靜音鋼板的綜合性能研究

馬學(xué)強，李鑫茂，尹學(xué)軍

（1.青島科而泰環(huán)境控制技術(shù)有限公司，山東 青島266101；2.青島理工大學(xué) 工程質(zhì)量檢測鑒定中心，山東 青島266033）

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，阻尼層與基層和約束層之間產(chǎn)生拉伸形變和壓縮形變，阻尼層將部分機械能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，從而達到減振降噪的目的。約束阻尼結(jié)構(gòu)因具有可設(shè)計性及其高耗能的性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代航空、航天、交通運輸、大型機械設(shè)備等領(lǐng)域的減振降噪。隨著社會的發(fā)展，在航空航天、交通運輸以及大型機械設(shè)備的使用中，人們對振動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，對其進行系統(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)，從而在獲得良好機械性能的同時達到靜音效果。

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、隔聲量以及時域波形等4 個方面進行探索研究。

1 實驗部分

1.1 試驗材料及設(shè)備

MK806 黏彈阻尼材料（彈性模量為0.896×102MPa）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。

振動測量儀為北京東方所的INV9824、北京東方所的DASP 系列分析軟件系統(tǒng)，動態(tài)力學(xué)測試（DMA）設(shè)備為德國耐弛公司DMA242 動態(tài)熱機械分析儀。

1.2 試樣的制備

試驗采用的結(jié)構(gòu)形式是具有對稱型約束阻尼結(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，采用自由梁法進行測試；分別對50 μm和100 μm兩種厚度阻尼層的靜音鋼板結(jié)構(gòu)進行復(fù)合損耗因數(shù)測試，具體測試結(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能量時，將吸收的機械能部分轉(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，復(fù)合損耗因數(shù)更大，也即在厚度為100 μm 時較厚度為50 μm時的阻尼效果更優(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)，具體檢測結(jié)果見表3。

表3 靜音鋼板的復(fù)合損耗因數(shù)測試結(jié)果

由表3數(shù)據(jù)得出直觀的阻尼耐溫測試分析圖譜見圖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；該靜音鋼板在實際使用中可達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兼具優(yōu)良的阻尼效果，能在較寬的溫域區(qū)間內(nèi)達到應(yīng)有的減振降噪效果。

2.3 靜音鋼板隔聲量測試

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

圖2 隔聲量測試結(jié)果

從圖3 的隔聲量測試結(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25 dB；普通鋼板隔聲量在462 Hz 時達到最大值，其最大隔聲量為15.1 dB。

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

2.4 時域和頻域分析

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

時域分析主要是對通過敲擊得到的振動加速度信號進行記錄，取得振動加速度時程圖譜，并對采集的數(shù)據(jù)進行分析，具體測試結(jié)果見圖3。

圖3 時域分析圖譜

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

從圖3可以看得，從振動持續(xù)時間來看，無阻尼鋼板振動持續(xù)時間為>1.6 s，自由阻尼鋼板振動持續(xù)時間為1.6 s，約束阻尼靜音鋼板振動持續(xù)時間為0.2 s。從振幅來看，約束阻尼靜音鋼板對振動傳輸?shù)乃p更為明顯。因此，無論從振動持續(xù)時間還是振幅來看，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 的振動加速度級小于無阻尼鋼板，約束阻尼靜音鋼板在整個頻段內(nèi)，振動加速度級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25 dB；

（4）時域分析顯示約束阻尼靜音鋼板的振動持續(xù)時間為0.2 s，無論從振動持續(xù)時間還是振幅來看，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頻段內(nèi)振動加速度級都小于無阻尼鋼板和自由阻尼鋼板，減振效果良好。