻尼特性越好，η可按下式計算
式中：fτ為共振頻率，△f為共振峰半寬度。
溫度
黏彈性阻尼材料損耗因子隨溫度變化，該材料存在三個溫度區，第一區是玻璃態區，在此區內損耗因子較??；第三區是橡膠態區，在此區內損耗因子也不高；位于第一區和第三區之間的是過渡區，在此區內損耗因子達到最大值，即阻尼峰值。達到阻尼峰值的溫度稱為玻璃態轉變溫度，記為Tg。
第一區域中，阻尼材料的貯能模量有最大值，且隨溫度T的變化其值變化很慢，而損耗因子最小，但隨溫度T的上升其值增加最快；第二區域中，溫度增加貯能模量很快下降，材料阻尼消耗因子在Tg時達到最大值；在第三區域中，貯能彈性能量和損耗因子都很低，且其值隨溫度變化基本不變。
頻率
阻尼材料的阻尼特性隨頻率f的變化而變化，貯能實模量E隨頻率的增加始終呈上升趨勢，而損耗因子在一定頻率下有最大值。從E曲線定性地看，它正好與阻尼材料的溫度特性相反，即阻尼材料的低溫特性對應于高頻特性、而高溫特性對應于低頻特性。
分類
從工程應用的角度講，阻尼的產生機理就是將廣義振動的能量轉換成可以耗損的能量，從而抑制振動、沖擊、噪聲。從物理現象上區分，阻尼大致可分為以下六類。
工程材料內阻尼
工程材料種類繁多，盡管其耗能的微觀機制有差異，宏觀效應卻基本相同，都表現為對振動系統具有阻尼作用，因這種阻尼起源于介質內部，故稱為工程材料阻尼。
液體的黏滯阻尼
在實際工程中，各種結構往往與流體相接觸，而大部分流體都具有一定的黏滯性，當這些結構相對其周圍流體介質運動時，后者給前者以運動阻力，對振動物體做負功，使其損失一部分機械能，這些機械能最終轉變為熱能。
結構阻尼與庫侖摩擦阻尼
相互壓緊的兩個表面有滑動趨勢或者出現相對滑動時，這兩個表面上立即產生一對方向相反的力，這就是干摩擦力，也稱庫侖阻尼力。
沖擊阻尼
沖擊阻尼是另一種結構耗能方式。工程中可以通過設置沖擊阻尼器來獲得阻尼，例如砂、細石、鉛丸或其他金屬塊以至于鎢鋼等，均可用作沖擊塊，以獲得沖擊阻尼。
輻射阻尼
當振動物體帶動周圍連續介質運動時，振動物體的一部分運動能量的波的形式傳播出去。這些能量的絕大部分不再回到振動物體上，因此，振動物體損失了這部分能量，其宏觀表現相當于存在做負功的阻尼力，這就是輻射阻尼。
磁電效應阻尼
在機械能轉變為電能的過程中，由磁電效應產生阻尼，如家用電度表中阻尼結構實質上就是機械能與電能的轉換器，它產生的磁電效應可以成為渦流阻尼。
基本結構
阻尼減振技術是通過阻尼結構得以實施的，阻尼結構是指將阻尼材料與構件結合成一體以消耗振動量的結構，通常有如下幾種基本形式。
自由阻尼層結構
該結構在振動構件的基層板上牢固地黏合一層高內阻尼材料。這種結構的損失因數與阻尼層和基層板的厚度比及其彈性模量比有關。
間隔阻尼層結構
該結構是在阻尼層和基層板之間增加一層能承受較大剪力力的間隔層(一般用剛性蜂窩結構)，目的是增加阻尼層的剪切變形。
約束阻尼層結構
約束阻尼層結構是在自由阻尼層的外側在黏附一種彈性模量很大的薄層材料(如金屬薄層)，外側薄層對阻尼層起約束作用，以增加其剪切變形。
間隔約束阻尼層
該結構在約束層與金屬板之間再加一層間隔層，使間隔阻尼層結構與約束阻尼層結構的優點結合起來。除此之外，還與其他的結構行駛，但基本原理是相同的，共同特點就是以最小的阻尼材料發揮盡可能大的阻尼作用，以達到減輕結構重量和節約材料的目的
測量方法
