RU57457U1

RU57457U1 - DEVICE FOR DETERMINING VIBRO DUMPING PROPERTIES OF STRUCTURAL MATERIALS FOR PARTS AND VEHICLE KITS AND POWER INSTALLATIONS

Info

Publication number: RU57457U1
Application number: RU2006117046/22U
Authority: RU
Inventors: Михаил Ильич Фесина; Сергей Александрович Рекунов; Олег Михайлович Калинин
Original assignee: Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ"
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2006-10-10

Abstract

Полезная модель относится к области борьбы с шумом и предназначена для определения вибродемпфирующих свойств материалов, используемых в качестве конструкционных, для уменьшения шума, излучаемого деталями и узлами транспортных средств и энергетических установок. Полезная модель представляет собой комплект испытательного стендового, приборного оборудования и программного обеспечения для проведения экспериментальных исследований вибродемпфирующих характеристик образцов материалов широко применяемых в транспортном машиностроении и энергетике в качестве конструкционных материалов деталей и узлов машин. Устройство для определения вибродемпфирующих свойств конструкционных материалов деталей и узлов транспортных средств и энергетических установок, содержащее исследуемый образец в виде несущей пластины из конструкционного материала без нанесенного(ых) или с дополнительно нанесенным(и) на ее поверхность слоем(ями) вибродемпфирующего материала, консольно закрепленной в зажиме основания виброизолированной станины, установленной в климатическую камеру с регулируемой температурой нагрева и/или охлаждения исследуемого образца, с регистратором температуры в составе измерительной термопары и цифрового мультиметра, динамический возбудитель изгибных колебаний исследуемого образца в составе генератора белого шума и преобразователя электрических сигналов в механические колебания в виде электромагнитного датчика, регистратор вибрационных откликов исследуемого образца в составе датчика виброперемещений, частотного анализатора сигналов и компьютера с программным обеспечением автоматизированной обработки экспериментальных данных и расчета значений физических параметров вибродемпфирующих свойств исследуемых конструкционных материалов. Отличительной особенностью является то, что регистратор температуры выполнен в виде подвижно-контактного узла, содержит блок управления и механизм перемещения измерительной термопары для реализации контакта с поверхностью исследуемого образца и измерения его температуры перед непосредственной The utility model relates to the field of noise control and is intended to determine the vibration damping properties of materials used as structural materials, to reduce the noise emitted by parts and components of vehicles and power plants. The utility model is a set of test bench, instrumentation and software for conducting experimental studies of vibration damping characteristics of samples of materials widely used in transport engineering and energy as structural materials of parts and assemblies of machines. A device for determining the vibration-damping properties of structural materials of parts and components of vehicles and power plants, containing the test sample in the form of a carrier plate of structural material without applied (s) or with additionally applied (and) on its surface layer (s) of vibration-damping material, console mounted in the clamp of the base of the vibration-insulated bed installed in a climate chamber with an adjustable temperature for heating and / or cooling the test sample, with a register temperature regulator as part of a measuring thermocouple and digital multimeter, a dynamic exciter of bending vibrations of the test sample as a part of a white noise generator and a converter of electrical signals into mechanical vibrations in the form of an electromagnetic sensor, a recorder of vibration responses of the test sample as a part of a vibration displacement sensor, a frequency signal analyzer and a computer with software providing automated processing of experimental data and calculation of physical parameters moat vibration-damping properties of structural materials under study. A distinctive feature is that the temperature recorder is made in the form of a movable-contact unit, contains a control unit and a mechanism for moving the measuring thermocouple to make contact with the surface of the test sample and measure its temperature before direct

процедурой определения вибродемпфирующих свойств, а так же то, что в исследуемом образце в виде несущей пластины из конструкционного материала без/или с нанесенным(и) слоем(ями) вибродемпфирующего материала по крайней мере в исследуемом образце с нанесенным(и) слоем(ями) вибродемпфирующего материала в структуре несущей пластины из конструкционного материала выполнено круглое сквозное отверстие диаметром превышающим максимальный габаритный размер поперечного сечения концевого контактного участка измерительной термопары не более чем в 1.3 раза, отверстие располагается на расстоянии b≤0.1 L, от свободного среза исследуемого образца, где L - длинна свободного участка консольно закрепленного исследуемого образца. Полезная модель позволяет определять вибродемпфирующие свойства конструкционных материалов и эффективности их дополнительного вибродемпфирования путем нанесения слоев различных вибродемпфирующих покрытий при различных температурных режимах и точном контроле температуры непосредственно исследуемого образца. 1 н. и 1 з. п.п. ф-лы, 7 ил.the procedure for determining vibration damping properties, as well as the fact that in the test sample in the form of a carrier plate of structural material without / or with applied (s) layer (s) of vibration-damping material, at least in the test sample with applied (s) layer (s) vibration-damping material in the structure of the carrier plate of a structural material made a round through hole with a diameter exceeding the maximum overall dimension of the cross section of the end contact portion of the measuring thermocouple no more than 1.3 times, the hole is located at a distance b≤0.1 L, from the free cut of the test sample, where L is the length of the free section of the console fixed test sample. The utility model makes it possible to determine the vibration damping properties of structural materials and the effectiveness of their additional vibration damping by applying layers of various vibration damping coatings under various temperature conditions and precise control of the temperature of the directly studied sample. 1 n and 1 s. p.p. f-ly, 7 ill.

Description

Полезная модель относится к области борьбы с шумом и предназначена для определения вибродемпфирующих свойств материалов, используемых в качестве конструкционных, для уменьшения шума, излучаемого деталями и узлами транспортных средств и энергетических установок. Полезная модель представляет собой комплект испытательного стендового, приборного оборудования и программного обеспечения для проведения экспериментальных исследований вибродемпфирующих характеристик образцов материалов широко применяемых в транспортном машиностроении и энергетике в качестве конструкционных материалов деталей и узлов машин.The utility model relates to the field of noise control and is intended to determine the vibration damping properties of materials used as structural materials, to reduce the noise emitted by parts and components of vehicles and power plants. The utility model is a set of test bench, instrumentation and software for conducting experimental studies of vibration damping characteristics of samples of materials widely used in transport engineering and energy as structural materials of parts and assemblies of machines.

Измерения степени вибродемпфирования отдельных деталей и узлов машин и механизмов, содержащих виброшумоактивные тонкостенные корпусные детали производятся, прежде всего, в связи с определением необходимости установки на них дополнительных вибродемпфирующих облицовок и покрытий, служащих для ослабления интенсивной звуковой вибрации и излучаемого ими шума, которой подвергаются и генерируют эти конструкции. Используемые при различных виброакустических исследованиях оценочные физические параметры и объективные характеристики затухания колебаний (вибродемпфирования) конструкций достаточно многообразны. Наиболее универсальной и широко применяемой в технической акустике характеристикой вибродемпфирования следует признать коэффициент потерь η, характеризующий необратимые механические потери вибрационной энергии с преобразованием ее в тепловую энергию.Measurements of the degree of vibration damping of individual parts and assemblies of machines and mechanisms containing vibro-noise-thin thin-walled body parts are made, first of all, in connection with the determination of the need to install additional vibration-damping linings and coatings on them, which serve to attenuate intense sound vibration and the noise emitted by them, which they undergo and generate these designs. The estimated physical parameters and objective characteristics of vibration damping (vibration damping) of the structures used in various vibro-acoustic studies are quite diverse. The most universal and widely used in technical acoustics characteristic of vibration damping should be recognized the loss coefficient η, which characterizes the irreversible mechanical loss of vibrational energy with its conversion into thermal energy.

Введение в тонкостенную конструкцию колеблющейся детали дополнительных механических потерь ослабляет амплитуды колебаний, прежде всего в области ее резонансных частот. Вблизи каждой собственной резонансной моды (формы колебаний на резонансной частоте) колеблющуюся конструкцию или структуру, в виде исследуемого образца материала, можно уподобить системе с одной степенью The introduction of additional mechanical losses into the thin-walled structure of the oscillating part weakens the oscillation amplitudes, primarily in the region of its resonant frequencies. Near each intrinsic resonance mode (the form of vibrations at the resonant frequency), an oscillating structure or structure, in the form of a material sample under study, can be likened to a system with one degree

свободы. При каждой частоте колебательного резонанса амплитуда ее виброскорости, в большинстве случаев определяющая звукоизлучение колеблющихся конструкций, в такой же степени зависит от коэффициента потерь, как и от жесткости системы при этой частоте. Коэффициент потерь характеризует степень вибродемпфирования в колебательной системе, происходящего за счет преобразования колебательной энергии в тепловую благодаря необратимым потерям вибрационной энергии, как в обычных конструкционных материалах, так и в специально созданных демпфирующих материалах (например, установкой ламинатных покрытий из эффективного вибродемпфирующего вещества на стенках вибрирующей детали). Коэффициент потерь η является показателем степени поглощения колебательной энергии в системе за цикл колебаний, т.е. представляет отношение механической энергии, поглощаемой в конструкции за цикл колебаний W_пог, к потенциальной энергии системы W_пот и, кроме того, при этом характеризует сдвиг фазы между возбуждающей систему колебательной силой и колебательным смещением системы, которую вызывает данная колебательная сила [1, 2].of freedom. At each frequency of the vibrational resonance, the amplitude of its vibration velocity, which in most cases determines the sound emission of vibrating structures, depends to the same extent on the loss coefficient as on the stiffness of the system at this frequency. The loss coefficient characterizes the degree of vibration damping in the vibrational system, which occurs due to the conversion of vibrational energy into heat due to irreversible loss of vibrational energy, both in conventional structural materials and in specially created damping materials (for example, installing laminate coatings from an effective vibration damping substance on the walls of a vibrating part ) The loss coefficient η is an indicator of the degree of absorption of vibrational energy in the system per cycle of oscillations, i.e. represents the ratio of the mechanical energy absorbed in the structure during the oscillation cycle W _pog to the potential energy of the system W _sweat and, in addition, it characterizes the phase shift between the excitation system of the vibrational force and the vibrational displacement of the system caused by this vibrational force [1, 2] .

