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金属橡胶

金属橡胶减振阻尼构件

功能结构一体化金属材料研究室李静媛教授团队采用特殊性能金属丝，通过多道次卷绕、编织、加工成多孔结构的弹性阻尼构件，可用于服役时间长、高温、大变形等苛刻服役环境下的减振降噪阻尼部件。与橡胶减振材料相比，具有抗辐照、耐高温、不挥发、抗冲击、大阻尼、高弹性、隔振频率范围大的优点。与其他单位研发的金属橡胶对比，金属丝的耐腐蚀性、高温稳定性、抗疲性劳性能更好，减振效果更好。

一、金属橡胶结构的优异性

1）与钢丝绳减振器比：

钢丝绳的刚度小，容易发生大变形，因此承载能力较差。金属橡胶虽然质量和尺寸较小，但承载能力高，可适用于不同承载力范围的系统。例如：φ40mm的管路系统，37g金属橡胶隔振器可承载两个管路，而56g钢丝绳隔振器只能用于一个管路的支撑。

另外，钢丝绳隔振器需要较重的部件来固定，体积占用大，因此对小的部件或隔振系统不适用。而对于大部件的隔振，钢丝绳在大变形时易发生转动等，会出现两个共振点，如下图1中传递率曲线2。这可能会造成多个共振。

图5 动特性能曲线

2）与弹簧类隔振器对比

弹簧不具备阻尼特性，即无法通过吸收能量形成衰减。目前有通过填充金属丝或者浸透沥青来提高阻尼的方法，但其阻尼损耗因子仍然至多达到0.14左右。而金属橡胶的损耗因子在0.4左右。这几种减振元件对比如表1所示。

表1 不同减振元件的性能参数

二、自主研发丝材，耐腐蚀性、韧性好

目前金属橡胶材质大多数是304不锈钢丝。但钢丝经过冷拉拔后耐腐蚀性大为下降，基本不耐Cl^-腐蚀。本团队研发了新型金属丝材，耐腐蚀能力得到大幅提高，保证沿海环境15年以上寿命。另外，新材料不仅强度、硬度高，还具有良好的塑韧性。如经10kN载荷、2mm振幅、30min破坏性加速疲劳振动后，304钢丝发生细丝脆裂脱落，而自制金属丝保持良好构型。

三、编制方法特殊，减振性能优异

金属橡胶绕制成形通常采用勾连铺设啮合方式，容易出现松散不紧凑的情况。本项目采用特殊的缠绕、编织、压制方法，使金属橡胶均匀成型，金属丝关联程度紧密，成型后不会松散。图4为本项目卷绕编织成型的金属橡胶与其他勾连啮合丝网金属橡胶的刚度性能对比图。在同样的工况载荷下，其变形幅值相差不大（最大仅1mm左右），却可以明显看出，本项目金属橡胶刚度更低、阻尼损耗因子更大，对共振区振动的抑制效果更好，同时固有频率可降低45%~65%，隔振频率范围更宽。

图4 不同编织方法的金属橡胶刚度对比（尺寸均为48*48*16mm，密度为3.0g/cm³，材质为同种奥氏体不锈钢）

表3不同编织方法的阻尼损耗因子η（尺寸：48*48*Hmm）

四、成果应用

本项目成果已在多个型号的国防装备中应用。