VDI 3830 Blatt 1-2004 Damping of materials and members - Classification and survey.pdf

1、VEREIN EREIN REIN EIN IN N DEUTSCHEREUTSCHERUTSCHERTSCHERSCHERCHERHERERRINGENIEURENGENIEUREGENIEUREENIEURENIEUREIEUREEUREUREREEWerkserksrk toff- und Bauteildmpfungoff- und Bauteildmpfungff- und Bauteildmpfungf- und Bauteildmpfung- und Bauteildmpfung und Bauteildmpfungund Bauteildmpfungnd Bauteildmpf

2、ungd Bauteildmpfung BauteildmpfungBauteildmpfungauteildmpfunguteildmpfungteildmpfungeildmpfungildmpfungldmpfungdmpfungmpfungmpfungpfungfungungnggEinteilung und bersichtbersichtDamping of materials and membersamping of matermping of materping of matering of materng of materg of mater of materof mater

3、f mater matermateraterials and memberstererr ls and memberss and members and membersand membersnd membersd members membersmembersembersmbersbersersrssClassification and surveyon and surVDI 3830DI 3830I 3830 38303830830300Blatt 1 / Part 1Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch Schwingu

4、ngstechnikVDI-Handbuch WerkstofftechnikVDI-RICHTLINIENDI-RICHTLINIENI-RICHTLINIEN-RICHTLINIENRICHTLINIENICHTLINIENCHTLINIENHTLINIENTLINIENLINIENINIENNIENIENENNZu beziehen durch / Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure,

5、 Dsseldorf 2004Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 17.160; 21.020 August 2004The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6、 21 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Begriff der Dmpfung. . . . . . . . . . . . . . 43 Einteilung der Dmpfungsphnomene . . . . 54 Hinweise auf moderne rechnergesttzteAnalyse- und Messprogramme . . . . . . . . 6Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8Contents Page

7、Preliminary notenary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 The notion of damping. . . . . . . . . . . . . 43 Classification of damping phenomena . . . . 54 Notes on modern, computer-based analyticaland measurement programs . . . . . . . . . 6

8、Bibliographybliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8VDI-Gesellschaft Entwicklung Konstruktion Vertriebic ertrAusschuss Werkstoff- und BauteildmpfungFrhere Ausgabe: 12.02 Entwurf, deutschFormer edition: 12/02 draft, in German onlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stan

9、d 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004sseldorf 20042 VDI 3830 Blatt 1VorbemerkungDie Richtlinie wendet sich an Ingenieure und Physi-an Ingenieure und Physi-ker, die sich mit mechanischen Schwingungen oderch mit mechanischen Schwingungen oderderdem Verhalten von Werk

10、stoffen unter zeitvernderli-kstoffen unter zeitvchen Lasten auseinandersetzen (mssen), unabhn-hen Lasten auseinandersetzen (mssen), unabhn-), unabhn-gig davon, ob sie in den Bereichen Berechnung, Ver-Bereichen Berechnung, Vsuch oder Forschung und Entwicklung arbeiten.F klung arbeiten.Nicht alle Mitg

11、lieder dieser heterogenen ZielgruppeMitglieder dieser heterogenen Zielgruppeppewerden mit allen Teilen der Richtlinie zufrieden sein.htlinie zufrieden sein.Wer mehr wissen mchte als die Richtlinie bringt,wissen mchte als die Richtlinie bringt,bringt,dem wird das zitierte Schrifttum empfohlen.hrifttu

12、m empfohlen.Die vorliegende Richtlinie VDI 3830 Werkstoff-und Bauteildmpfung“ besteht aus folgenden einzel-d Bauteildmpfung“ besteht aus folgenden einzel-“ besteht aus folgenden einzel-nen Blttern:Blttern:Blatt 1 Einteilung und bersichtbersichtBlatt 2 Dmpfung in festen Werkstoffenung in festen WVorb

