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关于减振材料及其性能测定3

9.关于减振性能试验法的规格

作为主要标准，在日本有JIS K6394、JASO M306、M329等标准，在国外，ASTM E756、BS AU125、DIN 53440、MIL P22581、SAE J671以及作为国际标准的ISO 2856是众所周知的标准。最近，1992年美国对SAE规格进行了部分修改，日本于1994年制定了关于减振钢板的JIS G0602。在这些规格中，根据作为试验对象的粘弹性材料的不同和处理的试验片大小的不同，提出或推荐了用于评价减振性能的各种试验法。其中，代表性的试验法为悬臂法，为ASTM、DIN及JASO规格所采用，使用称为长条型的细长长方形试验片，基本上是测量半宽度，评价减振性能的方法。另外，还有像BS规格那样，利用用刀刃支撑长条型试验片两端的两点支撑法测量振动衰减率的方法;像MIL和SAE规格那样，对试验用面板进行冲击加振和单频加振来测量振动衰减率的方法;以及作为日本经常使用的试验法，对试验片的中央部进行正弦波加振和随机加振，在驱动点等测量阻抗来评价减振性能的阻抗法。此外，市场上还销售利用粘弹性材料显示的缓和现象掌握减振性能的试验装置。但是，这些装置的测量频率范围为一百几十Hz。

ASTM E756-83 (美国)
  • 金属、橡胶、塑料、搪瓷、环氧复合材料、木条试件

悬臂法 (一端固定) →半宽法→损失系数、弹性模量
DIN 53440 (第1~第3分册) (德国)
  • 减振层压材料、塑料
  • 长条试验片

悬臂法 (一端固定) →半宽法→损失系数、弹性模量
ISO 2856 (国际标准)
  • 弹性体(合成橡胶、弹性塑料)
  • 适当决定

冲击激振法、自由衰减振动法、共振法、非共振法
B.S.AU 125-1966 (英国)
  • 汽车车身镀膜用减振材料
  • 悬臂状试验片 (588×63×6.4)

两点支撑法 (两端自由) →振动衰减率
SAE J671 (美国)
  • 减振材料、下体涂层材料
  • 面板样品 (500 x 500 x 6)

弹性支撑 (周边支撑) →振动衰减率悬臂法 (一端固定) →带宽法→损失系数
(1992年SAE920406推荐)
MIL P-22581A (美国)
  • 减振器、塑料板
  • 圆形试样(φ76~φ203、10 t)

中央悬挂 (周边自由) →振动衰减率
JASO M306、M329 (日本)
  • 底部涂层材料、沥青板材
  • 长条试验片

悬臂法 (一端固定) →半宽法→损失系数、弹性模量
JIS K6394 (日本)
  • 硫化橡胶
  • 圆柱形试验片

共振法、非共振法→负荷-挠曲线图→损失系数、弹性模量
JIS G0602 (日本)
  • “减振钢板的振动衰减特性试验方法”
  • 两端自由悬臂梁、悬臂梁弯曲振动阻尼特性测试

共振法-半宽度法-衰减法-损失系数

10.减振性能试验法

悬臂法、中央激振法、两点悬挂、两点支撑法是典型的损失系数试验法。这些试验法中使用的试验片多为2层型 (粘贴型) 和3层型 (夹心型) 。在此，表示悬臂法和中央激振法的一般特征、试验系统、试验时的误差原因、损失系数测量结果等。

Oberst beam 试验片制作比较简单。
数据较稳定。
Sandwitch beam 试验片的制作很难。需要垫片。
共振频率容易产生偏差。
Modified Oberst beam 试验片的制作困难 (制作误差大) 。
数据容易偏差。

11.悬臂法

在DIN规格、ASTM规格、JASO规格、JIS规格中采用，是SAE推荐的试验方法。

1.试验片的选定

一般来说，根据减振材料的杨氏模量大小的不同，决定使用什么样的试验片为好。虽然这些减振材料的杨氏模量与试验片的可测量频带之间的关系无法确定，但从概略角度考虑，如下图所示。

2.悬臂梁方块图例

3.悬臂法损失系数测量精度

损耗系数测量是一项非常精细的试验，即使使用精心制作的试件，损耗系数和共振频率也经常略有不同。这可以认为是由于试验中使用的减振材料和基材的细微物性差异，以及试验片制作误差等造成的。因此，为了尽量避免这些误差，使用3根左右的试验片进行试验，求出得到的损失系数和共振频率的平均值的方法是有效的。下图表示损失系数的时间变化。如图所示，由于改变温度后试件整体未达到测量温度，因此损失系数不稳定。采用这种减振材料时，约2小时即可稳定下来。下图表示利用悬臂法求出的试验片的损失系数和温度以及损失系数和频率的关系。

