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一、实验目的1. 了解阻尼现象的基本原理。
2. 测试不同材料对阻尼效果的影响。
3. 分析阻尼效果在不同频率下的变化规律。
二、实验原理阻尼现象是指系统在受到外界干扰时，其运动状态逐渐减弱直至停止的现象。
阻尼效果与材料、结构、频率等因素有关。
本实验通过测试不同材料的阻尼效果，探讨阻尼现象的基本规律。
三、实验材料与设备1. 实验材料：橡胶、塑料、木材、金属等。
2. 实验设备：振动台、数据采集器、计算机、频谱分析仪等。
四、实验步骤1. 将实验材料分别安装在振动台上。
2. 通过数据采集器记录不同材料的振动数据。
3. 利用频谱分析仪分析不同频率下的阻尼效果。
4. 比较不同材料在不同频率下的阻尼效果。
五、实验结果与分析1. 实验结果（1）橡胶材料在低频段的阻尼效果较好，高频段阻尼效果较差。
（2）塑料材料在低频段的阻尼效果较差，高频段阻尼效果较好。
（3）木材材料在低频段和高频段的阻尼效果相对较好。
（4）金属材料在低频段和高频段的阻尼效果较差。
2. 分析（1）橡胶材料具有良好的弹性，能够吸收振动能量，从而降低振动幅度，提高阻尼效果。
（2）塑料材料在低频段阻尼效果较差，可能是因为塑料材料在低频段难以发生弹性变形，无法有效吸收振动能量。
（3）木材材料在低频段和高频段的阻尼效果相对较好，可能是因为木材具有良好的弹性和一定的密度，能够有效吸收振动能量。
（4）金属材料在低频段和高频段的阻尼效果较差，可能是因为金属材料的弹性较差，难以吸收振动能量。
六、结论1. 阻尼效果与材料、结构、频率等因素有关。
2. 橡胶材料在低频段的阻尼效果较好，塑料材料在低频段的阻尼效果较差，木材材料在低频段和高频段的阻尼效果相对较好，金属材料在低频段和高频段的阻尼效果较差。
3. 本实验为阻尼效果的研究提供了实验依据，有助于优化材料选择和结构设计。
七、实验展望1. 进一步研究不同材料在不同温度、湿度等环境条件下的阻尼效果。
2. 研究阻尼效果与材料微观结构之间的关系。
DMA（Dynamic Mechanical Analysis，动态力学分析）阻尼测试的标准主要参考我国GB/T 29020-2012《动态力学性能试验方法》以及GB/T 18258-2000《机械振动与冲击测量仪》。
以下是一些与DMA 阻尼测试相关的标准要求：
1. GB/T 29020-2012《动态力学性能试验方法》：
该标准规定了动态力学性能试验的试验方法、试验设备、试验步骤、数据处理和试验报告等要求。
在DMA 阻尼测试中，需关注以下几个方面：
- 试验设备：要求试验设备具备动态力学性能测试功能，能够满足试验需求。
- 试验步骤：规定了DMA 阻尼测试的试验步骤，包括试样准备、试验参数设置、试验操作和数据采集等。
- 数据处理：对试验数据进行处理，得到DMA 阻尼曲线和相关性能参数。
2. GB/T 18258-2000《机械振动与冲击测量仪》：
该标准规定了机械振动与冲击测量仪的技术要求、试验方法、检验规则和包装、运输、贮存等要求。
在DMA 阻尼测试中，需要关注振动与冲击测量仪的性能指标，以确保测试数据的准确性。
0引言钢筋混凝土框架结构在实际工程中应用广泛，中国的多次震害调查显示，强震作用下钢筋混凝土框架结构往往易于发生较严重的损伤破坏甚至倒塌，因此，提高建筑物抗震能力，尽量降低地震所造成的破坏，显得尤为重要。
在具体方法上，除沿袭传统的抗震思路提高结构自身的抗震性能外，也可以采用消能减震技术，通过在建筑物的抗侧力体系中设置消能部件，由消能部件的相对变形和相对速度提供附加阻尼，来消耗输入结构的地震能量，减小结构的地震响应，提高建筑物抗震水平。
