靜音鋼板的綜合性能研究

馬學強，李鑫茂，尹學軍

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

約束阻尼結構自1939 年William Swallow 提出以來，經過一系列的研究已經得到迅速發展，約束性阻尼結構中由基層、阻尼層、約束層構成的“夾芯”結構，在受到外力作用時，阻尼層與基層和約束層之間產生拉伸形變和壓縮形變，阻尼層將部分機械能轉化為熱能消耗掉，從而達到減振降噪的目的。約束阻尼結構因具有可設計性及其高耗能的性質，被廣泛應用于現代航空、航天、交通運輸、大型機械設備等領域的減振降噪。隨著社會的發展，在航空航天、交通運輸以及大型機械設備的使用中，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用工具，對其進行系統研究具有重要意義。

靜音鋼板結構是在兩塊金屬板之間填充非常薄的黏彈性阻尼材料，構成“夾芯”阻尼結構，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合損耗因數、使用溫度區間、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 試驗材料及設備

MK806 黏彈阻尼材料（彈性模量為0.896×102MPa）由青島科而泰環境控制技術有限公司提供，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，動態力學測試（DMA）設備為德國耐弛公司DMA242 動態熱機械分析儀。

1.2 試樣的制備

試驗采用的結構形式是具有對稱型約束阻尼結構的靜音鋼板，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 結果與討論

2.1 不同厚度阻尼層的靜音板復合損耗因數

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構進行復合損耗因數測試，具體測試結果見表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變為熱能耗散掉，從而起到減振降噪的作用。

根據表1 和表2 所示的靜音鋼板的復合損耗因數可以得出，該靜音板結構在阻尼層厚度為100 μm時，復合損耗因數更大，也即在厚度為100 μm 時較厚度為50 μm時的阻尼效果更優。

2.2 靜音鋼板的使用溫度區間

將MK806 制作成具有約束阻尼結構的靜音鋼板，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間內的復合損耗因數，具體檢測結果見表3。

表3 靜音鋼板的復合損耗因數測試結果

由表3數據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區間內有更好的效果。

圖1 靜音鋼板在不同溫度下的復合損耗因數測試結果

結合表3 和圖1 可以得出，該靜音鋼板在10°C～50°C 的溫度區間內，復合損耗因數均大于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 區間內在保持良好物理性能的同時兼具優良的阻尼效果，能在較寬的溫域區間內達到應有的減振降噪效果。

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，具體測試結果見圖2。

圖2 隔聲量測試結果

從圖3 的隔聲量測試結果可以得出，靜音鋼板的隔聲量在小于352 Hz 和大于558 Hz 的區間內顯著大于普通鋼板。

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。

隔聲量測試結果表明，靜音鋼板可以在一定的振動頻率范圍內大幅度減小機械器件在使用過程中對內部結構及相關精密儀器的振動效應，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構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，并對采集的數據進行分析，具體測試結果見圖3。

圖3 時域分析圖譜

頻域分析主要是根據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，具體測試結果見圖4。

從圖3可以看得，從振動持續時間來看，無阻尼鋼板振動持續時間為>1.6 s，自由阻尼鋼板振動持續時間為1.6 s，約束阻尼靜音鋼板振動持續時間為0.2 s。從振幅來看，約束阻尼靜音鋼板對振動傳輸的衰減更為明顯。因此，無論從振動持續時間還是振幅來看，約束阻尼的靜音鋼板都體現了良好的減振效果。

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，振動加速度級都小于無阻尼鋼板和自由阻尼鋼板，體現了很好的減振效果。

3 結語

（1）對比阻尼層厚度為50 μm和100 μm的靜音鋼板復合損耗因數得出，阻尼層厚度為100 μm的結構復合損耗因數更大，因此具有更優異的靜音效果；

（2）根據靜音鋼板的耐溫測試得出，該結構10°C～50°C 的溫度區間內，復合損耗因數均大于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時間為0.2 s，無論從振動持續時間還是振幅來看，約束阻尼的靜音鋼板都體現了良好的減振效果；

（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。