颗粒链的弹性研究+文献综述(2)
按照有无外界能源，振动控制技术可以分为主动控制和被动控制两种。振动主动控制技术是以现代控制理论为基础，机电一体化技术为核心的有源减振降噪技术，但由于技术不成熟、成本高等原因，无法在实际生产生活中广泛运用[4]。振动被动控制技术则不需要外接能源，它是通过运用各种阻尼器，并结合多种阻尼技术的控制技术。由于阻尼器的结构简单且经济可靠，振动被动控制技术实施比较方便，通常减振效果明显，已广泛应用于各工程及其它领域当中，如液压阻尼器、风阻尼器、粘滞阻尼器等。近些年，振动主动控制技术有了很大进展，但振动被动控制技术在各领域仍处于主导地位，而且由于其自身也在不断发展，各种新的阻尼材料在不断涌现[5]。
振动被动控制的基本原理是物质的阻尼作用。根据机械振动理论，当激振力作用于系统时，如果激励频率与系统的固有频率相同，系统有谐振现象发生，此时若要降低系统的振幅和频率，唯有增加系统的阻尼作用。也就是说，系统的谐振现象只能被阻尼作用制约[6]。阻尼作用的产生是一个复杂的过程，到目前为止，也未能完全弄明白其原理，从系统能量的变化上来说，阻尼作用是消耗系统振动能量的能力，也就是将系统的机械能转化成热能及其他能量。就能量消耗的途径而言，阻尼作用可以分为[7]：材料的内摩擦、摩擦和频率转换效应。
阻尼作用的产生原理及过程非常复杂，但人们并没有停止对阻尼技术的研究和应用。近些年来，各种新的阻尼材料不断涌现，如粘弹性阻尼材料。粘弹性阻尼材料是近三十年发展起来的一种实用的减振降噪材料，它拥有优越的减振降噪效果和经济实用、实施方便等优点，这使得它迅速占领市场[8]。但是它对温度非常敏感，在极端恶劣条件下无法达到减振降噪效果，限制了其适用范围。为了解决这一问题，研究和发展新的阻尼材料显得十分重要[9]。已经发展和正在发展的这些技术有：冲击阻尼技术、BBD技术(Bean Bag Damper)、NOPD技术(Non-Obstractive Particle Damping)等。其中的BBD技术具有冲击力小、无噪声、耐油和高温、不老化、适用于工作环境恶劣的环境等优点，使其脱颖而出，已被广泛应用于各种工程结构中的减振[10]。
1.2 颗粒物质概述
物理学中的颗粒材料通常指颗粒直径在一微米以上的颗粒聚集体系，分子间作用力不再显著，并且布朗运动对体系的影响不大。如图1.1，颗粒物质大量存在于自然界中，例如：砂石、土壤、积雪等，生活中的食盐、糖，生产中的煤炭、矿石等也是颗粒物质[11]。如果只看单一独立的颗粒，它的特性属于固体；而当颗粒大量聚集在一起时，可以将所有颗粒看做
图1.1 颗粒材料
一个整体，此时不能简单地把这个整体看做固体，因为它会表现出复杂且有趣的特性。传统的物质形态有固态、液态和气态三种，而作为整体的颗粒表现出的特性不同于这三种物质形态。因此，我们可以把颗粒物质看做一种新的物质形态。根据颗粒材料的特性，通常情况下把颗粒材料看做介于固体与理想流体之间的物质，而在某些特殊条件下，颗粒材料会表现出类似于固体、液体或气体的特性，即集三种物质形态的特点于一体，这种独特的特性为颗粒材料的应用提供了更多可能性[12]。颗粒材料广泛存在于人类的生活环境，与人类生活息息相关，因此人类很早就开始运用颗粒材料。颗粒材料应用于减振已经有几个世纪，早期的应用是比较粗糙的。例如，将颗粒材料附着在物体的四周，减少碰撞中的振动；将装满颗粒材料的袋子压在物体上，减少物体振动；或者将质量很大的颗粒材料放进物体预留的孔洞中，以吸收物体振动的能量[13]。颗粒材料在物体减振降噪方面的应用已经有几个世纪的历史，但应用其阻尼特性来设计抗振结构兴起于最近一个世纪，如在铣床的悬臂内填充小铁球，小铁球间加入粘性油，悬臂振动时小铁球会相互撞击，可以抑制悬臂在不同频率下的振动；金属切削机床床身安有封砂结构，该结构运用颗粒材料的阻尼作用，可使床身的阻尼提高8-11倍[14]。
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