工程减震设计中常采用粘滞阻尼器作为消能减震部件，粘滞阻尼器（Viscous Fluid Damper ，简称VFD ）是一种速度相关型阻尼器，阻尼器中的液体在运动过程中产生的阻尼力总是与结构速度方向相反，从而使结构在运动过程中消耗能量，达到耗能减震的目的，然而，一些阻尼器生厂商生产的产品中含有摩擦力，阻尼器在地震作用下并不能按照其所给结构参数工作，据此，本文进行了试验研究，并提出了考虑摩擦力影响的黏滞阻尼器的阻尼力计算公式。
1粘滞流体阻尼器的传统力学模型根据粘滞阻尼器产生阻尼力的原理的不同，可将阻尼器分为：利用封闭填充材料流动阻抗的“流动阻抗式”和利用粘滞体剪切阻抗的“剪切阻抗式”两类。
文中采用的是流动阻抗式粘滞阻尼器。
流动阻抗式粘滞阻尼器是一种典型的速度相关型阻尼器，根据阻尼指数α的取值可将粘滞阻尼器分为两类：当α=1时，为线性粘滞阻尼器；当α≠1时，为非线性粘滞阻尼器。
其表达式为F=CV α（1）式中C 为阻尼系数，V 为结构的速度，α为阻尼指数，其中阻尼指数α是粘滞阻尼器消能减振性能的重要指标之一。
α越小，表现出的非线性越强，阻尼器对速度的敏感性越高，即在很小的相对速度下就能输出较大的阻尼力，且阻尼力-位移曲线也越饱满，更能有效地减少结构振动。
因此，为了保证减震效果，需要对粘滞阻尼器进行性能试验研究，通过试验判断阻尼器实际的结构参数是否与厂家提供的一致，如果有误差，则应针对该类阻尼器提出新的力学计算模型，以供减震结构的分析和参考。
阻尼振动实验技术详解引言：阻尼振动实验技术是工程学领域中一项重要的研究内容。
通过测量振动系统在不同阻尼条件下的振动响应，可以深入了解阻尼对振动特性的影响，进而优化设计和控制系统。
本文将通过介绍阻尼振动实验技术的实验方法、测量手段以及实验结果分析等方面，向读者详细解读该实验技术，以期对读者在相关领域的学习和研究有所帮助。
一、实验方法阻尼振动实验可以采用多种方法进行，其中最常用的是自由振动和受迫振动两种方式。
1. 自由振动实验自由振动实验是在没有外部激励的条件下，测量振动系统在不同阻尼条件下的自由振动响应。
实验中通常会使用一种阻尼元件，如粘性阻尼器或摩擦阻尼器，来模拟实际工程系统中的阻尼。
通过测量振动系统的振幅、周期和频率，可以得到关于阻尼对振动特性的定量描述。
2. 受迫振动实验受迫振动实验是在外部施加周期性激励的条件下，测量振动系统在不同阻尼条件下的振动响应。
实验中使用的外部激励可以是单频率激励或宽频带激励，通过测量系统的频率响应函数，可以得到阻尼对振动系统的共振特性和谐波失真等参数的影响。
二、测量手段在阻尼振动实验中，需要使用一些测量手段来获取振动系统的响应数据。
常见的测量手段包括传感器、数据采集仪和信号处理设备。
1. 传感器振动实验中常用的传感器有加速度传感器、位移传感器和应变传感器等。
加速度传感器可以用来测量振动系统的加速度响应，位移传感器可以测量振动系统的位移响应，而应变传感器可以测量振动系统的应变响应。
通过将这些传感器安装到振动系统的关键部位，可以实时地测量系统的振动响应信号。
2. 数据采集仪数据采集仪是用于采集传感器输出的模拟信号，并进行数字化处理的设备。
通过将传感器和数据采集仪连接，可以将振动信号转化为数字信号，并进行数据记录和存储。
3. 信号处理设备信号处理设备可以对从数据采集仪获取的数据进行处理和分析。
常用的信号处理设备有频谱分析仪和相关分析仪等。
频谱分析仪可以将时间域信号转化为频域信号，从而分析振动系统在不同频率上的响应特性。
基于DMA法的新型黏弹性材料阻尼特性研究作者：许俊红李爱群苏毅等来源：《振动工程学报》2015年第02期摘要：鉴于黏弹性阻尼材料在建筑结构抗震减震及抗风方面的重要性，以丁腈橡胶为基体、基于DMA法，首先考察了氯化聚丙烯（CPP）、短碳纤维（CARB）、200目石墨粉（GRAP）、鳞片石墨（FLAKE）、云母粉（MICA）等与基体材料共混物的基本力学性能，其次研究了掺合剂对基体材料的影响，并给出了组分比对基体胶阻尼性能的影响效果对比分析。
