材料阻尼是材料本身所具有的基本属性之一，是阻尼的一种主要形式，它代表了依靠材料本身的阻尼特性消耗机械振动能的能力，其取值大小直接影响到结构动力分析结果的可靠性，具有十分重要的研究和应用价值。由于阻尼材料内部结构的复杂性，材料的阻尼特性也是很复杂的，要想建立一个精确的数学模型来表示其性能也比较困难。

材料阻尼在材料学中又称内耗，是指材料在振动时由于材料的晶粒相互摩擦等内部原因引起的机械振动能量损耗的现象，通常用损耗因子或阻尼比来表示该材料的阻尼大小。材料阻尼特性与材料的内部组织和结构有关，在很大程度上受周围环境如磁场、辐射等的影响，与温度和振动频率有很大关系。目前，还没有比较完备的理论体系用于材料阻尼的计算。在工程实际中，通常是将材料制成标准元件来进行振动响应测试，根据响应数据计算出材料的阻尼。大量试验数据表明，传统测试方法的对比性低、重复性差，阻尼识别结果的精度远比试件的固有频率测试结果的识别精度低。

关于材料阻尼测试的研究早在1784年就已经开始，早期的阻尼技术研究大致经历了三个阶段：

从1784年开始，Coulomb发现金属发生振动时，其应力-应变曲线会表现出滞后现象，同时振动能量随之消耗；到1837年，有人以扭摆为实验对象，第一次对阻尼进行了定量的测量，使用的是自由衰减法。再到1850年，声学领域也开始对阻尼振动进行系统的研究。随后Rayleigh研究了粘弹性阻尼线性离散系统，给出其微分方程及其解，这些成果也被应用到声学和连续介质力学当中。

从1920年开始，机械工业大幅度发展，各种大型机械和车辆、飞机等结构设备所面临的振动和噪声问题到了无法忽视的地步，各种由于振动而产生的机器损坏、财产和人员损失的实例不胜枚举，人们开始针对这些问题进行阻尼技术的工程研究。

从1940年开始，有关阻尼本质理论的著作开始出版；Zener在他的著作中就金属阻尼振动中应力-应变曲线迟滞现象进行了研究，讨论了这个过程中的能量消耗问题。在这一时期开始，有关阻尼的著作显著多了起来，人们从各个方面对阻尼的本质及其应用开展工作，并终于形成一门横跨多个科学领域的新技术，即阻尼技术。

现阶段的阻尼技术已经日趋成熟，人们从阻尼的各种测试技术和识别算法，到通过材料阻尼、结构阻尼等提高系统阻尼的方法等各个方面开展了大量的研究。

总的来说，任何物体在运动时都能产生阻尼，但是用材料阻尼和结构阻尼所标志的阻尼特性存在巨大的差别。针对不同的阻尼测试对象，所使用的测试方法也大相径庭。比如土木动力分析所使用的室内动三轴试验、共振柱实验、动单剪和扭剪实验，以及针对金属橡胶各向异性材料使用迟滞特性力学模型进行阻尼分析等。以下列举了几种材料阻尼的测量方法，并列出了其需要的参数及公式：

对数衰减率W： （1）

式中,分别为材料自由振动下在,时刻分别对应的第i和(i+n)周对应的振幅。

损失角正切tgO： （2）

式中Z为损失系数，k为材料试样的几何系数，E″,E′分别为其强迫振动下的损失模量和动态模量。

对衰减能较小的场合，例如tgO<0.1，通常用tgO，Q-1或W来表征材料的阻尼性能，它们之间可以互换，即存在： （3）

低频扭摆法（The low-frequency pendulum technique）是由我国葛庭燧于40年代首先建立的，又称为葛氏扭摆法。这种方法采用丝状（直径0.5～1.5mm，长100mm）或片状试样，在自由振动下，通过测量振幅衰减谱，运用式（1）和式（3）获得试样的阻尼性能。为了减小轴向拉力的影响（因在高温下丝材试样容易产生蠕变现象），实际测量时通常采用倒置扭摆仪。这种方法适用的频率范围为0.5～20Hz，振幅范围10-7～10-4。

共振棒法（resonant-bar techniques）包括单悬臂弯曲或双悬臂弯曲法，三点弯曲法，纵向法和扭转法等。其中，常用的有单、双悬臂弯曲法和三点弯曲法。单悬臂弯曲法适用于较软的材料（弹性模量E<1010Pa），而双悬臂弯曲法和三点弯曲法适用于较硬的材料（E>1010Pa）。在强迫振动下，这些方法通过测量应变与应力之间存在的相位差O，运用式（2）测量材料的阻尼性能，并可同时给出材料试样的 E″，E′和tgO。至于纵向法和扭转法，它们运用式（1）和式（3）测量材料的阻尼性能，其测量频率可达40kHz。

