FeMn阻尼合金简支梁受迫振动时的幅频特性
振动与冲击
第２７卷第ｌＯ期
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Ｆｅ－Ｍｎ阻尼合金简支梁受迫振动时的幅频特性
黄姝珂Ｌ
李宁２，
文玉华２，
胥永刚１，
滕劲２
２，
（１．上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海２００２４０；２．四川大学制造科学与丁程学院，成都６１００６５）
摘
要：针对目前阻尼合金研究试样较小、测试方法和条件同实际应用环境相差较大的问题，采用Ｆｅ—Ｍｎ阻尼合
金和４５钢制作成同尺寸的简支梁，在振动台上进行激振实验，测试其在受迫振动条件下的幅频响应特性。有助于认识大尺寸Ｆｅ—Ｍｎ合金构件在受迫振动条件下的阻尼减振行为，为进一步推动其在工程中应用奠定基础。实验结果表明：在受迫振动条件下．Ｆｅ—Ｍｎ阻尼合金梁的阻尼减振特性主要表现在大幅度降低共振时的振幅和明显减小产生共振的频率范围两方面，这在Ｔ程中具有很好的应片ｊ前景；激振强度较大时，Ｆｅ．Ｍｎ阻尼合金梁展现出很好的阻尼减振性能，而激振较小时，阻尼减振性能不明显，说明其适用于受较大力和冲击场合下的减振。
关键词：阻尼合金；阻尼减振；Ｆｅ．Ｍｎ；简支梁；受迫振动；幅频特性中图分类号：ＴＧｌ３５．７
文献标识码：Ａ
随着现代工业的迅速发展，交通、能源、建筑、航天等领域对机器及其部件的要求也愈发苛刻，主要表现在高速重载条件下要求零部件保持高强度的同时，还能够具有低损耗和长寿命的特点。但是，机器及其零部件在运转过程中所产牛的振动，特别是共振，严重影响机构零部件的寿命，降低机械产品的质龟以及仪器仪表的精度和可靠性。为了解决这一日益突出的问题，阻尼合金应运而牛。阻尼合金具有普通金属材料的力学性能，能够满足现代机器构件的强度要求，又兼具较好的阻尼减振性能，用它制造的振动源构件可以在短时间内将振动振幅降低下来，不但能够减振提高构件的使用寿命及可靠性，还能有效地抑制噪声的产生。
根据阻尼机制的不同，阻尼合金主要可分为以下几类：铁磁型（Ｆｅ—Ｃｒ、Ｆｅ—Ａ１等）…、孪晶型（Ｍｎ—Ｃｕ、Ｎｉ—Ｔｉ、Ｃｕ—ｚｎ—Ａｌ等）口Ｊ、复相型（灰铸铁、ｚｎ—ＡＩ）¨ｊ、位错型（Ｍｇ—Ｚｒ）Ｈ。、以及Ｆｅ—Ｍｎ合金”Ｊ。其中Ｆｅ—Ｍｎ阻尼合金具有ｊ大特点№Ｊ：第一，阻尼性能随应变振幅的增加而呈现近似线形增加，适用于受较大力和冲击的构件，比如刹车制动盘、齿轮和切割机等；第二，力学性能优良，抗拉强度大于７００ＭＰａ，是前面几类阻尼合金中最高的；第二三，成本低，仅为Ｍｎ—Ｃｕ合金的１／４。所以，Ｆｅ—Ｍｎ阻尼合金具有很高的研究价值和广阔的应用前景。
目前对Ｆｅ—Ｍｎ合金的研究重点集中在材料本
身¨Ｊ，主要包括化学成分、热处理工艺、阻尼机制等方面，方法基本都是采用自南衰减法，频率一般同定（大约１Ｈｚ），并且研究的试样大都是直径为ｌｍｍ左右的丝材。而实际中，机器构件的尺寸一般较大，并且应用条件大都是受迫振动，频率范围也很宽。所以，为了推动Ｆｅ—Ｍｎ合金在工程中的广泛应用，必须认识清楚用它制造的较大尺寸构件在受迫振动条件下的幅频特性，即揭示受迫振动时合金的阻尼减振特点。
本文分别采用Ｆｅ．Ｍｎ阻尼合金和４５钢制作成尺寸相同的简支粱，在振动台上对两者进行不同强度和不同频率的激振，研究了它们在受迫振动条件下的加速度振幅共振响应特性，实验结果对Ｆｅ．Ｍｎ阻尼合金的实际应用具有一定的指导作用。
１实验材料和方法
Ｆｅ．Ｍｎ合金化学成分为Ｆｅ一１７．５Ｍｎ，经过１００００Ｃ热处理ｌ小时后水冷，然后机械加＿］－ｉ成简支梁，尺寸为
６００×４５×７
ｍｍ。对比材料采用市售４５钢，机械加工
成同尺寸的梁。
简支梁振动实验尺寸示意图和实物图如图ｌ和图２所示。激振信号采用正弦波，激振强度通过调节输出电流控制（１０
ｍＡ一５００
ｍＡ），简支梁上设置三个加速
度传感器（ｊ个测点），测量梁在受迫振动时不同位置的加速度响应。
基金项目：上海交通大学机械系统与振动围家重点实验室开放基金（ＶＳＮ
一２００７一０４）．新世纪优秀人才支持计划资助项目（ＮＣＥＴ一０６—７９３）．教育部科学技术研究重点项目（１０７０９３）
