GB/T 16406-1996 声学 声学材料阻尼性能的弯曲共振测试方法的部分内容

GB/T 16406—1996

本标准是参照国际标准ISO6721-3；1994《塑料一—动态力学特性测量——第3部分：弯曲振动-共振曲线法》美国材料与试验学会标准ASTME756一83《测量材料振动阻尼性能的标准方法\制定的。声学材料的弯曲共振测试方法已在我国工业和科研部门中广泛使用多年，为及时将国际标谁转化为我国标准.又便于独立使用和适合我国国情，本标准编制时，将均勾试样和复合试样两类测试样品的悬臂梁和自由梁两种测试方法，同时编人本标准内。从而兼顾材料测试和阻尼效果评价的需要。本标准的附录A和附录B是提示的附录。本标雅由全国声学标准化技术委员会提山及归口。本标准起草单位：中国科学院声学研究所、中国船丁业总公司第七一五研究所、天津橡胶工业研究所、中国船舶工业总公司第七-研究所。本标推主要起罩人张同根，陆锦爆，陈耀辉、邵汉林。1范围

中华人民共和国国家标准

声学声学材料阻尼性能的弯

曲振测试方法

Acoustics-Flexural resonance testing methodfor damplng properties of acoustieal materlals本标准规定了测定声学材料阻尼性能的弯曲共振方法：GB/T 16406—1996

本标准适用」均勾和分层均勾的声学材料，其测量结果可为声学结构设计和噪声振动控制设计提供依据，也可用干评价各种复合结构试样的振动阻尼效果。本标准规定的试验方法，在10Hz至1000Hz频率范围内，储能模量的测量范下限可达0.5MPa，损耗因数的测量范围为10至101量级。2引用标准

下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标推的条文。本标准出版时，所示版本均为有效，所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标推最新版本的可能性：GB/T3974：1996声学名词术

GB4472一84化工产品密度、相对密度测定通则GB 9870一88弹性体动态试验的一般要求IS0 10112—1991阻尼材料——复模量的图示法3定义和符号

本标难采用下列定义，这些定义适用扩线性简请形变条件。本标准所用的声学术语均遵循GB/T3917的规是。3.1复(数)弯曲模量(Er） flextlral camplex motlulus弯曲应力与弯曲应变之间的复数比，单位：帕,Pa。Er = E -E

注：复弯曲模量和复拉伸模量也常被称为复杨氏模量，但弯曲试验和拉钟试验的结果，只有在应力应变关系线性和试样结构均均的条件，才具有可比性。3.2储能弯曲模量（Ei）flexural storagemodulus复数弯曲模量的实数部分，单位：帕，Pa。3.3损耗曲模量（）lexurallossmodulus复数弯曲模量的虚数部分，单位：帕，Pa。3.4（材料)损耗因数(tane）lossfactor(of a material)摄耗模与储能模量之比值。

tanp, = Ee/E

国家技术监督局1996-05-27批准1996-12-01实瓶

CB/T 164061996

3.5复合（试样）损耗因数（n）compositelossfactor复合试样耗散能量的能力的量度。其值正比汀试样阻尼能与应变能之比。4原理

本标谁规定采用矩形条状试样，测量原理框图见图1。测试方法分为两种，方法A是将试样垂直安装，上端刚性夹定，下端自由，简称悬臂梁方法+方法B是将试样水平安装，用两条细线在试样振动节点位置上悬挂，简称自由梁方法，悬臂法适用于人多数类型的材料，包括较软的材料，自由梁法适用于测试刚硬挺直的试样，对于较软的材料，应贴在金属板上做成复合试样进行测试。测试系统仪器由邀励和捡测两部分组成，由信号发生器激励中磁换能器对试样施如简谐激励力。由检测换能器检测试样的搬动信号，经放大送入指示与记录仪器，保持恒定的撤励力，连续改变颖率，测出试样的速度弯曲共振曲线。根据弯曲共振频率和共娠峰宽度，即可计算出储能弯曲模量和损耗因数。恒溢指

