第3篇14动态力学分析(DMA)优秀课件

动态力学分析DMADMA（Dynamic Mechanical Analysis）是一种用于分析材料力学性能的测试方法。

它结合了动态力学和热学测试技术，可以提供关于材料的弹性、刚性、黏弹性和损耗因子等性能参数的信息。

DMA广泛应用于材料科学、化学、工程等领域，对于了解材料的结构与性能之间的关系和材料在不同温度和频率下的行为具有重要意义。

下面将对DMA的原理、应用和测试参数等方面进行详细介绍。

DMA的原理是基于材料在施加周期性外力作用下的应变响应。

它通过施加正弦形的动态应变，测量材料的动态应力响应，进而得到材料的机械性能参数。

根据材料的形变模式，DMA可以测量材料的弹性模量、刚度、阻尼和损耗因子等参数。

同时，DMA还可以通过改变施加的应变振幅、频率和温度等条件来研究材料的线性和非线性行为。

在DMA实验中，一般需要将样品固定在一个夹具上，并施加一个相对运动的动态负载。

通过施加正弦形的变形，例如拉伸或压缩，可以测量样品的应力和应变之间的相位差，进而计算出材料的各种力学性能参数。

此外，还可以通过改变应变振幅、频率和温度等外界条件来获得材料的线性和非线性响应。

DMA的应用十分广泛。

首先，它可以用于材料的性能评估和选择。

通过DMA的测试可以获得关于材料弹性模量、刚度和黏弹性等信息，从而对材料的选择和应用进行优化。

例如，在汽车制造领域，DMA可以帮助选择材料以满足特定应变和温度条件下的要求。

其次，DMA还可以分析材料的老化和损耗行为。

通过跟踪材料的动态性能随时间的变化，可以了解材料的寿命和性能衰减机制。

最后，DMA还可以用于材料的开发和改进。

通过对材料的机械性能进行系统研究，可以提出有针对性的改善方案，增强材料的性能和可靠性。

在进行DMA实验时，一些关键的测试参数需要被考虑。

首先是应变振幅。

在DMA实验中，通常会测试一系列不同的应变振幅，以获得材料的线性和非线性响应。

较小的应变振幅可以用来研究材料的线性弹性行为，而较大的应变振幅可以用来研究材料的非线性行为。

第3章动态热机械分析技术DMA
动态热机械分析技术（Dynamic Mechanical Analysis，DMA）是一种用于测定材料的粘弹性和机械性能的实验方法。

它结合了机械测试和热分析的技术，可以通过施加精确的力或应变，在不同温度下测定材料的动态力学性能。

DMA可以用于研究材料的线性和非线性弹性行为、材料的流变性质、玻璃化和熔融转变行为等。

在DMA实验中，材料试样在垂直加载下以一定频率振动，通过测量应变或力和位移的相位差，可以计算出材料的动态模量、损耗因子、储存模量等力学参数。

DMA技术的主要优势在于它可以在宽温度范围内进行测试，从室温到高温或低温环境都可以进行。

这对于研究材料的热机械性能非常重要，因为材料在不同温度下的性能可能会发生显著变化。

在DMA实验中，可以通过改变频率、幅值和温度等参数来模拟材料在实际应用中的工况，从而评估其使用寿命和稳定性。

DMA技术主要应用于聚合物、橡胶、复合材料、涂料、粘合剂等材料的研究和开发中。

通过DMA实验可以获得材料的力学行为、热稳定性、变形特性等信息，有助于改进材料的性能和设计新的材料。

在实际应用中，DMA可以用于评估材料的强度和刚度、变形和回复能力、阻尼特性等。

例如，在汽车工业中，DMA可以用于评估橡胶密封件的性能，以确保其在不同温度和应力条件下的可靠性。

在医疗器械领域，DMA可以评估聚合物材料的生物相容性和耐久性，以确保其在人体内使用的安全性和可靠性。

总之，动态热机械分析技术是一种重要的实验方法，可以用于研究材料的粘弹性和机械性能。

它的主要优势在于可以在不同温度环境下进行测试，并能提供关于材料性能的详细信息，有助于改进材料的设计和应用。

动态力学分析性质：利用动态力学试验求取材料在周期性外力作用下的模量和损耗，并把模量和损耗作为温度、频率或时间的函数来考察材料的黏弹性能的方法。

对试样施加随时间交变的应力或应变，求取作为温度、频率或时间函数关系的模量和损耗的关系曲线，以研究材料的黏弹行为，这就是动态力学分析的主要内容。

其中，模量和损耗与时间的关系曲线，即是动态力学分析时间分布曲线。

Dynamic thermomechanical analysis 动态热机械分析动态热机械分析（DMA）是通过对材料样品施加一个已知振幅和频率的振动，测量施加的位移和产生的力，用以精确测定材料的粘弹性，杨氏模量（E*）或剪切模量（G*）。