研究结果满足了两个设计要求：1.改进了材料的阻尼性能，使损耗因子提高至1.26；2.使原材料的温位Tg从28.2℃调整至15℃左右，并大大拓展了tanδ>0.5的温域。
并且研究发现，单纯添加200目石墨粉的效果最佳，粒径大的炭黑类材料如高耐磨炭黑（FEF）和软质快压出炭黑（HAF）对NBR材料的改进效果不大。
关键词：抗震减震；丁腈橡胶；掺合料；DMA；损耗因子中图分类号：TU951； TB324文献标志码： A文章编号： 10044523（2015）02020308DOI：10.16385/ki.issn.10044523.2015.02.0051概述中国建筑结构消能减震设计于2001年首次被纳入《建筑抗震设计规范（GB500112001）》[1]，并在2010版中[2]得到了进一步加强与应用推广，消能减震设计在建筑结构减灾防灾方面发挥着不可或缺的重要职能。
黏弹性阻尼装置是建、构筑结构被动控制中主要的耗能构件，由钢板夹层黏弹性阻尼材料构造而成（如图1），通过钢板间夹层材料的剪切变形而使输入的动荷载衰减[3，4]。
而该耗能装置的核心材料，则通常采用阻尼系数较高的丁腈橡胶，丁腈橡胶图1黏弹性阻尼器初始构件（Nitrile Butadiene Rubber，简称NBR）是由丁二烯与丙烯腈共聚而制得的一种合成橡胶[5]，分子结构如图2，具有损耗因子较大、耐油、耐老化性能较好的优良特质，因此得以推广应用于建筑结构抗震减震设计。
第1篇一、实验目的1. 了解阻尼系数的概念和测量方法。
2. 掌握使用不同方法测定阻尼系数的原理和步骤。
3. 通过实验，验证阻尼系数在不同条件下的变化规律。
二、实验原理阻尼系数是描述阻尼作用强度的一个物理量，其定义为阻尼力与外力之比。
在振动系统中，阻尼系数的大小直接影响系统的振动特性，如振幅、频率等。
本实验通过以下几种方法测定阻尼系数：1. 振幅衰减法：通过测量振动系统在无外力作用下的自由衰减振动，计算阻尼系数。
2. 频率响应法：通过测量振动系统在不同频率下的响应，计算阻尼系数。
3. 波尔共振法：利用波尔共振仪，测量振动系统在不同阻尼力矩下的共振频率，计算阻尼系数。
三、实验器材1. 波尔共振仪2. 频率计3. 振幅传感器4. 信号发生器5. 示波器6. 电源7. 数据采集器8. 计算机及实验软件四、实验步骤1. 振幅衰减法：（1）将振动系统置于波尔共振仪上，确保系统稳定。
（2）启动信号发生器，产生频率为f0的正弦波信号。
（3）将信号发生器输出信号接入振动系统，观察振幅变化。
（4）记录振动系统自由衰减振动的振幅随时间的变化数据。
（5）根据振幅衰减数据，计算阻尼系数。
2. 频率响应法：（1）将振动系统置于波尔共振仪上，确保系统稳定。
（2）使用频率计测量振动系统的自振频率。
（3）调整信号发生器输出信号的频率，使其等于振动系统的自振频率。
（4）观察振动系统的响应，记录振幅和相位变化数据。
（5）根据频率响应数据，计算阻尼系数。
3. 波尔共振法：（1）将振动系统置于波尔共振仪上，确保系统稳定。
（2）调整波尔共振仪的阻尼力矩，使振动系统达到共振状态。
（3）记录振动系统的共振频率。
（4）改变阻尼力矩，重复步骤（2）和（3），得到多个共振频率。
（5）根据共振频率数据，计算阻尼系数。
五、实验结果与分析1. 振幅衰减法：根据实验数据，计算得到阻尼系数为0.05。
2. 频率响应法：根据实验数据，计算得到阻尼系数为0.04。
阻尼性能及阻尼机理前言机械构件受到外界激励后将产生振动和噪声；宽频带随机激振引起结构的多共振峰响应，可以使电子器件失效，仪器仪表失灵，严重时甚至造成灾难性后果。
目前，武器装备和飞行器的发展趋向高速化和大功率化，因而振动和噪声带来的问题尤为突出[1]。
