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1、实验指导书实验项目：弹性材料的动态特性测试所属课程：检测技术2008年4月10日一、实验目的：弹性材料在减振、吸声中有着十分广泛的应用。以最常用的弹性材料一一橡胶为例，人们对橡胶材料的特性了解一般停留在静态层面上，即在弹性范围内，橡胶材料的刚度、阻尼特性是固定不变的常数。但实际情况是，橡胶材料的刚度、阻尼等特性会随着激励力的频率变化Ifij变化，这就是橡胶材料的动态特性。动态特性包括动刚度(dynamicstiffness)和阻尼损耗因了(lossfactor),都是激励频率的函数。已冇的实验结果表明，一些橡胶材料的动刚度在不同频率的激励下
2、会出现3倍以上的变化，II橡胶材料的动态特性受静负载、残留应力和工作温度的明显影响。因此，在很多防冲减振工程屮，对橡胶材料提出了明确的动态特性要求，以确保获得理想的减振防冲效果。到目前为止，橡胶材料在不同工况下的动态特性主要还是通过实验手段获取。国际标准组织（ISO）于1997年提出了弹性材料动态特性的测量标准，即ISO10846-1,2,3,2002年进行了修止。其中标准1为测试原理，标准2为直接测试法，标准3为间接测试法。国内目前尚无对应的测试标准。2002年我们根据TSO10846-3标准，研制了国内首台弹性材料动态特性间接法测试台，
3、用来测量以橡胶为代表的弹性材料的动刚度和动阻尼损耗因了，该测试台已为多家减振器牛产厂家和科研院所作了弹性材料的测试分析。本实验的测试原理基于动力学系统的建模分析，实验目的如下：（1）掌握间接法测试弹性材料动态特性的原理和方法；（2）掌握机械振动的加速度测量法和机械系统的传递函数计算方法；（3）通过分析测试结杲，认识橡胶材料的动态特性与激励力频率、静负载的关系。二、实验内容：1、橡胶材料动态特性测量%1拿握测试原理；%1测试不同静负载下的橡胶垫的静刚度；%1使用频谱分析仪，采集不同静负载下的相关加速度数据。2、根据ISO计算动刚度和阻尼损耗因
4、子%1运行按ISO标准编写的动态特性计算程序，输入一定静负载下测试数据，得到对应的动刚度和阻尼损耗因子；%1分析动刚度和阻尼损耗因子的计算结果，要求确定计算结果的有效频率范I弔I。3、用改进的数据处理方法计算动刚度和阻尼损耗因子%1改进ISO数据处理方法，扩大有效测试频率范围；%1比较两种方法（ISO方法和改进方法）得到的计算结果。三、实验不意图图1•测试台实物液压千斤顶压力传感器激振器质量块Mi质量块吧图2.数据处理程序界面测试台支架四、实验用主要仪器设备、消耗品仪器设备名称规格消耗品名称规格弹性材料动态特性测试台含构架，千斤顶，压力传感
5、器，上、下质量块，上、下弹簧等Pulse频谱分析仪B&K公司，2通道输出，4通道输入，频谱分析软件微型加速度传感器PCB公司的ICP传感器电磁激振器10牛顿计算机安装有Matlab五、实验原理及原始计算数据、所应用的公式对于一个给定的激励频率，力与位移Z间的比值可定义为动刚度。由于弹性体存在阻尼,力与位移存在相位差，表现为动刚度是复数，其中虚数部分称为阻尼损耗因如图3所示,弹性元件在竖直方向上的动态特性可由矩阵关系式描述：(U])⑴冷2丿对于匀质弹性体，根据对称性假设，对以认为两个端面的输入刚度(inputstiffness)相等：kXA=
6、k22,且两个端面的传递刚度(transferstiffness)也相等：kl2=k2l,所以有两个端面的力相等：F{=耳。但由于弹性体有分布质量，在一些高频激励卜，弹性件自身会出现共振,此时的对称性假设不成立。在隔振应用中，我们感兴趣的通常是传递刚度心图3所示，根据公式(1),若输岀端(2)相对于输入端(1)是“固定”的(W，u2=0或
7、w2
8、«
9、^
10、),传递刚度耳表示为：*2.1=笃/"1⑵在低频激励下,满足输出端面“固定”的条件下，传递刚度比21与输入刚度紅1相等。图3.弹性体端面受力和产生位移示意国际标准(ISO10846)制定了两
11、种传递刚度的测量方法，分别为直接法和间接法。在直接法中，传递刚度是通过在固定端使用力传感器测量佗，同时使用位移传感器或加速度计来测量％,通过公式(2)来计算；其中，激励力通常由液压机构提供，液压机构可以同时给系统一个预载力。然而，液压机构产生的激励力通常局限在300Hz以下，而且测最动态力比测最加速度困难。为了解决这些问题，在直接法的基础上乂发展了间接法，间接法测试台见图4。间接法测试台由两块已知质量的质量块也,叫和两组支撐弹簧你込组成，待测弹性元件匕置于质量块之间。预载力通过上弹簧人作用于上质量块“，下质量加2置于下弹簧(组)心上，上、下
12、质量块都保持竖直运动，不出现明显的侧摆。电磁激振器产生的激励力引起上质量块的振动,通过待测弹性休向下质量块传递，上、下质量块的振动加速度久和〃2用对应的加速度传感器测得。在间接法