13、emerkungmerkung1 Physikalische Phnomeneche Phnomene2 Lineare ModelleModelle3 Nichtlineare ModelleBlatt 3att 3 Dmpfung von BaugruppenBaugruppenVorbemerkung1 Vom Werkstoff zum homogenen Bauteilstof2 Geschichtete Bauteile3 Dmpfung an Fgestellen4 Dmpfung durch Fluideluide5 Verdrngungsdmpfungfung6 Baugru

14、ppenBlatt 4 Modelle fr gedmpfte Strukturendelle fr gedmpfte StrukturenkturenVorbemerkungmerkung1 Grundlegendes Modellodell2 Strukturen mit endlich vielen Freiheitsgradenvielen Freiheitsgraden3 Zur Berechnung viskoelastischer Bauteile mit der Randelemente-MethodeBlatt 5 Versuchstechniken zur Ermittlu

15、ngikvon DmpfungskenngrenDmpfungsk enVorbemerkung1 Bemerkungen zu Versuchstechnikenchstechniken2 Versuchstechniken und apparativeveMglichkeiten3 Spezielle Versuchstechniken zur Dmpfungs-mpfungs-bestimmung unter erschwerenden Bedingungenwerenden Bedingungen4 Experimentelle Modalanalysementelle Modalan

16、alyse5 Versuchstechniken zur Messung deruchstechnikBaugrunddmpfung Preliminary noteThis guideline is intended for engineers and physi-and phcists who (have to) deal with mechanical vibrations) deal with mechanical vibrationsonsor with the behaviour of materials subject to time-de-ls subject to time-

17、de-pender loads, for the purposes of calculation, experi-, for the purposes of calculation, ement, or research and development. Not all membersd deof this quite heterogeneous target group will find itf this quite heterogeneous tar ll fsatisfactory. Those who wish to learn more than thiswho wish to l

18、earn more than thisguideline can present are referred to the Bibliogra-can present are referred to the Bibliogra-liogra-phy.This guideline, VDI 3830 ”Damping of materials andne, VDI 3830 ”Damping of materials andg of materials andcomponents“ consists of the following parts:he folloPart 1 Classificat

19、ion and surveyyPart 22 Damping of solidsPreliminary note1 Physical phenomenaphenomena2 Linear models3 Nonlinear modelsPart 3 Damping of assembliesPreliminary note1 From the material to the homogeneous membergeneous member2 Laminated membersd members3 Damping in jointsjoints4 Damping due to fluidse t

20、o fluids5 Damping by squeezingng b6 AssembliesliesPart 4 Models for damped structuresped structuresPreliminary noteote1Basic model2 Structures with finite number of degrees of uctures with ffreedom3 Calculation of viscoelastic components usingion of viscoelastic components usingthe boundary element

21、methodhe boundary element methodPart 55 Experimental techniques for theques for thedetermination of damping characteristicsg characteristicsPreliminary note1 Remarks on experimental techniqueschniques2 Experimental techniques and possibletal techniques and possibleinstrumentationrumentation3 Special

22、 experimental techniques for hniques for determining damping characteristics under ping characteristics under aggravated conditions4 Experimental Modal Analysis (EMA)odal Analysis (EMA)5 Experimental techniques for the dampingques for the dampinggmeasurement of subsoil B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB

23、30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 VDI 3830 Blatt 1 31 EinleitungAlle dynamischen Vorgnge in mechanischen Syste-orgnge in mechanischen Syste-men werden mehr oder weniger stark gedmpft. Dar-werden mehr oder weniger stark gedmpft.

24、Dar-mpft. Dar-aus folgt die groe Bedeutung der Dmpfung in denie groe Bedeutung der Dmpfung in denmpfung in denBereichen der Technik und in der angewandten Phy-T Phy-sik, die sich mit Dynamik und Schwingungen be-amik und Schwingungen be-be-schftigen. Hierzu gehrenrendie Maschinen-, Bauwerks- und Stru

25、kturdynamik,werks- und Strukturdynamik,die Systemdynamik,die Regelungstechnik undRedie Technische Akustik,Tweil hier die Dmpfung in vielen Fllen den Zeitver-die Dmpfung in vielen Fllen den ZeitvFllen den Zeitvlauf, die Intensitt oder sogar die Existenz vonsitt oder sogSchwingungen wesentlich beeinfl