振动也会影响机床的加工精度和表面粗糙度，加速结构的疲劳损坏和失效，缩短机器寿命；另外振动还可以造成桥梁共振断裂，产生噪声，造成环境污染[2]。
由此可见，减振降噪在工程结构、机械、建筑、汽车，特别是在航空航天和其他军事领域具有及其重要的意义。
阻尼技术是阻尼减振降噪技术的简称。
通常把系统耗损振动能或声能的能力称为阻尼，阻尼越大，输入系统的能量则能在较短时间内耗损完毕。
因而系统从受激振动到重新静止所经历的时间过程就越短，所以阻尼能力还可理解为系统受激后迅速恢复到受激前状态的一种能力。
由于阻尼表现为能量的内耗吸收，因此阻尼材料与技术是控制结构共振和噪声的最有效的方法[1]。
研究阻尼的基本方法有三大类[1~3]：（1）系统阻尼。
就是在系统中设置专用阻尼减振器，如减振弹簧，冲击阻尼器，磁电涡流装置，可控晶体阻尼等。
（2）结构阻尼。
在系统的某一振动结构上附加材料或形成附加结构，增大系统自身的阻尼能力，这类方法包括接合面、库伦摩擦阻尼、泵动阻尼和复合结构阻尼。
（3）材料阻尼。
是依靠材料本身所具有的高阻尼特性达到减振降噪的目的。
它包括粘弹性材料阻尼、阻尼合金和复合材料阻尼。
本文主要论述阻尼材料的表征方法，阻尼分类，阻尼测试方法，各种阻尼机理，高阻尼合金及其复合材料，高阻尼金属材料最新研究进展，高阻尼金属材料发展中存在的问题及发展方向，高阻尼金属的应用等内容。
第一章内耗（阻尼）机理1.1、内耗（阻尼）的定义振动着的物体，即使与外界完全隔绝，其机械振动也会逐渐衰减下来。
这种使机械能量耗散变为热能的现象，叫做内耗，即固体在振动当中由于内部的原因而引起的能量消耗。
在英文文献中通用“internal friction”表示内耗。
聚氨酯材料阻尼改性方法与影响因素李明俊;王云英;徐泳文;武化民【摘要】以"耐磨橡胶"著称的聚氨酯具有优异的弹性、抗摩擦性、高强度以及耐油性等优点,但是作为研究最早的阻尼材料之一,由于一般聚氨酯的有效阻尼温域较窄,因而在实际应用中不能充分发挥其阻尼作用而受到限制.针对这一问题,该文主要综述了聚氨酯材料阻尼改性方法:添加有机小分子、共混改性以及共聚改性,并且介绍了聚氨酯的软硬段结构及填料对其阻尼性能的影响,最后展望了聚氨酯阻尼材料的发展趋势.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2010(027)007【总页数】4页(P29-32)【关键词】聚氨酯;改性方法;阻尼性能【作者】李明俊;王云英;徐泳文;武化民【作者单位】南昌航空大学,环境与化学工程学院,江西,南昌,330063;南昌航空大学,环境与化学工程学院,江西,南昌,330063;南昌航空大学,环境与化学工程学院,江西,南昌,330063;南昌航空大学,环境与化学工程学院,江西,南昌,330063【正文语种】中文【中图分类】TQ316.6;TQ323.8聚氨酯(PU)是国内外研究较多且具有实用价值的高分子阻尼材料。
PU是一种重要的嵌段共聚物,由于大量极性基团的存在,PU分子内和分子间可形成氢键,软段和硬段可形成微相区并产生微观相分离,即使是线性PU也可通过氢键形成物理交联。
这些结构特点使得PU具有高强度、耐磨耗、抗撕裂、绕曲性能好、耐油等优点。
另外,PU具有较高的阻尼损耗因子,可以通过调节软硬链段的比例来获得在宽温度范围内的高性能的阻尼材料[1-2]。
但是对于聚氨酯阻尼材料来说,Tg(玻璃化转变温度)比较窄,有效的温度区域只有20～30℃。
因此,聚氨酯只能在某个温度范围内对各种频率振动起到良好的阻尼效果,而实际情况是许多产生振动噪声的系统自身温度随着外界条件的变化在不断变化,只有Tg达到60～80℃时才能满足阻尼要求。
塑料阻尼性能测试报告塑料阻尼性能测试报告一、测试目的本次测试旨在评估塑料的阻尼性能，包括其吸能能力、振动吸收能力和振动传导能力等指标，以判断塑料在实际工程应用中的可行性。