W_пог- энергия, поглощаемая за цикл колебаний;W _pog - energy absorbed during a cycle of oscillations;

W_пот- потенциальная энергия системы;W _sweat is the potential energy of the system;

π=3.14π = 3.14

Вибродемпфирующие характеристики механической колебательной системы оцениваются и другими физическими параметрами колебательной системы.The vibration damping characteristics of a mechanical oscillatory system are also evaluated by other physical parameters of the oscillatory system.

Коэффициент потерь η, в частности, связан с добротностью колебательной системы Q и характеризует степень демпфирования колебательной энергии в следующем виде:The loss coefficient η, in particular, is associated with the quality factor of the vibrational system Q and characterizes the degree of damping of vibrational energy in the following form:

Соответственно, демпфирование колебаний тем больше, чем больше коэффициент потерь η и чем меньше добротность системы Q, являющаяся обратной величиной η.Accordingly, the damping of oscillations is greater, the greater the loss coefficient η and the lower the quality factor of the system Q, which is the inverse of η.

Одной из основных характеристик затухающих (во времени) колебаний является логарифмический декремент колебаний δ, определяемый путем сравнения амплитуд соседних или разнесенных друг от друга колебаний. Отметим при этом что, так как в формуле берутся отношения колебательных параметров, то при гармоническом One of the main characteristics of damped (in time) oscillations is the logarithmic decrement of oscillations δ, determined by comparing the amplitudes of neighboring or spaced apart vibrations. We note that, since the relations of vibrational parameters are taken in the formula, for harmonic

колебательном процессе безразлично, какой из параметров брать - виброскорость, виброперемещение или виброускорение, т.е.the oscillatory process does not care which parameter to take - vibration velocity, vibration displacement or acceleration, i.e.

A_i, A_i+1 - амплитуды колебаний через один период колебаний;A _i , A _{i + 1} - oscillation amplitudes after one oscillation period;

An - амплитуда колебаний через n периодов колебаний.An is the amplitude of the oscillations after n periods of oscillation.

Коэффициент потерь η связан с логарифмическим декрементом колебаний δ следующим образом:The loss coefficient η is related to the logarithmic decrement of oscillations δ as follows:

Коэффициент потерь η также может быть определен из уравнения огибающей амплитуд затухающих колебаний (А=А₀е^-at, где А₀ - начальная амплитуда колебаний; t - время протекания колебательного процесса), представляющей собой экспоненциальную зависимость «е» и коэффициентом затухания α:The loss coefficient η can also be determined from the equation of the envelope of the amplitudes of the damped oscillations (A = A ₀ e ^-at , where A ₀ is the initial amplitude of the oscillations; t is the duration of the oscillatory process), which is the exponential dependence of "e" and the damping coefficient α:

f - частота затухающих колебаний;f is the frequency of damped oscillations;

α - коэффициент затухания.α is the attenuation coefficient.

Существуют известные различные экспериментальные методы определения демпфирующих характеристик материалов, основанные на количественных оценках рассеивания колебательной энергии в конструкционных материалах. Они построены либо на непосредственном измерении величины энергии рассеиваемой в исследуемом образце (прямые методы) либо на получении относительных характеристик рассеяния энергии (косвенные методы). Среди известных методов наиболее распространены энергетический, термический, методы гистерезисной кривой. Среди косвенных экспериментальных методов - метод затухающих колебаний, метод "кривой резонанса" и фазовый метод. Известные расчетные соотношения для определения характеристик рассеяния энергии получены в предположении гармонического деформирования и при неупругих сопротивлениях, пропорциональных первой степени скорости деформирования (вязкое трение), т.е. для случая линейных систем [3].There are various known experimental methods for determining the damping characteristics of materials based on quantitative estimates of the dispersion of vibrational energy in structural materials. They are built either on the direct measurement of the energy dissipated in the test sample (direct methods) or on obtaining the relative characteristics of energy dissipation (indirect methods). Among the known methods, the most common are energy, thermal, and hysteresis curve methods. Among indirect experimental methods are the method of damped oscillations, the method of the "resonance curve" and the phase method. Known design relationships for determining the characteristics of energy dissipation were obtained under the assumption of harmonic deformation and inelastic resistances proportional to the first degree of the strain rate (viscous friction), i.e. for the case of linear systems [3].

При сравнительно небольших потерях механической колебательной энергии в системе, более точными являются методы, при которых используются свободные затухающие колебания, т.е. измерение времени или скорости затухания амплитуд колебаний или их вибрационного уровня в течении времени после прекращения действия источника возмущающей силы (реверберационный метод). Большая точность With relatively small losses of mechanical vibrational energy in the system, methods that use free damped oscillations, i.e. measuring the time or attenuation rate of the oscillation amplitudes or their vibrational level during the time after the termination of the source of the disturbing force (reverberation method). Great accuracy

измерения параметра потерь обусловлена тем, что кривые затухания колебаний могут быть сильно растянуты по времени и имеется, следовательно, возможность произвести более точный отсчет колебательных уровней в заданные промежутки времени.measurement of the loss parameter is due to the fact that the damping curves of the oscillations can be greatly stretched in time and, therefore, it is possible to produce a more accurate count of the vibrational levels at predetermined time intervals.

При использовании реверберационного метода определения коэффициента потерь η применяется такое понятие, как стандартное время реверберации вибрации Т_рев в секундах, соответствующее затуханию уровня колебаний на 60 дБ, т.е. в 1000 раз по амплитуде, что имеет место при значительном по эффективности демпфировании.When using the reverberation method for determining the loss coefficient η, such a concept is used as the standard vibration reverberation time T _roar in seconds, corresponding to the attenuation of the vibration level by 60 dB, i.e. 1000 times in amplitude, which occurs with significant damping in efficiency.

f₀- частота колебаний при которой производятся измерения, Гц.f ₀ is the oscillation frequency at which measurements are taken, Hz.

Если вибрационные помехи при измерениях высоки и не удается получить спад логарифмической кривой реверберации на величину равную 60 дБ, а лишь на m, дБ (m<60), то величина Т_рев определяется из величины Т_m, соответствующей затуханию уровня колебаний на m, дБ, по формулеIf the vibration interference during the measurements is high and it is not possible to get the logarithmic reverberation curve down by 60 dB, but only by m, dB (m <60), then the value of T _roar is determined from the value of T _m corresponding to the attenuation of the vibration level by m, dB , according to the formula

Т_m - время спадания реверберации уровня вибрации на m дБ, с.T _m is the decay time of the reverberation of the vibration level by m dB, s.

Реверберационный метод позволяет так же определять коэффициент потерь η через скорость затухания колебаний D_т:The reverberation method also allows you to determine the loss coefficient η through the damping rate of the oscillations D _t :

A₁, A₂ - амплитуды колебаний, отличающиеся по времени на 1 с. В этом случае коэффициент потерь η определяется по следующей формуле:A ₁ , A ₂ - oscillation amplitudes that differ in time by 1 s. In this case, the loss coefficient η is determined by the following formula:

f₀ - частота колебаний при которой производятся измерения, Гц.f ₀ is the oscillation frequency at which measurements are taken, Hz.

Однако, точность определения коэффициента потерь данным методом весьма затруднена в системах с очень высоким демпфированием, характеризуемых резким темпом ослабления амплитуд последующих колебаний.However, the accuracy of determining the loss coefficient by this method is very difficult in systems with very high damping, characterized by a sharp rate of attenuation of the amplitudes of subsequent oscillations.

Параметры механических потерь в колебательных системах могут быть также найдены путем анализа вибрационных характеристик не только во времени, но и в пространстве. Наиболее простым и точным способом является исследование The parameters of mechanical losses in oscillatory systems can also be found by analyzing the vibrational characteristics not only in time but also in space. The easiest and most accurate way is to research

затухания колебаний в одномерной системе (стержни, пластины). Если длина облицованной вибропоглотителем пластины меньше длины волны изгиба в ней, то коэффициент потерь η (при значении η≤0,3) находится из формулы [1]:vibration damping in a one-dimensional system (rods, plates). If the length of the plate lined with a vibration absorber is less than the bending wavelength in it, then the loss coefficient η (for a value of η≤0.3) is found from the formula [1]:

ΔL_λи1- затухание уровня регистрируемой вибрации (на каждой данной частоте) отнесенное к длине волны изгиба в пластине при той же частоте колебаний, дБ.ΔL _λи1 - attenuation of the level of recorded vibration (at each given frequency) related to the wavelength of the bend in the plate at the same oscillation frequency, dB.

