JP2003090831A - Method for evaluating vibration damping property of material under application of static load and device for obtaining vibration damping property evaluation - Google Patents
Method for evaluating vibration damping property of material under application of static load and device for obtaining vibration damping property evaluationInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、材料の実
環境での制振特性を評価するため新しい方法及び装置に
関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明
は、制振材料は実際に使用される場合は応力下にあるこ
とが多く、使用環境下での制振特性が従来の試験法から
得られたデータと異なる場合が多いなど、これまでの静
負荷中での材料制振特性の評価方法はなく、部品或いは
構造物の制振設計において問題となっていることから、
このような問題を解決し、材料制振特性を静負荷中で評
価することのできる新しい技術手段とするものである。FIELD OF THE INVENTION The invention of this application relates to a new method and apparatus for evaluating the damping properties of materials in the real environment. More specifically, in the invention of this application, the vibration damping material is often under stress when it is actually used, and when the vibration damping characteristics under the use environment are different from the data obtained from the conventional test method. Since there is no evaluation method for material damping characteristics under static load, which is a problem in damping design of parts or structures,
This is a new technical means capable of solving such a problem and evaluating the material damping characteristics under static load.
【０００２】[0002]
【従来技術の課題】近年、機器の高密度・高性能化、コ
ンパクト化や環境における騒音の問題化から機器の設計
には、振動・騒音面での要求がますます厳しくなってい
る。構造物への制振材料の使用がもっとも直接的な振動
対策である。このため、高性能な制振材料の開発と生産
が装置や機器の高性能化には欠かせない。しかし、制振
部品の設計には参考できるデータが限られていて、静負
荷中での制振特性の評価方法は知られていないため、無
負荷条件での制振性能の評価値を使用するしかなかっ
た。このような事情から、各種制振合金で製品を試作
し、これを実際に搭載して総合的な振動特性を評価して
いるのが実情である。[Problems of the prior art] In recent years, due to high density and high performance of equipment, downsizing, and environmental noise, the requirements for vibration and noise are becoming more and more strict in designing equipment. The most direct measure against vibration is the use of damping materials for structures. For this reason, the development and production of high-performance vibration damping materials is essential for improving the performance of equipment and devices. However, since there are limited data that can be referred to when designing damping components, and there is no known method for evaluating damping characteristics under static load, use the evaluation value for damping performance under no-load conditions. There was nothing else. Under these circumstances, it is the actual situation that prototypes of various vibration-damping alloys are prototyped and actually mounted to evaluate the overall vibration characteristics.
【０００３】このような環境で、従来、材料の制振性の
評価方法においては、片持ちや中央加振の支持条件にお
いて、板状試料を特定の固有周波数で共振させ、試料の
変位などの自由減衰の減衰率から材料の制振特性を評価
していた。In such an environment, conventionally, in the method of evaluating the vibration damping property of a material, the plate-shaped sample is caused to resonate at a specific natural frequency under the supporting conditions of cantilevering and central vibration, and the displacement of the sample is measured. The damping characteristics of the material were evaluated from the damping ratio of free damping.
【０００４】実際に制振材料が使用される場合、制振材
料は応力下にあることが殆どであり、このため、従来の
応力がかかっていない条件の制振特性データは、実際の
使用環境を反映したものではなく、全く利用できない可
能性を含むものであった。従来は、静負荷中での材料制
振特性の評価方法はなかったし、また、これまで、静的
負荷をパラメータとした材料の制振特性の評価方法もな
かったのである。When the vibration damping material is actually used, the vibration damping material is mostly under stress. Therefore, the conventional vibration damping characteristic data under the unstressed condition is the actual usage environment. It did not reflect that, and included the possibility that it could not be used at all. In the past, there was no evaluation method for material damping characteristics under static load, and up to now there was no evaluation method for material damping characteristics using static load as a parameter.
【０００５】この出願の発明は、以上のとおりの従来の
問題点を解決するためになされたものであって、制振材
料の制振性能には静的負荷が大きな影響を与えているこ
と、制振材料の実用条件においては、この影響が無視で
きないこと、そのため試験片にあらかじめ応力(垂直、
剪断)を付加し、その負荷状態で制振性を評価する必要
があることを見出し、静的負荷中での制振特性の評価方
法を創案し、静的負荷中の制振挙動を解明することによ
って、設計者に制振部品に係る実用的な基礎資料の提供
を可能にしたものである。The invention of this application has been made to solve the conventional problems as described above, and the static load has a great influence on the damping performance of the damping material. Under practical conditions of damping material, this effect cannot be ignored, and therefore stress (vertical,
(Shear) is added and it is necessary to evaluate the damping property under the load condition, and a method for evaluating the damping characteristics under static load is created to clarify the damping behavior under static load. As a result, it is possible to provide the designer with practical basic materials related to the damping parts.