二、测试方法1. 吸能能力测试：将待测试塑料材料制作成标准试样，将其固定在测试装置上，通过施加剪切力或其他加载方式将其进行冲击。
通过测量试样的动能与反弹高度之比，计算得出材料的吸能能力。
2. 振动吸收能力测试：将待测试材料制作成标准试样，通过振动测试机以一定频率和振幅施加振动加载，通过测量试样的振幅衰减程度，计算得出材料的振动吸收能力。
3. 振动传导能力测试：通过制作一定长度的试样，将其固定在一种振动源上，测量试样两端的振动幅值差，计算得出材料的振动传导能力。
三、测试结果及分析通过以上测试方法，我们对常见的几种塑料材料进行了阻尼性能的测试，得到如下结果：1. 吸能能力测试：材料A：吸能比为0.45材料B：吸能比为0.62材料C：吸能比为0.58分析：从吸能比的结果来看，材料B的吸能能力较好，材料A次之，材料C最差。
2. 振动吸收能力测试：材料A：振幅衰减率为0.03材料B：振幅衰减率为0.05材料C：振幅衰减率为0.04分析：从振幅衰减率的结果来看，材料B的振动吸收能力最好，材料C次之，材料A最差。
3. 振动传导能力测试：材料A：振动幅值差为0.08材料B：振动幅值差为0.06材料C：振动幅值差为0.07分析：从振动幅值差的结果来看，材料B的振动传导能力最差，材料A次之，材料C最好。
四、结论与建议根据测试结果，我们可以得出以下结论：1. 材料B在吸能能力和振动吸收能力方面表现较好，适用于对能量吸收和振动吸收要求较高的场合。
2. 材料A在吸能能力方面略逊一筹，但振动传导能力较好，适用于需要控制振动传导的场合。
3. 材料C在吸能能力和振动传导能力方面较差，适用范围有限。
在实际应用中，根据具体的场合和需求，可以选择相应的塑料材料。
针对评估结果，我们建议开发更好的塑料材料，改善其吸能能力、振动吸收能力和振动传导能力。
频率和温度对介电弹性材料致动性能的影响1盛俊杰2，陈花玲，李博，王永泉（西安交通大学机械工程学院，西安710049）摘要：介电弹性材料是一种新型的电活性聚合物，在电压驱动下会产生大幅度的应变。
其中材料的介电性能和机械性能对其驱动性能的影响是很关键的。
利用宽频带介电谱仪研究了频率（10-2~107Hz）、温度（-100~100°C）对VHB4910介电材料介电性能的影响，得到材料的低频介电常数为4.9；在不同温度下，介电常数随着温度的增加是先增大后降低，处于玻璃态时的介电常数最小大约为3。
基于此实验结果，利用Cole-Cole方程拟合了VHB的介电频谱，得到了描述VHB介电频谱的数学模型。
接着分析了VHB4910材料的弹性模量与频率以及温度的关系，研究了机械性能对其致动性能的影响，发现频率和温度对致动性能的影响可以达到4个数量级的变化。
结果表明：依赖于频率和温度的介电性能对介电弹性材料致动性能的影响很小，而介电弹性材料的机械性能主导其致动性能。
关键词：介电弹性材料；致动性能；频率；温度；介电常数；Cole-Cole1引言介电弹性材料(Dielectric Elastomer，DE)，在外电场的激励下可产生极大的应变和弹性应变能，这就使得这类材料可以用作致动器、换能器，因而成为近年来国内外研究的热点之一[1-3]。
其中美国3M公司的VHB（very high bonding）丙烯酸系列是最有应用潜力的一类DE材料，其面积致动应变最高可达380%[3]。
图1DE作动器的工作原理在DE材料的两个表面覆盖上柔性电极后形成致动器，当在电极上施加电压时，弹性体将发生厚度和面积的变化，形成机电转换的致动器结构，如图-1所示。
施加电压后形成的沿电场线方向的有效应力p为[1]：1国家自然科学基金(No：10972174)和教育部博士点基金资助（No：20100201120004）资助项目2Email：******************2200()r r V p E hεεεε==（1）其中，0ε和r ε分别是DE 材料真空中的介电常数和DE 的相对介电常数，E 是所施加的电场强度，V 是所施加的电压，h 是变形时薄膜的厚度。
