Способ определения комплексного модуля Юнга мягких вязкоупругих материалов Советский патент 1987 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к исследованию механических свойств материалов, а именно к способам определения комплексного модуля Юнга (модуля Юнга и коэффициента потерь мягких вяз- коупругих материалов, например, виб- ропоглощающих полимерных покрытий)

Целью изобретения является расширение динамического диапазона изме- нал, который подается в блок 10 из-

рений в область малых величин модуля Юнга (Е 5- Ю Па).

На фиг, 1 изображен составной об- .разец для определения комплексного модуля Юнга предлагаемым способом| на фиг. 2 - схема устройства для оп-, ределения комплексного модуля Юнга.

Способ заклю чается в том, что составной образец 1, образованный подложкой в виде двух коаксиально расположенных внутренней и наружной трубок 2 и 3 одинаковой длины и адгезивно связанным с ними слоем А исследуемого { атериала, заполняющего зазор между трубками 2 и 3, устанавливают в узлах изгибных колебаний на виброизолированные опоры 5 и 6, предпочтительно имеющие форму полуцилиндров, или подвешивают в этих узлах и возбуждают резонансные изгибные колебания образца 1, например по первой или третьей форме, с помощью элек- тродинамического возбудителя 7 колебаний, со.единяемого с образцом 1 посредством штыря 8, проходящего через образец и прикрепленного в диаметраль но расположенных точках с наружной трубкой 3.

Длина 1 каждой из трубок 2 и 3 составляет 20-50 радиусов R наружной трубки 3, При R в образце 1 воз- буждаются оболочечные моды изгибных- колебаний, а не требуемые стержневые моды. Максимальная длина 1 ограничена условием возбузодения стоячих волн Толщина h слоя 4 исследуемого мате- риала может составлять 0,3 h. (где hj. и P(,цy толщина стенки и внут

ренний paдJiyc трубки 2),При hj -с 0,3 h суммарньй коэффициент потерь слигчком мал, что затруднит измерения и уменьшит точность. При ,,,. сум- марньш 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 изгибных колебаний образца.При действии возбуждающей силы в двух

точках, симметричных относительно продольной оси образца, амплитуда из- гибной волны существенно превышает i амплитуды продольной и сдвиговой волн.

Колебания составного образца 1 преобразуются виброизмерительным преобразователем 9 в электрический сиг

мерения и регистрации, в состав которого входят усилитель, вольтметр частотомер и самописец (не изображены) . Изменяя частоту задающего генератора 115 соединенного через усилитель 12 с возбудителем 7 колебаний, находят первуто резонансную частоту стержневой моды изгибн.ых колебаний образца, 1. По резонансной частоте и, например, ширине резонансной кривой, определяют суммарный коэффициент потерь, соответствую- 1Ч1-1Й резонансной частоте f,

Модуль Е, и коэффициент f( потерь исследуемого материала на резонанс- f определяют по форму-

НОИ частоте

лам

5

0

kn

Е.где %

и

41)1,

ts.i.

С.)

(С.)

тгн.

I l-i;.- L

; (IIlitL.T

нq( 04 нар

изгибная жесткость составного образца;

D -4f, .l . m/fTy

-I

D

масса подложки; -наружный и внутренний радиусы слоя 4 исследуемого материала; жесткости трубок 2

V(H.r4. )Е,;

и 3j

ш 1 З- ЙЗноХ,

где Е и ЕЗ - модули Юнга материалов

трубок; JJ- коэффициент 5 зависящий

от условий крепления образца

Изменяя температуру в термокамере 13, можно получить характеристики комплексного модуля Юнга исследуемого материала в широком -интервале температур и частот„

Расширение динамического диапазона измерения обусловлено следующими причинами. При использовании исслеуемого материала в качестве прослойки в цилиндрической оболочке, совершающей изгибнь е колебания по стержневой моде,.деформации растяжения - сжатия материала существенно превьша- ют сд-виговые деформацииj возникающие в случае нанесения исследуемого низ- комодульного материала на подложку в виде пластины. Кроме того, наружная трубка как бы поддерживает слой исследуемого материала, исключая его сползание, вследствие чего диапазон величин модулей Юнга, при которых вязкоупругий материал испытывает деформации растяжения - сжатия, расши- сторону малых величин (Е Изгибная жесткость цилиндрической оболочки cyujecTBeHHO больше изгибной жесткости плоской

ряется в г5 10 Па),

пластины той же толщины, поэтому сум- 20 двумя коаксиально расположенными

марный коэффициент потерь в предлагаемом образце существенно меньше, чем при нанесении исследуемого материала на плоскую пластину.

Фор. мула изобретение

Способ определения комплексного модуля Юнга мягких вязкоупругих ма- терраловэ по которому составной образец, образованный подложкой из матрубками равной длины, составляющей 20-50 радиусов наружной трубки, а слой исследуемого материала заполняет зазор между трубками, при этом дл 25 получения стержневой моды изгибных колебаний образца его соединяют с возбудителем колебаний посредством. штьфя, проходящего через образец и прикрепленного в диаметрально расположенных Точках к наружной трубке.

териала с высоким модулем упругости и низким коэффициентом потерь и адгезивно связанным с ней слоем иссле

дуемого материала,, опирают или под™ вешивают в узлах изгибных колебаний, возбуждают резонансные изгибные колебания образца, измеряют резонансную частоту и параметр,.характеризующий

коэффициент потерь образца, и по из- мер енным величинам и известным свойствам материала подложки рассчитывают модуль Юнга и коэффициент потерь исследуемого материала, о т л и чающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерений в область малых величин модуля Юнгя-(Е 5 Ю Па), используют образец, подложка которого образова-

трубками равной длины, составляющей 20-50 радиусов наружной трубки, а слой исследуемого материала заполняет зазор между трубками, при этом для 5 получения стержневой моды изгибных колебаний образца его соединяют с возбудителем колебаний посредством. штьфя, проходящего через образец и прикрепленного в диаметрально расположенных Точках к наружной трубке.

Редактор Л,Гратилло

Составитель В.Шехтер Техред М.Ходанич

Заказ 5276/42 Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-ЗЗ, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, f, Ужгород, ул. Проектная,4

аг. 2

Корректор А.Обручар

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 ко- аксиально 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, воз- никаю0;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