【０００６】この出願の発明によれば、高性能制振合金
が要求されるレーザ計測機器、超精密加工機などの製品
への組み込み製造時や使用環境に相当する静負荷中にお
ける制振部品の制振特性の基礎資料を提供することが可
能となる。[0006] According to the invention of this application, a vibration damping component is incorporated into a product such as a laser measuring instrument or an ultra-precision processing machine, which requires a high-performance vibration damping alloy, and a vibration damping component in a static load corresponding to an operating environment. It becomes possible to provide basic materials for damping characteristics.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、第1
には、制振特性評価方法として、静負荷荷重手段によっ
て、各種変形モードの下に、材料に常時静的荷重を負荷
するようにし、振動を導入し、材料中で伝達減衰した振
動を検出し、検出データを解析し、制振合金試料の制振
特性を測定し、荷重付与下で得られたデータによって無
荷時の制振特性との対比又は相違する制振合金試料毎の
制振特性との対比により制振特性を評価する方法を提供
する。[Means for Solving the Problems]
As a vibration damping characteristic evaluation method, static load is constantly applied to the material under various deformation modes by means of static load, vibration is introduced, and vibration damped in the material is detected. The vibration-damping characteristics of each vibration-damping alloy sample are analyzed or the vibration-damping characteristics of the vibration-damping alloy sample are measured. To provide a method for evaluating the vibration damping characteristics by comparing with.
【０００８】また、この出願の発明は、第2には、静的
負荷による材料の変形モードを特定する観点から、変形
モードを、圧縮、引張、曲げのいずれか一つ、又はそれ
らの組合せを選択したモードとする材料の静的負荷付与
下での制振特性評価方法を提供する。Secondly, according to the invention of this application, from the viewpoint of specifying the deformation mode of the material due to the static load, the deformation mode may be any one of compression, tension, bending, or a combination thereof. Provided is a vibration damping characteristic evaluation method under static load application of a material selected as a selected mode.
【０００９】さらに、この出願の発明は、第3には、材
料に付与される好ましい静的負荷の大きさの観点から、
静的負荷の応力範囲を、圧縮・引張応力の場合200MPa以
下の範囲内、またひずみの場合1×10-3以下の範囲内と
する材料の静的負荷付与下での制振特性評価方法を提供
する。Further, the invention of this application is, thirdly, from the viewpoint of a preferable magnitude of static load applied to the material,
Set the stress range of static load to 200 MPa or less for compressive / tensile stress and 1 × 10 -3 or less for strain. provide.
【００１０】さらにまた、この出願の発明は、第4に
は、材料の制振性評価を得るための測定対象源を特定す
る観点から、負荷をかけた試料自身の制振性測定、又は
負荷をかけた試料を介した基礎震動系の制振性測定とす
ることや、第5には、材料の制振性評価を得るため、測
定値から読み取れるデータの具体的現象を特定する観点
から、静的負荷の大きさに依存する材料の制振性の変
化、又は一定負荷で保持時間に伴う材料の制振性の変化
から評価する材料の静的負荷付与下での制振特性を評価
する方法をも提供する。Further, the invention of this application is, fourthly, from the viewpoint of specifying a measurement target source for obtaining the vibration damping evaluation of the material, the vibration damping measurement of the loaded sample itself, or the load From the viewpoint of identifying the specific phenomenon of the data that can be read from the measured values, in order to obtain the damping property evaluation of the material, and to measure the damping property of the basic vibration system through the sample subjected to Evaluate from the change of the damping property of the material depending on the magnitude of the static load, or the change of the damping property of the material with the holding time at a constant load. A method is also provided.
【００１１】この出願の発明は、また、第6には、制振
合金材料の制振特性評価を得るための装置の観点から、
制振特性評価装置全体を独立した振動系にするために防
振ゴム によって支持され、試料としての制振合金材料
を支持する鋼製の堅牢な装置架台又は荷重架台と、架台
に支持された制振合金材料に常時荷重を負荷し、変形モ
ードを取る静負荷荷重手段と、架台に振動を導入するた
めのハンマー手段と、振動力センサーを内蔵する振動検
出加速度センサ―と、センサーにより検出した検出デー
タを解析する解析器とを備え、前記材料に常時静的荷重
を負荷しつつ、ハンマー手段により荷重架台に振動を導
入し、静負荷付与下の制振合金材料中で伝達減衰した振
動を装置架台上の振動検出加速度センサーにより検出
し、検出データを解析器により解析し、制振合金試料の
制振特性を測定し、制振特性を評価することを特徴とす
る材料の静負荷付与下で制振特性評価を得るための装置
を提供する。The sixth aspect of the invention of the present application is, from the viewpoint of an apparatus for obtaining the damping characteristic evaluation of the damping alloy material,
Vibration-damping characteristics evaluation In order to make the entire device an independent vibration system, it is supported by a vibration-proof rubber and is made of a solid steel equipment or load platform that supports the damping alloy material as a sample, and the damping system supported by the platform. Static load load means for constantly applying a load to vibration alloy material to take a deformation mode, hammer means for introducing vibration to the gantry, vibration detection acceleration sensor with built-in vibration force sensor, and detection detected by the sensor An analyzer for analyzing data is provided, and while the static load is constantly applied to the material, vibration is introduced to the load base by hammer means, and vibration is transmitted and attenuated in the damping alloy material under static load application. A static load is applied to the material characterized by detecting the vibration detection acceleration sensor on the pedestal, analyzing the detection data with an analyzer, measuring the vibration damping characteristics of the damping alloy sample, and evaluating the damping characteristics. To provide a device for obtaining vibration damping characteristic evaluation.
