[科普中国]-板级阻尼

板级阻尼是指将结构阻尼技术直接用于电子模块印制板上，使印制板由于增加能耗而减小外界干扰力对板面的影响。板级阻尼般可以通过两种途径实现。由于阻尼减振理论、材料与设计制作技术的成熟，早在20世纪80年代，国内已成功地将阻尼技术用于航天产品印制板上。

简介板级阻尼是指将结构阻尼技术直接用于电子模块印制板上，使印制板由于增加能耗而减小外界干扰力对板面的影响。板级阻尼般可以通过两种途径实现。

第一，以印制板为基层上覆阻尼层，做成自由阻尼结构；或以印制板为基层上覆阻尼层再叠约束层，形成夹芯结构，即约束型阻尼结构。

第二，在印制板与箱体安装受约束的部位做出阻尼结构。当外界干扰为有较宽频带的随机振动时，对具有多阶固有频率的印制板，有明显的衰减效果，印制板及板上安装匹配的电子元器件的工作环境就都得到了直接改善，这将有效地保证产品的可靠性。

由于阻尼减振理论、材料与设计制作技术的成熟，早在20世纪80年代，国内已成功地将阻尼技术用于航天产品印制板上1。

阻尼的基本概念阻尼是结构的重要的动力特性，人们通常认为引起能量耗散的原因主要有以下几种：

（1）由于材料的内摩擦作用而使机械能量逐渐转化为热能消失在周围的介质中，这是能量耗散的主要原因；

（2）周围介质对振动的阻尼；

（3）节点支座联接间的摩擦阻力，主要是由构件之间或构件与支座间的相对运动所产生的；

（4）通过支座基础散失一部分能量。

这类使振动衰减的因素，统称为阻尼1。

阻尼理论发展概述阻尼理论是一种古老但仍充满着活力的理论。意大利人芬奇发现了干燥的和未涂润滑剂的两表面之间的动摩擦力遵从与静摩擦力相同的两条定律，即：

（1）在很大范围内，它近似地与接触面积无关；

（2）它与法向力成正比在一定程度上，动摩擦力与两表面相互滑过的相对速率无关。

芬奇的陈述是:

（1）尽管接触面可以有不同的宽度或长度，在运动开始时，同样的重量所引起的摩擦将具有相等的阻力；

（2）如果将重量加倍，则摩擦使我们推动物体所费之劲也加倍。

法国科学家库仓做了许多关于摩擦的实验，并且指出了静摩擦与动摩擦之间的差别，在许多粗略计算的场合，把这种Coulomb阻尼看为常量，它阻止干燥表面的相对滑动这就是通常所说的Coulomb阻尼1。

阻尼的研究意义在风工程和地震工作中，长期以来一直存在着结构阻尼估计问题随着建筑的跨度不断增大，高度不断增高，结构材料不断向轻质高强发展，以及结构抗灾害能力要求的不断提高，结构阻尼在工程中的位置也显得也越来越重要。结构阻尼的机制相当复杂在结构振动时，各种响应都是阻尼的函数由于阻尼的存在，各种响应较无阻尼结构计算值为小，甚至小几倍乃至几十倍，因此阻尼的大小对结构动力响应（大跨，高耸，高层等）分析尤为重要。在工程的实际运用中，阻尼的取值都来源于实测结果。但各个国家根据自己的情况所取的阻尼值有很大的差异。另外，结构阻尼的研究存在一个重大的缺陷，就是缺少真实的实验数据，加上错用测量技术和把非线性过程归于单一的阻尼值等这种阻尼取值上混乱的现象使结构的可靠度下降，正常使用基本要求降低世界上很多学者正在抓紧从事这方面研究，一些学术团体还专门召开国际建筑阻尼研讨会，以求推动建筑阻尼研究的新进展2。

