阻尼器结构组成对碰撞阻尼性能的影响

    碰撞阻尼属于振动控制中的被动控制技术， 它利用振动过程中冲击器与主系统的碰撞来控制主系统的响应。关于碰撞阻尼的研究最近得到了迅猛的发展，在航天、 航空、 军工、 汽车等领域和建筑、 桥梁、铁路等结构工程的振动控制中得到了广泛的应用， 并取得了良好的减振效果。目前，有代表性地碰撞阻尼包括单体碰撞阻尼[1]、 多体碰撞阻尼[2]、 豆包碰撞阻尼[3]、颗粒碰撞阻尼[4-5]、 非阻塞性颗粒碰撞阻尼[6-7]和带颗粒减振剂的碰撞阻尼[8]等等。

    碰撞阻尼大都以动量交换和摩擦作为耗能机理，将系统的能量暂时转移或永久地消耗。 在阻尼器腔体中加入钢球冲击器和颗粒减振材料组成的带颗粒减振剂的碰撞阻尼器[8]，可利用振动过程中钢球的冲击作用使腔体中的颗粒材料产生挤压， 发生塑性变形，永久地消耗系统的能量。 关于带颗粒减振剂的碰撞阻尼的研究目前还不多，在减振机理方面，杜妍辰等[9-10]以两球弹塑性碰撞的解析解为基础，提出了等代参数法预测带颗粒夹击的耗能计算方法； 在减振性能方面， 研究了有无冲击器和有无填充颗粒的影响[8]，其中，冲击器只有 1 个，颗粒材料也只有铜粉一种情况。

    已有的研究表明[2]，将一个冲击器替换为多个冲击器，可部分提高阻尼器的减振性能。 关于多个冲击器在带颗粒减振剂的碰撞阻尼中的作用目前还没有研究， 关于不同颗粒材料尤其是非金属颗粒在阻尼器中是否有效，目前也尚未涉及。 本文中以带颗粒减振剂的碰撞阻尼为对象进行实验研究， 通过改变阻尼器中冲击器的直径、数量及颗粒材料，研究它们对带颗粒减振剂的碰撞阻尼减振效果的影响。

    1 实验方法与内容

    1.1 实验装置

    实验在悬臂梁上进行。 悬臂梁竖向放置，一端固定，另一端自由。 信号发生器产生的正弦信号经放大后由电磁激振器作用于悬臂梁固定端，使悬臂梁进行振动。 阻尼器固定于悬臂梁的自由端，加速度传感器固定于阻尼器的对面，振动信号经放大后由采集仪采集、由 DASP 软件分析后得到系统的振动特性。 实验装置示意图见图 1， 实验中采用的悬臂梁和阻尼器腔体参数见表 1。

    1.2 实验内容

    本实验中考虑了 4 种冲击器直径，分别为 10、 5、2.5、 1 mm。 为方便比较，按质量相同的原则，以上不同直径冲击器的数量分别为 1、 8、 64、 1 000 个。 添加的颗粒减振剂有 3 种金属颗粒包括铜粉、 锌粉和铝粉以及非金属颗粒石英砂，颗粒减振剂的体积填充率为 40%，颗粒材料的直径见表 2。