Коэффициент потерь η линейно связан с логарифмической величиной ΔL_λи1. Возможно применение этого метода для определения коэффициента потерь по отношению к продольным изгибным волнам в пластине, причем численное значение в формулах будет не 13,6, а 27,2. Для получения необходимой точности измерений потребуется заметно большая длина пластины ввиду относительно больших длин продольных волн и значительно меньшего их затухания в вязкоупругих демпфирующих слоях (используемых ламинатных вибродемпфирующих покрытиях).The loss coefficient η is linearly related to the logarithmic quantity ΔL _{λ and 1} . It is possible to use this method to determine the loss coefficient with respect to longitudinal bending waves in the plate, and the numerical value in the formulas will not be 13.6, but 27.2. To obtain the required measurement accuracy, a noticeably longer plate length will be required due to the relatively large longitudinal wavelengths and significantly less attenuation in viscoelastic damping layers (used laminate vibration damping coatings).

Известно также [3] использование энергетического метода, основанного на непосредственном замере расхода электрической или механической мощности вибровозбудителя на поддержание установившихся колебаний исследуемого образца. Энергия W_пог, поглощаемая структурой за цикл колебаний (относительное рассеяние энергии в материале исследуемого образца):It is also known [3] the use of the energy method, based on the direct measurement of the flow of electrical or mechanical power of the vibration exciter to maintain steady oscillations of the test sample. The energy W _pog absorbed by the structure during the oscillation cycle (relative energy dissipation in the material of the sample under study):

N₁ - полная мощность вибровозбудителя, Вт;N ₁ - the total power of the vibration exciter, W;

N₂ - мощность, расходуемая на преодоление сопротивлений в самом вибровозбудителе, которая рассеивается во всей системе виброустановки, Вт;N ₂ - the power spent on overcoming the resistances in the exciter itself, which is dissipated throughout the vibration system, W;

f_уст, - частота установившихся колебаний образца, Гцf _mouth , is the frequency of steady-state oscillations of the sample, Hz

W_пот - потенциальная энергия деформирования образца, соответствующая амплитуде установившихся колебаний.W _sweat is the potential energy of deformation of the sample, corresponding to the amplitude of the steady-state oscillations.

Сложность указанного выше метода заключается в трудности определения мощности, расходуемой на поддержание установившихся колебаний, поскольку рассеяние энергии в образце относительно мало.The complexity of the above method lies in the difficulty in determining the power spent on maintaining steady-state oscillations, since the energy dissipation in the sample is relatively small.

Следующим известным методом определения коэффициента потерь η [3] является термический метод, основанный на предположении о том, что рассеяние энергии при колебаниях обычно сопровождается нагревом исследуемого образца. При этом, степень нагрева зависит от количества тепла выделяющегося за единицу времени, т.е. зависит в том числе и от частоты колебаний f (количества совершенных The next known method for determining the loss coefficient η [3] is the thermal method, based on the assumption that energy dissipation during oscillations is usually accompanied by heating of the test sample. Moreover, the degree of heating depends on the amount of heat released per unit time, i.e. also depends on the oscillation frequency f (the number of perfect

деформационных колебаний за время t). На измерении количества тепловой энергии, выделяющейся в образце в процессе колебаний, основаны различные варианты термической оценки вибродемпфирующих свойств материала. Это, прежде всего, калориметрический вариант, основанный на измерении температуры воды, охлаждающей исследуемый образец. Зная температуру воды, определяют теплоту L, (ккал), выделяющуюся в образце в процессе его колебаний с частотой f за определенный промежуток времени t(с.).deformation vibrations during time t). On the measurement of the amount of thermal energy released in the sample during the process of oscillation, various variants of the thermal assessment of vibration-damping properties of the material are based. This is, first of all, a calorimetric version based on measuring the temperature of the water cooling the test sample. Knowing the water temperature, the heat L, (kcal) is determined, which is released in the sample during its oscillations with a frequency f over a certain period of time t (s.).

m - масса воды в калориметре, кг.;m is the mass of water in the calorimeter, kg .;

ΔТ - разность температур воды в начале и конце эксперимента, °С. Количество энергии W_пог, рассеиваемой в материале образца за цикл нагружения, определяется по формуле:ΔТ - water temperature difference at the beginning and end of the experiment, ° С. The amount of energy W _pog dissipated in the sample material during the loading cycle is determined by the formula:

L - теплота выделенная в образце в процессе колебаний, ккал;L is the heat released in the sample during oscillations, kcal;

f - частота колебаний образца, Гц;f is the oscillation frequency of the sample, Hz;

t - время регистрации колебаний, с.t is the time of registration of oscillations, s.

Таким образом, термический метод позволяет определить рассеяние колебательной энергии в интегральном виде. Представленный метод достаточно сложен в реализации, т.к. тепловая энергия, выделяемая при рассеянии в конструкционных материалах, требует высокой точности замеров и поддержания постоянных внешних условий.Thus, the thermal method allows one to determine the scattering of vibrational energy in an integral form. The presented method is quite difficult to implement, because thermal energy released during dissipation in structural materials requires high accuracy of measurements and maintaining constant external conditions.

Известен также метод оценки вибродемпфирующих свойств с помощью статической петли гистерезиса [3], который предусматривает непосредственное получение петли гистерезиса в координатах «внешняя сила (или напряжение) - перемещение (или деформация)» путем замера соответствующих перемещений или деформаций при ступенчатом статическом нагружении и разгрузке образца. Метод является графическим (например, W_пог- энергию, поглощенную за цикл колебаний, определяют как площадь петли гистерезиса, и.т.д.), требует повышенной точности замеров деформаций (перемещений) и не позволяет изучать влияние на вибродемпфирующие свойства образца таких факторов как частота колебаний.There is also a known method for assessing vibration damping properties using a static hysteresis loop [3], which provides for the direct receipt of a hysteresis loop in the coordinates "external force (or stress) - displacement (or deformation)" by measuring the corresponding displacements or deformations during stepwise static loading and unloading of the sample . The method is graphic (for example, W _pog - the energy absorbed during a cycle of oscillations, is defined as the area of the hysteresis loop, etc.), requires increased accuracy of measurements of deformations (displacements), and does not allow studying the influence of factors such as vibration damping properties of the sample oscillation frequency.

Известен также метод динамической петли гистерезиса при котором путем одновременной регистрации внешней силы (или напряжения) и перемещения (или деформации) в процессе повторно-переменного нагружения образца с различной частотой нагружения получают экспериментальную петлю гистерезиса, площадь There is also a known method of a dynamic hysteresis loop in which by simultaneously registering an external force (or stress) and displacement (or deformation) during the process of alternating loading of a sample with different loading frequency, an experimental hysteresis loop is obtained, the area

которой характеризует рассеяние энергии в материале исследуемого образца. Однако, точность данного метода уступает методу статической петли гистерезиса, т.к. чувствительность аппаратуры для измерения динамических деформаций обычно ниже, чем для измерения статических деформаций. Более высокая точность достигается при одновременной регистрации внешней силы и перемещения в резонансном режиме колебаний исследуемого образца [3].which is characterized by energy dissipation in the material of the test sample. However, the accuracy of this method is inferior to the static hysteresis loop method, since the sensitivity of apparatus for measuring dynamic strains is usually lower than for measuring static strains. Higher accuracy is achieved by simultaneously registering an external force and displacement in the resonant mode of oscillations of the test sample [3].

Известен метод кривой резонанса, основанный на зависимости ширины резонансного пика амплитудной кривой перемещения и резонансной впадины амплитудной кривой возмущающей силы [3]. Определение коэффициента потерь по ширине экспериментально получаемого резонанса предусматривает возбуждение колебаний с постоянной амплитудой возбуждения. Определение коэффициента потерь по ширине резонансной впадины амплитудной кривой возможно при любой амплитудной зависимости рассеяния энергии. Кроме того, этот метод пригоден для случаев возбуждения колебаний образца электромагнитом при амплитуде колебаний, соизмеримой с воздушным зазором между образцом и электромагнитом. Точность определения параметров резонансных кривых с помощью электронных цифровых измерителей частоты достаточно высока.The known method of the resonance curve, based on the dependence of the width of the resonant peak of the amplitude displacement curve and the resonance cavity of the amplitude curve of the perturbing force [3]. The determination of the loss coefficient by the width of the experimentally obtained resonance involves the excitation of oscillations with a constant excitation amplitude. The determination of the loss coefficient by the width of the resonance cavity of the amplitude curve is possible for any amplitude dependence of energy dissipation. In addition, this method is suitable for cases of excitation of oscillations of a sample by an electromagnet at an amplitude of oscillations commensurate with the air gap between the sample and the electromagnet. The accuracy of determining the parameters of resonance curves using electronic digital frequency meters is quite high.

Ввиду большой трудоемкости и низкой точности определения параметров демпфирования вышеуказанными методами, наибольшее распространение в автомобилестроении получил метод измерения и анализа кривой резонанса, который лег в основу отдельных национальных стандартов (DIN 53440, DIN EN ISO 6721, E 756-04) в качестве метода «Оберст» названного по фамилии известного ученого-акустика. Это, в частности, наглядно иллюстрируется известными публикациями [4, 5, 6, 7, 8].Due to the high complexity and low accuracy of determining the damping parameters by the above methods, the most widely used method in the automotive industry is the measurement and analysis of the resonance curve, which formed the basis of individual national standards (DIN 53440, DIN EN ISO 6721, E 756-04) as the Oberst method "Named after the famous scientist acoustics. This, in particular, is clearly illustrated by well-known publications [4, 5, 6, 7, 8].

