CN110231405B - 一种粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明属于材料性能检测领域,尤其是涉及一种粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试方法。
背景技术
汽车噪声会通过汽车车身传递至车内,严重影响车内噪声与声品质。目前,粘弹性材料广泛应用于汽车声学包噪声振动控制,例如PU发泡,但粘弹性材料与车身钣金、重质量层组成的弹簧共振结构,表现的共振频率会受粘弹性特征影响,也就是弹性模量、损耗因子,从而进一步会影响声学包组合材料的吸声与隔声性能。
在现有技术下,在声学包CAE分析中,粘弹性材料的弹性模量与损耗因子主要来自于经验数据,目前尚无实际测试结果应用的案例。如此定义不但难以真实反映材料声学特征,而且可能导致计算分析结果的错误;而缺乏粘弹性材料弹性模量与损耗因子准确数值测试装置及方法,也无法对粘弹性材料性能进行评价,最终影响车辆的研发和性能测试的结果。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试装置及方法,以对粘弹性材料的弹性模量与阻尼损耗因子及进行测试分析,从而改变现有技术中对相关参数只能依赖经验数据以及无法进行相关测试的问题。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试方法,操作步骤如下:
步骤1:测量测试样件的直径D与高度H,计算其形状因子R,β是经验系数;
步骤2:将测试样件放置于样品支撑平台上,并将载荷质量块放置于测试样件上;
步骤3:通过激振器对测试样件进行激励,并使用振动加速度传感器分别采集样品支撑平台靠近中心位置的加速度与载荷质量块的加速度然后通过积分计算其样品支撑平台的位移X1和载荷质量块的位移X2,并计算其位移传递率T;
步骤4通过位移传递率T计算结果对应的实部Re与虚部Im计算频域下的表观弹性模量Ea(ω)与阻尼损耗因子η(ω),结合测试样件的形状因子R得到其弹性模量E(ω);
其中Re=Re(T),Im=Im(T)。
进一步的,所述的步骤1中的测试样件为圆柱状结构。
进一步的,所述的步骤1中的β值为2。
进一步的,所述的步骤2中的载荷质量块的重量范围值为200-300g。
进一步的,所述的步骤2中的测试样件的中心线与样品支撑平台的中心线重合。
进一步的,所述的步骤2中的载荷质量块的中心线与测试样件的中心线重合。
一种粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试装置,包括激振器、样品支撑平台、载荷质量块、信号数据采集仪、功率放大器和计算机,所述的样品支撑平台固定在激振器的顶部,所述的激振器与功率放大器之间通过线路连接,所述的功率放大器与信号数据采集仪之间通过线路连接,测试样件位于样品支撑平台上,所述的载荷质量块位于测试样件上,所述的样品支撑平台的底部和载荷质量块的顶部均设有振动加速度传感器,所述的振动加速度传感器分别与信号数据采集仪通过线路连接,所述的信号数据采集仪与计算机之间通过线路连接。
进一步的,所述的样品支撑平台的上表面水平设置。
进一步的,所述的载荷质量块上的振动加速度传感器固定在所述的载荷质量块的顶部的中心。
进一步的,所述的振动加速度传感器均为单向传感器。
相对于现有技术,本发明所述的一种粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试装置及方法具有以下优势:
(1)本发明所述的一种粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试方法,测试装置性能稳定可靠,并通过分析运动方程的方法,保证测试结果准确可靠。
(2)本发明所述的一种粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试方法,可利用测试装置得到弹性模量与阻尼因子,弥补了相关参数测试装置及方法的不足,为CAE分析中粘弹性材料参数定义提供了技术支持,具有广泛的应用前景。
(3)本发明所述的一种粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试方法,振动加速度传感器采用单向传感器替代了传统的三向振动传感器(传统的三向振动传感器质量约为20g,单向传感器质量约为5g),降低了传感器的附加质量对载荷质量块总质量的影响,从而提高测试精度,进一步减少了测试误差。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明实施例所述的测试装置的结构示意图;
