CN101275901B - 剪切型大尺寸材料阻尼测试装置 - Google Patents

Abstract

剪切型大尺寸材料阻尼测试装置，它涉及一种土木工程用大尺寸材料阻尼性能的试验装置。针对目前无法测试土木工程用大尺寸材料的剪切阻尼特性问题。压电式力传感器(5)的两个输入端与加载头(10)、电磁激振器(3)的输出端连接，电磁激振器(3)的正上方设有激光位移传感器(7)，压电式力传感器(5)的输出端与电荷放大器(6)的输入端连接，电压放大器(8)的两个输入端分别与激光位移传感器(7)、电荷放大器(6)的输出端连接，电压放大器(8)的两个输出端分别与计算机数据采集器(9)的两个输入端连接，电磁激振器(3)的输入端通过功率放大器(2)与信号发生器(1)连接，底座(14)与固定套件(21)连接。本发明可测试大尺寸材料在受剪切作用下的阻尼性能与弹性模量。

Description

剪切型大尺寸材料阻尼测试装置

技术领域

本发明涉及一种土木工程用大尺寸材料阻尼性能的试验装置。

背景技术

目前粘弹性阻尼材料阻尼特性的测试主要是通过动态力学分析仪、粘弹谱仪等仪器来完成，这些装置测试的对象主要是金属、塑料和聚合物等材料，而对于大尺寸材料(如混凝土、复合材料)，这些装置因为试件尺寸的限制而无法测量，土木工程材料动力特性的准确把握对于结构振动响应的精确分析具有重要的意义，因此开发适用于大尺寸材料的阻尼测试装置势在必行，而且现有阻尼测试主要以受弯作用为主的构件，如简支梁，悬臂梁，而针对以受剪为主的构件却鲜有分析。理论上的不完善以及设备开发等一系列问题使得目前无法测试土木工程大尺寸材料(如混凝土)的剪切阻尼特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种剪切型大尺寸材料阻尼测试装置，以解决目前无法测试土木工程用大尺寸材料的剪切阻尼特性的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明的阻尼测试装置由激励系统、测量系统、加载头、固定套件和底座组成；所述激励系统由信号发生器、功率放大器、电磁激振器组成，所述测量系统由压电式力传感器、激光位移传感器、电荷放大器、电压放大器、计算机数据采集器组成，所述压电式力传感器的两个输入端分别与电磁激振器的输出端、加载头的下端面连接，压电式力传感器的输出端与电荷放大器的输入端连接，所述电磁激振器的正上方设置有激光位移传感器，所述激光位移传感器的输出端与电压放大器的一个输入端连接，电荷放大器的输出端与电压放大器的另一个输入端连接，电压放大器的位移信号输出端与计算机数据采集器的一个输入端连接，电压放大器的电荷放大信号输出端与计算机数据采集器的另一个输入端连接，电磁激振器的输入端与功率放大器的输出端连接，功率放大器的输入端与信号发生器的输出端连接，所述底座设置在电磁激振器的一侧，底座的上端面与固定套件的下端面连接。所述加载头由第一上横梁、第二下横梁、两个第一连接件组成；所述第一上横梁设置在第一下横梁上，第一上横梁和第一下横梁的两端分别通过一个第一连接件连接，第一下横梁的下端面上设有凹槽，所述压电式力传感器的上端装在第一下横梁下端面的凹槽内，所述固定套件由第二上横梁、第二下横梁、两个第二连接件、两个第三连接件组成；所述第二上横梁设置在第二下横梁上，第二上横梁和第二下横梁的两端分别通过一个第二连接件连接，所述第二下横梁设置在底座上，第二下横梁的两端与底座的两端分别通过一个第三连接件连接。