复合阻尼结构的概述复合阻尼结构的包括自由阻尼结构和约束阻尼结构两种结构形式。阻尼层材料附着在基层材料上，一起组成自由阻尼结构形式。当基层受力发生形变时，阻尼层会随着基层一起产生应中，体系的拉一压形变起主导作用;在自由阻尼结构中，体系的拉一压形变起主导作用;在自由阻尼结构阻尼层上附加一层约束层材料就构成约束阻尼结构。当体系受力产生形变时，由于基层一阻尼层和阻尼层一约束层之间受力状况的差异，导致阻尼层上下表面产生不同的应力应变，从而阻尼层发生剪切变形，与此同时阻尼层也会发生拉一压变形，从而耗散更多的能量。

阻尼研究中的问题和发展前景（1）建立真实的实测数据库

由于影响结构阻尼的因素繁多，如结构型式，荷载的不同特点，地基的多变性，材料的不同等，应收集各种不同真实条件下质量可靠数据为研究创造必要基本条件因为任何理论和任何一种近似计算模型的建立都是以实测数据为依据，并又反过来需要实测结果检验其正确与否。这些数据非常有限，远远不能满足需要。另一方面，在已取得的数据中，又由于对数据取得的条件描述不够，实测方法和技术的不一致，以及实测的误差等因素，而使得其数据不能够共享所以为收集到共享数据还需设立统一的标准。只有标准化的数据才能给研究提供方便。

（2）影响阻尼的因素

在确定阻尼力时，人们长期以来禁锢在传统的阻尼模式的范围内，强行采用粘滞阻尼系统去等效各种线性和非线性阻尼系统，仅仅考虑数学处理上的方便，而忽视了其真实的物理意义，忽视了影响阻尼的其他一些重要因素，如振幅建筑物尺寸、土壤和基础形式节点等。

（3）阻尼的实验研究和识别方法

动力实验方法还不能直接提供结构的阻尼力和恢复力，仍是按阻尼力和恢复力的相互关系，采用一定的阻尼假设模型，假定在恢复力的条件下去识别阻尼。在弹性阶段，振动的恢复力很容易确定，所以过去在弹性振动中的阻尼问题已经有了很多的研究但结构进入弹塑性状态后，特别是在地震这一类不规则的往复地面运动作用下，其刚度是一个不断变化的量，要想准确的描述结构恢复力是比较困难的，从而导致无法对阻尼进行有效识别，增大了研究结构弹塑性动力分析中的阻尼问题的难度。不同阻尼模型和阻尼比对结构弹塑性地震反应分析的影响是不可忽略的。特别是在这一阶段结构即将破坏，因此其阻尼比的大小具有特别意义在研究中不同的研究人员仍然采用不同的方法，没有一种为大家所接受的、行之有效的获取结构弹塑性振动阶段阻尼特性的直接试验方法。

（4）阻尼的随机性与模糊性

由于影响阻尼各因素的随机性，建筑物的阻尼即使在相同的条件下，反复重复的测试，每次也会得出不同的阻尼值，所以阻尼是一个随机变量另外，用不同的测试手段和不同的计算方法，它的取值也是不同魄对不同测试方法和不同计算方法的评价，也常有不同看法如：准确，较准确，不准确。这表明阻尼又是一个模糊变量。长期以来，把阻尼作为普通常量来处理，是片面的，应该加强对其随机性和模糊性的研究。

（5）高阻尼新型材料应用

复合材料的阻尼比金属和钢筋混凝土高出几十倍，甚至几百德充分利用这个优势，再增加一些传感和控制功能，将其应用到建筑中去，成为智能材料，使建筑物的材料与阻尼控制成为一个整体，这是国内外正在研究一个热门课题，将使阻尼研究达到了一个新的水r结构阻尼的深入研究将使原来视为普通常数的阻尼，作为一个模糊随机变量看待，使结构动力响应的研究达到新的高度，为房屋建筑抗震减灾的计算方法开辟出新途径2。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所