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材料在剪切應(yīng)力作用下，在彈性變形比例極限范圍內(nèi)，切應(yīng)力與切應(yīng)變的比值。它表征材料抵抗切應(yīng)變的能力。模量大，則表示材料的剛性強(qiáng)。剪切模量的倒數(shù)稱為剪切柔量，是單位剪切力作用下發(fā)生切應(yīng)變的量度，可表示材料剪切形變的難易程度。

1 彈性剪切模量試驗(yàn)概述

GB/T 18258-2000規(guī)定了采用懸臂共振法測(cè)定材料的振動(dòng)阻尼特性方法。測(cè)定量包含材料損耗因子?、彈性楊式模量E、彈性剪切模量G。適用于在結(jié)構(gòu)振動(dòng)、建筑聲學(xué)和噪聲控制等方面應(yīng)用的材料。在50Hz的頻率范圍及材料的有效使用溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。

2 彈性剪切模量試驗(yàn)方法和設(shè)備

試驗(yàn)原理

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用矩形條狀試樣。將試樣垂直安裝，上端自由，夠吃夠懸臂梁測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)試系數(shù)的儀器由激勵(lì)和檢測(cè)兩部分組成個(gè)。由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生也一個(gè)正弦或隨機(jī)放大器送入顯示與記錄儀器。保持激振幅值恒定，連續(xù)改變頻率，測(cè)出試樣共振曲線。根據(jù)所測(cè)共振頻率和半功率帶寬，依據(jù)所給公式即可計(jì)算出材料的模量值和損耗因子，容若測(cè)試過(guò)程在控溫箱中完成，則可確定溫度對(duì)材料阻尼特性的影響。

測(cè)試原理圖

量具

量具應(yīng)滿足行業(yè)要求。

測(cè)量支架

測(cè)量支架應(yīng)注意避免外界機(jī)械振動(dòng)干擾并符合下述要求；測(cè)量支架的故有頻率應(yīng)有足夠的加持力。

激振器和傳感器

激振器采用電磁型激振器。激振器采用剛性固定，距離被測(cè)試試樣1mm遠(yuǎn)。當(dāng)采用不銹鋼或鋁棒時(shí)，需在試樣上用粘接劑沾合小塊磁性材料以獲得激振力和相應(yīng)；檢測(cè)傳感器推薦采用非接觸式速度型傳感器。在較高頻率振動(dòng)時(shí)由于非接觸式傳感器達(dá)不到所需的靈敏度，應(yīng)采用超小型加速度計(jì)。加速度計(jì)的質(zhì)量小于0.5g。加速度計(jì)的安裝應(yīng)使用粘合劑粘接，同時(shí)注意盡量減少電纜輸出線噪聲。用接觸式傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)必須鑒別，在報(bào)告中應(yīng)包括這種方法可能引起的影響。

3 彈性剪切模量試驗(yàn)試樣

試樣種類

本標(biāo)準(zhǔn)將阻尼材料分為自支撐阻尼材料和非自支撐阻尼材料。不同類型的阻尼材料用不同的試樣來(lái)測(cè)定其阻尼性能。圖2給出了四種試樣：

自支撐阻尼材料的阻尼特性，只需同種材料做成試樣a來(lái)測(cè)定。非自支撐阻尼材料的阻尼特性的測(cè)定，必須將阻尼材料與金屬板做成符合板，然后分別測(cè)定金屬板及復(fù)合板的阻尼特性，用兩個(gè)測(cè)試結(jié)果來(lái)計(jì)算材料的阻尼特性值。

當(dāng)阻尼材料是楊氏模量值大于100MPa的硬性自由層型材料時(shí)，使用試樣bc來(lái)測(cè)定，此時(shí)只研究其拉伸阻尼特性，忽略其所受轉(zhuǎn)動(dòng)慣性和剪切變形影響。其阻尼特性在玻璃態(tài)和玻璃化轉(zhuǎn)變?nèi)ブ袦y(cè)得，例如搪瓷、填料乙烯。當(dāng)阻尼材料時(shí)楊氏模量低于100MPa的約束層型軟粘彈材料時(shí)，使用試樣d來(lái)測(cè)定。材料的模量值低于金屬板模量值0.1倍以下，其阻尼特性取決于剪切變形的特性，可忽略其拉伸變形影響。

試樣的制備

阻尼材料因其性能不同，可用噴霧涂層，調(diào)刀涂層或粘合劑粘接等方法來(lái)制備金屬板的阻尼層。所選用金屬板材料應(yīng)是均質(zhì)材料，推薦使用鋼或鉛。試樣板體的根部可以與板體加工成一體，也可以用電焊或膠粘連接而成。對(duì)于試樣a根部厚度應(yīng)等于試樣厚度，對(duì)于試樣b、試樣c、試樣d，根部厚度應(yīng)不小于板體與材料的復(fù)合厚度。對(duì)于試樣d，根部必須進(jìn)一材料層，最好是金屬。

應(yīng)按照阻尼材料提供推薦的方法來(lái)選擇和使用粘合劑固化后的彈簧量應(yīng)比阻尼材料的彈性模量高出大的十倍。粘合層厚度應(yīng)保持最小且比阻尼材料厚度要小。一旦使用粘合劑粘接后，必須注意盡量減小粘合劑的化學(xué)和物理特性變化。