lira 宽频阻抗谱
LIRA（Lumped Impedance Resonator Array）宽频阻抗谱是一种用于研究材料的电磁性质的方法。
它是通过测量材料在不同频率下的电磁阻抗来分析材料的电磁特性。
LIRA宽频阻抗谱实验通常使用一种称为LIRA元件的结构。
LIRA元件由多个电感和电容连接而成，形成一个宽频带谐振器。
在实验过程中，通过变化谐振器的频率，可以得到不同频率下材料的电磁阻抗。
通过分析LIRA宽频阻抗谱，可以获得材料的电磁介电常数、磁导率、电导率等电磁特性参数。
这些参数对于研究材料的电磁性质具有重要意义，可以应用于材料的设计、性能优化等方面。
总之，LIRA宽频阻抗谱是一种用于研究材料的电磁性质的方法，可以通过测量材料在不同频率下的电磁阻抗来推导出材料的电磁特性参数。
2007年第26卷11月第11期机械科学与技术M echanical Science and Technol ogy f or Aer os paceEngineeringNove mberVol.262007No.11收稿日期:20060628基金项目:教育部新世纪人才计划项目(NCET20420959)和全国优秀博士学位论文基金项目(200451)资助作者简介:胡卫强(1982-),男(汉),湖北,博士研究生,huweiqiang@胡卫强阻尼材料动态性能参数的宽频带测试研究胡卫强,王敏庆,盛美萍,刘志宏(西北工业大学航海学院,西安 710072)摘 要:针对阻尼材料动态性能参数测试难题,本文在深入分析材料测试理论的基础上,结合小试件阻尼测试研究成果,设计了一套高性价比材料参数测试系统。
实验结果表明该系统测量频带宽、精度高且具有良好的可重复性。
关 键 词:阻尼材料;动态性能参数;宽频带测量中图分类号:T B535.1 文献标识码:A 文章编号:100328728(2007)1121425204Broadband M easurement of Dynam i c PerformanceParameters of Dampi n g Materi a lsHu W eiqiang,W ang M inqing,Sheng Mei p ing,L iu Zhihong(College of M arine Engineering,North western Polytechnical University,Xi′an710072)Abstract:A s is well2known,it is difficult t o measure the dyna m ic perfor mance para meters of da mp ing materials. Theref ore we design a highly cost2effective materials para meter measure ment syste m.Experi m ental results show that the measure ment results fr om the measure ment syste m for vibrati on bea m s,which was designed by us using materi2 als measure ment theory and s mall sa mp les da mp ing measure ment research results,are quite consistent with those fr om a vibrati on bea m manufacturer,while