CN102539226A - 一种应用剪切法测量粘弹性材料力学参数的实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种应用剪切法测量粘弹性材料力学参数的实验装置，包括壳体、力传感器、加速度传感器和激振器，激振器置于下壳体内部，上壳体上装有预紧螺杆，预紧螺杆可带动定位滑块，力传感器和T型垫片上下滑动，T型垫片和托盘用于夹持试件，托盘与U型支架螺纹配合，U型支架与加速度传感器封装盖板连接，加速度传感器放置在加速度传感器封装下壳体内，加速度传感器封装下壳体与激振器固定连接。本发明以剪切法为原理，相比于现有装置，具有结构简单、测试精度高、测量频带宽等优点。试件夹持部分具有好的试件适应性，能够完成不同规格、不同材质试件的精确、可靠夹持；T型垫片和托盘设计有定位槽，有利于实现试件的精确安装，保证系统精度。

Description

一种应用剪切法测量粘弹性材料力学参数的实验装置
技术领域
本发明涉及粘弹性材料参数测试技术领域，具体为一种应用剪切法测量粘弹性材料力学参数的实验装置。
背景技术
目前，国内相关单位目前使用的粘弹性阻尼材料力学参数测量设备主要包括从法国引进的Metravib粘弹分析仪和从丹麦引进的B&K3550复模量测试系统。这两种系统存在价格高昂，使用方法复杂等缺陷。其中Metravib粘弹分析仪基于温频等效原理设计，属于间接测量方法，且测量频率上限一般低于500Hz；B&K3550复模量测试系统基于共振法原理设计，通过分析悬臂梁试件共振峰特性间接得到阻尼材料力学参数，但该系统在实际测量过程中很难获得试件的高阶(第三、四阶)共振峰，测量频率上限低于1kHz。因此，需要研制一种结构简单，同时又能满足国标测量精度要求的粘弹性宽频力学参数测量实验装置。
发明内容
要解决的技术问题
为解决现有技术存在的问题，本发明在现有国标《GB/T16406-1996》基础上，提出了一种应用剪切法测量粘弹性材料力学参数的实验装置。
技术方案
本发明的技术方案为：
所述一种应用剪切法测量粘弹性材料力学参数的实验装置，其特征在于：包括壳体、力传感器、加速度传感器和激振器；壳体分为上壳体和下壳体，上壳体和下壳体均为一端封闭的空心圆柱结构，上壳体和下壳体同轴固定连接；激振器置于下壳体内部，并且激振器中心轴线与下壳体中心轴线共线；上壳体上端面开有中心通孔，预紧螺杆插入上壳体上端面的中心通孔内，并且预紧螺杆下端与定位滑块上端面同轴连接；定位滑块为薄壁圆柱结构，安装在上壳体内部，并与上壳体同轴间隙配合，定位滑块下端面中心有圆柱形凸起，定位滑块通过圆柱形凸起与力传感器一端螺纹固定连接；力传感器另一端通过螺杆与T型垫片上端面固定连接，T型垫片下段为薄壁片状结构，且上壳体中心轴线处于T型垫片的对称面内；T型垫片与托盘配合，用于夹持试件；两个托盘对称安装在上壳体侧壁上，托盘上的螺杆垂直穿过U型支架侧壁和上壳体侧壁，并且托盘上的螺杆与U型支架螺纹配合，托盘上的试件安装面与T型垫片下段薄壁片状结构侧面平行相对；U型支架为下端面封闭的空心圆柱结构，U型支架安装在上壳体内部，并且U型支架下端面外侧中心有带螺纹圆柱凸起，U型支架通过带螺纹圆柱凸起与加速度传感器封装盖板同轴连接；加速度传感器封装盖板与加速度传感器封装下壳体固定连接，并且加速度传感器放置在加速度传感器封装下壳体内，加速度传感器与加速度传感器封装盖板同轴固定连接；加速度传感器封装下壳体与激振器固定连接。
所述的一种应用剪切法测量粘弹性材料力学参数的实验装置，其特征在于：T型垫片下段薄壁片状结构两侧面开有试件定位槽，托盘上的试件安装面也对应开有试件定位槽，所有试件定位槽槽口带有倒角。
有益效果
本发明以剪切法为原理设计了一种测量粘弹性材料力学参数的实验装置，相比于现有的引进装置，具有结构简单、测试精度高、测量频带宽等优点。本发明中的试件夹持部分具有好的试件适应性，能够完成不同规格、不同材质试件的精确、可靠夹持；本发明中T型垫片两侧设计有定位槽，两个托盘表面也设计有带倒角的定位槽，有利于实现试件的精确安装，进而保证系统精度。
附图说明
图1：本发明的结构示意图；
图2：本发明的结构剖视图；
图3：本发明的测量结果与Metravib粘弹分析仪测量结果对比图。
其中：1、下壳体；2、激振器；3、紧固螺栓；4、辅助垫圈；5、加速度传感器；6、U型支架；7、托盘；8、T型垫片；9、定位滑块；10、上壳体；11、预紧螺杆；12、力传感器；13、螺杆；14、试件；15、加速度传感器封装盖板；16、加速度传感器封装下壳体；17、连接螺杆。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本发明：
本实施例中，采用应用剪切法测量粘弹性材料力学参数的实验装置测量试件材料的损耗因子。
参照附图2，本实施例包括壳体、力传感器12、加速度传感器5和激振器2。
壳体分为上壳体10和下壳体1，上壳体和下壳体均为一端封闭的空心圆柱结构，上壳体和下壳体同轴并采用紧固螺栓3固定连接；激振器置于下壳体内部，激振器与下壳体之间垫有辅助垫圈4，并且激振器中心轴线与下壳体中心轴线共线。
上壳体上端面开有中心通孔，预紧螺杆11插入上壳体上端面的中心通孔内，并且预紧螺杆下端与定位滑块9上端面同轴螺纹固定连接；定位滑块为薄壁圆柱结构，安装在上壳体内部，并与上壳体同轴间隙配合，在预紧螺杆带动下，定位滑块可沿上壳体内侧壁上下滑动；定位滑块下端面中心有圆柱形凸起，定位滑块通过圆柱形凸起与力传感器一端螺纹固定连接；力传感器另一端通过螺杆13与T型垫片8上端面固定连接；定位滑块可带动力传感器和T型垫片一起上下运动。
T型垫片下段为薄壁片状结构，且上壳体中心轴线处于T型垫片的对称面内；T型垫片与托盘7配合，用于夹持试件。两个托盘对称安装在上壳体侧壁上，托盘上的螺杆垂直穿过U型支架6侧壁和上壳体侧壁，并且托盘上的螺杆与U型支架螺纹配合，托盘上的试件安装面与T型垫片下段薄壁片状结构侧面平行相对，试件对称放置在T型垫片下段薄壁片状结构和托盘上的试件安装面之间，并通过托盘压紧，采用粘结剂固定；T型垫片下段薄壁片状结构两侧面开有试件定位槽，托盘上的试件安装面也对应开有试件定位槽，所有试件定位槽槽口带有倒角，试件端面定位于试件定位槽中，可保证试件具有高的安装精度。
U型支架6为下端面封闭的空心圆柱结构，U型支架安装在上壳体内部，并且U型支架下端面外侧中心有带螺纹圆柱凸起，U型支架通过带螺纹圆柱凸起与加速度传感器封装盖板15同轴连接；加速度传感器封装盖板与加速度传感器封装下壳体16同轴固定连接，并且加速度传感器放置在加速度传感器封装下壳体内，加速度传感器与加速度传感器封装盖板同轴螺纹固定连接；加速度传感器封装下壳体与激振器接触，并通过连接螺杆17固定连接。此外，在上壳体表面上开有线槽，使力传感器和加速度传感器的信号线通过。整个装置中，激振器的激励能够充分传递给试件。
本实施例中，通过定位滑块控制使T型垫片、传感器和激振器同轴，辅助垫圈有助于激振器与下壳体之间同轴。整个装置整体通过螺纹连接，各部件之间充分面接触，使激振器的激励充分传递给试件、传感器可靠测量相关物理量，从而保证系统的测量精度。
本实施例中利用本测量装置与Metravib粘弹分析仪进行了对比实验，试验参数如表1所示，试验结果如图3所示。
表1剪切安装方式试件规格
  测量系统   试件形状   试件底面尺寸(mm)   试件高度(mm)
  Metravib粘弹分析仪(单剪切)   长方体   10.20×1.70   13.00
  本实施例中的测量系统   圆柱体   15.00(直径)   4.98
由图3可以看出，采用剪切安装方式，利用本实验装置得到的结果与利用Metravib粘弹分析仪得到的结果具有较好的一致性。尽管两套实验装置适用的测量频段不尽相同，但它们在中间衔接频段具有较好的一致性。