4.悬臂梁方法的注意事项

  1. 试验片尺寸的纵横比最好在20:1以上。

  2. 粘合不良。粘结面的空气混入。
    粘接材料的厚度在0.05 mm以下，弹性率为减振材料的10倍以上。

  3. 试片不良。尺寸精度。厚度不均匀性。
    仅产生纯粹的弯曲振动。

  4. 固定端不良。打滑。
    固定端摩擦损失引起的阻尼增加、固定不良、非线性现象等影响对试件的一次振动模式影响最大.。因此，最好不采用一次谐振数据。固定端固定可靠。

  5. 温度控制。放置时间足够。试件温度分布不均匀。
    温度调整至±1°C。

  6. 共振频率测量误差。适当的扫掠速度。
    在计算弹性系数时，频率受平方影响，因此精度必须为±1%。不进行非线性区域的加振。(特别是对于单个基体) (线性范围:振幅是周期性应力与伸长成正比的范围)

  7. 阻尼测量误差。
    模式不接近。消除固定端阻尼的影响。避免了非线性的阻尼附加。

  8. 计算误差。

  9. 接收机、激振器的调整。
    电磁型接收器和电磁型激振器的距离，为了避免电磁泄漏引起的串扰影响，间隔80mm以上。
    (传递函数中峰尖须等间隔产生)
    对于使用电磁型加振器和电容型接收器的压电型，短试件的试验要充分注意拨片质量的影响、电缆振动的影响。

  10. 频率分辨率的影响。
    最好在半宽度内有20个以上的测量点。

5.选择用于悬臂梁方法的设备

非接触式电磁激振器

非接触电磁激振器主要在悬臂法时使用，结构如下。

线圈以较粗的线 (0.1 mmΦ左右) 缠绕较少为好 (1000次左右)，即使缠绕更多，随着直流电阻值的增加和电抗的增加，由于无法加振至高频，因此没有意义。考虑到使用市售的音频放大器，最好以直流电阻100Ω左右为标准缠绕线圈。预计此时的电抗为20 mH左右。另外，永久磁铁必须是电磁加振器使用交流磁场内的最大值，使非接触电磁加振器产生最大能力时，可能会出现直流磁场不足的情况，另外，对小型轻量的被试验片进行加振时，可能会出现直流磁场过强的情况，因此，在各种情况下，可以考虑将永久磁铁制成电磁铁 (再缠绕一组线圈)，施加直流电压的方法。

非接触式电磁速度传感器

结构上与非接触电磁激振器完全相同。线圈的匝数、线材等也最好完全相同。特别是在不使用放大器而直接向FFT分析器等输入该信号的情况下，输出阻抗越小越好，如在非接触电磁激振器中所述，缠绕很多细线没有意义。作为传感器，输出是速度比例型，因此它是一种易于使用的传感器，因为它可以测量高频率。但是，偶尔会与非接触电磁加振器发生干扰，因此靠近使用时需要注意。

电容传感器

工作原理如下。

传感器-目标间的精度为0.1%左右，非常好，但传感器直径 (目标尺寸) 与具有灵敏度的距离之比约为10:1 (1 mm的传感器尺寸·目标尺寸需要10 mm左右)，存在难以使用的因素。另外，目标必须是铁电体 (金属等) 。另外，由于原则上它是位移传感器，因此存在难以测量高频的缺点。优点是不会与电磁激振器产生干扰。

加速度传感器

广泛使用的加速度传感器是利用压电效应的压电型加速度传感器。特别是在需要测量高频率的情况下，目前必须使用压电型加速度传感器。在各种振动传感器中，这是最易于使用的，但其重量往往成为问题。试件与加速度传感器的重量比率，在损失系数和杨氏模量测量的情况下，最好在 100：1 以下。此外，需要注意引线的处理，确保引线不会造成阻尼。此外，由于安装方法（如粘接）会产生接触共振，因此需要特别注意。小型传感器通常灵敏度较低，可能导致信噪比变差。至少在电荷灵敏度型中，应该达到 1 pC/ms-2以上，而在电压灵敏度型中，应该达到 1 mV/ms-2以上。

激光振动计

现阶段最优秀的响应传感器。目标 - 传感器间距可达 100 mm 以上，位移精度为 10-11 m，速度精度为 10-6 m/s，频率可达 1 MHz 以上。除非目标完全反射或完全透过，几乎可以覆盖所有样品。作为悬臂梁法的响应传感器最为方便，但也可以替代中央激振法的阻抗头的加速度传感器。使用时的注意事项是，由于测量原理是传感器/目标的相对速度测量，因此传感器的固定需要牢固地固定在坚实的基础上。使用恒温槽时的注意事项是要注意温度上限。因为急剧的温度变化可能导致结露，从而无法进行测量。激光振动仪的另一个缺点是价格昂贵。希望能够降低价格。