Способ определения комплексного модуля юнга мягких вязкоупругих материалов

 

Изобретение относится к исследованию механических свойств материалов . Целью изобретения является расширение динамического диапазона измерений в область малых величин модуля Юнга (Е 5-10 Па). Комплексный модуль Юнга исследуемого материала определяется резонансным методом. Используют составной образец, в котором подложка из материала с высоким модулем упругости и низким коэффициентом потерь образована двумя коаксиально расположенными трубками, 2 и 3 равной длины, составляющей 20- 50 радиусов наружной трубки 3, а слой 4 исследуемого материала заполняет зазор между трубками и адгезивно связан с ними. Для получения стержневой моды изгибных колебаний образца его соединяют с возбудителем колебаний штырем, проходящим через образец и прикрепленным в диаметрально расположенньк точках к наружной трубке. В описываемом образце деформации растяжения - сжатия слоя 4 при изгибных колебаниях существенно превьшают сдвиговые деформаций, возникаю0;ие в случае нанесения исследуемого низкомодульного материала на подложку в виде пластины. Кроме того, изгибная жесткость оболочки существенно больше изгибной жесткости пластины той же толщины, поэтому суммарный коэффициент потерь образца , используемого в изобретении,су щественно меньше, чем при нанесении исследуемого материала на плоскую пластину, 2 ил. ( САЭ СП о СП NU с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ((9) ® (Ill (511 4 G "1 N 3/32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4021712/25-28 (22) 02.12.85 (46) 07.11.87. Бюл. 1(9 41 (7!) Акустический институт им. акад. Н.Н.Андреева (72) Г.M,Àâèëoâà и С.А.Рыбак (.53) 534.28?:620.178(088.8) (56) Авиационная акустика,/Под ред.

А.Г.Мунина и В.Е.Квитка. — M.: Машиностроение, 1973, с. 429-434.

Ферри Дж. Вязкоупругие свойства полимеров. M.: Изд-во иностр. лит., 1963, с. 159-160. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО

МОДУЛЯ ЮНГА МЯГКИХ ВЯЗКОУПРУГИХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к исследованию механических свойств материалов. Целью изобретения является расширение динамического диапазона измерений в область малых величин модуля Юнга (Е 5 10 Па). Комплексс ный модуль Юнга исследуемого материала определяется резонансным методом.

Используют составной образец, в котором подложка из материала с высоким модулем упругости и низким коэффициентом потерь образована двумя ко.аксиально расположенными трубками

2 и 3 равной длины, составляющей 2050 радиусов наружной трубки 3, а слой

4 исследуемого материала заполняет зазор между трубками и адгезивно связан с ними. Для получения стержневой моды изгибных колебаний образца (ro соединяют с возбудителем колебаний штырем, проходящим через образец и прикрепленным в диаметрально расположенных точках к наружной трубке. В описываемом образце деформации растяжения — сжатия слоя 4 при изгибных колебаниях существенно превышают сдвиговые деформации, возникающие в случае нанесения исследуемого низкомодульного материала на подложку в виде пластины. Кроме того, изгибная жесткость оболочки существенно больше изгибной жесткости пластины той же толщины, поэтому суммарный коэффициент потерь образца, используемого в изобретении,существенно меньше, чем при нанесении исследуемого материала на плоскую пластину. 2 ил, 054h

2 точках„ симметричных относительно продольной оси образца, амплитуда изгибной волны существенно превышает амплит п одольной и сдвиговой

4Dх, D и-(и„+и, )

"1!наь(! нар где D -- изгибная жесткость состав35 ного образца,*

D =4 . Х ° mi(i ъ и где ш — масса подложки;

В и  — наружный и внутренний ранар

q0 диусы слоя 4 исследуемого материала;

Р i D — жесткости трубок 2 и 3;

D =li(R -1 )E

Х нар 26 и 2 с!5 где E и К, — модули Юнга материалов трубок;, Я- коэффипиент, зависящий от условий крепления

50 образца.

Изменяя температуру в термокамере 13,. можно получить характеристики комплексного модуля Юнга исследуемого материала в широком-интервале

55 температур и частот.

Расширение динамического диапазона измерения обусловлено следующими причинами. При использовании исследуемого материала в качестве прослой1

Изобретение относится к исследо-ванию механических свойств материалов, а именно к способам определения комплексного модуля Юнга (модуля Юнга и коэффициента потерь мягких вязкоупругих материалов, например, вибропоглощающих полимерных покрытий), Целью изобретения является расширение динамического диапазона измерений в область малых величин модуля Юнга (Е 6 5 1О Па).

