船用阻尼材料研究进展

任小逆，洪 玲，高琛琪，李晟昊，陈栋梁

(1. 上海大学 理学院 化学系，上海 200444；2. 上海火克新材料有限公司，上海 200438)

船用阻尼材料研究进展

任小逆1，洪 玲1，高琛琪1，李晟昊1，陈栋梁2

(1. 上海大学 理学院 化学系，上海 200444；2. 上海火克新材料有限公司，上海 200438)

介绍船用阻尼材料的常用结构，提出阻尼材料的阻尼机理以及评定阻尼效果的方法，对国内外船用阻尼材料的研究现状进行分析，明确国内阻尼材料未来的研究方向。

船舶；阻尼；约束阻尼；损耗因子

0 引 言

舰船航行中产生的振动与噪声不仅严重降低乘坐的舒适性，影响船员休息，更加降低舰船的技术性能，使机械结构产生疲劳损坏、仪器仪表工作发生异常等。由于舰船制造工业生产发展的特殊要求，设法降低舰船的振动和噪声是研究的一个重点[1-4]。

减振降噪采取的技术措施一般有2种：一是设法降低噪声源本身的噪声和振动强度，二是用阻尼和吸收材料使振动和噪声能量耗散，从而限制振动和噪声在结构和空气中的传递。相比而言，采用阻尼材料治理振动和噪声实施起来比较方便，是目前普遍应用的减振降噪手段[5]。

舰船减振降噪可以通过阻尼材料本身、阻尼结构形式和阻尼系统等予以实现。舰船上阻尼材料常以自由阻尼结构和约束阻尼结构2种结构形式存在，自由阻尼材料通过将其直接粘贴或喷涂在需要减振降噪处理的结构物上以达到减振降噪的目的。约束阻尼材料则是在自由阻尼材料的外面再附加一层模量较高的约束层材料。

1 阻尼机理

从减振降噪的角度考虑，阻尼是指损耗振动能量的能力，也就是将机械振动及声振的能量，转变成热能或其他可耗损的能量，从而实现减振降噪[6-7]。

一般来说，复合材料的阻尼主要贡献来自基体，聚合物材料在交变应力的作用下由于所特有的粘弹性，形变会落后于应力的变化，发生滞后现象，有一部分功（机械能）以热或其他形式消耗掉，从而产生力学损耗并起到阻尼作用。阻尼值的大小通常用形变落后于应力的相位角正切tanδ或β表征，tanδ与模量E的关系如式（1） 所示。

其中实部E'表示储能模量；虚部Equot;表示耗能模量。

材料损耗因子的影响因素除了基体本身的结构外，复合材料中填料的本征阻尼，填料和基体之间的摩擦阻尼等也为耗散能量提供了前提。

2 阻尼材料效果评定

2.1 阻尼材料损耗因子的测试方法

GB/T 16406-1996规定了采用悬臂梁和自由梁方法测试阻尼样条或者复合试样样条的阻尼损耗因子tanδ的测量方法。ASTM E756-04则采用悬臂梁方法测量均匀阻尼样条或者复合试样样条的阻尼损耗因子tanδ[8-9]。

2.2 薄板复合试样阻尼性能测试方法

虽然阻尼损耗因子在频域上描述了阻尼材料的性能，但由于阻尼损耗因子的各种测量方法都存在一定局限性，且工程中实际最关心的是“采取阻尼措施后，能够降低多少振动响应”。因此，阻尼材料应用效果的最终评价一般采用类似隔振装置插入损失的评定方法，即比较评估点在阻尼材料敷设前后的振动级或声级。

板件阻尼测试方法没有统一标准，目前在实际工程中采用的是一种在薄板上复合各种阻尼型式进行测试的方法。通过激振，并拾取薄板或复合结构的响应来获得其减振性能参数。测量阻尼处理前以及阻尼处理后薄板结构的阻尼损耗因子、减振效果（即振动响应插入损失）[10-11]。