26、usst. Wichtige An-Wichtige An-wendungen sind:sind:transiente Schwingungen (Ein- und Ausschwing-Ein- und Ausschwing-vorgnge, stoerregte Schwingungen, Nachhall-Nachhall-vorgnge)Resonanzschwingungen (die sich bei stochasti-die sich bei stochasti-scher Erregung nie vermeiden lassen)vWellenausbreitungtun

27、gProbleme der dynamischen Stabilittischen StabilittDeswegen gibt es in der technischen Literatur einegen gibt es in der technischen Literatur eineFlle von wissenschaftlichen Arbeiten, die dieArbeiten, die dieDmpfung behandeln oder zumindest bercksichti-fung behandeln oder zumindest bercksichti-st be

28、rcksichti-gen. Bedingt durch unterschiedliche Denkweisen,urch unterschiedliche Denkweisen,Objekte und Aufgabenstellungen in den genanntenAnwendungen sind die Bezeichnungen, die Be-zeichnungen, die Be-schreibung der Dmpfung, die Versuchstechniken so-Dmpfung, die Vwie die analytischen und numerischen

29、Methodenytischen und numerischen Methodennicht einheitlich.lich.In Sonderfllen lsst sich aus kontinuumsmechanischus kfundierten, allgemein gltigen Materialgesetzen frllgemein gltigen Materialgesetzen frinelastische Werkstoffe unter Bercksichtigung vonhe W cksichtigung vRandeffekten (z.B. Fgestellen)

30、 das dynamische Ver-ef das dynamische Vhalten gedmpfter Strukturen berechnen. Dieser Weggedmpfter Strukturen berechnen. Dieser Wberechnen. Dieser Wist im Allgemeinen zu aufwndig oder nicht gangbar.Allgemeinen zu aufwndig oder nicht gangbardig oder nicht gangbarIn den meisten Fllen werden daher der A

31、ufgaben-Fllen werden daher der Aufgaben-gaben-stellung angepasste phnomenologische Ersatzmo-che Ersatzmo-delle oder mathematische Beschreibungen verwen-bungen v rwen-det, die nur fr einen speziellen Spannungszustandpeziellen Spannungszustandund/oder einen speziellen Zeitverlauf gelten. Eine be-Zeitv

32、vorzugte Sonderstellung nehmen harmonische (si-zugte Sonderstellung nehmen harmonische (si-ische (si-nusfrmige) Zeitverlufe ein. In diesem SonderfallZeitv Sonderfbeschreiben komplexe Gren die elastischen undtischen unddmpfenden Eigenschaften. Diese hngen von einergenschaften. Diese hngen vReihe von

33、Parametern ab: Werkstoffdaten, Verfor-Wmungsgeschwindigkeit, Frequenz, Temperatur, An-Frequenz, Tzahl der Lastzyklen usw. Bei nichtlinearem Verhaltenhl der Lastzyklen uswwkommt im Allgemeinen noch eine Abhngigkeit vonngigkeit vder Amplitude hinzu.plitude hinzu.Fr bestimmte Problemstellungen reicht e

34、s aus, diemmte Problemstellungen reicht es aus, dieaus, diepro Verformungszyklus in der Volumeneinheit oderzyklus in der V heit oder1 IntroductionAll dynamic processes in mechanic systems are moreprocesses in mechanic systems are moreor less damped. Consequently, damping is highly rel-Consequently i

35、ng is highly rel-evant in those fields of technology and applied phys-pplied phys-ics which deal with dynamics and vibrations. Thesebrations. Theseincludemachine-, building-, and structural dynamics,ynamics,system dynamics,control engineering, andtechnical acoustics,ustics,because damping in these c

36、ases often has a consider-often has a consider-able effect on the time history, intensity, or even theyexistence of vibrations. Important applications are:mportant applications are:transient vibrations (transient effects associatedffects associatedwith the onset or decay of vibrations, shock-indu-br