В работе [4] описывается исследование с помощью метода «Оберст» многофункционального вибродемпфирующего материала наносимого на днище кузова автомобиля. При испытаниях используется несущая стальная пластина, имеющая следующие размеры: толщина - 0,8 мм., ширина - 12,7 мм., длина - 225 мм (покрытие вибродемпфирующим материалом по длине пластины составляет 200 мм). Несущая стальная пластина устанавливается в массивном зажиме стендовой установки «Оберст» - консольно. Испытания проводятся в различных режимах возбуждения колебаний несущей стальной пластины с нанесенным слоем вибродемпфирующего материала в диапазоне частот 100-1000 Гц и в диапазоне температур от -5 до +55°С;In [4], a study is described using the Oberst method of a multifunctional vibration damping material applied to the underbody of a car. During the tests, a supporting steel plate is used, having the following dimensions: thickness - 0.8 mm., Width - 12.7 mm., Length - 225 mm (vibration-damping material coating along the plate length is 200 mm). The supporting steel plate is installed in the massive clamp of the Oberst bench installation - cantilever. Tests are carried out in various modes of excitation of vibrations of a bearing steel plate with a layer of vibration-damping material in the frequency range 100-1000 Hz and in the temperature range from -5 to + 55 ° С;

В работе [5] описывается метод и пакет программ, используемых для определения вибродемпфирующих свойств конструкционных материалов в зависимости от температуры и частоты. Вибродемпфирующие свойства In [5], a method and software package are described that are used to determine the vibration damping properties of structural materials depending on temperature and frequency. Vibration damping properties

конструкционных материалов определяются с использованием метода возбуждения несущей металлической пластины, обладающей ферромагнитными свойствами, (метода «Оберст»). Испытания проводятся в широких температурных и частотных диапазонах. При испытаниях, случайный сигнал возбуждения сообщается свободному концу несущей металлической пластины через электромагнитный вибровозбудитель. Отклик на переменное динамическое возбуждение измеряется с помощью кристаллического пьезоэлектрика, установленного у закрепленного конца несущей металлической пластины. Используемый метод основан на анализе в котором вибродемпфирующие свойства конструкционных материалов получают на основе измерений, сделанных на композитной (составной) или "гомогенной пластине". Композитная пластина - это обобщенное понятие, относящееся к двухслойной структуре, которая состоит из несущей металлической пластины и нанесенного слоя вибродемпфирующего материала, в то время, как гомогенная пластина - это однослойная металлическая пластина. Определяются вибродемпфирующие свойства материала при динамических деформациях изгиба или в состоянии пространственного напряжения. Определение влияния температуры на вибродемпфирующие свойства материала воспроизводится помещением испытательного оборудования (стенда «Оберст») в климатическую камеру;structural materials are determined using the method of excitation of a bearing metal plate with ferromagnetic properties (method "Oberst"). Tests are carried out in wide temperature and frequency ranges. During testing, a random excitation signal is communicated to the free end of the carrier metal plate through an electromagnetic vibration exciter. The response to variable dynamic excitation is measured using a crystalline piezoelectric mounted at the fixed end of the carrier metal plate. The method used is based on an analysis in which the vibration damping properties of structural materials are obtained on the basis of measurements made on a composite (composite) or "homogeneous plate". A composite plate is a general concept referring to a two-layer structure, which consists of a supporting metal plate and a deposited layer of vibration-damping material, while a homogeneous plate is a single-layer metal plate. The vibration damping properties of the material under dynamic bending deformations or in the state of spatial stress are determined. The determination of the effect of temperature on the vibration damping properties of the material is reproduced by placing the test equipment (Oberst bench) in a climate chamber;

В работе [6] описывается метод определения коэффициента потерь с использованием метода «Оберст» и модального анализа. С помощью данных способов оцениваются вибродемпфирующие свойства многослойных конструкций (материалов), а так же определяется влияние каждого составного слоя на вибродемпфирующие свойства всей конструкции. Приводятся примеры исследования вибродемпфирующих свойств различных конструкционных материалов, нанесенных на стальную несущую пластину, а также различных монтажных клеевых слоев, используемых в вибродемпфирующих покрытиях;In [6], a method for determining the loss coefficient using the Oberst method and modal analysis is described. Using these methods, the vibration-damping properties of multilayer structures (materials) are evaluated, and the influence of each composite layer on the vibration-damping properties of the entire structure is also determined. Examples of studies of the vibration damping properties of various structural materials deposited on a steel carrier plate, as well as various mounting adhesive layers used in vibration damping coatings;

В работе [7] описан метод, стендовые и аппаратные средства для исследования вибродемпфирующих свойств материалов. Метод включает использование аппаратных средств, ЭВМ и специального программного обеспечения, с помощью которых производится автоматизированное исследование вибродемпфирующих свойств материалов и последующее сведение результатов экспериментов к аналитическому выражению и использованию этого аналитического выражения при создании вибродемпфирующих покрытий для автомобильного кузова. В частности, это помогает исследовать влияние веса и толщины вибродемпфирующего покрытия на вибродемпфирующие свойства конструкции. При этом испытания проводятся по методу In [7], a method, bench and hardware for the study of vibration-damping properties of materials is described. The method involves the use of hardware, computers and special software, with the help of which an automated study of the vibration damping properties of materials is carried out and the subsequent reduction of the experimental results to an analytical expression and the use of this analytical expression when creating vibration damping coatings for a car body. In particular, it helps to investigate the influence of the weight and thickness of the vibration damping coating on the vibration damping properties of the structure. In this case, the tests are carried out according to the method

«Оберст» с использованием несущей металлической пластины, обладающей ферромагнитными свойствами, на которую при испытаниях наносятся слои исследуемых вибродемпфирующих материалов;"Oberst" using a supporting metal plate having ferromagnetic properties, on which layers of the investigated vibration-damping materials are applied during testing;

В работе [8] описана процедура испытаний вибродемпфирующих материалов, основанных на использовании метода «Оберст», где определение вибродемпфирующих свойств исследуемых материалов включает определение вибродемпфирующих характеристик конструкции, состоящей из вибродемпфирующего материала, прикрепленного к несущей стальной ферромагнитной пластине, возбуждаемой в различных режимах колебаний при ее консольном закреплении. Вибродемпфирующие свойства выражаются в виде композитного коэффициента потерь в частотном диапазоне 100-1000 Гц и в заданном диапазоне изменения температур образца материала. Исследуемые при этом вибродемпфирующие материалы могут представлять собой как однородные, так и неоднородные структуры, а также сочетание однородных и/или неэластичных армирующих (таких как алюминиевая фольга) материалов, применяемых с целью усиления вибродемпфирования и изгибной жесткости тонкостенных кузовных панелей в автомобиле.The work [8] describes the test procedure of vibration damping materials based on the Oberst method, where the determination of the vibration damping properties of the materials under study includes the determination of vibration damping characteristics of a structure consisting of a vibration damping material attached to a supporting steel ferromagnetic plate excited in various vibration modes during its console fixing. Vibration-damping properties are expressed as a composite loss coefficient in the frequency range of 100-1000 Hz and in a given range of temperature changes of the material sample. The vibration damping materials studied in this case can be either homogeneous or inhomogeneous structures, as well as a combination of homogeneous and / or inelastic reinforcing (such as aluminum foil) materials used to enhance vibration damping and bending stiffness of thin-walled body panels in a car.

Как известно, применяемый «стандартный» метод «Оберст» используется для определения количественных значений коэффициента потерь, коэффициента внутренних потерь и комплексного модуля упругости изгибных колебаний образца вибродемпфирующего материала (ВДМ), нанесенного на несущую металлическую, обладающую ферромагнитными свойствами, пластину заданных геометрических размеров, например, толщиной 1 мм, длиной 320 мм, шириной 20 мм, в заданном исследуемом температурном диапазоне, а также определения вибродемпфирующих свойств многослойных конструкционных материалов, также обладающих ферромагнитными свойствами, например, типа «МПМ» (металл-пластик-металл), обладающих, как правило, высоким внутренним трением в силу реализации в таких многослойных структурах преимущественно сдвигового механизма деформирования промежуточного вибродемпфирующего полимерного слоя, что, как известно, является наиболее эффективным механизмом рассеивания энергии деформирования (в сравнении с деформациями «растяжения - сжатия»).As is known, the “standard” Oberst method used is used to determine the quantitative values of the loss coefficient, the internal loss coefficient, and the complex elastic modulus of bending vibrations of a sample of vibration damping material (VDM) deposited on a metal bearing plate with ferromagnetic properties of a given geometric size, for example , 1 mm thick, 320 mm long, 20 mm wide, in a given temperature range under study, as well as determining the vibration damping properties of multilayer structural materials that also have ferromagnetic properties, for example, of the MPM type (metal-plastic-metal), which have, as a rule, high internal friction due to the implementation in such multilayer structures of the predominantly shear mechanism of deformation of the intermediate vibration-damping polymer layer, which, as is known , is the most effective mechanism for dissipating deformation energy (in comparison with “tensile - compression” deformations).

