汽车振控：黏弹性阻尼材料特征

作为一种高分子材料，黏弹性材料的阻尼取决于很多因素，比如分子的结构、分子间的摩擦和运动状态、添加剂成分等。

在运动过程中，弹性材料能够储备能量和释放能量，而不消耗能量。标志弹性材料的主要指标是杨氏模量E。黏性材料不能储备能量，而是消耗能量。描述黏性材料的主要指标是损耗因子η。黏弹性材料同时具备“弹性”和“黏性”特征，所以描述黏弹性材料的主要指标是杨氏模量E和损耗因子η。钢板能量损耗不随温度和频率而变化，但是黏弹性材料的阻尼特征却与温度和频率有关。

图3-47是典型的黏弹性材料的杨氏模量和损耗因子随温度变化的曲线。根据杨氏模量和损耗因子随温度变化的特征，可以把温度分成三个区域：低温区、中温区、高温区。

图3-47 黏弹性材料的杨氏模量和损耗因子随温度 变化的曲线（E表示杨氏模量；G表示切变模量）

①低温区。材料呈现出玻璃状态，其杨氏模量很大。材料中分子之间的约束力很大，分子活动不活跃，因此材料的损耗因子低。因此，低温区也被称为“玻璃状态区”。

②中温区。从低温区到中温区的边界（被称为临界温度T_g）开始，随着温度升高，分子间的约束力降低，分子变得活跃，因此材料的杨氏模量迅速降低，损耗因子迅速增加并在某个温度达到峰值。这个区域也被称为“过渡状态区”。(www.xing528.com)

③高温区。在这个区域，材料呈现出橡胶状态，甚至是流动状态。因此，虽然材料中的分子依然活跃，但是杨氏模量继续下降且趋缓，损耗因子也降低。高温区也被称为“橡胶状态区”。

在过渡状态区内，材料的阻尼效果最佳，阻尼材料最佳温度一般为2060℃。可以通过调节阻尼材料的成分来使损耗因子峰值跨越的温度范围，该范围越宽越好。自由阻尼结构的最佳温度范围偏低，靠近玻璃状态区，如图3-48a所示；约束阻尼结构的最佳温度区偏高，靠近橡胶状态区，如图3-48b所示。

图3-49是在某个温度下，典型黏弹性材料的杨氏模量和损耗因子随频率变化的曲线。随着频率的增加，杨氏模量增加，损耗因子先增加，达到一个峰值后开始下降。黏弹性阻尼材料的最佳使用频率范围为200～500Hz。

在设计阻尼结构时，必须考虑黏弹性材料杨氏模量和损耗因子随温度和频率变化的特征。比如车身结构和发动机结构的温度和频率不同，其使用的黏弹性阻尼材料不一样。因此，在宽温度范围和宽频率范围内，都具备高损耗因子的材料是最理想的选择。

图3-49 阻尼材料的杨氏模量和损耗因子随频率变化的曲线