[發明專利]樹脂礦物復合材料結合部動剛度和阻尼測量方法

有效

• 申請號: 201910287525.0
• 申請日: 2019-04-11
• 公開（公告）號: CN110031164B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 沈佳興;徐平;于英華
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00;G01M7/02
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 劉曉嵐

1.一種樹脂礦物復合材料結合部動剛度和阻尼測量方法，采用一種樹脂礦物復合材料結合部動剛度和阻尼測量裝置進行測量，所述裝置包括激振信號發生系統、激振桿、預緊螺栓、支撐殼體、上試件、下試件、壓電式力傳感器、兩個金屬貼片和兩個振動位移測量裝置；

所述上試件和下試件均采用樹脂礦物復合材料，且質量相同，同時，兩個試件位于支撐殼體內底部中間位置，上下放置；支撐殼體頂部中心處開有內螺紋通孔；所述預緊螺栓與支撐殼體頂部中心的內螺紋通孔配合對上試件施加預緊力，預緊螺栓中心開有光滑通孔；所述激振桿一端與激振信號發生系統相連，另一端安裝有壓電式力傳感器并穿過預緊螺栓上的通孔壓在上試件上表面，對其施加激振載荷，壓電式力傳感器記錄施加在上試件的激振力大小及其隨時間變化情況；上試件和下試件的高度中心處對稱預埋兩個金屬貼片，兩個振動位移測量裝置分別與兩個金屬貼片對應固定在支撐殼體內，用于測量兩個金屬貼片的振動位移并記錄振動位移數據；所述激振信號發生系統包括PC機、功率放大器和激振器，PC機產生的單位正弦信號通過功率放大器放大后輸入到激振器使其振動，進而構成激振信號發生系統；

其特征在于：所述測量方法包括以下步驟：

步驟1、組裝測量裝置；

步驟2、利用網線依次將PC機、功率放大器和激振器相連，PC機產生的單位正弦信號通過功率放大器放大后輸入到激振器使其振動，進而構成激振信號發生系統；通過PC機和功率放大器控制激振器的激振頻率及激振力幅值；

步驟3、將振動位移測量裝置的測量信號，壓電式力傳感器的測量信號通過網線經過與PC機相連的采集卡輸入到PC機上，記錄上試件和下試件的振動位移及激振力數據；

步驟4、PC機通過內置程序計算得到樹脂礦物復合材料的上試件和下試件結合部剛度和阻尼；

所述PC機內置程序執行以下功能：

(1)根據樹脂礦物復合材料結合部動剛度和阻尼測量裝置得到測量樹脂礦物復合材料結合部動剛度及阻尼的等效計算模型，進而建立上試件和下試件結合部的振動方程；

(2)求解上試件和下試件結合部的振動方程，得到上試件和下試件結合部的阻尼及動剛度；

建立的所述上試件和下試件結合部的振動方程如下公式所示：

其中，m₁為上試件和下試件的質量，大小用天平秤得；c₁為上試件和下試件自身阻尼；c_c為上試件和下試件結合部阻尼，k₁為上試件和下試件自身剛度；k_c為上試件和下試件結合部動剛度；ω為激振器的激振頻率，由PC機控制；F₁為激振力幅值，由壓電式力傳感器測得；x₁、x₂分別為上試件和下試件的振動位移；為分別為上試件和下試件振動時的速度；分別為上試件和下試件振動時的加速度，t為時間。

2.根據權利要求1所述的樹脂礦物復合材料結合部動剛度和阻尼測量方法，其特征在于，所述步驟1的具體方法為：

將支撐殼體置于水平面放置平穩，將預先制備好的帶有金屬貼片的樹脂礦物復合材料的上試件和下試件置于支撐殼體內底面的中心，利用力矩扳手旋轉預緊螺栓對結合部施加的預緊壓力；

在支撐殼體內兩側分別安裝一個振動位移測量裝置，使它們分別位于兩個金屬貼片和的正下方，測量上試件和下試件的振動位移；通過螺紋連接將壓電式力傳感器連接到激振桿一端，并將激振桿的另一端連接到激振器，將安裝有壓電式力傳感器及激振桿的激振器采用彈性繩懸掛于上試件的正上方，并穿過預緊螺栓的中心孔將壓電式力傳感器壓在上試件的上表面，調節激振器的高度使壓電式力傳感器壓緊上試件。

3.根據權利要求2所述的樹脂礦物復合材料結合部動剛度和阻尼測量方法，其特征在于，所述求解上試件和下試件結合部的振動方程，得到上試件和下試件結合部的阻尼及動剛度的具體方法為：

令公式(1)的穩態解為：

分別對公式(2)中的x₁和x₂求一次和二次導數得到：

將式(2)～(4)代入到式(1)中消去e^iωt，得到樹脂礦物復合材料上試件和下試件的振幅B₁和B₂分別為：

樹脂礦物復合材料上試件和下試件振動的相位角大小為ψ₁和ψ₂分別為：

式(5)和式(6)中，f＝k₁；g＝c₁ω；d＝c₁ω；h＝k₁-m₁ω²；B₁和B₂分別為上試件和下試件振動時的振幅，通過振動位移測量裝置測得；ψ₁和ψ₂分別為上試件和下試件振動時的相位角，通過振動位移測量裝置記錄的振動曲線求得；

式(5)和式(6)中的B₁、B₂、ψ₁、ψ₂、m₁、ω、F₁均已知，而式(5)和式(6)中的未知量為c₁、c_c、k₁、k_c且式(5)和式(6)共有4個方程，因此聯立式(5)和式(6)并解之即可求得試件自身剛度和阻尼k₁、c₁，結合部剛度和阻尼k_c、c_c。