【００１２】以下、この出願の発明について、さらに詳
細に説明する。The invention of this application will be described in more detail below.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以上のとおり、この出願の発明に
よれば、次に説明するように、高性能制振材料の実際の
使用条件にあわせた弾性変形(圧縮、引張、曲げ)を付加
した状態で材料の制振性が評価できる。As described above, according to the invention of this application, as described below, elastic deformation (compression, tension, bending) is added according to the actual use conditions of the high-performance vibration damping material. The vibration damping property of the material can be evaluated in this state.
【００１４】すなわち、まず、低周波数振動領域(1kHz
以下)において、試料に静的負荷であらかじめ弾性変形
させ、その負荷状態での試料に一定振幅の低周波数振動
を加える。試料を一定振幅で振動維持させる外部応力と
試料の変形量を検出し、その間に生じた位相差から材料
の制振特性を評価する。一定の加振状態(周波数、ひず
み振幅)において、試料の制振性が静的負荷の変化と共
に変化する。この変化によって材料の制振性に及ぼす静
的負荷の影響を評価する。That is, first, the low frequency vibration region (1 kHz
In the following), the sample is elastically deformed in advance by a static load, and a low-frequency vibration having a constant amplitude is applied to the sample in the loaded state. The external stress that keeps the sample vibrating at a constant amplitude and the amount of deformation of the sample are detected, and the damping characteristic of the material is evaluated from the phase difference generated between them. In a constant vibration state (frequency, strain amplitude), the damping property of the sample changes with the change of static load. The effect of static loading on the damping property of the material is evaluated by this change.
【００１５】また、高周波数振動領域(1kHz〜20kHz)に
おいては、高周波数振動が起こる構造の固有振動モード
を利用し、振動の伝達ルートに介在する制振材料に係る
制振特性の振動の周波数応答関数を用いて評価する。構
造物の固有振動モードを考慮し、試験装置に設置した制
振材料試験片に一定の静的負荷をかけ、さらに多くの周
波数帯を持つ振動を導入する。試験片もしくは試験装置
に設置したセンサーから振動特性を検出する。この検出
データの振動レベルの変化、及び共振ピーク値の周波数
変化量から材料の制振特性に及ぼす静的負荷の影響を評
価する。この場合、周波数に対する材料の減衰特性が評
価できる。Further, in the high frequency vibration region (1 kHz to 20 kHz), the natural vibration mode of the structure in which high frequency vibration occurs is utilized, and the vibration frequency of the vibration damping characteristic of the vibration damping material interposed in the vibration transmission route is used. Evaluate using the response function. Considering the natural vibration mode of the structure, a certain static load is applied to the damping material test piece installed in the test equipment, and vibration with more frequency bands is introduced. The vibration characteristics are detected from the test piece or the sensor installed in the test equipment. The influence of the static load on the damping characteristics of the material is evaluated from the change of the vibration level of the detection data and the frequency change amount of the resonance peak value. In this case, the damping characteristics of the material with respect to frequency can be evaluated.
【００１６】従来の材料制振性評価法には、静的負荷を
材料の制振性に影響を与えるパラメータとして扱ってい
ない。In the conventional material vibration damping evaluation method, the static load is not treated as a parameter affecting the vibration damping property of the material.
【００１７】この出願の発明では、高性能制振合金が要
求されるレーザ計測機器、超精密加工機などの構造物に
おいて、装置全体はすべて制振合金で製造することがな
く、架台に固定するジグや振動を発生する部位と接続す
る部分に制振合金が使用される場合が多い。そのため取
付けジグなどでは締め付け力による静的負荷中で用いら
れる。場合によっては、複合動的負荷もかかることがあ
るが、測定の困難さから制振性に静的負荷の影響に限定
する。According to the invention of this application, in a structure such as a laser measuring instrument or an ultra-precision processing machine, which requires a high-performance damping alloy, the entire apparatus is not manufactured with the damping alloy and is fixed to a pedestal. Damping alloys are often used in parts that connect to jigs and parts that generate vibration. Therefore, it is used in a static load such as a mounting jig due to the tightening force. In some cases, a composite dynamic load may be applied, but due to the difficulty of measurement, the damping property is limited to the influence of a static load.
【００１８】制振材料の実際の使用状況としては、ネジ
などにより締め付けられるような圧縮変形、部品を吊り
下げた状態で固定するような引っ張り変形、梁のように
支えとして使用する場合の曲げ変形がある。これらの変
形状態においる合金制振性の測定が可能なので、変形モ
ードとして、圧縮、引張、曲げの3種類とする。The actual use situation of the vibration damping material is compression deformation such as tightening with a screw or the like, tensile deformation such as fixing a part in a suspended state, and bending deformation when used as a support like a beam. There is. Since it is possible to measure the damping properties of the alloy in these deformed states, there are three types of deformation modes: compression, tension, and bending.