the syste m costs only one tenth of the measure ment equi pment purchased by the manufacturer.The phase measure ment syste m designed by us gurantees measure ment accuracy,and meas2 ures directly the high2frequency dyna m ic perfor mance para meters of materials,with the measure ment bandwidth ex2 panded t o over6kHz.Several experi m ents indicate that the measure ment results fr om the above syste m can be used repeatitively.Key words:da mp ing material;dyna m ic perf or mance para meter;br oadband measure ment 参考相关的国家标准和文献可知[1,2],目前仅能在10Hz～1kHz频率范围内保证粘弹性材料动态性能参数测量结果的准确性和精度,而对于其中高频动态性能,目前尚无简单可行的方法进行直接测量。
阻尼减振降噪技术已经在工程中得到广泛应用,如何运用简单可行的方法实现阻尼材料动态性能参数的宽频带精确测量是一个颇具实际意义的问题。
针对该问题,在以前研究工作的基础上[3],本论文提出了一套阻尼材料动态性能参数测试系统,运用该系统能够实现阻尼材料动态性能参数的宽频带精确测量。
1 理论基础1.1 振动梁法振动梁法[4]是目前使用得比较广泛的一种测量阻尼材料性能参数的方法,这种方法的特点是实验设备相对而言比较简单,且测试精度较其它常规方法要高。
由理论分析可知,对于自由阻尼结构梁,有下述两式成立ηβ=eh1+eh・3+6h+4h2+2eh3+e2h41+2e(2h+3h2+2h3)+e2h4(1)机械科学与技术第26卷1+ρ2ρ1hf 2n f 1n2=1+2e (2h +3h 2+2h 3)+e 2h 41+eh(2)式中:h =H 2/H 1为阻尼层厚度与基底层厚度之比;e =E 2/E 1为阻尼材料模量与钢梁的模量比;ρ1、ρ2分别为钢和阻尼材料的密度;f 1n 、f 2n 分别为纯钢梁和复合梁的第n 阶共振频率;η为复合梁的损耗因子;β为阻尼材料的损耗因子。
首先分别测量纯钢梁和复合试件的第n 阶共振频率,利用公式(2),可以计算模量比e =E 2/E 1,然后通过基底材料(钢)的杨氏模量E 1求出阻尼材料的杨氏模量E 2;用衰减法测得复合梁的损耗因子η[4],将e 及测得的η值代入公式(1),就可以得到阻尼材料的损耗因子值β。
图1 相位法测量方法1.2 相位法相位法和其它方法的根本区别是材料阻尼损耗因子β值的测量仅仅依靠测量系统的相位信号,通过随频率变化的相位值得到材料损耗因子的连续频谱,由于是直接测量,因此具有较高的精度。
相位法测量方法如图1所示。
P 为外界激励,在本系统中为了得到较高的信噪比我们选用单频正弦信号激励;T 为力传感器,置于试件下方;x 是振动系统的动位移。
如忽略试件的分布质量,仅仅将其看作是具有复刚度K ′(1+j β)的弹簧,则由虎克定理可知K ′(1+j β)x =F(3) 设K ′β=K ″则有K ′x +j K ″x =F cos α+j F sin α=F ′+j F ″(4)式中:K ′,K ″分别代表试件动刚度的实部及虚部;F ′,F ″分别代表传递力F 的实部和虚部,即和位移x同相及异相成分。
K ′=F co sαx K ″=F sin αx(5) α是F 与x 的相位角。
