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聲學(xué)材料儲能彎曲模量和損耗因數(shù)測試方法和標(biāo)準(zhǔn)

嘉峪檢測網(wǎng) 2018-08-31 17:31

儲能模量（storage modulus）實質(zhì)為楊氏模量，是材料變形后回彈的指標(biāo)，表示材料存儲彈性變形能量的能力。

損耗因數(shù)是振動系統(tǒng)在振動一個弧度的時間內(nèi)所損失的能量與總的振動能量的比值。一般說來，損耗因數(shù)η與振幅、溫度和頻率有關(guān)。但對于大多數(shù)金屬和建筑材料，只要振幅遠(yuǎn)低于疲勞限，溫度遠(yuǎn)低于熔點，頻率在聲頻范圍，它們的損耗因數(shù)就是常數(shù)。塑料和橡膠一類材料的損耗因數(shù)卻與溫度和頻率的關(guān)系極大，低頻高溫時，材料處于高彈態(tài)，η很?。桓哳l低溫時，處于玻璃態(tài)，材料硬而損耗??；中頻中溫時，處于過渡態(tài)，η最大，硬度也合適，此種條件下作為阻尼材料最好。一些材料的η的量級為：金屬，10-5-10-4；木材，10-3-10-2；軟橡皮，10-2-10-1。良好的阻尼材料可達(dá)0.3。η可與其他的阻尼量互換。

一、聲學(xué)儲能模量與損耗因數(shù)測試概述

GB/T16406-1996 聲學(xué) 聲學(xué)材料阻尼性能的彎曲共振測試方法規(guī)定了測定聲學(xué)材料阻尼性能的共振方法。標(biāo)準(zhǔn)適用于均勻和分層均勻的聲學(xué)材料，其測量結(jié)果可為聲學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計和噪聲振動控制設(shè)計提供依據(jù)，也可用于評價各種符合結(jié)構(gòu)試樣的振動阻尼效果。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗方法，在10 Hz至1000 Hz頻率范圍里，儲能模量的測量法內(nèi)下限可達(dá)0.5MPa，損耗因數(shù)的測量范圍為10^（-2）至10^（-1）量級。

二、聲學(xué)儲能模量與損耗因數(shù)測試原理

GB/T16406-1996規(guī)定采用矩形條狀試樣，測量原理圖見圖1.測試方法分為兩種，方法A是將試樣垂直安裝，上端剛性夾定，下端自由，簡稱懸臂梁方法；方法B是將試樣水平安裝，用兩條細(xì)線在試樣振動節(jié)點位置上懸掛，簡稱自由梁方法。懸臂梁法適用于大多數(shù)類型的材料，包括較軟的材料。自由梁法適用于測試剛硬挺直的試樣，對于較軟的材料，應(yīng)貼在金屬板上做成復(fù)合試樣進(jìn)行測試。測試系統(tǒng)儀器由激勵和檢測兩部分組成。由信號發(fā)生器激勵電磁換能器對試樣施加間諧激勵力。由檢測換能器檢測試樣的振動信號，經(jīng)放大送入指示與記錄儀器。保持恒定的激勵力，連續(xù)改變頻率，測出試樣彎曲共振曲線。根據(jù)彎曲共振頻率和共振峰寬度，即可計算出儲能彎曲模量和損耗因數(shù)。

聲學(xué)材料儲能彎曲模量和損耗因素測試方法和標(biāo)準(zhǔn)

GB/T16406-1996規(guī)定，共振峰寬度是指在共振頻率兩邊，振幅為共振振幅的0.707倍處的頻率差。由于能量與振幅的平方成正比，所以共振寬度也常稱為半功率或-3db帶寬。

三、聲學(xué)儲能模量與損耗因數(shù)測試試樣

（一）試驗制備

制樣的物理特性應(yīng)該均勻。如該材料另有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，可按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求制樣。復(fù)合試樣應(yīng)是厚度方向上的符合，通常由金屬層和阻尼層構(gòu)成的復(fù)合試樣，建議做成不同厚度比進(jìn)行試驗。在使用粘合劑時，粘合劑固化后的模量應(yīng)高于阻尼材料的模量，粘合層厚度應(yīng)不大于0.05mm。在對比試驗不同材料，評價其阻尼效果時，應(yīng)優(yōu)先采用阻尼材料和金屬底層的質(zhì)量比為1:5的復(fù)合方式。在不計重量因素時，可以用厚度比為2:1的復(fù)合形式，制樣工藝應(yīng)按該產(chǎn)品實際應(yīng)用史的技術(shù)要求進(jìn)行。對于非磁性試樣，可在試樣兩端各粘一片磁性薄片，其附加質(zhì)量應(yīng)大于試樣的1%，為了避免引入附加勁度，粘貼位置與端點的距離應(yīng)不超過試樣長度的2%。試樣的長度與需要的頻率高低有關(guān)，試樣的厚度要選擇適當(dāng)，以保證挺直，具有一定的彎曲勁度為宜。一般情況下，試樣的長度與厚度的比應(yīng)不小于50試樣的寬度應(yīng)小于半波長。試樣尺寸在實驗室溫度下測量，不考慮熱脹冷縮的影響。根據(jù)以上原則，試樣尺寸在以下范圍選擇。