【００１９】一般に構造材料の使用条件では材料の塑性
変形に至る応力(降伏応力)の約50%が部品の最大の設計
応力である。ひずみを重視した部品設計の場合、静負荷
によって材料の変形は0〜1×10-3 の範囲で設計されて
いる。低周波数領域(1kHz以下)において、静負荷をかけ
た試料の応力・ひずみ位相差から材料の制振性能が精度
高く測定できる。高周波の領域( 1kHz 〜20kHz)では、
基礎振動系の固有モードを利用し、振動伝達経路に介在
する試料の制振性能を評価することが、実用条件に近い
ので、結果の適応範囲が広い。また、この材料の評価法
に基づいて、各変形モードにおける材料制振性に及ぼす
静的負荷の影響と一定負荷の条件で保持時間に伴った材
料制振性能の変化も調べられる。両方とも制振材料の実
用化設計に必要なデータであり、制振性を要求する装
置、機械など設計分野にも優れた実用性を有する制振材
料の開発分野にも重要な材料評価パラメータとなる。従
来、制振材料の制振性評価方法は、片持ちや中央加振の
支持条件で板状試料を振動させ、その自由減衰から制振
特性を評価していた。実用部品として制振材料が静負荷
中で使用されることが普通である。Generally, about 50% of the stress (yield stress) leading to the plastic deformation of the material is the maximum design stress of the component under the usage condition of the structural material. In the case of component design that emphasizes strain, material deformation is designed in the range of 0 to 1 × 10 -3 due to static load. In the low frequency range (1 kHz or less), the damping performance of the material can be measured with high accuracy from the stress / strain phase difference of the sample under static load. In the high frequency range (1kHz to 20kHz),
Since it is close to practical conditions to evaluate the damping performance of the sample interposed in the vibration transmission path by using the eigenmode of the basic vibration system, the applicable range of the result is wide. Based on this material evaluation method, the effect of static load on the material damping property in each deformation mode and the change of the material damping performance with the holding time under the condition of constant load are also investigated. Both are data necessary for the practical design of vibration damping materials, and are important material evaluation parameters in the field of development of vibration damping materials that have excellent practicability in design fields such as equipment and machinery that require vibration damping. Become. Conventionally, the method for evaluating the damping property of damping materials has been to vibrate a plate sample under supporting conditions of cantilevering and central vibration, and evaluate the damping property from its free damping. Damping materials are usually used as static parts under static load.
【００２０】振動周波数、ひずみ振幅の他に、静的負荷
が材料の制振特性に大きな影響因子であることが明らか
となっているが、それをパラメータとした材料制振の評
価方法がなかった。In addition to the vibration frequency and strain amplitude, it has been clarified that the static load has a great influence on the damping characteristics of the material, but there was no evaluation method for the material damping using it as a parameter. .
【００２１】この出願の発明によれば、静的負荷中の制
振挙動を解明することで制振材料開発に新たなアプロー
チが開ける。静的負荷中での制振特性の評価方法を提案
することで、設計者が制振部品の基礎資料を得ることが
でき、制振材料の実用化に大いに寄与できる。According to the invention of this application, a new approach can be opened to the development of damping materials by elucidating the damping behavior during static loading. By proposing the evaluation method of the damping characteristics under static load, the designer can obtain the basic data of the damping parts, which can greatly contribute to the practical application of the damping material.
【００２２】この出願の発明によれば、制振材料の試料
に常時静的荷重を負荷しつつ、ハンマー手段により荷重
架台に振動を導入し、静負荷付与下の制振合金材料中で
伝達減衰した振動を装置架台上の振動検出加速度センサ
ーにより検出し、検出データを解析器により解析し、制
振合金試料の制振特性を測定し、無負荷時の制振特性と
の対比又は相違する制振合金試料毎の制振特性との対比
により制振特性を評価することができる。According to the invention of this application, while a static load is constantly applied to the sample of the vibration damping material, vibration is introduced into the load base by the hammer means, and transmission damping is achieved in the vibration damping alloy material under static load. The generated vibration is detected by the vibration detection acceleration sensor on the equipment base, the detected data is analyzed by the analyzer, and the damping characteristics of the damping alloy sample are measured to compare or differ from the damping characteristics under no load. The damping characteristics can be evaluated by comparing with the damping characteristics of each damping alloy sample.
【００２３】[0023]
【実施例】図1は、制振性能の評価における試料の静負
荷変形モードを示す。静負荷変形モードは、図に示すよ
うに、(a)圧縮荷重負荷中、(b)引張荷重負荷中及び(c)
曲げ荷重負荷中が示される。この他にも、捩りモードや
各モードを組み合わせたモードもあるが、基礎的な3例
を示した。実施例としては高周波領域での実験例と低周
波領域での実験例を示す。[Examples] FIG. 1 shows a static load deformation mode of a sample in evaluation of vibration damping performance. As shown in the figure, the static load deformation mode includes (a) compressive load, (b) tensile load, and (c)
Bending load is shown. Other than this, there are torsion modes and modes that combine each mode, but three basic examples are shown. As examples, an experiment example in a high frequency region and an experiment example in a low frequency region are shown.