式中：Δfi为结构的第i阶共振峰的半功率宽度； fi为结构的第i阶共振频率。

式中：n为薄板上响应测点数； Li为第i点振动加速级，dB。

这种测量方法主要优点是能够进一步明确结构的不同板厚以及阻尼-基板不同厚度比情况下，阻尼处理的实际效果，并且能够在较高的动态应变水平下描述复合结构的阻尼特性。

2.3 空气隔声性能的实验室测试

工程中还常采用空气噪声级的衰减量作为阻尼技术应用效果的评估参数[12-13]。例如，西卡的阻尼甲板通过测量阻尼处理前以及阻尼处理后的隔声量评估材料的降噪效果。

3 船用阻尼材料的研究现状

3.1 船用阻尼材料的结构形式与特点

舰船上阻尼材料常以自由阻尼结构和约束阻尼结构2种结构形式使用，相应的材料可分别称作自由阻尼材料和约束阻尼材料。自由阻尼材料直接粘贴或喷涂在需要减振降噪处理的结构物上，它可以是单面，也可以是双面。约束阻尼材料则是在自由阻尼材料的外面再附加一层约束层材料共同构成，约束层材料一般为模量较高的金属等。

浮动甲板能减少从船体结构到舱室甲板结构间结构噪音或振动的传播，阻尼层与浮动地板结合，可以达到一个非常好的降噪效果。

3.2 国内外的研究应用现状

经过几十年的发展，我国船用阻尼材料的型号众多。有做自由阻尼材料使用的阻尼板，阻尼膏；还有在阻尼层外再涂覆环氧或水泥基约束层的约束型阻尼涂料或甲板辅料；最近麻城通达和湖北海风还推出了将阻尼材料铺设在浮动甲板下方或浮动甲板层间的构造。阻尼层基本均用双组份无溶剂聚氨酯做基料，填以阻尼、阻燃类填料，一般阻尼层比较稠厚，需要刮涂。表1列出了舰船使用的部分阻尼材料品种及性能。

典型的国产阻尼材料应用示意图如图4～图5所示。

表 1 国内船用阻尼材料汇总Tab. 1 A collection of domestic marine damping materials

国外产品较多采用自流平阻尼层+自流平约束层的复合结构，或自流平阻尼与浮动地板相结合的结构型式，施工便捷，降噪效果好，最高可达40～60 dB，阻燃效果很好，有些结构可通过A60的耐火认证。

表 2 国外船用阻尼材料汇总Tab. 2 A summary of foreign Marine damping materials

典型的国外阻尼材料应用示意图如图6所示。

4 船用阻尼材料的发展方向和目标

舰船制造工业的迅速发展，使得船体设计中的噪声控制越来越被人们重视。噪声控制是一项系统工程，需要各项技术的同步发展，随着新材料的不断涌现、新技术的不断进步，阻尼材料正朝着宽温、宽频、功能复合化的方向发展，阻尼的合理运用将会对高性能船的降噪减振有着非常好的实用前景。

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The research progress of marine damping materials

REN Xiao-ni1, HONG Ling1, GAO Chen-qi1, LI Sheng-hao1, CHEN Dong-liang2
(1. Shanghai University, Shanghai 200444, China; 2. Shanghai Huoke New Materials Co., Ltd., Shanghai 200438, China)

This paper introduced the common structure of damping materials used on ships. Then put forward the damping mechanism of damping materials and the methods to evaluate the damping effect. At the same time, the paper analyzed the current research status of domestic and international marine damping materials. At last, it present research direction of domestic damping materials in the future.

marine；damping；constrained damping；loss factor

U661.44

A

1672-7649(2017)11-0001-04

10.3404/j.issn.1672-7649.2017.11.001

2017-02-22

任小逆(1992-)，女，硕士研究生，主要从事防火密封胶、船用甲板阻尼材料等研究。