[科普中國]-板級阻尼

板級阻尼是指將結構阻尼技術直接用于電子模塊印制板上，使印制板由于增加能耗而減小外界干擾力對板面的影響。板級阻尼般可以通過兩種途徑實現(xiàn)。由于阻尼減振理論、材料與設計制作技術的成熟，早在20世紀80年代，國內已成功地將阻尼技術用于航天產品印制板上。

簡介板級阻尼是指將結構阻尼技術直接用于電子模塊印制板上，使印制板由于增加能耗而減小外界干擾力對板面的影響。板級阻尼般可以通過兩種途徑實現(xiàn)。

第一，以印制板為基層上覆阻尼層，做成自由阻尼結構；或以印制板為基層上覆阻尼層再疊約束層，形成夾芯結構，即約束型阻尼結構。

第二，在印制板與箱體安裝受約束的部位做出阻尼結構。當外界干擾為有較寬頻帶的隨機振動時，對具有多階固有頻率的印制板，有明顯的衰減效果，印制板及板上安裝匹配的電子元器件的工作環(huán)境就都得到了直接改善，這將有效地保證產品的可靠性。

由于阻尼減振理論、材料與設計制作技術的成熟，早在20世紀80年代，國內已成功地將阻尼技術用于航天產品印制板上1。

阻尼的基本概念阻尼是結構的重要的動力特性，人們通常認為引起能量耗散的原因主要有以下幾種：

（1）由于材料的內摩擦作用而使機械能量逐漸轉化為熱能消失在周圍的介質中，這是能量耗散的主要原因；

（2）周圍介質對振動的阻尼；

（3）節(jié)點支座聯(lián)接間的摩擦阻力，主要是由構件之間或構件與支座間的相對運動所產生的；

（4）通過支座基礎散失一部分能量。

這類使振動衰減的因素，統(tǒng)稱為阻尼1。

阻尼理論發(fā)展概述阻尼理論是一種古老但仍充滿著活力的理論。意大利人芬奇發(fā)現(xiàn)了干燥的和未涂潤滑劑的兩表面之間的動摩擦力遵從與靜摩擦力相同的兩條定律，即：

（1）在很大范圍內，它近似地與接觸面積無關；

（2）它與法向力成正比在一定程度上，動摩擦力與兩表面相互滑過的相對速率無關。

芬奇的陳述是:

（1）盡管接觸面可以有不同的寬度或長度，在運動開始時，同樣的重量所引起的摩擦將具有相等的阻力；

（2）如果將重量加倍，則摩擦使我們推動物體所費之勁也加倍。

法國科學家?guī)靷}做了許多關于摩擦的實驗，并且指出了靜摩擦與動摩擦之間的差別，在許多粗略計算的場合，把這種Coulomb阻尼看為常量，它阻止干燥表面的相對滑動這就是通常所說的Coulomb阻尼1。

阻尼的研究意義在風工程和地震工作中，長期以來一直存在著結構阻尼估計問題隨著建筑的跨度不斷增大，高度不斷增高，結構材料不斷向輕質高強發(fā)展，以及結構抗災害能力要求的不斷提高，結構阻尼在工程中的位置也顯得也越來越重要。結構阻尼的機制相當復雜在結構振動時，各種響應都是阻尼的函數(shù)由于阻尼的存在，各種響應較無阻尼結構計算值為小，甚至小幾倍乃至幾十倍，因此阻尼的大小對結構動力響應（大跨，高聳，高層等）分析尤為重要。在工程的實際運用中，阻尼的取值都來源于實測結果。但各個國家根據(jù)自己的情況所取的阻尼值有很大的差異。另外，結構阻尼的研究存在一個重大的缺陷，就是缺少真實的實驗數(shù)據(jù)，加上錯用測量技術和把非線性過程歸于單一的阻尼值等這種阻尼取值上混亂的現(xiàn)象使結構的可靠度下降，正常使用基本要求降低世界上很多學者正在抓緊從事這方面研究，一些學術團體還專門召開國際建筑阻尼研討會，以求推動建筑阻尼研究的新進展2。