長度：150mm~300mm

寬度：10mm~20mm

厚度：1mm~3mm

對于均勻性好的材料，為了統(tǒng)一比較，推薦試樣尺寸為

懸臂梁試樣自由長度180mm，寬度10mm;

自由梁試樣長度150mm，寬度10mm.

用復(fù)合試驗方式測量時，金屬基板可選用鋼板或鋁板，推薦使用1mm厚的冷軋鋼板條懸臂梁方式的復(fù)合試樣，應(yīng)該保留20mm到25mm的根部沒有待測材料，以便夾緊。也可加工成加厚的金屬根部，根部厚度應(yīng)不小于復(fù)合層的厚度。

（二）試樣數(shù)量

僅在一個溫度下測試時，材料和尺寸相同的試樣應(yīng)不小于3條，需要變溫測量時，可抽取其中一條進(jìn)行。

（三）試驗程序

密度測量準(zhǔn)確度應(yīng)不低于0.5%。測量試驗橫截面尺寸試樣的寬度與厚度的測量應(yīng)不低于0.5%，在沿試樣長度方向上測量試樣厚度時，應(yīng)測量五點求平均值，如任一測量厚度超過平均值的±3%，該試樣不能用于準(zhǔn)確測量儲能模量值，但可用于測量損害因數(shù)。按照試樣懸臂梁方式用懸臂梁測量支架的夾具夾緊試樣后，測量試驗的自由長度，準(zhǔn)確度不低于0.5%。

自由梁方式應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：測量試樣長度，準(zhǔn)確度應(yīng)不低于0.2%。畫節(jié)點位置標(biāo)記線?？蛇x下列公式計算各階節(jié)點到試樣末端的距離。

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懸掛試樣，要注意在不同階段的共振方式上測試時，應(yīng)水平懸掛在對應(yīng)階數(shù)的節(jié)點位置上。

（四）換能器位置調(diào)節(jié)

調(diào)節(jié)環(huán)能器到試樣的距離應(yīng)足夠遠(yuǎn)，使靜態(tài)磁吸引力不影響測試結(jié)果。一般情況下，在測量一階振動時，推薦距離不大于3mm,測量高階段振動時，間距可減少到1mm。

（五）結(jié)果計算

均勻試樣的彎曲模量和損耗因數(shù)由下列公式計算：

聲學(xué)材料儲能彎曲模量和損耗因素測試方法和標(biāo)準(zhǔn)

（六）復(fù)合試樣

將阻尼材料粘貼在金屬板的一面，是工程上常用的自由阻尼結(jié)構(gòu)形式，復(fù)合試樣的損耗因數(shù)和阻尼材料的復(fù)彎曲模量由下列公式計算：

聲學(xué)材料儲能彎曲模量和損耗因素測試方法和標(biāo)準(zhǔn)

四、聲學(xué)儲能模量與損耗因數(shù)測試原理繪圖

繪制復(fù)合試樣損耗因數(shù)或材料彎曲模量隨溫度變化的曲線圖可以有兩種形式。固定共振方式的變溫曲線圖，由于共振頻率，復(fù)合試樣損耗因數(shù)或復(fù)彎曲模量均隨溫度變化，繪圖時應(yīng)列出數(shù)據(jù)表或在圖上標(biāo)出；固定頻率的變溫曲線圖，這種形式的圖應(yīng)進(jìn)行不同共振階數(shù)的變溫測試，然后再用插值的方法繪圖。

五、聲學(xué)儲能模量與損耗因數(shù)測試試驗報告

試驗報告應(yīng)包括下列內(nèi)容：

材料名稱；

生產(chǎn)單位、繪制單位及送檢單位；

試樣編號、試樣尺寸、制備工藝、阻尼結(jié)構(gòu)型式及存放條件；

測試設(shè)備；

試驗性質(zhì)分為三種：型式試驗、常規(guī)試驗、抽樣試驗；

測試結(jié)果；

說明是否按本標(biāo)準(zhǔn)要求的條件進(jìn)行試驗，對高阻尼試樣的數(shù)據(jù)處理方式，是否進(jìn)行了非線性檢驗，采用了何種類型修正公式處理數(shù)據(jù)等；

測試人員、測試日期。

來源：嘉峪檢測網(wǎng)

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