阻尼測量方法有三種：①對數衰減方法；②正弦曲線掃描方法；③隨機響應方法。對數衰減法是給結構一個初始激勵，記錄下結構的自由衰減響應時程，得到結構阻尼。正弦掃描或隨機響應方法都是給結構施加激勵，記錄下結構的振動響應時程，并對響應時程做頻譜分析，采用半功率帶寬法得到結構阻尼。這兩種方法的區別在于施加的激勵不同，一種是正弦激勵，一種是隨機激勵。
是理想情況下的頻譜圖，對于大多數結構來說，頻譜分析都不能得到光滑單峰的頻譜曲線，因此通常先采用最小二乘法對頻譜曲線進行擬合，再根據半功率帶寬法得到結構阻尼。
阻尼材料
現有的阻尼材料大致可分為：彈性阻尼材料，如橡膠類、瀝青類和塑料類；復合材料，包括層壓材料以及混合材料；阻尼合金，基體包括鐵基、鋁基等；庫侖摩擦阻尼材料，如不銹鋼絲網、鋼絲繩和玻璃纖維；其他類，如阻尼陶瓷、玻璃等。
彈性阻尼材料
彈性阻尼材料具有很大的阻尼損耗因子和良好的減振性能，但適應溫度的變化范圍窄，只要溫度稍有變化，其阻尼特性就會有較大的變化，性能不夠穩定，不能作為機器本身的結構件。因此，研制出了耐高溫的大阻尼合金，損耗因子在0.05~0.15之間，彈性模量在1011Pa左右，可直接做成機器的零件。
復合阻尼材料
復合阻尼材料是一種由多種材料組成的阻尼板材，通常做成黏性的，可由鋁質約束層、阻尼層和防粘紙組成。這種材料施工工藝簡單，有較好的控制結構振動和降低噪聲的效果。如阻尼漿是用多種高分子材料配合而成的，它主要由基料、填料、溶劑三部分組成。其中，起阻尼作用的主要材料稱作基料，如橡膠、瀝青等；增加阻尼、減少基料用量以降低成本的輔助材料稱為填料，如膨脹珍珠巖、軟木粉、石棉纖維等；溶解基料、防止干裂的輔料稱為溶劑，如礦物質和植物油等。
黏彈類阻尼材料
黏彈類阻尼材料是目前應用廣泛的一種非金屬阻尼材料，可以在相當大的范圍內調整材料的成分及結構，從而滿足特定溫度及頻率下的要求。黏彈性阻尼材料主要分為橡膠類和塑料類，一般以膠片形式生產，使用時可用專用的粘接劑將它貼在需要減振的結構。黏彈性阻尼材料損耗因子大，在工程上常常將它與金屬板材料黏結成具有很高強度又有較大結構損耗因子的阻尼結構，如在薄板或管道上緊貼或噴涂上一層內摩擦大的材料，如瀝青、軟質橡膠或其他高分子涂料，也是抑制振動的有效措施。
應用與影響
阻尼涂料
阻尼涂料是指能夠減弱振動和降低噪音的涂料，主要涂布在處于振動條件下的薄板狀殼體上，如汽車、火車、航天器和艦艇的殼體或底盤。這些裝置的發動機和傳動系統往往直接或間接地引起殼體振動，其強烈的振動將直接或間接地引起殼體振動，一旦其振動頻率與殼體的固有頻率相同，則會引起殼體的共振，導致殼體材料強度降低甚至過早斷裂；二是殼體的強烈振動成為噪音的二次振源。在振動殼體或制備殼體的金屬上涂上阻尼涂料，則能起到減振和降噪的作用，比早期合金型減振材料具有更多的優越性，如減振性能高、產品輕量化。
阻尼合金
阻尼合金（又稱減振合金），可作為結構材料直接代替機械中振動和發聲強烈的部件，也可制成阻尼層粘貼在振動部件上，它不是通過結構方式去緩和振動和噪聲，而是利用金屬本身具有的衰減能去消除振動和噪聲的發生源。阻尼合金可用于火箭、導彈、噴氣式飛機的控制盤和或導航器等精密儀器及發動機罩，汽車輪機葉片等發動機部件；汽車車體、制動裝置、發動機轉動部件、變速器；橋梁等土木建筑部件；沖壓機、鏈式搬運機等機械工程零部件。
阻尼器
阻尼器是隔振裝置之一，阻尼器的作用是消耗振動時的能量，使隔振建筑的動力反應具有衰減性能，抑制地震時上部結構與地基產生過大的相對位移。
參考資料 >