復合阻尼結構的概述復合阻尼結構的包括自由阻尼結構和約束阻尼結構兩種結構形式。阻尼層材料附著在基層材料上，一起組成自由阻尼結構形式。當基層受力發(fā)生形變時，阻尼層會隨著基層一起產生應中，體系的拉一壓形變起主導作用;在自由阻尼結構中，體系的拉一壓形變起主導作用;在自由阻尼結構阻尼層上附加一層約束層材料就構成約束阻尼結構。當體系受力產生形變時，由于基層一阻尼層和阻尼層一約束層之間受力狀況的差異，導致阻尼層上下表面產生不同的應力應變，從而阻尼層發(fā)生剪切變形，與此同時阻尼層也會發(fā)生拉一壓變形，從而耗散更多的能量。

阻尼研究中的問題和發(fā)展前景（1）建立真實的實測數(shù)據(jù)庫

由于影響結構阻尼的因素繁多，如結構型式，荷載的不同特點，地基的多變性，材料的不同等，應收集各種不同真實條件下質量可靠數(shù)據(jù)為研究創(chuàng)造必要基本條件因為任何理論和任何一種近似計算模型的建立都是以實測數(shù)據(jù)為依據(jù)，并又反過來需要實測結果檢驗其正確與否。這些數(shù)據(jù)非常有限，遠遠不能滿足需要。另一方面，在已取得的數(shù)據(jù)中，又由于對數(shù)據(jù)取得的條件描述不夠，實測方法和技術的不一致，以及實測的誤差等因素，而使得其數(shù)據(jù)不能夠共享所以為收集到共享數(shù)據(jù)還需設立統(tǒng)一的標準。只有標準化的數(shù)據(jù)才能給研究提供方便。

（2）影響阻尼的因素

在確定阻尼力時，人們長期以來禁錮在傳統(tǒng)的阻尼模式的范圍內，強行采用粘滯阻尼系統(tǒng)去等效各種線性和非線性阻尼系統(tǒng)，僅僅考慮數(shù)學處理上的方便，而忽視了其真實的物理意義，忽視了影響阻尼的其他一些重要因素，如振幅建筑物尺寸、土壤和基礎形式節(jié)點等。

（3）阻尼的實驗研究和識別方法

動力實驗方法還不能直接提供結構的阻尼力和恢復力，仍是按阻尼力和恢復力的相互關系，采用一定的阻尼假設模型，假定在恢復力的條件下去識別阻尼。在彈性階段，振動的恢復力很容易確定，所以過去在彈性振動中的阻尼問題已經有了很多的研究但結構進入彈塑性狀態(tài)后，特別是在地震這一類不規(guī)則的往復地面運動作用下，其剛度是一個不斷變化的量，要想準確的描述結構恢復力是比較困難的，從而導致無法對阻尼進行有效識別，增大了研究結構彈塑性動力分析中的阻尼問題的難度。不同阻尼模型和阻尼比對結構彈塑性地震反應分析的影響是不可忽略的。特別是在這一階段結構即將破壞，因此其阻尼比的大小具有特別意義在研究中不同的研究人員仍然采用不同的方法，沒有一種為大家所接受的、行之有效的獲取結構彈塑性振動階段阻尼特性的直接試驗方法。

（4）阻尼的隨機性與模糊性

由于影響阻尼各因素的隨機性，建筑物的阻尼即使在相同的條件下，反復重復的測試，每次也會得出不同的阻尼值，所以阻尼是一個隨機變量另外，用不同的測試手段和不同的計算方法，它的取值也是不同魄對不同測試方法和不同計算方法的評價，也常有不同看法如：準確，較準確，不準確。這表明阻尼又是一個模糊變量。長期以來，把阻尼作為普通常量來處理，是片面的，應該加強對其隨機性和模糊性的研究。

（5）高阻尼新型材料應用

復合材料的阻尼比金屬和鋼筋混凝土高出幾十倍，甚至幾百德充分利用這個優(yōu)勢，再增加一些傳感和控制功能，將其應用到建筑中去，成為智能材料，使建筑物的材料與阻尼控制成為一個整體，這是國內外正在研究一個熱門課題，將使阻尼研究達到了一個新的水r結構阻尼的深入研究將使原來視為普通常數(shù)的阻尼，作為一個模糊隨機變量看待，使結構動力響應的研究達到新的高度，為房屋建筑抗震減災的計算方法開辟出新途徑2。

本詞條內容貢獻者為:

杜強 - 高級工程師 - 中國科學院工程熱物理研究所