动态粘弹分析方法的分类和特征:DMA技术依测试方法的不同，可分为四类: (前三种常用)(1)自由振动法(如扭摆和扭辨仪) (0.1--10Hz)(2)共振法(50--5000Hz)(3)强迫非共振法(0.001--1000Hz)(4)声波传播法。

原理:(1) 自由振动法中的扭摆法其装置的结构原理如图所示。

外力使扭摆中的试样扭转变形，外力除去后，惯性体作固定周期地衰减运动，这是由于高聚物的粘性所产生的力学内耗所致。

在不考虑系统的附加阻尼情况下，振幅的衰减速率是由试样的损耗因子决定的，可以通过测量振动的周期和振幅衰减来获得动态剪切复模量及阻尼。

(a)--扭摆仪原理图, (b)--阻尼振动曲线扭辨法是由扭摆法演变出来的，扭摆和扭辫之间的主要差别在于试样，后者系用玻璃纤维或其它惰性纤维织成的辫子作为基底，把高聚物试样的溶液(5--100%)或熔体涂覆在辫子上进行实验。

由于这种方法使用的试样系复合体，听以测不出试样切模量的绝对值，仅为相对值，一般以周期P平方的倒数1/P2表示，另外扭辫的频率范围小，对固化的难熔物不宜测定，但由于它试样用量小，(100mg以下)，且灵敏度高，所以乐于被采用。

动态力学性能与温度频率的关系
动态力学DMA(D ymamic M echanical A nalysis)谱
温度谱
频率谱
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温度的影响：（固定频率下）
Tg 以下，形变主要由键长、键角的变化引
起，形变速率快，几乎完全跟得上应力的变化，tg δ小
Tg 附近时，链段开始运动，而体系粘度很大，
链段运动很难，内摩擦阻力大，形变显著落后于应力的变化，tg δ大（转变区）
链段运动较自由、容易，受力时形变大，tg δ
小，内摩擦阻力大于玻璃态。

向粘流态过度，分子间的相互滑移，内摩擦
大，内耗急剧增加，tg δ大
T ＜Tg ：T ≈Tg ：T ≈Tf ：T ＞Tg ：
频率的影响：（温度恒定）
（1）交变应力的频率小时：（相当于高弹态）
链段完全跟得上交变应力的变化，内耗小，E’小，E”
和tgδ都比较低.
（2）交变应力的频率大时：（相当于玻璃态）
链段完全跟不上外力的变化，不损耗能量，E’大，
E”和tgδ≈0
（3）频率在一定范围内时：
链段可运动，但又跟不上外力的变化，表现出明显的
能量损耗，因此E”和tgδ在某一频率下有一极大值
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dma动态力学原理
DMA（Dynamic（Mechanical（Analysis，动态力学分析）是一种材
料测试方法，用于测量材料在受到振动或周期性应力加载时的动态力学性能。

DMA（能够提供关于材料的弹性、刚性、黏弹性、损耗等信息，并允许工程师和研究人员了解材料在不同温度、频率和应变条件下的行为。

DMA（基于施加周期性变形 例如正弦或方波形变形）到材料上，并测量材料的响应。

其原理基于震动力学和弹性理论。

关键原理包括：
1.（应变施加：（DMA（使用精确的机械装置施加周期性变形或应变到样品上，例如正弦形变，使材料在一定范围内产生可控的应变。

2.（响应测量：（在施加应变的同时，DMA（测量材料的响应。

这通常包括测量力、位移或应变的变化。

根据施加的应变和材料的响应，可以得出材料的力学特性。

3.（温度和频率控制：（DMA（可以在不同的温度下进行测试，从室温到高温，以研究材料性能随温度变化的情况。

同时，还可以在不同的频率下进行测试，研究材料在不同应变速率下的响应。

4.（分析数据：（通过收集并分析施加应变和材料响应的数据，可以得出诸如弹性模量、刚度、损耗因子（损耗模量）等参数，以了解材料的动态力学性能。

DMA（在材料科学、工程领域以及产品研发中具有广泛的应用，特别是在聚合物、橡胶、复合材料等方面。

它能够帮助研究人员理解材料的变形行为和性能，在材料设计、工程应用和质量控制方面提供重
要的信息。

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