图2为本发明实施例所述的样品支撑平台与载荷质量块的加速度曲线图;
图3为本发明实施例所述的样品支撑平台与载荷质量块的位移曲线图;
图4为本发明实施例所述的测试样件的位移传递率的实部曲线图;
图5为本发明实施例所述的测试样件的位移传递率的虚部曲线图;
图6为本发明实施例所述的测试样件的表观弹性模量曲线图;
图7为本发明实施例所述的测试样件的阻尼损耗因子曲线图;
图8为本发明实施例所述的测试样件的弹性模量曲线图。
附图标记说明:
1、载荷质量块;2、测试样件;3、样品支撑平台;4、激振器;5、振动加速度传感器;6、信号数据采集仪;7、功率放大器;8、计算机。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-8所示,一种粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试装置,包括激振器4、样品支撑平台3、载荷质量块1、信号数据采集仪6、功率放大器7和计算机8,所述的样品支撑平台3固定在激振器4的顶部,所述的激振器4与功率放大器7之间通过线路连接,所述的功率放大器7与信号数据采集仪6之间通过线路连接,测试样件2位于样品支撑平台3上,所述的载荷质量块1位于测试样件2上,所述的样品支撑平台3的底部和载荷质量块1的顶部均设有振动加速度传感器5,所述的振动加速度传感器5分别与信号数据采集仪6通过线路连接,所述的信号数据采集仪6与计算机8之间通过线路连接。
所述的样品支撑平台3的上表面水平设置。
其中一个振动加速度传感器5固定在所述的载荷质量块1的顶部的中心,另一个振动加速度传感器5固定在样品支撑平台3的底部。
激振器4的底端由约束压板紧固于地面,所述样品支撑平台3与激振器4的顶部刚性连接,同时保证样品支撑平台3的上表面整体水平;所述振动加速度传感器5分别安装于样品支撑平台3的下部与载荷质量块1的上部的靠近中心位置;所述功率放大器7通过数据通讯接口分别与激振器1、计算机8连接,接受计算机8输入信号后传递至激振器4对测试样件2进行激振输入。
测试样件2首先放置于载荷质量块1与样品支撑平台3之间,信号数据采集仪6发出白噪声信号,并经功率放大器7对信号进行放大,驱动激振器4产生激振信号,对样品支撑平台3、样件和载荷质量块1组成的系统进行激励,振动加速度传感器5用于采集载荷质量块1与样品支撑平台3的各自的加速度响应信号。振动加速度传感器5所采集的信号输入信号数据采集仪6,信号数据采集仪6的数据输入计算机8。
振动加速度传感器5是BK 4507单向传感器,激振器4是联能JZK-20激振器,功率放大器7是US-20W功率放大器。
信号数据采集仪6是LMS SCM05信号发生采集器。
一种粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试方法如下:
实施例1
以聚氨酯PU发泡粘弹性材料为例,测试并计算其弹性模量与阻尼损耗因子:
步骤1:利用游标卡尺测量圆柱状的测试样件2直径D为100mm,厚度H为25mm,质量为11.7g,带入形状因子计算公式:
β是经验系数,β取经验值为2,可知R=3。载荷质量块1的质量M为257g。
步骤2:将测试样件2放置于样品支撑平台3上,并将载荷质量块1放置于测试样件2上,并保证测试样件2的中心线与样品支撑平台3的中心线重合,载荷质量块1的中心线与测试样件2的中心线重合;
通过求积分得到样品支撑平台3的位移X1和载荷质量块1的位移X2,如图3所示;
并计算其位移传递率T;
步骤4:由此计算得到的位移传递率T(ω)的实部Re如图4所示,虚部Im如图5所示;
数值如图8所示;
由此可知,弹性模量E均值与标准差:41978±1315Pa,阻尼损耗因子η均值与标准差:0.25±0.02。
实施例2
以聚氨发泡粘弹性材料为例,测试并计算其弹性模量与阻尼损耗因子:
步骤1:利用游标卡尺测量圆柱状的测试样件2直径D为30mm,厚度H为25mm,质量为1g,带入形状因子计算公式:
β取经验值为2,可知R=1.18。载荷质量块1的质量M为50g。
步骤2:将测试样件2放置于样品支撑平台3上,并将载荷质量块1放置于测试样件2上,并保证测试样件2的中心线与样品支撑平台3的中心线重合,载荷质量块1的中心线与测试样件2的中心线重合;
通过求积分得到样品支撑平台3的位移X1和载荷质量块1的位移X2;
并计算其位移传递率T;
其中在温度保持恒定的环境,粘弹性材料均匀各向同性的假设下,测试系统的运动方程为:
其中M为载荷质量块的重量,Ea为测试样件的表观弹性模量,η为测试样件的阻尼损耗因子;
步骤4:由此计算得到的位移传递率T(ω)的实部Re与虚部Im;