【００２４】図1において、制振特性評価装置架台又は
荷重架台(1)は、鋼製の堅牢な構造体である。防振ゴム
(2)は制振特性評価装置(1)全体を独立した振動系にする
ために荷重架台(1)を支持する部材として示される。振
動検出加速度センサ―(3)が荷重架台(1)に設置される。
荷重架台(1)には制振合金試料(4)が配置される。インパ
ルスハンマー(5)は振動を導入するための振動装置で、
振動力センサーを内蔵している。常時荷重を負荷するた
め静負荷荷重(6)が配備される。In FIG. 1, the vibration damping characteristic evaluation device mount or load mount (1) is a solid structure made of steel. Anti-vibration rubber
(2) is shown as a member that supports the load platform (1) in order to make the entire vibration damping characteristic evaluation device (1) an independent vibration system. The vibration detection acceleration sensor (3) is installed on the load platform (1).
The damping alloy sample (4) is placed on the load platform (1). Impulse hammer (5) is a vibration device for introducing vibration,
It has a built-in vibration force sensor. A static load (6) is provided to apply a constant load.
【００２５】この静負荷変形モードによる静負荷中制振
特性測定方法は、インパルスハンマー(5)により、荷重
架台(1)に振動を導入し、静負荷荷重下の制振合金試料
(4)中で伝達減衰した振動を、装置架台(1)上の振動検出
加速度センサー(3)で検出する。静負荷荷重は、静負荷
荷重(6)により変更できる。検出データはFFT（ファース
トフーリエ変換）アナライザーで解析する。
(実施例1)実施例1は、高周波領域の実験例である。高周
波領域では基礎構造の振動モードを利用し、負荷が掛け
られた試料の制振性能を間接的に測定する。図2に示す
ように、圧縮荷重負荷中試料(円筒状)の制振性能を評価
した例を示す。The method of measuring the vibration damping characteristics during static load by this static load deformation mode is as follows: Vibration is introduced into the load base (1) by the impulse hammer (5), and the vibration damping alloy sample under static load is applied.
The vibration transmitted and damped in (4) is detected by the vibration detection acceleration sensor (3) on the device stand (1). The static load can be changed by the static load (6). The detected data is analyzed with an FFT (Fast Fourier Transform) analyzer. Example 1 Example 1 is an experimental example in a high frequency region. In the high frequency region, the vibration mode of the basic structure is used to indirectly measure the damping performance of the sample under load. As shown in FIG. 2, an example in which the vibration damping performance of a sample (cylindrical) under a compressive load is evaluated is shown.
【００２６】この実施例によれば、高性能制振合金であ
るM2052合金(Mnベース、20at.%Cu、5at.%Ni、2at.%Fe合
金)とFe-6mass%Al合金を円筒状に加工して、圧縮静荷重
下(0MPaと5MPa)での制振特性を評価した。静負荷荷重下
の制振性の評価は図2のインパルスハンマー(5)により鋼
製の堅牢な荷重架台(1)に振動を導入し、静負荷荷重下
の制振合金試料(4)中に振動が伝達し、減衰した振動
を、鋼製の堅牢な荷重架台(1)上に設置した振動検出加
度センサー(3)で検出した。その振動系の周波数応答関
数をＦＦＴ（ファーストフーリエ変換）アナライザーで
解析した。静負荷荷重は、重りの量で変化できる。振動
系は防振ゴム(2)で装置フレームから独立している。According to this embodiment, M2052 alloy (Mn base, 20at.% Cu, 5at.% Ni, 2at.% Fe alloy), which is a high-performance damping alloy, and Fe-6mass% Al alloy are formed into a cylindrical shape. After processing, the vibration damping characteristics under a compressive static load (0 MPa and 5 MPa) were evaluated. To evaluate the vibration damping performance under static load, vibration is introduced into the steel load platform (1) by the impulse hammer (5) in Fig. 2 and the vibration damping alloy sample (4) under static load is applied. The vibrations transmitted and damped were detected by the vibration detection acceleration sensor (3) installed on the solid steel load platform (1). The frequency response function of the vibration system was analyzed by an FFT (fast Fourier transform) analyzer. The static load can vary with the amount of weight. The vibration system is an anti-vibration rubber (2) and is independent of the equipment frame.