收稿日期：２００８—０１—０３修改稿收到日期：２００８—０２—２９第一作者黄姝珂男，博士，１９８０年生通讯作者李宁，教授，博导
图１简支梁受迫振动示意图
８２
振动与冲击２００８年第２７卷
振性能的本质所在。在自由衰减条件下其阻尼行为表现为短时间内降低振动振幅∞’７｜，而在受迫振动条件下则表现为共振振幅明显降低。
其次，无论哪个测试点，Ｆｅ．Ｍｎ阻尼合金的共振频率范围都较４５钢明显变窄，测点１变窄了６４％，测点２变窄了６ｌ％，测点３变窄了６４％。可见，Ｆｅ—Ｍｎ阻尼合金在受迫振动条件下阻尼行为的表现形式除了上述的共振振幅降低外，还有共振频率范围的减小。
再次，无论是Ｆｅ－Ｍｎ阻尼合金还是４５钢，离激振
图２简支梁受迫振动实物图
点越近的地方，共振振幅和共振频率范围就越大，而离激振点越远的地方，共振振幅和共振频率范围就越小。
最后，４５钢简支梁的共振频率在４５
Ｈｚ一４６
２实验结果及讨论
图３是激振输出电流为４５０ｍＡ时，Ｆｅ—Ｍｎ合金与４５钢简支梁上三个测试点的加速度振幅随激振频率的变化曲线。从中可以分析出如下几个方面的内容：
首先，无论哪个测试点，Ｆｅ—Ｍｎ阻尼合金的共振峰高度都明显低于４５钢，测点１降低了６７％，测点２降低了４８％，测点３降低了７ｌ％。结合图１，可以看出测试点离激振点越远，共振峰降低程度越大。Ｆｅ—Ｍｎ阻尼合金在周期应力的作用下，其内部的￡马氏体片、层错界面和Ｓｈｏｅｋｌｅｙ不全位错会发生不可逆的往复运动，将振动能转化成为热能耗散掉，这是其具有阻尼减
７０６０５０４０３０２０１０Ｏ
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间，同尺寸的Ｆｅ—Ｍｎ合金简支梁的共振频率却在４３Ｈｚ左右，两者共振频率的这个差异主要是由于材料本身弹性模量和装夹情况有所不同造成的。
图４是激振输出电流为２５０ｍＡ时，Ｆｅ．Ｍｎ合金与４５钢简支梁上三个测试点的加速度振幅随激振频率的变化曲线。从中可以同样得出上述几方面的结果，但Ｆｅ．Ｍｎ阻尼合金共振振幅和共振频率范围的降低程度没有图３中的大。可见，当激振程度较小时，Ｆｅ—Ｍｎ阻尼合金的减振优势并不很明显，说明其适合应用在受较大力和冲击场合的减振降噪。
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图４激振输出电流为２５０ｍＡ时Ｆｅ—Ｍｎ合金和４５钢简支梁的幅频特性
（下转第８６页）
振动与冲击
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如图４所示，在舱音背景声环境下，本文提出的语音端点检测算法性能明显优于其它三种算法。此外，在本文提出的算法的对比实验中，可以看出ｂ＝１０时语音端点检测精度较ｂ＝０时精度略有提高。后向估计得应用对语音端点检测的精度提高有影响，ｂ＝０时相当于未使用后向估计。
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４结论
本文提出了针对舱音背景声下的鲁棒语音端点检测方法，该算法能在复杂的非平稳、强噪声环境中保持较好的精确性、自适应性和鲁棒性。下一步将研究在多说话人干扰情况下对目标语音的检测技术，为深入分析飞行事故原因提供更准确的语音资料。
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（上接第８２页）
３结论
１）Ｆｅ．Ｍｎ阻尼合金制作的简支梁在受迫振动条件下，其阻尼减振性能主要表现为明显降低共振时的振幅，以及大幅度减小产生共振的频率范围，在工程应用中具有很广阔的应用前景。
２）在受迫振动条件下，激振力越大，Ｆｅ—Ｍｎ阻尼合金所展现的减振效果越明显，激振力越小，减振效果越差。
３）实际应用过程中，应充分了解Ｆｅ・Ｍｎ阻尼合金的减振特点，并且要对应用环境进行预先判断分析，要尽量将Ｆｅ．Ｍｎ阻尼合金应用在受较大振动场合上，充分发挥其阻尼减振优势。
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