Коэффициент потерь, определенный для однослойной структуры (материала), называется коэффициентом внутренних потерь и обозначается η_вн. Комплексный модуль упругости Е материала структуры определяется по формулеThe loss coefficient defined for a single-layer structure (material) is called the internal loss coefficient and is denoted by η _ext . The complex modulus of elasticity E of the material of the structure is determined by the formula

E₀ - модуль Юнга, Н/м²;E ₀ - Young's modulus, N / m ² ;

η_вн - коэффициент внутренних потерь (безразмерная величина);η _int - internal loss coefficient (dimensionless quantity);

Комплексный модуль упругости Е характеризует жесткостные и демпфирующие свойства материалов нанесенных в данном случае на несущую металлическую, обладающую ферромагнитными свойствами, пластину, т.е. характеристики, которые оказывают определяющее влияние на вибродемпфирующие и звукоизоляционные свойства материалов. Кроме того, комплексный модуль упругости обычно представляется приведенным к базовой частоте 200 Гц. В этом случае он носит название приведенный модуль упругости Е_п. Аналогичным образом, коэффициент потерь приведенный к базовой частоте 200 Гц называется приведенным коэффициентом потерь.The complex elastic modulus E characterizes the stiffness and damping properties of the materials deposited in this case on a supporting metal plate with ferromagnetic properties, i.e. characteristics that have a decisive influence on the vibration damping and sound insulation properties of materials. In addition, the complex modulus of elasticity usually appears reduced to a base frequency of 200 Hz. In this case, it is called the reduced modulus of elasticity E _p . Similarly, the loss factor reduced to a base frequency of 200 Hz is called the reduced loss factor.

В случае, если материал (исследуемая структура) является многослойным, т.е. состоит из нескольких слоев, коэффициент потерь данной структуры называется композитным коэффициентом потерь и обозначается η_tot.If the material (the structure under study) is multilayer, i.e. consists of several layers, the loss coefficient of this structure is called the composite loss coefficient and is denoted by η _tot .

Общепринятая в технической виброакустике методика «Оберcт» предполагает определение коэффициента потерь материала по ширине экспериментально определяемой резонансной кривой в зоне максимального значения резонансного амплитудного отклика по формуле:The Oberst technique generally accepted in technical vibroacoustics involves determining the material loss coefficient from the width of the experimentally determined resonance curve in the zone of the maximum value of the resonant amplitude response using the formula:

f₀ - резонансная частота колебаний образца, Гц, характеризуемая максимальным значением амплитуды колебательного отклика;f ₀ is the resonant frequency of the sample, Hz, characterized by the maximum amplitude of the vibrational response;

f₁, f₂ - частоты правее и левее резонансного отклика, на которых амплитуда вибраций (виброперемещения, виброскорости или виброускорения) в 0.707 раза ниже, чем амплитуда на резонансной частоте f₀, т.е. регистрируется снижение уровня вибраций относительно отклика резонансного уровня на 3 дБ (фиг.1).f ₁ , f ₂ are the frequencies to the right and left of the resonant response, at which the amplitude of vibrations (vibration displacement, vibration velocity or acceleration) is 0.707 times lower than the amplitude at the resonant frequency f ₀ , i.e. recorded a decrease in the level of vibration relative to the response of the resonant level by 3 dB (figure 1).

Если механическая колебательная система имеет одну степень свободы, то коэффициент потерь такой системы определяется по степени демпфирования колебаний на одной резонансной частоте (f₀) амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), оцениваемой шириной (f₁-f₂) частотного резонансного отклика. Если система имеет несколько степеней свободы (и, соответственно, - несколько колебательных резонансов), то очень часто, при близости расположения этих резонансных откликов, происходит естественное взаимное влияние различных резонансных колебаний друг If a mechanical oscillatory system has one degree of freedom, then the loss coefficient of such a system is determined by the degree of damping of oscillations at one resonant frequency (f ₀ ) of the amplitude-frequency characteristic (AFC), estimated by the width (f ₁ -f ₂ ) of the frequency resonance response. If the system has several degrees of freedom (and, accordingly, several vibrational resonances), then very often, when the location of these resonant responses is close, a natural mutual influence of various resonant oscillations occurs

на друга с соответствующим «вырождением» АЧХ колебательной системы. В результате - резонансные отклики колебательной системы приобретают асимметричные формы на кривой АЧХ. Для того, чтобы исключить это взаимное влияние, затрудняющее впоследствии производить точное определение коэффициента потерь на заданной приведенной (200 Гц) частоте, используется соответствующее программное обеспечение «Оберст - мультирезонанс», позволяющее рассчитать АЧХ без учета взаимовлияния резонансов и определить соответствующие значения коэффициентов потерь системы, характерные для каждого отдельного возникшего резонанса. При испытаниях по данной технологической процедуре метода «Оберст» используются следующие варианты образцов: несущая "голая" металлическая пластина, исследуемый композитный образец в виде несущей металлической пластины, с наклеенным или температурно приплавленным вибродемпфирующим материалом (двухслойная или многослойная структура); образец в виде пластины из многослойного композитного материала, содержащий более одного металлического и полимерного промежуточного слоя, например - трехслойный материал типа «металл-пластик-металл» («М-П-М»).on the other with the corresponding "degeneration" of the frequency response of the oscillatory system. As a result, the resonant responses of the oscillatory system acquire asymmetric forms on the frequency response curve. In order to eliminate this mutual influence, which subsequently makes it difficult to accurately determine the loss coefficient at a given reduced (200 Hz) frequency, the corresponding software “Oberst - multiresonance” is used, which allows one to calculate the frequency response without taking into account the interference of resonances and determine the corresponding values of the system loss factors, characteristic for each individual resonance that arose. When testing the Oberst method according to this technological procedure, the following sample variants are used: a supporting "bare" metal plate, a composite sample to be studied in the form of a supporting metal plate, with a glued or temperature-melted vibration-damping material (two-layer or multilayer structure); a sample in the form of a plate of a multilayer composite material containing more than one metal and polymeric intermediate layer, for example, a three-layer material of the metal-plastic-metal type (M-P-M).

В состав известной, принятой за прототип [10], стендовой измерительной установки типа «Оберст» также входит измерительная, регистрирующая и анализирующая аппаратура приведенная на схеме (см. фиг.2), где:The composition of the well-known, adopted as a prototype [10], bench measuring installation type "Oberst" also includes measuring, recording and analyzing equipment shown in the diagram (see figure 2), where:

- исследуемый образец 1, состоящий из консольно-закрепленной несущей пластины 2 из конструкционного материала или несущей пластины 2 из конструкционного материала, с дополнительно установленным(и) слоем(ями) вибродемпфирующего материала 3, для его оценочных испытаний по эффективности вибродемпфирования несущей пластины 2 из конструкционного материала;- the test sample 1, consisting of a cantilever-fixed carrier plate 2 of structural material or a carrier plate 2 of structural material, with additionally installed (s) layer (s) of vibration damping material 3, for its evaluation tests on the effectiveness of vibration damping of carrier plate 2 of structural material;

- зажим 5;- clamp 5;

- виброизолированная станина 6;- vibration-proof bed 6;

- виброизоляторы 4;- vibration isolators 4;

- корпус 7;- building 7;

- климатическая камера 8 в рабочую полость которой непосредственно помещен стенд «Оберст»;- climatic chamber 8 in the working cavity of which the Oberst stand was directly placed;

- возбудитель изгибных колебаний исследуемого образца 1, содержащий генератор белого шума 9 и электромагнитный датчик 10;- the causative agent of bending vibrations of the test sample 1, containing a white noise generator 9 and an electromagnetic sensor 10;

- регистратор вибрационных откликов исследуемого образца, содержащий емкостной датчик 11 регистрации виброперемещений, измерительный усилитель 16, частотный анализатор 12 и компьютер с программным обеспечением 13 - для - a recorder of vibrational responses of the test sample, containing a capacitive sensor 11 for recording vibrations, a measuring amplifier 16, a frequency analyzer 12 and a computer with software 13 - for

определения количественных значений физических параметров, характеризующих вибродемпфирующие свойства (приведенного коэффициента потерь, комплексного модуля упругости на изгиб) слоя(ев) исследуемого вибродемпфирующего материала 3 нанесенного на несущую пластину 2 из конструкционного материала или несущей пластины 2 из конструкционного материала в отдельности (в зависимости от состава исследуемого образца 1);determination of quantitative values of physical parameters characterizing vibration-damping properties (reduced loss coefficient, complex bending modulus) of the layer (s) of the studied vibration-damping material 3 deposited on a carrier plate 2 of a structural material or a carrier plate 2 of a structural material separately (depending on the composition test sample 1);

- регистратор температуры, содержащий измерительную термопару 14 (установленную в зоне рабочей полости климатической камеры 8) и цифровой мультиметр 15.- a temperature recorder containing a measuring thermocouple 14 (installed in the zone of the working cavity of the climate chamber 8) and a digital multimeter 15.

Климатическая камера 8, задает определенный температурный режим исследования (например, в диапазоне задания температур от - 50 до 150°С), контролируемый регистратором температуры).Climatic chamber 8, sets a certain temperature study mode (for example, in the range of setting temperatures from - 50 to 150 ° C), controlled by a temperature recorder).

Компьютер 13 используется для обработки и анализа результатов измерений вибродемпфирующих характеристик исследуемого образца, содержит программное обеспечение для расчета характеристик вибродемпфирования, в соответствие с зависимостями физических приведенных выше параметров, характеризующих демпфирование.Computer 13 is used to process and analyze the results of measurements of the vibration damping characteristics of the test sample, contains software for calculating the characteristics of vibration damping, in accordance with the physical dependences of the above parameters characterizing damping.