本发明的有益效果是：本发明可测试大尺寸材料在受剪切作用下的阻尼性能与弹性模量，装置构造简单，安装方便。待测构件的长、宽、高尺寸可调，可实现不同频率、不同波形加载。采用非接触式激光位移传感器提高了位移测量精度，本发明突破大尺寸材料阻尼特性无法准确测试的瓶颈。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意简图，图2是加载头10与待测构件4及压电式力传感器5装配在一起的主视图，图3是图2的左视图(待测构件4未表示)，图4是固定套件21与底座14和待测构件4装配在一起的主视图，图5是图4的左视图(底座14和待测构件4未表示)。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的阻尼测试装置由激励系统、测量系统、加载头10、固定套件21和底座14组成；所述激励系统由信号发生器1、功率放大器2、电磁激振器3组成，所述测量系统由压电式力传感器5、激光位移传感器7、电荷放大器6、电压放大器8、计算机数据采集器9组成，所述压电式力传感器5的两个输入端分别与电磁激振器3

的输出端、加载头10的下端面连接，实现拉压力的数据采集，压电式力传感器5的输出端与电荷放大器6的输入端连接，所述电磁激振器3的正上方设置有激光位移传感器7，所述激光位移传感器7的输出端与电压放大器8的一个输入端连接，电荷放大器6的输出端与电压放大器8的另一个输入端连接，电压放大器8的位移信号输出端与计算机数据采集器9的一个输入端连接，电压放大器8的电荷放大信号输出端与计算机数据采集器9的另一个输入端连接，电磁激振器3的输入端与功率放大器2的输出端连接，功率放大器2的输入端与信号发生器1的输出端连接，所述底座14设置在电磁激振器3的一侧，底座14的上端面与固定套件21的下端面连接。

本实施方式中所用仪器的型号和产地见表1。

表1

具体实施方式二：结合图1～图3说明本实施方式，本实施方式的加载头10由第一上横梁11、第二下横梁12、两个第一连接件13组成；所述第一上横梁11设置在第一下横梁12上，第一上横梁11和第一下横梁12的两端分别通过一个第一连接件13连接，第一下横梁12的下端面上设有凹槽26，所述压电式力传感器5的上端装在第一下横梁12下端面的凹槽26内，所述第一连接件13由螺杆30、螺母31组成；所述螺杆30的大头端装在第二下横梁12下端面的台肩孔32内。如此设置，可方便力传感器5与第一下横梁12的安装。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1、图4、图5说明本实施方式，本实施方式的固定套件21由第二上横梁22、第二下横梁23、两个第二连接件24、两个第三连接件25组成；所述第二上横梁22设置在第二下横梁23上，第二上横梁22和第二下横梁23的两端分别通过一个第二连接件24连接，所述第二下横梁23设置在底座14上，第二下横梁23的两端与底座14的两端分别通过一个第三连接件25连接。如此设置，可方便待测构件4高度的调节。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1、图4、图5说明本实施方式，本实施方式的第二连接件24由第一螺杆16、第一螺母17组成；所述第二下横梁23的下端面的两端分别设有台肩沉孔18，所述第一螺杆16的大头端装在第二下横梁23的台肩沉孔18内，第一螺杆16的螺杆端穿过第二下横梁23和第二上横梁22并通过第一螺母17连接。如此设置，方便第二下横梁23与底座14的连接。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1、图4、图5说明本实施方式，本实施方式的第三连接件25由第三螺杆19、第三螺母20组成；所述第二下横梁23和底座14通过第三螺杆19和第三螺母20连接。如此设置，连接方便，可以实现待测构件4在宽度方向和长度方向上的调节。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

为实现电磁激振器的刚性安装，把电磁激振器安装于刚性地面上。非接触式激光位移传感器设置在电磁激振器的正上方，可伸缩与旋转，以测量待测构件端部稳态位移反应，且不给待测构件施加反力，提高了位移测量精度。

通过压电式力传感器采集激振力、激光位移传感器采集待测构件端部稳态位移，得到两者相位差δ(rad)、激振力幅值p₀(N)、剪切型待测构件端部位移幅值y₀(m)，从而剪切型材料阻尼参数可由下列公式得出：