Claims (2)

1.一种应用剪切法测量粘弹性材料力学参数的实验装置，其特征在于：包括壳体、力传感器、加速度传感器和激振器；壳体分为上壳体和下壳体，上壳体和下壳体均为一端封闭的空心圆柱结构，上壳体和下壳体同轴固定连接；激振器置于下壳体内部，并且激振器中心轴线与下壳体中心轴线共线；上壳体上端面开有中心通孔，预紧螺杆插入上壳体上端面的中心通孔内，并且预紧螺杆下端与定位滑块上端面同轴连接；定位滑块为薄壁圆柱结构，安装在上壳体内部，并与上壳体同轴间隙配合，定位滑块下端面中心有圆柱形凸起，定位滑块通过圆柱形凸起与力传感器一端螺纹固定连接；力传感器另一端通过螺杆与T型垫片上端面固定连接，T型垫片下段为薄壁片状结构，且上壳体中心轴线处于T型垫片的对称面内；T型垫片与托盘配合，用于夹持试件；两个托盘对称安装在上壳体侧壁上，托盘上的螺杆垂直穿过U型支架侧壁和上壳体侧壁，并且托盘上的螺杆与U型支架螺纹配合，托盘上的试件安装面与T型垫片下段薄壁片状结构侧面平行相对；U型支架为下端面封闭的空心圆柱结构，U型支架安装在上壳体内部，并且U型支架下端面外侧中心有带螺纹圆柱凸起，U型支架通过带螺纹圆柱凸起与加速度传感器封装盖板同轴连接；加速度传感器封装盖板与加速度传感器封装下壳体同轴固定连接，并且加速度传感器放置在加速度传感器封装下壳体内，加速度传感器与加速度传感器封装盖板同轴固定连接；加速度传感器封装下壳体与激振器固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种应用剪切法测量粘弹性材料力学参数的实验装置，其特征在于：T型垫片下段薄壁片状结构两侧面开有试件定位槽，托盘上的试件安装面也对应开有试件定位槽，所有试件定位槽槽口带有倒角。
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