【００２７】図３は、実施例1の静負荷荷重下で制振性
をFFT（ファーストフーリエ変換）アナライザーで解析
した結果であり、合金の制振性能に及ぼす静的負荷の評
価結果を示す。縦軸は振動系のアクセラレンス（周波数
応答関数=加速度／力）で、下になるほど制振性能は高
い。横軸は振動周波数である。制振合金のＭ２０５２合
金はＦｅ−6%Ａｌ合金と異なり静負荷の影響が低いこと
を示している。両方の合金は無負荷時において広い周波
数帯で非常に高制振性能を示した。圧縮静荷重下におい
てＭ２０５２合金の制振特性の劣化は僅かであるが、Ｆ
ｅ−Ａｌ合金の場合、７kHz以上の領域では静負荷荷重
の制振性が劣化する。10kHzではアクセラレンスが負荷
によって10倍悪くなった。即ちFe-Al合金の制振性能は5
MPaの静的負荷で10倍劣化した。図3において、2〜3の共
振ピークも現れたが、それは基礎振動系の固有するもの
で、そのピークも静負荷荷重下では制振性能を反映して
いる。本実験での測定は同一径の円筒状試料に一定静負
荷荷重の円盤を載せ、インパルスハンマー(5)で反復打
撃し、入力した振動の力と検出した加速度信号をＦＦＴ
（ファーストフーリエ変換）アナライザーで解析した。
(実施例2)実施例2では、低周波領域の実例である。低周
波領域では試料に静的負荷を掛け、試料単位で制振性能
を測定する。図4は、実施例2のための制振性能を評価す
る装置の原理図を示すと共に、曲げ変形モードで負荷中
板状試料の制振性能を評価した例を示す。FIG. 3 shows the results of analyzing the vibration damping property under a static load of Example 1 by an FFT (Fast Fourier Transform) analyzer, and shows the evaluation results of the static load exerted on the vibration damping performance of the alloy. The vertical axis represents the acceleration of the vibration system (frequency response function = acceleration / force), and the lower the level, the higher the vibration damping performance. The horizontal axis is the vibration frequency. Unlike the Fe-6% Al alloy, the damping alloy M2052 has a low influence of static load. Both alloys showed very high damping performance in a wide frequency band under no load. Although the deterioration of the damping characteristics of the M2052 alloy under compression static load is slight, F
In the case of the e-Al alloy, the damping property of static load is deteriorated in the region of 7 kHz or higher. At 10kHz, the acceleration was 10 times worse under load. That is, the damping performance of Fe-Al alloy is 5
It deteriorated 10 times under a static load of MPa. In Fig. 3, two or three resonance peaks also appeared, but they are peculiar to the basic vibration system, and those peaks also reflect the damping performance under static load. In this experiment, a disk with a constant static load was placed on a cylindrical sample of the same diameter, and it was repeatedly hit with an impulse hammer (5), and the input vibration force and the detected acceleration signal were FFT.
(Fast Fourier transform) It analyzed with the analyzer. (Example 2) Example 2 is an example of a low frequency region. In the low frequency range, a static load is applied to the sample and the vibration damping performance is measured on a sample-by-sample basis. FIG. 4 shows a principle diagram of an apparatus for evaluating vibration damping performance for Example 2, and shows an example in which the vibration damping performance of a plate sample under load is evaluated in a bending deformation mode.
【００２８】高性能制振合金であるM2052合金(Mnベー
ス、20at.%Cu、5at.%Ni、2at.%Fe合金)とFe-6mass%Al合
金を1×10×60mmの板状試料に加工して、試料の表面に
生じる最大ひずみ(0〜2×10-4)を一定になるように静負
荷をかけ、その負荷にプラスして正弦波振動を入力し試
験片に生じる変位は非接触型変位センサーで検出した。
振動力と変位波形間の位相差(tanδ)で制振性能を評価
した。板状試料(1)の両端は拘束架台(2)に固定され、中
央位置に静的負荷Ｆ0をかけ、試料にはＸ0の曲げ変形が
起こる。その上に試料の中央位置に正弦波応力ｆ*を加
え、変位Ｘ*が検出される。図４(b)に示したように、制
振合金の制振性能を測定する。測定温度は２５℃であっ
た。加振周波数は１Hzで、試料の表面のひずみ振幅は1
×10-5であった。High-performance damping alloy M2052 alloy (Mn base, 20at.% Cu, 5at.% Ni, 2at.% Fe alloy) and Fe-6mass% Al alloy were made into a 1 × 10 × 60 mm plate sample. After processing, apply a static load so that the maximum strain (0 to 2 × 10 -4 ) generated on the surface of the sample is constant, add sinusoidal vibration in addition to that load, and the displacement generated in the test piece is not It was detected by a contact displacement sensor.
The damping performance was evaluated by the phase difference (tan δ) between the vibration force and the displacement waveform. Both ends of the plate-like sample (1) are fixed to the constraining frame (2), a static load F 0 is applied to the central position, and the sample undergoes bending deformation of X 0 . A sine wave stress f * is applied to the center position of the sample, and the displacement X * is detected. As shown in FIG. 4 (b), the damping performance of the damping alloy is measured. The measurement temperature was 25 ° C. Excitation frequency is 1Hz, sample surface strain amplitude is 1
It was × 10 -5 .
【００２９】静的負荷中板状試料の制振性能の測定結果
は図5に示される。縦軸は変位と応力の位相差を示すtan
δであって、合金の制振性能を反映する。静的負荷の大
きさを試料表面のひずみに換算して横軸で表示した。表
面ひずみが2×10-5より小さい静的負荷をかけた場合、M
2052合金と比べてFe-Al合金が高い制振性能を示す。静
的負荷の増加に伴い、両合金の制振性能は逆に変化する
挙動を示した。静的ひずみが8×10-5まではM2052合金の
制振性能がやや増大する傾向を呈し、これに対してFe-A
l合金の方が連続的に減少している。FIG. 5 shows the measurement results of the vibration damping performance of the plate-shaped sample under static load. The vertical axis represents the phase difference between displacement and stress, tan
δ, which reflects the damping performance of the alloy. The magnitude of the static load was converted into strain on the sample surface and displayed on the horizontal axis. When a static load with a surface strain of less than 2 × 10 -5 is applied, M
Fe-Al alloy exhibits higher vibration damping performance than 2052 alloy. The damping performance of both alloys showed the opposite behavior as the static load increased. When the static strain is up to 8 × 10 -5, the damping performance of the M2052 alloy tends to increase slightly.
l Alloy is decreasing continuously.