37、ations, shock-indu-ced vibrations, reverberation effects)ffects)resonance vibrations (unavoidable with randomle with randomexcitation)wave propagatione propagationdynamic-stability problemsbility problemsAccordingly, a multitude of scientific publicationsngly, a multitude of scientif publicationsdea

38、ling with damping, or taking it into account ath damping, or taking it into account atleast, are found in technical literature. Due to differ-ent theory approaches, objects, and task definitions iny approaches, objects, and task defk defthe applications listed above, the designations, thecharacteris

39、ation of damping, the experimental tech-ping, the eniques, and the analytical and numerical methods ares, and the analytical and numerical methods arenot harmonised.The dynamic behaviour of damped structures can, inur of damped structures can, inspecial cases, be calculated using generally valid ma-

40、be calculated using generally v ma-terial laws for inelastic materials based on continuummechanics taking into account boundary effects (e.g.hanics taking into account boundary efefjoints). In general, this approach is too elaborate orhis approach is too elaborate orexpensive, or not at all practica

41、ble. In most cases,most cases,therefore, phenomenological equivalent systems orqui alent systems ormathematical models tailored to the task definitiondels tailored to the task defare used which are only valid assuming a special statey v lid assuming a special stateof stresses and/or a special time h

42、istory. Harmonicy. Harmonic(sinusoidal) time histories are a preferred special casetime histories are a preferred special casewhere complex quantities describe the elastic anddamping properties. These depend on a number ofmping properties. These depend on a number ofumber ofparameters: material data

43、, rate of deformation, fre-quency, temperature, number of load cycles, etc. Inload cthe case of nonlinear behaviour there is also a de-pendence on the amplitude. For certain problems, it is sufficient to state, for onefdeformation cycle, the energy dissipated in a unit vol-B55EB1B3E14C22109E918E8EA4

44、3EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 20044 VDI 3830 Blatt 1dem System dissipierte Energie oder die an den Rn-m System dissipierte Ener an den Rn-dern des Systems an die Umgebung abgegebeneUmgebEnergie anzugeben, die hufig auf eine zweck

45、mighuf iggewhlte elastische Energie der Volumeneinheit oderder Vdes Systems bezogen wird. In der Strukturdynamikystems bezogen wird. In der StrukturdynamikStrukturdynamikhat sich die Verwendung modaler Dmpfungsgradee V mpfungsgradebewhrt, die keine Detailinformation ber die Dmp-hrt, die k ber die Dm

46、p-fung mehr enthalten.g mehr enthalten.Diese Richtlinie ist kein Lehrbuch, sie kann keinekSammlung allgemein verbindlicher Regeln sein. Sielung allgemein v Resollzum besseren Verstndnis der physikalischen Ur-V lischen Ur-sachen der Dmpfung beitragen,mpfung beitragen,die interdisziplinre Zusammenarbe

47、it durch ein-linre Zusammenarbeit durch ein-h ein-heitliche Begriffe und die Darstellung der Zusam-arstellung der Zusam-menhnge verschiedener Beschreibungsweisenvder Dmpfung erleichtern undDmpfung erleichtern undtern undeinen Einblick in den Wissensstand und die Erfah-rungen in verschiedenen Gebiete

48、n der Anwen-Gebieten der Anwen-dung und Forschung geben,Fum die Anwendung vorhandener Kenntnisse zu fr-Anwendung v tnisse zu fr-dern.Die vorliegende Richtlinie ist entsprechend der Ziel-gende Richtlinie ist entsprechend der Ziel-setzung gegliedert. Sie geht zuerst auf den Begriff derzung ge BeDmpfun

49、g und die Ursachen der Dmpfung ein, be-Ursachen der Dmpfung ein, be-fung ein, be-handelt dann verschiedene Beschreibungsweisen frchiedene Beschreib rdas lineare und nichtlineare Verhalten fester Werk-Werk-stoffe und stellt Querverbindungen zwischen ihnenvher. Die Ausfhrungen ber linear-viskoelastischeDie Ausfhrungen ber linearlinearWerkstoffe nehmen einen breiten Raum ein, weilmen einen breiten Raum ein, weildiese am bes