Верхний конец исследуемого образца 1 (часть несущей пластины 2 без слоя вибродемпфирующего материала 3) закрепляется вертикально в жестком зажиме 5 виброизолированной станины 6 установки "Оберст". Нижний конец исследуемого образца 1 остается свободным (таким образом реализуется жесткое консольное закрепление исследуемого образца).The upper end of the test sample 1 (part of the carrier plate 2 without a layer of vibration damping material 3) is fixed vertically in the rigid clamp 5 of the vibration-insulated frame 6 of the Oberst installation. The lower end of the test sample 1 remains free (thus, rigid cantilever fixing of the test sample is realized).

Возбуждающий сигнал случайного шума подается с генератора белого шума 9 на электромагнитный датчик 10, который используется как задающий динамический возбудитель изгибных колебаний исследуемого образца 1. Электромагнитный датчик 10 генерирует переменное электромагнитное поле, которое, взаимодействуя с близкорасположенным участком несущей пластины 2 из конструкционного материала, обладающего ферромагнитными свойствами, создает пропорциональную возбуждающую силу. Поперечная переменная составляющая возбуждающей силы генерирует изгибные деформационные колебания как самой несущей пластины 2 из конструкционного материала, так и адгезивно-установленного на ее поверхности слоя(ев) вибродемпфирующего материала 3. Виброперемещения несущей пластины 2 из конструкционного материала, как соответствующий сигнал отклика исследуемого образца 1 на динамическое вибровозбуждение, измеряются емкостным датчиком виброперемещений 11, расположенным под зажимом 5. Электрический сигнал от The random noise excitation signal is supplied from a white noise generator 9 to an electromagnetic sensor 10, which is used as a driving dynamic exciter of bending vibrations of the test sample 1. The electromagnetic sensor 10 generates an alternating electromagnetic field, which, interacting with a nearby portion of the carrier plate 2 of a structural material having ferromagnetic properties, creates a proportional exciting force. The transverse alternating component of the exciting force generates bending deformation vibrations of both the carrier plate 2 of the structural material and the layer of vibration-damping material 3 (s) adhered on its surface 3. The vibration displacement of the carrier plate 2 of the structural material is the corresponding response signal of the test sample 1 to dynamic vibrational excitation, measured by a capacitive vibration displacement sensor 11 located under clip 5. Electrical signal from

емкостного датчика 11 в виде соответствующей реакции отклика исследуемого образца 1 на возбуждающий сигнал - поступает на измерительный усилитель 16 и далее на частотный анализатор сигналов 12.capacitive sensor 11 in the form of a corresponding response of the test sample 1 to the exciting signal - is fed to the measuring amplifier 16 and then to the frequency signal analyzer 12.

Окончательным графическим результатом отображения данных обработки сигнала является регистрация амплитудно-частотной характеристики в виде частотно-зависимой «кривой» амплитудных значений колебательных откликов исследуемого образца 1 к сигналу его динамического возбуждения как функции частоты колебаний с соответствующими резонансными откликами. Максимальные отклики сигнала, регистрируемого емкостным датчиком виброперемещений 11, соответствуют резонансным частотам колебаний исследуемого образца 1. Передача данных из частотного анализатора 12 в компьютер 13, обработка результатов испытаний и определение коэффициента потерь непосредственно несущей пластины 2 из конструкционного материала или вибродемпфирующего материала 3 (в случае его нанесения на несущую пластину 2 из конструкционного материала), осуществляется автоматически с помощью соответствующего программного обеспечения («Оберст -мультирезонанс»).The final graphical result of the display of the signal processing data is the registration of the amplitude-frequency characteristic in the form of a frequency-dependent "curve" of the amplitude values of the vibrational responses of the test sample 1 to the signal of its dynamic excitation as a function of the oscillation frequency with the corresponding resonant responses. The maximum responses of the signal recorded by the capacitive vibration displacement sensor 11 correspond to the resonant frequencies of the test sample 1. Data are transmitted from the frequency analyzer 12 to the computer 13, processing the test results and determining the loss coefficient of the carrier plate 2 directly from the structural material or vibration damping material 3 (in case of application to the carrier plate 2 of structural material) is carried out automatically using the appropriate software ia (“Oberst-multiresonance”).

Недостатком известного, приведенного выше, «стандартного» метода «Оберст», широко используемого в технических измерениях вибродемпфирующих свойств материалов, является то, что применяемая в составе оборудования метода «Оберст» измерительная термопара 14 установлена в зоне рабочей полости климатической камеры 8 и не имеет непосредственного контакта с поверхностью исследуемого образца 1 для точного контроля температуры его поверхности. В это же время, монтаж измерительной термопары 14 непосредственно в структуре исследуемого (вибрирующего) образца 1 неизбежно приведет к искажению амплитудно-частотной характеристики исследуемого образца 1, что исключит точное определение физических параметров характеризующих вибродемпфирование (в особенности - при низких значениях коэффициента потерь материалов с высокой чувствительностью к изменению температуры). Ввиду того, что в данном известном примере измерительная термопара 14 регистрирует температуру воздуха внутри зоны рабочей полости климатической камеры 8, то для повышения точности определения параметров вибродемпфирования исследуемого образца 1 требуется достаточно продолжительное время стабилизационной выдержки исследуемого образца 1 в климатической камере 8 при заданной температуре с принятием допущения, что температура структуры исследуемого образца 1 идентична значению температуры воздуха, регистрируемой в зоне рабочей полости климатической камеры 8. Данное A disadvantage of the well-known “standard” Oberst method, widely used in technical measurements of vibration damping properties of materials, is that the measuring thermocouple 14 used in the equipment of the Oberst method is installed in the zone of the working cavity of the climate chamber 8 and does not have a direct contact with the surface of the test sample 1 for precise control of the temperature of its surface. At the same time, the installation of the measuring thermocouple 14 directly in the structure of the studied (vibrating) sample 1 will inevitably lead to a distortion of the amplitude-frequency characteristics of the studied sample 1, which will exclude the exact determination of the physical parameters characterizing vibration damping (in particular, at low values of the material loss coefficient with high sensitivity to temperature changes). Due to the fact that in this well-known example, the measuring thermocouple 14 registers the air temperature inside the zone of the working cavity of the climate chamber 8, then to increase the accuracy of determining the vibration damping parameters of the test sample 1, a sufficiently long stabilization exposure time of the test sample 1 in the climate chamber 8 at a given temperature with the adoption of assumptions that the temperature of the structure of the test sample 1 is identical to the value of the air temperature recorded in the zone of the working cavity climate chamber 8. This

допущение связано с возможными существенными потерями точности и объективности получаемых результатов экспериментов. Так, например, температура исследуемого образца из конструкционного полимерного материала типа полиамид «мегаамид ПА СН 30-1Т» толщиной 4 мм, выдержанного в климатической камере в течении 5 минут при температуре +40°С внутри зоны рабочей полости термоклиматической камеры, как показало непосредственное измерение температуры структуры исследуемого образца, составила +34°С (разница температур 6°С). В это же время, как следует, в частности, из работы [9] и представленных на фиг.3 результатов экспериментов, коэффициент потерь отдельных видов вибродемпфирующих материалов очень чувствителен к изменению температуры их прогрева (как следует из фиг.3, коэффициент потерь материала «ISO-7» изменяется практически в 2 раза - при изменении температуры на 5°С). Такая существенная температурная зависимость коэффициента потерь отдельных видов конструкционных или вибродемпфирующих материалов диктует необходимость применения более точного контроля (задания) температуры непосредственно структуры исследуемого образца 1, в особенности, при невысокой точности установки заданной стабильной температуры воздуха внутри зоны рабочей полости климатической камеры 8, или необходимости ее оперативного изменения для ускорения технологических процедур определения вибродемпфирующих свойств исследуемых конструкционных материалов и вибродемпфирующих покрытий.the assumption is associated with possible significant loss of accuracy and objectivity of the obtained experimental results. So, for example, the temperature of the test sample from a structural polymer material of the polyamide type “megaamide PA SN 30-1T” 4 mm thick, aged in the climate chamber for 5 minutes at a temperature of + 40 ° C inside the working cavity of the thermoclimatic chamber, as shown by direct measurement the temperature of the structure of the test sample was + 34 ° C (temperature difference 6 ° C). At the same time, as follows, in particular, from the work [9] and the experimental results presented in Fig. 3, the loss coefficient of certain types of vibration damping materials is very sensitive to changes in the temperature of their heating (as follows from Fig. 3, the material loss coefficient " ISO-7 ”changes almost 2 times - when the temperature changes by 5 ° C). Such a significant temperature dependence of the loss coefficient of certain types of structural or vibration damping materials necessitates the use of more precise control (setting) of the temperature directly of the structure of the test sample 1, in particular, at low accuracy of setting a given stable air temperature inside the zone of the working cavity of the climate chamber 8, or its necessity operational changes to accelerate the technological procedures for determining the vibration damping properties of the investigated structural materials and vibration damping coatings.