【００３０】それより大きな静的負荷の場合、両方とも
減少する。この結果によって、無負荷状態の合金の制振
特性は負荷によって大きく異なることが明らかとなっ
た。実際の使用条件に合わせた制振材料を選ばないと、
期待する制振効果が生じないこととなる。For larger static loads, both decrease. From this result, it was clarified that the damping characteristics of the alloy in the unloaded state greatly differ depending on the load. If you do not choose a damping material that matches the actual usage conditions,
The expected damping effect will not occur.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上、この出願の発明によれば、静的負
荷中の制振挙動を解明することで高性能制振合金の実用
化に向けて静負荷中での制振特性の評価方を確立し、こ
の静的負荷中での制振特性の評価方法を提案すること
で、実用性が高い制振材料の基礎資料を提供でき、制振
を考慮する製品化設計に貢献できる。また、材料の静負
荷中での制振特性の評価法を提案することで、製品開発
に直結する基礎資料が得られ、機械、構造物などのシミ
ュレーションは新しいパラメータを取り入れ、高精度な
モデリングができる。As described above, according to the invention of this application, a method for evaluating the vibration damping characteristics under static load for practical application of high-performance vibration damping alloy by clarifying the vibration damping behavior under static load By establishing the above and proposing a method for evaluating the vibration damping characteristics under static load, it is possible to provide basic materials for vibration damping materials with high practicability and contribute to product design that considers vibration damping. In addition, by proposing an evaluation method for damping characteristics of materials under static load, basic data directly related to product development can be obtained, and simulation of machines, structures, etc. incorporates new parameters and enables highly accurate modeling. it can.
【００３２】さらに、この評価法は制振材料の開発に新
しい指針を与えるので、制振材料の実用化にも大いに寄
与できると共に、経済的な効果が大きいと考えられる。Further, since this evaluation method gives a new guideline for the development of the vibration damping material, it can be greatly contributed to the practical use of the vibration damping material and is considered to have a large economical effect.
【図１】静負荷中の制振特性評価モードを示す図であ
り、荷重の負荷形態によって、(a)圧縮荷重負荷中、(b)
引張荷重負荷中、(c)曲げ荷重負荷中の各モードを示
す。FIG. 1 is a diagram showing a vibration damping characteristic evaluation mode under static load, in which (a) compressive load is applied and (b)
Each mode under tensile load and (c) bending load is shown.
【図２】高周波領域の実験例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an experimental example in a high frequency region.
【図３】静的負荷付与下で制振性をFFTアナライザーで
解析した結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a result of analyzing vibration damping characteristics by an FFT analyzer under static load application.
【図４】低周波領域の実験例で使われた曲げ変形モード
で負荷中板材試料の制振性能を評価する装置の原理図で
ある。FIG. 4 is a principle diagram of an apparatus for evaluating the vibration damping performance of a loaded plate material sample in a bending deformation mode used in an experimental example in a low frequency region.
【図５】静的負荷荷中板状試料の制振性能の測定結果を
示す図である。FIG. 5 is a diagram showing measurement results of vibration damping performance of a plate sample under static load.
1・・制振特性評価装置架台又は荷重架台 2・・防振ゴム 3・・振動検出加速度センサー 4・・制振合金試料 5・・インパルスハンマー 6・・静負荷荷重 1..Vibration suppression characteristic evaluation device mount or load mount 2 ... Anti-vibration rubber ..Vibration detection acceleration sensor 4 ... Damping alloy sample ..Impulse hammer 6 ... Static load
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 彰 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 独立 行政法人物質・材料研究機構内 (72)発明者 川原 浩司 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 独立 行政法人物質・材料研究機構内 Ｆターム(参考） 2G047 AA06 AD08 BC03 BC04 CA03 GA18 GF11 GG12 GG37 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Akira Sato 1-2-1 Sengen, Tsukuba-shi, Ibaraki Independent National Institute for Materials Science (72) Inventor Koji Kawahara 1-2-1 Sengen, Tsukuba-shi, Ibaraki Independent National Institute for Materials Science F term (reference) 2G047 AA06 AD08 BC03 BC04 CA03 GA18 GF11 GG12 GG37
Claims (6)
系を形成する装置架台又は荷重架台に制振合金材料を支
持し、制振合金材料に静負荷荷重手段により常時荷重を
負荷すると共に静的負荷による制振合金材料の変形モー
ドの下に荷重を負荷し、振動導入手段により荷重架台に
振動を導入し、静負荷付与下における制振合金材料中の
伝達減衰振動を振動検出手段により検出し、検出データ
を解析器により解析し、前記材料に常時静的荷重を負荷
しつつ、制振合金試料の制振特性を測定し、無負荷時の
制振特性との対比又は相違する制振合金試料毎の制振特
性との対比により制振特性を評価することを特徴とする
材料の静負荷付与下での制振特性評価方法。1. A vibration-damping alloy material is supported on a device stand or a load stand that is supported by a vibration-proof rubber to form an independent vibration system, and a static load is applied to the vibration-damping alloy material at all times by static load means. A load is applied under the deformation mode of the vibration-damping alloy material due to load, and vibration is introduced to the load platform by the vibration introducing means, and the transmission damping vibration in the vibration-damping alloy material under static load is detected by the vibration detecting means. , The detected data is analyzed by an analyzer, the static damping load is constantly applied to the material, the damping characteristics of the damping alloy sample are measured, and the damping alloy is compared with or different from the damping characteristics under no load. A method for evaluating vibration damping characteristics of a material under static load, characterized in that the vibration damping characteristics are evaluated by comparing with the vibration damping characteristics of each sample.