На фиг, 1 изображен составной образец для определения комплексного модуля Юнга предлагаемым способом; на фиг. 2 — схема устройства для определения комплексного модуля Юнга.

Способ заключается в том, что составной абразец 1, образованный подложкой в виде двух коаксиально расположенных внутренней и наружной трубок 2 и 3 одинаковой длины и адгезивпо связанным с ними слоем 4 исследуемого материала, заполняющего зазор между трубками 2 и 3, устанавливают в узлах изгибных колебаний на виброизолированные опоры 5 и 6, предпочтительно имеющие форму полуцилиндров, HJIH подвешивают в этих узлах и возбуждают резонансные изгибные ко30 лебания образца 1, например по первой или третьей форме, с помощью элек тродинамического возбудителя 7 колебаний, соединяемого с ооразцом 1 посредством штыря 8, проходящего через образец и прикрепленного в,циаметрально расположенных точках с наружной трубкой 3.

Длина 1 каждой из трубок 2 и 3 составляет 20-50 радиусов В наружной трубки 3. При 1(20 В в образце возбуждаются оболочечные моды изгибных колебаний, а не требуемые стержневые моды. Максимальная длина 1 orраничена условием возбуждения стоячих волн.

Толщина h. слоя 4 исследуемого материала может составлять 0,3 1- « 1 Б

2. и (где bz и Р „,— толщина стенки и внутренний радиус трубки 2 ),, При и с,0,3 1ч суммарный коэффициент потерь слишком мал, что затруднит измерения и уменьшит точность. При Ь В,, суммарный коэффициент потерь слишком велик, что так же приведет к снижению точности измерения. Отмеченное соединение возбудителя 7 колебаний с образцом 1 посредством штыря 8 необходимо для получения стержневой моды иэгибных колебаний образца.При действии возбуждающей силы в двух удь р волн.

1(олебания составного образца 1 преобразуются виброиэмерительным преобразователем 9 в электрический сигнал, который подается в блок 10 измерения и регистрации, в состав которого входят усилитель, вольтметр„ частотомер и самопис.ец (не изображены). Изменяя частоту задающего генератора 11, соединенного через усилитель 12 с возбудителем 7 колебаний, находят первую резонансную частоту стержневой моды изгибных колебаний образца 1. По резонансной частоте и, например, ширине резонанснои кривой, определяют суммарный коэффициент - потерь, соответствующий и-й резонансной частоте

Модуль Е и коэффициент 11 потерь исследуемого материала на резонансной частоте f „ oïðeäåëÿþò по формулам

46 териала с высоким модулем упругости и низким коэффициентом потерь и адгезивно связанным с ней слоем исслеСоставитель В.Шехтер

Редактор Л.Гратилло Техред М.Ходанич Корректор А.Обручар

Заказ 5276/42 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4 з 13505 ки в цилиндрической оболочке, совершающей изгибные колебания по стержневой моде, деформации растяжения— сжатия материала существенно превыша5 ют сдвиговые деформации, возникающие в случае нанесения исследуемого низкомодульного материала на подложку в виде пластины. Кроме того, наружная трубка как бы поддерживает слой ис- 1О следуемого материала, исключая его сползание, вследствие чего диапазон величин модулей Юнга, при которых вязкоупругий материал испытывает деформации растяжения — сжатия, расширяется в сторону малых величин (Е

5 ° 10 Па) . Изгибная жесткость цилиндрической оболочки существенно больше изгибной жесткости плоской пластины той же толщины, поэтому сум- 20 марный коэффициент потерь в предлагаемом образце существенно меньше, чем при нанесении исследуемого материала на плоскую пластину.

Формула изобретения

Способ определения комплексного модуля Юнга мягких вязкоупругих материалов, по которому составной образец, образованный подложкой из мадуемого материала, опирают или подвешивают в узлах изгибных колебаний, возбуждают резонансные иэгибные колебания образца, измеряют резонансную частоту и параметр, характеризующий коэффициент потерь образца, и по измеренным величинам и известным свойствам материала подложки рассчитывают модуль Юнга и коэффициент потерь исследуемого материала, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерений н область малых величин модуля Юнга (Е < 5 ° 10 Па}, используют образец, подложка которого образована двумя коаксиально расположенными трубками равной длины, составляющей

20-50 радиусов наружной трубки, а слой исследуемого материала заполняет зазор между трубками, при этом для получения стержневой моды изгибных колебаний образца его соединяют с возбудителем колебаний посредством, штыря, проходящего через образец и прикрепленного в диаметрально расположенных точках к наружной трубке.