Техническим результатом применения устройства по заявляемой полезной модели является повышение точности определения параметров вибродемпфирования исследуемого образца и ускорение технологических процедур определения данных параметров за счет более точного и объективного контроля (определения) температуры непосредственно самой структуры исследуемого образца (в зависимости от состава исследуемого образца и цели проводимых исследований, либо более точного контроля температуры непосредственно структуры несущей пластины 2 из исследуемого конструкционного материала, либо структуры адгезивно-установленного на ее поверхности слоя(ев) вибродемпфирующего материала 3).The technical result of the use of the device according to the claimed utility model is to increase the accuracy of determining the vibration damping parameters of the test sample and accelerate the technological procedures for determining these parameters due to more accurate and objective control (determination) of the temperature directly of the structure of the test sample (depending on the composition of the test sample and the purpose of the research , or more precise temperature control directly of the structure of the carrier plate 2 from uemogo structural material or structure of the adhesive-mounted on the surface layer (s) vibration damping material 3).

Указанный технический результат при осуществлении заявляемой полезной модели достигается тем, что регистратор температуры (для реализации контакта измерительной термопары 14 с поверхностью исследуемого образца 1) выполнен в виде подвижно-контактного узла, содержащего измерительную термопару 14, механизм перемещения 17 измерительной термопары 14, блок управления 18 механизмом перемещения 17 измерительной термопары 14 и цифровой мультиметр The specified technical result in the implementation of the claimed utility model is achieved by the fact that the temperature recorder (for realizing the contact of the measuring thermocouple 14 with the surface of the test sample 1) is made in the form of a movable-contact unit containing the measuring thermocouple 14, the movement mechanism 17 of the measuring thermocouple 14, the control unit 18 a movement mechanism 17 of the measuring thermocouple 14 and a digital multimeter

15. При этом, в исследуемом образце 1 выполненном в виде несущей пластины 2 из конструкционного материала с нанесенным(и) слоем(ями) вибродемпфирующего материала 3 в структуре несущей пластины 2 выполнено круглое сквозное отверстие диаметром превышающим максимальный габаритный размер поперечного сечения подвижного (перемещаемого) концевого участка измерительной термопары 14 не более чем в 1.3 раза, отверстие располагается на расстоянии b не более 0.1 L, от свободного среза исследуемого образца, где L длинна свободного участка консольно закрепленного исследуемого образца. Данные ограничения обусловлены тем, что выполнение данного отверстие не должно оказывать заметного влияния на жесткостные и демпфирующие параметры несущей пластины 2 из конструкционного материала, характеризуемых амплитудно-частотной характеристикой изгибных колебаний исследуемого образца 1.15. At the same time, in the test sample 1 made in the form of a carrier plate 2 of a structural material with deposited (s) layer (s) of vibration-damping material 3 in the structure of the carrier plate 2 there is a circular through hole with a diameter exceeding the maximum overall cross-sectional dimension of the movable (movable) the end portion of the measuring thermocouple 14 is not more than 1.3 times, the hole is located at a distance b of not more than 0.1 L, from the free cut of the test sample, where L is the length of the free section cantilevered nnogo test sample. These limitations are due to the fact that the implementation of this hole should not have a noticeable effect on the stiffness and damping parameters of the carrier plate 2 of structural material characterized by the amplitude-frequency characteristic of the bending vibrations of the test sample 1.

Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».Comparison of scientific, technical and patent documentation on the priority date in the main and related sections of the MKI shows that the set of essential features of the claimed solution was not previously known, therefore, it meets the patentability condition of “novelty”.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость». При этом, техническое устройство по заявляемой полезной модели может быть осуществлено в условиях промышленного производства с использованием стандартного оборудования, современных материалов и технологий.The proposed technical solution is industrially applicable, because can be manufactured industrially, efficiently, feasibly and reproducibly, therefore, meets the patentability condition “industrial applicability”. At the same time, the technical device according to the claimed utility model can be implemented in industrial production using standard equipment, modern materials and technologies.

Другие особенности и преимущества настоящей полезной модели станут понятны из следующего детального описания, приведенного исключительно в форме не ограничивающего примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие предпочтительный вариант реализации, на которых:Other features and advantages of this utility model will become apparent from the following detailed description, given solely in the form of a non-limiting example and with reference to the accompanying drawings, illustrating a preferred embodiment, in which:

Фиг.4 - схема заявляемого устройства для определения вибродемпфирующих свойств конструкционных материалов деталей и узлов транспортных средств и энергетических установок;Figure 4 - diagram of the inventive device for determining the vibration damping properties of structural materials of parts and components of vehicles and power plants;

Фиг.5 - эскиз механизма привода 17 измерительной термопары 14;Figure 5 - sketch of the drive mechanism 17 of the measuring thermocouple 14;

Фиг.6 - эскиз консольно-закрепленного исследуемого образца с изображением точки контакта вибродемпфирующего материала 3 и измерительной термопары 14; 6 is a sketch of a cantilever-fixed test sample with the image of the contact point of the vibration damping material 3 and the measuring thermocouple 14;

Фиг.7 - результаты определения вибродемпфирующих свойств двух опытных образцов битумных вибродемпфирующих материалов типа «Битал-150», производства ОАО «БРТ», г.Балаково.7 - the results of determining the vibration damping properties of two prototypes of bitumen vibration damping materials of the type "Bital-150", manufactured by JSC "BRT", Balakovo.

Позициями на представленных фигурах показаны:The positions in the presented figures show:

1 - исследуемый образец,1 - test sample,

2 - несущая пластина,2 - carrier plate

3 - один или несколько разнородных слоев вибродемпфирующего материала,3 - one or more heterogeneous layers of vibration damping material,

4 - виброизоляторы,4 - vibration isolators,

5 - зажим,5 - clamp

6 - виброизолированная станина,6 - vibration insulated frame,

7 - корпус,7 - case,

8 - климатическая камера,8 - climate chamber,

9 - генератор белого шума,9 - white noise generator,

10 - электромагнитный датчик,10 - electromagnetic sensor,

11 - емкостный датчик,11 - capacitive sensor

12 - частотный анализатор,12 - frequency analyzer,

13 - компьютер,13 - computer

14 - измерительная термопара,14 - measuring thermocouple,

15 - цифровой мультиметр,15 - digital multimeter,

16 - измерительный усилитель,16 - measuring amplifier,

17 - механизм перемещения измерительной термопары 14,17 - the movement mechanism of the measuring thermocouple 14,

18 - блок управления механизмом перемещения 17 измерительной термопары 14,18 - control unit of the movement mechanism 17 of the measuring thermocouple 14,

19 - сквозное круглое отверстие в несущей пластине 2,19 is a through circular hole in the carrier plate 2,

20 - пластина-основание,20 - base plate,

21 - втягивающий соленоид,21 - retracting solenoid,

22 - ось,22 - axis

23 - поворотный рычаг,23 - rotary lever

24 - винт фиксации измерительной термопары 14,24 - screw fixing the measuring thermocouple 14,

25 - направляющая втулка,25 - guide sleeve

26 - возвратная пружина,26 - return spring,

27 - шток,27 - stock

28 - регулировочные болты,28 - adjusting bolts,

Механизм перемещения 17 измерительной термопары 14 состоит из следующих составных частей (фиг.5):The movement mechanism 17 of the measuring thermocouple 14 consists of the following components (figure 5):

- пластины-основания 20, закрепленной регулировочными болтами 28 к виброизолированной станине 6;- base plate 20, secured with adjusting bolts 28 to a vibration-insulated frame 6;

- втягивающего соленоида 21 (например, на базе магнитной системы реле РЭС-22), закрепленного на пластине-основании 20 и соединенного с поворотным рычагом 23, который установлен на оси 22 пластины-основания 20;- retracting solenoid 21 (for example, based on the magnetic system of the relay RES-22), mounted on the base plate 20 and connected to the pivot arm 23, which is mounted on the axis 22 of the base plate 20;

- возвратной пружины 26;- return spring 26;

- направляющей втулки 25 и штока 27 измерительной термопары 14 с винтом фиксации 24 измерительной термопары 14.- the guide sleeve 25 and the stem 27 of the measuring thermocouple 14 with the fixing screw 24 of the measuring thermocouple 14.

Механизм перемещения 17 измерительной термопары 14 имеет два режимных положения:The movement mechanism 17 of the measuring thermocouple 14 has two operating positions:

«замер температуры» - в этом случае измерительная термопара 14 находится в контакте с исследуемым образцом 1;“Temperature measurement” - in this case, the measuring thermocouple 14 is in contact with the test sample 1;

«свободное» положение - в этом случае измерительная термопара 14 находится на некотором (бесконтактном) расстоянии от поверхности исследуемого образца 1 и в этот момент времени в этом «свободном» положении происходит процесс определения амплитудно-частотной характеристики в виде графического изображения частотно-зависимой «кривой» амплитудных значений колебательных откликов исследуемого образца 1 (по методике описанной в выше).“Free” position - in this case, the measuring thermocouple 14 is at some (non-contact) distance from the surface of the test sample 1 and at this moment in this “free” position, the process of determining the amplitude-frequency characteristic in the form of a graphic image of a frequency-dependent “curve” occurs »The amplitude values of the vibrational responses of the test sample 1 (by the method described in above).

Приведение механизма перемещения 17 измерительной термопары 14 на заданное режимное положение производится переключением кнопки блока управления 18 механизмом перемещения 17 измерительной термопары 14.Bringing the movement mechanism 17 of the measuring thermocouple 14 to a predetermined operating position is performed by switching the button of the control unit 18 by the movement mechanism 17 of the measuring thermocouple 14.