合金材料の変形モードが、圧縮、引張、曲げのいずれか
一つもしくはそれらの組合せのモードであることを特徴
とする材料の静的負荷付与下での制振特性評価方法。2. The static material according to claim 1, wherein the deformation mode of the vibration damping alloy material due to static load is one of compression, tension, bending, or a combination thereof. Evaluation method of damping characteristics under load.
を、圧縮・引張応力では200MPa以下の範囲内、またひず
みでは1×10-3以下の範囲内としてそのいずれか一つを
選択したことを特徴とする材料の静的負荷付与下での制
振特性評価方法。3. The method according to claim 2, wherein the stress range of the static load is 200 MPa or less for compressive / tensile stress and 1 × 10 −3 or less for strain. A method for evaluating vibration damping characteristics of a material under static load.
料の制振性評価を、負荷をかけた試料自身の制振性測
定、又は負荷をかけた試料を介した基礎振動系の制振性
測定のいずれか一つの選択によって得ることを特徴とす
る材料の静的負荷付与下での制振特性評価方法。4. The vibration damping evaluation of a material according to any one of claims 1 to 3, wherein vibration damping of the loaded sample itself is measured, or damping of a basic vibration system through the loaded sample. A method for evaluating damping characteristics of a material under static load, characterized by being obtained by selecting one of the properties.
料の制振性評価を、静的負荷の大きさに依存する材料の
制振性の変化、又は一定負荷で保持時間に伴う材料の制
振性の変化のいずれか一つの選択された要因から得るこ
とを特徴とする材料の静的負荷付与下での制振特性評価
方法。5. The vibration damping property evaluation of the material according to claim 1, wherein the vibration damping property of the material changes depending on the magnitude of static load, or A method for evaluating damping characteristics of a material under static load, characterized by being obtained from any one of the selected factors of the change in damping characteristics.
にするために防振ゴムによって支持され、試料としての
制振合金材料を支持する鋼製の堅牢な装置架台又は荷重
架台と、架台に支持された制振合金材料に常時荷重を負
荷し、各種変形モードを取る静負荷荷重手段と、架台に
振動を導入するためのハンマー手段と、振動力センサー
を内蔵する振動検出加速度センサ―と、センサーにより
検出した検出データを解析する解析器とを備え、前記材
料に常時静的荷重を負荷しつつ、ハンマー手段により荷
重架台に振動を導入し、静負荷付与下の制振合金材料中
で伝達減衰した振動を装置架台上の振動検出加速度セン
サーにより検出し、検出データを解析器により解析し、
制振合金試料の制振特性を測定し、制振特性を評価する
ことを特徴とする材料の静負荷付与下で制振特性評価を
得るための装置。6. A robust apparatus mount or load mount made of steel, which is supported by a vibration damping rubber so as to make the entire vibration damping characteristic evaluation device an independent vibration system, and which supports a vibration damping alloy material as a sample, and a mount. A static load means for constantly applying a load to the vibration-damping alloy material supported by the device to take various deformation modes, a hammer means for introducing vibration to the pedestal, and a vibration detection acceleration sensor with a built-in vibration force sensor. , Equipped with an analyzer that analyzes the detection data detected by the sensor, while constantly applying a static load to the material, introduces vibration to the load platform by hammer means, and in the damping alloy material under static load application The vibration that is transmitted and attenuated is detected by the vibration detection acceleration sensor on the equipment base, and the detected data is analyzed by the analyzer.
A device for measuring vibration damping characteristics of a vibration damping alloy sample and evaluating the vibration damping characteristics under the static load of a material.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001282510A JP3598348B2 (en) | 2001-09-18 | 2001-09-18 | Method of evaluating damping characteristics under application of static load on material and apparatus for obtaining evaluation of damping characteristics |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008527355A (en) * | 2005-01-17 | 2008-07-24 | ピー−レスポンス アイピー プロプライエタリー リミテッド | Non-destructive testing of process vessel linings |
| JP5124017B2 (en) * | 2008-04-24 | 2013-01-23 | 国際計測器株式会社 | Electrodynamic vibration test equipment |
| JP2019209474A (en) * | 2018-06-01 | 2019-12-12 | ジー・エフ マシーニング ソリューションズ アー・ゲーＧＦ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ＡＧ | System and method for determining structural characteristics of machine tool |
| CN112304587A (en) * | 2020-10-22 | 2021-02-02 | 南通装配式建筑与智能结构研究院 | Shock attenuation product test device |
-
2001
- 2001-09-18 JP JP2001282510A patent/JP3598348B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JP2019209474A (en) * | 2018-06-01 | 2019-12-12 | ジー・エフ マシーニング ソリューションズ アー・ゲーＧＦ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ＡＧ | System and method for determining structural characteristics of machine tool |
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