η＝tanδ                    (1)

$G^{\′\′}=\frac{8L}{{\mathrm{\π}}^2\mathrm{ab}}\frac{p_0}{y_0}\sin \mathrm{\δ}---\left(2\right)$

$G^{\′}=\frac{8L}{{\mathrm{\π}}^2\mathrm{ab}}\frac{p_0}{y_0}\cos \mathrm{\δ}---\left(3\right)$

式中：

η——材料损耗因子

G″——材料的损耗模量(N/m²)

G′——材料的存储模量(N/m²)

L——剪切型待测构件的长度(m)

a——剪切型待测构件的高度(沿受剪方向，m)

b——剪切型待测构件的宽度(m)

测试时，将待测构件4设置在第一上横梁11、第二上横梁22与第一下横梁12、第二下横梁23之间，并通过两个第一连接件13和两个第二连接件24将上述构件固定在一起，尽量降低弯曲带来的影响边界条件，以此限制待测构件4的端部转角，固定套件21的下部由第二下横梁23固定，通过第二下横梁23把竖向力传递给底座14，进而传递给地基。测试构件4的横截面积最大为100×100mm²，为了降低弯曲带来的影响，需要控制测试构件4的长度在175mm～425mm范围内。

Claims (2)

1.一种剪切型大尺寸材料阻尼测试装置，其特征在于所述阻尼测试装置由激励系统、测量系统、加载头(10)、固定套件(21)和底座(14)组成；所述激励系统由信号发生器(1)、功率放大器(2)、电磁激振器(3)组成，所述测量系统由压电式力传感器(5)、激光位移传感器(7)、电荷放大器(6)、电压放大器(8)、计算机数据采集器(9)组成，所述压电式力传感器(5)的两个输入端分别与电磁激振器(3)的输出端、加载头(10)的下端面连接，压电式力传感器(5)的输出端与电荷放大器(6)的输入端连接，所述电磁激振器(3)的正上方设置有激光位移传感器(7)，所述激光位移传感器(7)的输出端与电压放大器(8)的一个输入端连接，电荷放大器(6)的输出端与电压放大器(8)的另一个输入端连接，电压放大器(8)的位移信号输出端与计算机数据采集器(9)的一个输入端连接，电压放大器(8)的电荷放大信号输出端与计算机数据采集器(9)的另一个输入端连接，电磁激振器(3)的输入端与功率放大器(2)的输出端连接，功率放大器(2)的输入端与信号发生器(1)的输出端连接，所述底座(14)设置在电磁激振器(3)的一侧，底座(14)的上端面与固定套件(21)的下端面连接，所述加载头(10)由第一上横梁(11)、第二下横梁(12)、两个第一连接件(13)组成；所述第一上横梁(11)设置在第一下横梁(12)上，第一上横梁(11)和第一下横梁(12)的两端分别通过一个第一连接件(13)连接，第一下横梁(12)的下端面上设有凹槽(26)，所述压电式力传感器(5)的上端装在第一下横梁(12)下端面的凹槽(26)内，所述固定套件(21)由第二上横梁(22)、第二下横梁(23)、两个第二连接件(24)、两个第三连接件(25)组成；所述第二上横梁(22)设置在第二下横梁(23)上，第二上横梁(22)和第二下横梁(23)的两端分别通过一个第二连接件(24)连接，所述第二下横梁(23)设置在底座(14)上，第二下横梁(23)的两端与底座(14)的两端分别通过一个第三连接件(25)连接。

2.根据权利要求1所述的剪切型大尺寸材料阻尼测试装置，其特征在于所述第二连接件(24)由第一螺杆(16)、第一螺母(17)组成；所述第二下横梁(23)的下端面的两端分别设有台肩沉孔(18)，所述第一螺杆(16)的大头端装在第二下横梁(23)的台肩沉孔(18)内，第一螺杆(16)的螺杆端穿过第二下横梁(23)和第二上横梁(22)并通过第一螺母(17)连接。

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