При включении кнопки блока управления 18 механизма перемещения 17 измерительной термопары 14 в режимное положение «замер температуры» (фиг.6) подается электропитание на втягивающий соленоид 21, который приводит в движение поворотный рычаг 23, перемещающий шток 27 измерительной термопары 14. В результате измерительная термопара 14 соприкасается с поверхностью структуры исследуемого образца 1 или проходя через круглое отверстие 19 в несущей пластине 2 из конструкционного материала соприкасается с поверхностью образца вибродемпфирующего материала 3.When you turn on the button of the control unit 18 of the movement mechanism 17 of the measuring thermocouple 14 to the "temperature measurement" position (Fig.6), power is supplied to the retracting solenoid 21, which drives the rotary lever 23, which moves the rod 27 of the measuring thermocouple 14. As a result, the measuring thermocouple 14 is in contact with the surface of the structure of the test sample 1 or passing through a circular hole 19 in the carrier plate 2 of a structural material in contact with the surface of the sample of vibration-damping material la 3.

При включении кнопки блока управления 18 механизмом перемещения 17 измерительной термопары 14 в режимное «свободное» положение - подача электропитания на соленоид 21 прекращается и механизм привода 17 измерительной When you turn on the button of the control unit 18 by the movement mechanism 17 of the measuring thermocouple 14 in the operating "free" position - the power supply to the solenoid 21 is stopped and the measuring drive 17

термопары 14 возвращает измерительную термопару 14 в исходное положение за счет действия возвратной пружины 26.thermocouple 14 returns the measuring thermocouple 14 to its original position due to the action of the return spring 26.

Возможность получения технического результата с использованием заявляемого устройства подтверждается результатами исследования двух опытных образцов вибродемпфирующих материалов типа «Битал-150», производства ОАО «БРТ», г.Балаково (см. фиг.8). При этом данные исследуемые образцы наносились на стальную несущую пластину толщиной 1 мм в структуре которой было выполнено круглое сквозное отверстие диаметром 2.5 мм (при диаметре поперечного сечения концевого контактного участка измерительной термопары 2 мм) на расстоянии 20 мм от свободного среза исследуемого образца.The possibility of obtaining a technical result using the inventive device is confirmed by the results of a study of two prototypes of vibration damping materials of the "Bital-150" type, manufactured by JSC "BRT", Balakovo (see Fig. 8). Moreover, these test samples were applied to a steel carrier plate with a thickness of 1 mm in the structure of which a circular through hole was made with a diameter of 2.5 mm (with a cross-sectional diameter of the end contact portion of the measuring thermocouple of 2 mm) at a distance of 20 mm from the free cut of the test sample.

Разумеется, полезная модель не ограничивается описанными конструктивными приемами ее осуществления, показанным на прилагаемых фигурах. Остаются возможными изменения различных конструктивных элементов либо замена их технически эквивалентными, не выходящие за пределы объема притязаний настоящей полезной модели.Of course, the utility model is not limited to the described structural methods of its implementation, shown in the attached figures. It remains possible to change various structural elements or replace them with technically equivalent ones that do not go beyond the scope of the claims of this utility model.

Ссылки:References:

[1] - И.И.Клюкин, А.Е.Колесников. Акустические измерения в судостроении, Л. "Судостроение", 1982, стр.151...157;[1] - I.I. Klyukin, A.E. Kolesnikov. Acoustic measurements in shipbuilding, L. "Shipbuilding", 1982, pp. 151 ... 157;

[2] - И.И.Иванов, А.С.Никифоров. Основы виброакустики, С-Пб.: Политехника, 2000, стр 89...92;[2] - I.I. Ivanov, A.S. Nikiforov. Fundamentals of Vibroacoustics, St. Petersburg: Polytechnic, 2000, pp. 89 ... 92;

[3] - Н.С.Соломатин, В.Е.Крутолапов. Основные методы определения демпфирующих свойств конструкционных материалов, применяемых в автомобилестроении, Вестник №3 Автомеханического института Тольяттинского государственного университета, Сборник трудов Всероссийской научно-технической конференции. Современные тенденции развития автомобилестроения в России, 22-23 мая 2003, г.Тольятти, стр.52...60.[3] - N.S. Solomatin, V.E. Krutolapov. The main methods for determining the damping properties of structural materials used in the automotive industry, Bulletin No. 3 of the Automechanical Institute of Togliatti State University, Proceedings of the All-Russian Scientific and Technical Conference. Current trends in the development of the automotive industry in Russia, May 22-23, 2003, Togliatti, p. 52 ... 60.

[4] - Daniel Sophiea, Hong Xiao (SoundAlliance Division, Essex Specialty Products, Inc.). A New Light Weight, High Performance, Spray Applied Automotive Damping Material. Noise and Vibration Conference & Exposition Traverse City, Michigan, May 17-20, 1999 (SAE 1999-01-1674).[4] - Daniel Sophiea, Hong Xiao (Sound Alliance Division, Essex Specialty Products, Inc.). A New Light Weight, High Performance, Spray Applied Automotive Damping Material. Noise and Vibration Conference & Exposition Traverse City, Michigan, May 17-20, 1999 (SAE 1999-01-1674).

[5] - Thomas Lewis (Damping Technologies, Inc.), Peter Jackson and Oliver Nwankwo (Collins and Aikman, Ltd.). Design and Implementation of a Damping Material [5] - Thomas Lewis (Damping Technologies, Inc.), Peter Jackson and Oliver Nwankwo (Collins and Aikman, Ltd.). Design and Implementation of a Damping Material

Measurement/Desing System. Noise and Vibration Conference & Exposition Traverse City, Michigan, May 17-20, 1999 (SAE 1999-01-1675).Measurement / Desing System. Noise and Vibration Conference & Exposition Traverse City, Michigan, May 17-20, 1999 (SAE 1999-01-1675).

[6] - Shih-Wei Kung (Delphi Automotive Systems), Rajendra Singh (The Ohio State University). Determination of Viscoelastic Core Material Properties Using Sandwich Beam Theory and Modal Experiments. Noise and Vibration Conference & Exposition Traverse City, Michigan, May 17-20, 1999 (SAE 1999-01-1677).[6] - Shih-Wei Kung (Delphi Automotive Systems), Rajendra Singh (The Ohio State University). Determination of Viscoelastic Core Material Properties Using Sandwich Beam Theory and Modal Experiments. Noise and Vibration Conference & Exposition Traverse City, Michigan, May 17-20, 1999 (SAE 1999-01-1677).

[7] - Thomas M Lewis, Richard D Branch (Anatrol Corp.). Routine Damping Material Evaluation and Design of Surface Damping Treatments. SAE 870986.[7] - Thomas M Lewis, Richard D Branch (Anatrol Corp.). Routine Damping Material Evaluation and Design of Surface Damping Treatments. SAE 870986.

[8] - Pranab Sana, John Cahine (Kolano and Saha Engineers, Inc.). The Testing of Vibration Damping Materials. Sound and Vibration, May 1995, p.38...42.[8] - Pranab Sana, John Cahine (Kolano and Saha Engineers, Inc.). The Testing of Vibration Damping Materials. Sound and Vibration, May 1995, p. 38 ... 42.

[9] - Klaus Stricker (Automotive Naher GmbH in Markgroninger). Ganzheitliche Akustikentwicklung vom Radlauf bis zur Windschutzscheibe. ATZ, №3 2005, s.184-192.[9] - Klaus Stricker (Automotive Naher GmbH in Markgroninger). Ganzheitliche Akustikentwicklung vom Radlauf bis zur Windschutzscheibe. ATZ, No. 3 2005, s. 184-192.

[10] - Standard Test Method for Measuring Vibration-Damping Properties of Materials, ASTM International E 756-04.[10] - Standard Test Method for Measuring Vibration-Damping Properties of Materials, ASTM International E 756-04.

Claims

1. A device for determining the vibration-damping properties of structural materials of parts and components of vehicles and power plants, containing the test sample in the form of a carrier plate of structural material without applied (s) or with additionally applied (and) on its surface layer (s) of vibration-damping material, cantilever fixed in the clamp of the base of the vibration-insulated bed installed in a climatic chamber with an adjustable temperature for heating and / or cooling the test sample, with regis a temperature generator as part of a measuring thermocouple and a digital multimeter, a dynamic exciter of bending vibrations of the test sample as a part of a white noise generator and a converter of electrical signals into mechanical vibrations in the form of an electromagnetic sensor, a vibration response recorder of the test sample as part of a vibration displacement sensor, a frequency signal analyzer and a computer with software providing automated processing of experimental data and calculation of the values of physical pairs Vibration damping properties of the investigated structural materials, characterized in that the temperature recorder is made in the form of a movable-contact unit, contains a control unit and a measuring thermocouple moving mechanism for making contact with the surface of the test sample and measuring its temperature before the direct procedure for determining vibration damping properties.

2. The device according to claim 1, characterized in that in the test sample in the form of a carrier plate of structural material without / or with deposited (s) layer (s) of vibration-damping material, at least in the test sample with the applied layer (s) (s) of vibration damping material in the structure of the carrier plate of a structural material, a round through hole with a diameter exceeding the maximum overall cross-sectional dimension of the end contact portion of the measuring thermocouple is not more than 1.3 times, the opening is located It is located at a distance b≤0.1 L, from the free cut of the test sample, where L is the length of the free section of the cantilever fixed test sample.