對(duì)于非磁性試樣，可在試樣兩各粘一小塊磁性薄片，用于激振。其附加質(zhì)量應(yīng)小于試樣質(zhì)量的1%，粘貼位置與端點(diǎn)的距離不應(yīng)超過(guò)試樣長(zhǎng)度的2%。對(duì)于非磁性試樣，可在試樣兩端各粘一小塊鐵磁性薄片，用于激振。其附加質(zhì)量應(yīng)小于試樣質(zhì)量的1%，粘貼位置與端點(diǎn)的距離不應(yīng)超過(guò)試樣長(zhǎng)度的2%。制備試樣時(shí)材料的選用應(yīng)具有代表性。

試樣尺寸

試樣的尺寸：寬10mm，白山斷長(zhǎng)180mm~250mm，金屬板厚度1mm~3mm。阻尼材料雖特性以及溫度和頻率不同而有所變化。選用合適的材料厚度與金屬板厚度比，對(duì)于測(cè)試結(jié)果很重要。對(duì)于試樣b和試樣c，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，選用材料的厚度，金屬板厚度比為1:1，注意不能超過(guò)4:1.對(duì)于試驗(yàn)d，選用阻尼材料厚度與金屬板厚度比Wie1:10，但應(yīng)避免由于有阻尼和無(wú)阻尼之差太小二使系統(tǒng)的阻尼過(guò)低，試樣的根部厚度應(yīng)與試樣厚度相等，以接近真實(shí)夾緊狀態(tài)。

試樣的數(shù)量

僅在一個(gè)溫度下測(cè)試時(shí)，材料和尺寸相同的試樣應(yīng)不少于3條。

試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)

試樣的保存及試驗(yàn)前的溫度、濕度調(diào)節(jié)可慘遭GB/T 9870-1988中第8章的要求進(jìn)行。

4 損耗因子、彈性模量、彈性剪切模量試驗(yàn)程序

測(cè)量材料密度

按照GB/T 4472的規(guī)定執(zhí)行，測(cè)量準(zhǔn)確度應(yīng)不低于0.5%。

測(cè)量試驗(yàn)尺寸

測(cè)量試驗(yàn)厚度時(shí)，應(yīng)在沿試驗(yàn)方向上取5點(diǎn)或多于5點(diǎn)球平均值，個(gè)測(cè)點(diǎn)厚度不應(yīng)超過(guò)平均值的±3%。

測(cè)量和記錄

調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器和測(cè)量放大器，測(cè)出試驗(yàn)共振頻率和半功率帶寬。設(shè)定信號(hào)發(fā)生器掃描范圍，用記錄儀記錄共振曲線，測(cè)量記錄共振曲線，振幅測(cè)量準(zhǔn)確度應(yīng)不低于0.5%，共振頻率測(cè)量準(zhǔn)確度應(yīng)不低于1%，半功率帶寬的測(cè)量分辨率至少應(yīng)達(dá)到半功率帶的1%。

5 彈性剪切模量符合試樣的測(cè)試

測(cè)量金屬棒的共振頻率和彈性模量；制成復(fù)合試樣后，再測(cè)共振頻率和半功率帶寬。

6 彈性剪切模量試驗(yàn)注意事項(xiàng)

假定阻尼材料的特性和線性彈性理論一致，因此所有阻尼測(cè)量都在線性范圍內(nèi)進(jìn)行，如果所選激振力超過(guò)了線性區(qū)域，則數(shù)據(jù)分析無(wú)效。激振力幅值應(yīng)保持恒定，如果力的幅值不能保持不變，試樣的響應(yīng)必須除以力的幅值。非自支撐阻尼材料性能的測(cè)定時(shí)建立在阻尼系統(tǒng)和非阻尼系統(tǒng)的實(shí)測(cè)差值上的。這些大黃素質(zhì)的差值通常包含大量的小差值。因?yàn)椋瑴y(cè)量中的任何誤差，都將使所研究的溫度效應(yīng)和頻率產(chǎn)生很大的誤差，為了防止這種情況的發(fā)生，建議：

隨頻率和溫度而變化的彈性楊氏模量及相應(yīng)的損害因子可以用一根試樣來(lái)連續(xù)測(cè)得，該單板以幾個(gè)不同模態(tài)振動(dòng)，每一試樣需重復(fù)測(cè)量三次以上，取平均值。因?yàn)榻饘侔舻膿p害因子約為0.001或更低一些，計(jì)算時(shí)假設(shè)為零。

8 彈性剪切模量試驗(yàn)試驗(yàn)報(bào)告

報(bào)告須包含下列各項(xiàng)：

• 材料名稱；
• 試樣編號(hào)、試驗(yàn)尺寸、阻尼結(jié)構(gòu)型式及存放條件；
• 試樣編號(hào)、試樣尺寸、阻尼結(jié)構(gòu)形式及存放條件；
• 用于制作復(fù)合板試樣的特定金屬材料的名稱和類型；
• 說(shuō)明準(zhǔn)備阻尼材料試樣之前所有金屬材料的表面化學(xué)處理過(guò)程；
• 所用特定粘合劑試樣之前所有金屬材料的表面化學(xué)處理過(guò)程；
• 所有特定粘合劑的牌號(hào)，并附有厚度尺寸；
• 本標(biāo)準(zhǔn)號(hào)碼與測(cè)試設(shè)備；
• 測(cè)試結(jié)果，對(duì)每一試樣計(jì)算出的彈性楊氏模量或彈性模量和損耗因子。
• 測(cè)試日期。

9 彈性剪切模量精確度

精確度取決于實(shí)驗(yàn)室階段的研究測(cè)試結(jié)果。對(duì)于阻尼材料的拉伸阻尼特性，在每一個(gè)溫度——頻率下，損耗因子及模量值的分散率分別不允許超過(guò)25%和20%。約束材料的剪切模量變化較大，其分散率不應(yīng)超過(guò)45%.