目前推出的共振棒法测材料阻尼性能的仪器有两类：一类是由美国的Du Pont仪器公司开发的动态力学分析仪（DMA）系列。该仪器采用单悬臂法测阻尼性能，测量的温度范围-150～150℃，频率范围2～85Hz，振幅0.1～1.0mm，加热速率0.1～50℃/min。另一类是动态力学热分析仪（DMTA）系列。 该类仪器最初由英国树脂实验有限公司研制，后来由美国流变测量科技有限公司推出，目前已发展到DMTA IV型。该仪器可运用单、双悬臂法和三点弯曲法测材料的阻尼性能，测量的温度范围为室温至500℃或-150～500℃（当用液氮冷却时），频率1.6×10-6～200Hz，阻尼敏感度10-4，阻尼分辨率10-5。运用这种仪器，可以很方便地获得tgO的频率谱、温度谱和振幅谱，并可同时改变频率和温度，从而模拟材料的工作状态。

复合振荡器法（composite oscillator）又称为超声波脉冲法，实质上是共振棒法中的纵向法、扭转法在超声频率的推广。待测试样（典型尺寸65mm×3mm×3mm）粘贴到熔石英上（置于加热炉中），再先后通过其石英晶体侧粘贴到第二探测石英晶体上和第三驱动石英晶体上，组成一个四元复合振荡器。通过粘贴在驱动和探测晶体上的电极导线来施加驱动信号和获取采集信号。阻尼性能运用式（1）来测量，通常在自由振动衰减、恒定振幅和共振峰频率等条件下进行。该法适用的频率范围为30～200kHz。

根据阻尼谱的特征，材料阻尼机制大体可分为四大类型：动滞后型，静滞后型，共振型和相变机制型。动滞后型阻尼，又称为弛豫型或滞弹性阻尼，其特点是阻尼性能与振幅（e或X）无关，而与频率f、温度T有关。静滞后型阻尼，其特点是阻尼性能与振幅有关，而与频率、温度无关。共振型阻尼与动滞后型阻尼相似，但材料的固有频率随温度的变化较小。相变机制型阻尼指材料发生相变时，其阻尼性能明显改善，其特点是阻尼性能与振幅无关，而与T/f（T为加热或冷却速率）成正比。

基本阻尼机制一共有6种，分别如下所示：

（1）热弹性阻尼：Zener首次分析了热弹性阻尼机制。当材料处于不均匀变形时，如采用DMTA仪测试材料的阻尼性能，试样动态弯曲导致其压缩侧被加热，而拉伸侧被冷却。这样，当这种应力感生的热梯度引起不可逆的热量穿过试样时出现的应力松弛和热量耗散。

（2）位错阻尼：位错阻尼可用Koehler-Granato-Lucke模型来解释。外界振动引起位错移动，发生从弱钉扎点（如溶质原子、 空位等）上出现雪崩式脱钉，然后在强钉扎点（位错网节点、沉淀相等）周围形成位错环，由此引起应力松弛和机械振动能的消耗。

（3）晶界阻尼：Zener[14]认为晶界具有粘性，并且在切应力的作用下产生弛豫现象，从而引起晶界阻尼。1947年，葛庭燧发现多晶铝比单晶铝具有更高的阻尼性能，并且在200℃左右时在Q-1-T谱上还出现了一个阻尼（内耗）峰（被称为葛（ ）峰）。他认为这一阻尼峰来源于晶界的滞弹性力学弛豫或粘滞性滑动。后来，葛庭燧在竹节晶铝中也发现了类似的阻尼（内耗）峰，被称为BB峰。 该峰被认为是由于其中的亚结构与竹节晶界交互作用的结果。

晶界阻尼对温度十分敏感，随温度的升高，阻尼性能值增大。通常在高温下，晶界表现出 良好的阻尼特性。但此时材料的物理、力学性能较差，故晶界高温阻尼峰（即葛峰）通常无法应用。但其低温阻尼背景（low temperature damping backgroud）可以用来改善较低温度下材料的阻尼性能。

（4）界面阻尼：界面阻尼通常指由于相界面移动引起应力松弛的结果。Schoeck利用Eshelby夹杂理论研究了合金中沉淀相与基体界面结构对合金阻尼性能的影响，发现半共格或共格界面促进合金的阻尼。

（5）孪晶界阻尼：孪晶界阻尼与材料中孪晶界的移动有关。热弹性马氏体（如记忆合金中的）通常随温度下降而长大，随温度上升而收缩。由于孪晶界具有易动性，在这些过程中会出现孪晶界的移动，引起应力松弛和能量消耗。

（6）磁畴壁阻尼：磁畴壁阻尼与材料中磁畴壁的移动有关。在磁场作用下，磁畴壁移动，为磁滞伸缩效应；若施加外力，为磁滞伸缩逆效应，从而磁化发生变化。去掉外力后，磁畴壁不能恢复原状，引起能量消耗。