Установка для определения динамических характеристик низкомодульных полимерных материалов
INSTALLATION FOR DETERMINATION OF DYNAMIC CHARACTERISTICS OF LOW-CODE POLYMER MATERIALS

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности области исследования динамических характеристик низкомодульных полимерных материалов резонансным методом.
Известна установка для определения динамических характеристик низкомодульных материалов (А.с. 1539578, приоритет от 03.08.1987, «Резонансный способ определения динамических характеристик низкомодульных полимерных материалов», Г.Ф. Долгов, В.В. Евграфов, Е.Н. Талицкий, МПК G01N 3/32, опубликовано 30.01.90), содержащая жесткую неподвижную опору (основание), на которой жестко закреплен составной образец, возбудитель колебаний и вибропреобразователь. Составной образец выполнен в виде консольной балки, образованной подложкой из высокодобротного материала и нанесенным на нее слоем исследуемого материала. При этом свободная поверхность слоя исследуемого материала контактируют с жесткой неподвижной опорой. Вибропреобразователь позволяет измерять параметры колебаний в одной точке составного образца. При возбуждении изгибных колебаний измеряют параметры вызванных изгибными колебаниями подложки резонансных колебаний составного образца, по которым определяют динамические характеристики исследуемого материала. Данная установка является наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению.
Недостатками данной установки для определения динамических характеристик низкомодульных полимерных материалов являются использование одного составного образца в качестве объекта испытаний и применение вибропреобразователя, позволяющего измерять параметры колебаний в одной точке составного образца, что снижает точность определения динамических характеристик низкомодульного полимерного материала.
Технические результаты, на достижение которых направлено изобретение, заключаются в повышении точности определения динамических характеристик низкомодульных полимерных материалов и увеличении количества резонансных частот, для которых определяются динамические характеристики низкомодульных полимерных материалов.
Данные технические результаты достигаются тем, что в установке для определения динамических характеристик низкомодульных полимерных материалов, содержащей основание, на котором жестко закреплен составной образец, выполненный в виде пластины из высокодобротного материала с закрепленным на ней исследуемым материалом, возбудитель колебаний в составном образце и систему измерений колебаний, новым является то, что на основании закреплены дополнительные составные образцы, при этом каждый составной образец закреплен на основании таким образом, что исследуемый материал расположен на свободной поверхности пластины и закреплен на пластине методом заливки. Система измерения колебаний выполнена в виде бесконтактной лазерной системы измерения, включающей измерительную головку для измерения параметров составного образца на основе эффекта Доплера.
Закрепление исследуемого материала на пластине методом заливки исключает влияние клеевого шва на динамические характеристики составного образца и повышает точность определения динамических характеристик низкомодульных полимерных материалов. Применение системы измерения колебаний в виде бесконтактной системы измерения на основе эффекта Доплера обеспечивает измерение параметров нескольких составных образцов по всей их поверхности, что также позволяет увеличить количество резонансных частот, для которых определяются динамические характеристики низкомодульных полимерных материалов и точность их определения.
На чертеже представлена схема варианта реализации установки для определения динамических характеристик низкомодульных полимерных материалов.
Установка для определения динамических характеристик низкомодульных полимерных материалов содержит возбудитель колебаний 1 в составном образце, основание 2, составные образцы 3, систему управления 4 возбудителем колебаний, чувствительную головку 5 лазерной системы измерений, систему 6 измерения колебаний, акселерометр 7, выполняющий функцию задающего и корректирующего датчика для системы управления 4 возбудителем колебаний.
Каждый составной образец 3 выполнен в виде пластины из высокодобротного материала с закрепленным на ней слоем исследуемого низкомодульного полимерного материала. Составные образцы 3 жестко закреплены на основании 2, например, посредством винтов. При этом каждый составной образец 3 закреплен на основании 2 таким образом, что исследуемый низкомодульный полимерный материал расположен на поверхности пластины, контактирующей с основанием 2, и закреплен на пластине из высокодобротного материала методом заливки. Чувствительная головка 5 бесконтактной лазерной системы измерений расположена таким образом, чтобы составные образцы 3 по всей площади находились в поле, доступном для регистрации параметров колебаний.
В качестве бесконтактной лазерной системы измерений может быть применен сканирующий виброметр PSV-400 или аналогичный, регистрирующий скорость составного образца по изменению частоты света, отраженного от колеблющейся поверхности (эффект Доплера), при этом свойства поверхности не оказывают влияния на точность измерения.
Установка для определения динамических характеристик низкомодульных полимерных материалов работает следующим образом.
В возбудителе колебаний 1 возбуждают синусоидальные колебания заданной амплитуды в требуемом частотном диапазоне, при этом скорость прохождения диапазона частот от нижней до верхней границы не должна превышать 0,1 октавы в минуту. Возбуждаемые колебания через основание 2 передаются в места крепления составных образцов 3 и возбуждают изгибные колебания в составных образцах. Параметры возбужденных изгибных колебаний фиксируются чувствительной головкой 5 лазерной системы измерения, при этом лазерная система 6 измерений должна быть сканирующего типа для обеспечения возможности фиксации параметров изгибных колебаний по всей поверхности всех составных образцов 3. По измеренным значениям перемещений в составных образцах 3 определяются резонансные характеристики: резонансную частоту и частоты на уровне 0,707 от амплитудного значения ускорения.
По полученным параметрам изгибных колебаний в составном образце производится расчет коэффициента механических потерь (КМП) исследуемого низкомодульного полимерного материала каждого составного образца по формуле (Виброзащита РЭС полимерными демпферами. Учебн. пособие / Е.Н. Талицкий. Владим. политехи, ин-т. Владимир. 1993)
где ,  - КМП соответственно пластины из высокодобротного материала и составного образца 3.
КМП пластины из высокодобротного материала считается известным или определяется экспериментально и рассчитывается по формуле 2. КМП составного образца 3 рассчитывается по формуле
где  - ширина резонансной кривой на уровне 0,707 от максимальной амплитуды;
- резонансная частота составного образца 3;
пл
со
B, B - жесткость на изгиб соответственно металлической пластины из высокодобротного материала и составного образца 3. Отношение этих величин находится по формуле
пл
где f - резонансная частота металлической пластины из высокодобротного материала;
со
пл
m, m - массы соответственно составного образца образца и металлической пластины.
Усредненное значение КМП исследуемого полимерного демпфера определяется как среднее арифметическое КМП полимерного демпфера каждого составного образца.
При этом в каждом составном образце 3 в заданном частотном диапазоне может быть несколько резонансных частот. Предлагаемая установка позволяет определить КМП на всех частотах, для которых возможно измерение параметра .