[發(fā)明專利]阻尼材料的損耗因子與能量及溫度耦合關(guān)系的測試裝置及測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410270135.X
• 申請日: 2014-06-17
• 公開（公告）號: CN104020259A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李玩幽;張洋;盧成功;劉思源;劉子豪
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種研究粘彈阻尼材料的損耗因子與其對于振動能量的關(guān)系的實驗裝置及方法。

背景技術(shù)

粘彈阻尼材料廣泛應(yīng)用于阻尼減振結(jié)構(gòu)，是控制結(jié)構(gòu)及儀器設(shè)備振動、沖擊和噪聲的有效手段。因而，阻尼材料消耗能量占振動系統(tǒng)總輸入能量的比重，對于阻尼材料減振性能的評價，具有重要的工程意義。粘彈阻尼材料在減振工作過程中的能量主要由三部分組成：自身的動能、可恢復(fù)的彈性能和不可恢復(fù)的損耗能量，其中不可恢復(fù)的耗能就是表征其阻尼性能的標(biāo)志。然而，由于工程上機械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，其動能和彈性能難以測量。因而，對于傳統(tǒng)僅僅進行振動測試的研究方法，難以建立阻尼特性與振動過程中消耗能量的定量描述。

表征阻尼材料性能的主要特性參數(shù)是損耗因子。損耗因子受環(huán)境的影響很大，隨著溫度、頻率、應(yīng)力幅值改變而變化明顯，其中對其影響最為主要的參數(shù)為溫度。通常來說，在應(yīng)用于的振動的環(huán)境條件下，損耗因子越大，阻尼材料的性能越好，其在振動過程中損耗的能量越多。然而，耗能必然導(dǎo)致粘彈材料自身溫度升高,溫度升高導(dǎo)致?lián)p耗因子的變化。但與此同時，損耗因子的變化又影響著耗能的多少。因而在實際中，由于能量消耗、粘彈性材料溫度和材料損耗因子幾者相互影響，粘彈性阻尼材料的特性隨應(yīng)用狀況發(fā)生改變，給粘彈阻尼材料的合理使用帶來困難。因而，研究阻尼材料的對振動的耗能、損耗因子之間的關(guān)系對阻尼材料的合理使用具有重要指導(dǎo)意義。

這方面的理論研究與實驗研究相對較少，特別是定量研究?！凹s束阻尼型隔振器粘彈材料振動溫升研究[J]”(《振動工程學(xué)報》，2010,23(5)：585-590)中，運用漸進積分方法建立的數(shù)學(xué)模型分析了約束阻尼型隔振器在正弦載荷作用過程中的粘彈材料剪切溫升歷程,并對設(shè)計的剪切型約束阻尼隔振器進行正弦掃頻實驗。用壓電傳感器記錄其速度變化歷程,同時使用紅外線測溫儀測定隔振器中粘彈材料的溫升歷程。但其采用的是掃頻的方法，假設(shè)非線性粘彈材料損耗剪切模量隨頻率變化相對其隨溫度變化可忽略不計，原理上會給實驗結(jié)果帶來一定誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可以實現(xiàn)阻尼材料工作工程中損耗因子與振動耗能相互耦合的定量描述的阻尼材料的損耗因子與能量及溫度耦合關(guān)系的測試裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種阻尼材料的損耗因子與能量及溫度耦合關(guān)系的測試方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明的阻尼材料的損耗因子與能量及溫度耦合關(guān)系的測試裝置包括粘彈譜儀、測量能量的裝置和測量溫度的熱電偶裝置；

所述粘彈譜儀用于測量阻尼材料在一定頻率下、所需要的溫度范圍內(nèi)的損耗因子隨溫度的變化；

所述測量溫度的熱電偶裝置采集阻尼材料中的溫度隨時間的變化，用于計算阻尼材料產(chǎn)生的熱能即耗能；

所述測量能量的裝置包括數(shù)據(jù)采集分析儀、功率放大器、電荷放大器、激振器、由上力傳感器和上加速度傳感器構(gòu)成的上阻抗頭、由下力傳感器和下加速度傳感器構(gòu)成的下阻抗頭，阻尼材料的上下面上設(shè)置上層鋼板和下層鋼板，上阻抗頭安裝在激振器的激振桿上，下阻抗頭安裝在上層鋼板上，數(shù)據(jù)采集分析儀產(chǎn)生與粘彈譜儀同一頻率同一幅值的正弦信號，經(jīng)過功率放大器放大后驅(qū)動激振器，上阻抗頭獲取施加于上層剛板上的力信號和加速度信號、下阻抗頭獲取下層剛板上的力信號和加速度信號輸入電荷放大器，電荷放大器將力信號、加速度信號放大后輸出到數(shù)據(jù)采集分析儀中、進一步傳輸?shù)接嬎銠C中。

所述熱電偶埋在阻尼材料中并且在阻尼材料外設(shè)置絕熱層。

本發(fā)明的阻尼材料的損耗因子與能量及溫度耦合關(guān)系的測試方法為：

首先用粘彈譜儀測量阻尼材料在一定頻率下、在所需要的溫度范圍內(nèi)的損耗因子隨溫度的變化；然后用數(shù)據(jù)采集分析儀產(chǎn)生與粘彈譜儀同一頻率同一幅值的正弦信號相同頻率的正弦信號驅(qū)動激振器激振上層鋼板，對上下層鋼板的力和振動加速度信號進行采集，由計算機計算輸入輸出功率流，進而求得輸入輸出能量差，從而得到阻尼材料的總能量；同時熱電偶采集阻尼材料中的溫度隨時間的變化，計算得到阻尼材料的產(chǎn)生的熱能即耗能；得到損耗因子和溫度、溫度和熱能、熱能和振動總能的對應(yīng)關(guān)系；最終通過擬合耗能與溫度、損耗因子的關(guān)系曲線，得到這三個量相互影響的定量關(guān)系，同時通過計算熱能與振動系統(tǒng)總能的比值來描述材料的阻尼特性。

所述熱電偶采集阻尼材料中的溫度隨時間的變化是將多個熱電偶埋入阻尼材料中,并對整體做絕熱處理。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明通過測試功率流的方法對振動能量計算，實驗裝置簡單，工程易于實現(xiàn)。