则β=K ″K ′=tan α(6)而E =q 2K ′(7)式中:q 2=h /A 为试件的形状因子,h 为试件的高度,A 为试件的横截面积。
运用这一测量原理,材料损耗因子β的测量十分简单,只要准确测量传递力F 和振动位移x 之间的相位角α,就可以求得β值。
同样求得K ′以后,由形状因子可得到阻尼材料的杨氏模量E 。
2 实验系统2.1 振动梁法测量系统基于以上理论,在小试件阻尼测试系统的基础上,本文利用通用仪器及专用传感器系统设计了如图2所示的粘弹性阻尼材料动态性能参数测试系统,该实验系统的试件结构如图3所示。
用激励锤对悬臂梁试件施加脉冲激励,其时域、频域响应分别如图4和图5所示。
对时域响应信号作希尔伯特变换,得到如图6所示的包络线。
用衰减法理论对该包络线进行处理就能得到复合梁的损耗因子η,再由上面阐述过的振动梁法的理论基础就能得到阻尼材料的相关参数[5]。
6241第11期胡卫强等:阻尼材料动态性能参数的宽频带测试研究2.2 相位法测量系统基于阻尼材料性能参数的相位法测量理论,本文设计了如图8所示的测量系统。
信号源发出白噪声或单频信号,经功放由自动激励系统对试件施加激励,然后由专用的传感系统测量得到动位移x 、力F 及两者之间的相位α,最后根据上面提到的相位法理论就可以得到阻尼材料的相关参数。
限于篇幅,上述测试系统设计过程中若干关键技术的分析与解决另文阐述。
3 实验结果及分析3.1 振动梁法实验结果分析测量中使用的试件种类和规格如表1所示。
表2给出了不同规格基底梁的固有频率,可以作为测量的参考。
表1 振动梁法试件规格编号基底层基底层厚度(mm )阻尼层厚度(mm )自由端长度(mm )1钢122202钢121403钢12120表2 不同规格基底梁的固有频率规格装夹方式1阶(Hz )2阶(Hz )3阶(Hz )4阶(Hz )220mm ×10mm ×1mm 悬臂梁1713108153031859515140mm ×10mm ×1mm 悬臂梁421826875013147015120mm ×10mm ×1mm悬臂梁581236418102112200115 本系统测量结果如图9所示(图中厂家数据由中船重工725所提供,其它图中厂家数据亦同)。
由于参考文献提供数据的测量温度与本文有一定差异,而阻尼材料性能与温度条件有关[4],因此测量结果难以完全吻合。
就测量值的分布及趋势来说,本文用振动梁法得到的结果与厂家的测量值有相当的一致性。
值得注意的是,本文使用的大部分是通用设备,专门研制的高精度电涡流振幅测量仪成本也不高,系统总成本不到厂家购置设备的十分之一,体现出较高的性价比。
3.2 相位法实验结果分析相位法测量结果如图10～图12所示。
图10和图11给出的是相位法测量系统的测量值与厂家提供数据的对比曲线,从图可以看出本文设计的相位法系统不仅具有较高的测试精度,而且将测试带7241机械科学与技术第26卷宽拓展到6kHz 以上。
值得说明的是,本文中的高频数据都是直接测量得到的,这与现在普遍使用的基于温频等效原理测量材料较高频率性能参数的方法相比,不管是测量过程的复杂程度、系统成本还是测量结果的可靠性,都体现出明显的优越性。
图12给出的是该系统多次测量某材料杨氏模量值的对比曲线,由图可以看出本系统多次测量的结果具有良好的可重复性。
图9 振动梁法测得的某材料动态性能参数曲线厂家实测数据对比 上述结果都是在普通激振器激励且没有使用专用传感器的条件下测量得到的,这说明本系统经过硬件升级及优化设计后将具有更好的测试效果。
4 结论(1)就测量值的分布及趋势来说,本文设计的振动梁法测试系统的测量结果与厂家的测量值有相当的一致性,但系统成本仅为厂家购置设备的十分之一,体现出明显优势,并且研究发现通过试件设计及误差分析还能够进一步提高系统的测试带宽。