实施例3
以三聚氰胺发泡粘弹性材料为例,测试并计算其弹性模量与阻尼损耗因子:
步骤1:利用游标卡尺测量圆柱状的测试样件2直径D为60mm,厚度H为20mm,质量为4.5g,带入形状因子计算公式:
β取经验值为2,可知R=2.125。载荷质量块1的质量M为100g。
步骤2:将测试样件2放置于样品支撑平台3上,并将载荷质量块1放置于测试样件2上,并保证测试样件2的中心线与样品支撑平台3的中心线重合,载荷质量块1的中心线与测试样件2的中心线重合;
通过求积分得到样品支撑平台3的位移X1和载荷质量块1的位移X2;
并计算其位移传递率T;
步骤4:由此计算得到的位移传递率T(ω)的实部Re与虚部Im;
通过以上三个例子可知,三种测试样件2的弹性模量分别为:41978±1315Pa、46512±1023Pa、85334±674Pa,均处于粘弹性材料弹性模量范围:10000Pa~1000000Pa之间,阻尼损耗因子分别为:0.25±0.02、0.14±0.02、0.15±0.03,均处于粘弹性材料阻尼损耗因子范围0.01~0.5之内。利用所述的测试装置能够更精准的直接测得粘弹性材料的弹性模量与阻尼损耗因子。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试方法,其特征在于:操作步骤如下:
步骤1:测量测试样件的直径D与高度H,计算其形状因子R,β是经验系数;
步骤2:将测试样件放置于样品支撑平台上,并将载荷质量块放置于测试样件上;
步骤3:通过激振器对测试样件进行激励,并使用振动加速度传感器分别采集样品支撑平台靠近中心位置的加速度与载荷质量块的加速度然后通过积分计算其样品支撑平台的位移X1和载荷质量块的位移X2,并计算其位移传递率T;
步骤4通过位移传递率T计算结果对应的实部Re与虚部Im计算频域下的表观弹性模量Ea(ω)与阻尼损耗因子η(ω),结合测试样件的形状因子R得到其弹性模量E(ω);
其中Re=Re(T),Im=Im(T)。
2.根据权利要求1所述的粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试方法,其特征在于:所述的步骤1中的测试样件为圆柱状结构。
3.根据权利要求2所述的粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试方法,其特征在于:所述的步骤1中的测试样件的直径为30-100mm。
4.根据权利要求1所述的粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试方法,其特征在于:所述的步骤1中的β值为2。
5.根据权利要求1所述的粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试方法,其特征在于:所述的步骤2中的载荷质量块的重量大于测试样件的重量。
6.根据权利要求1所述的粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试方法,其特征在于:所述的步骤2中的载荷质量块的中心线、测试样件的中心线均与样品支撑平台的中心线重合。
7.一种利用权利要求1所述的测试方法的粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试装置,其特征在于:包括激振器、样品支撑平台、载荷质量块、信号数据采集仪、功率放大器和计算机,所述的样品支撑平台固定在激振器的顶部,所述的激振器与功率放大器之间通过线路连接,所述的功率放大器与信号数据采集仪之间通过线路连接,测试样件位于样品支撑平台上,所述的载荷质量块位于测试样件上,所述的样品支撑平台的底部和载荷质量块的顶部均设有振动加速度传感器,所述的振动加速度传感器分别与信号数据采集仪通过线路连接,所述的信号数据采集仪与计算机之间通过线路连接。
8.根据权利要求7所述的粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试装置,其特征在于:所述的样品支撑平台的上表面水平设置。
9.根据权利要求7所述的粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试装置,其特征在于:所述的载荷质量块上的振动加速度传感器固定在载荷质量块的顶部的中心。
10.根据权利要求7所述的粘弹性材料弹性模量及阻尼损耗因子的测试装置,其特征在于:所述的振动加速度传感器均为单向传感器。
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