思线、

至故大器

至值号发生器

A）感臂梁法

监示仪表

新率计

换能器

恒攝箱

一试样

换能器

至激换能器

信号发生器

示波器

激励换能器

搬动节点

检测换能器

B)自由粱法

至检过换能器

敬大器

(\）测量仪器框图

图1测量原理图

记录指示

本标准规定，共振峰宽度是指在共握频率两边，振幅为共振振幅的0.707借（即下降3dB）处的频率差。由于能量与娠幅的平方成正比，所以共振峰宽度也常称为半功率带宽或--3dB带宽，注：试样在本标准规定的两种试验方法中，均处于受追振动状态，其位移、速度和加速度响应具有不同的共题率，其中速度共振颇率与试样的固有率重合，位移和加速度共振频率均偏离周有频率,试样阻尼越大，差别越大。虽然在tan<0.1的情况下，这种差别可以忽略不计，也能用测量位移响应的力法来进行试验，然而，在高阻尼时·位移共振曲线的共搬峰宽度与损耗因数之间的关系变得札当复杂，因此，本标准推荐使用非接触式速度型换能器的试验装置，

5试验装置

5.1最具

GB/T 16406—1996

5.1.1游标卡尺：用于测量试样长度，最小分度应不大于0.05mm。5. 1.2螺旋测微器：用于测量试样的宽度和厚度+最小分度应不大于0. 002 mm。5.1.3天平，感量应不大于0.001g。5. 1.4 温度计;分辨率应达到0. 1℃。5.2测量支架

感臂梁或自由梁测量支架应注意避免外界机械振动十扰并符合下述要求。5. 2.1测量装盘的固有率应远离测试频率范围。测量文架应有重的基座。5.2.2悬臂梁测量支架的夹具应有足够的来持力，防止产生附加的摩擦阻尼(见附录A)。5.2.3自由梁量支架的悬线应柔细，长度不宜短丁30cm，推悬线使用丝线或棉线。5.3机电换能器

激励换能器应采用电磁型换能器。检测换能器推荐采用非接触式速度型换能器（例如电磁换能器）。在tan<0.1的情说下，也可使用位移型换能器（例如电容型换能器)检测。在每一阶共振模式测试频率范围内换能器的录敏度起伏应小大于0.05B。5.4测量仪器

在测试频率范围内，测量仪器应符合下述要求，5.4.1信号发生器的频率稳定度应不低手1×104/h,输出功率应保证检测时，并振赖率上信噪比大于 30 dB,输出幅度稳定度应不低于 1×10 /h。5.4.2频率计的时基稳定度应不低±2×10-1/d,分辨力等于或优于 0.1Hz。5.4.3放大器频率响应起伏应小于 0.1dB。5.4.4指示仪表和记录仪的非线性应不大于1%。5.4.5本标准推荐使用数字存储示波器，可以兼顾作为显示和记录仪器。5.4.6恒温箱内沿试样长度方向的温度不均句性应不超过土1，在每次测最过程中，温度应保持稳定，其变化不超过士0.5。恒温籍内气体可为气或情性气体，变温测量时，升温速率应平稳可控。升温速率不大于5/min。

5.4.7在检测系统中，如选用滤波器，在测量共振曲线时，应深用跟踪滤波器，滤波器增益变化应不大于0.1d乃。在用衰减法测量时，不宜使用三分之一倍频程或倍频程滤波器，推荐使用高通低通组合滤波器，通带宽度应远大于试样共握曲线的带宽6试样

6.1试样制备

6.1. 1试样的物理特性应该均匀,可参照GB 9870 中 7. 1 和8. 1的要求进行。如该材料另有标准规定，可按相应标推的要求制样。

6.1.2复合试样应是厚度方向上的复合，通常由金属层和阻尼层树成的复合试样建设做成不间厚度比进行试验。在使用粘合剂时，粘合剂固化后的模量应高于阻尼材料的模量，粘合层厚度应不大于0. 05 mm.

6.1.3在对比试验不同材料，评价其阻尼效果时，应优先采用阻尼材料（包括自由阻尼药束阻尼）和金属底层的质最比为1：5的复合方式。在不计重最因素时，可以用厚度比为2：1的复合形式，制样工艺应按该产品实际应用时的技术要求进行。6.1.4对于非磁性试样，可在试样两端各粘-~片铁磁性薄片，其附质量应小于试样质量的1%，为了避免引入附加劲度，粘贴位置与端点的距离应不超过试样长度的2死。6.2试样尺寸

GB/T16406-1996

6.2.1试样的长度与需要测量的频率高低有关，试样的厚度要选择适当，以保证挺直，具有一定的弯曲劲度为宜。一般情况下，试样的长度与厚度的比应不小于50，试样的宽度应小于半波长。试样尺寸在实验室温度下测冠，不考虑热胀冷缩的影响。根据以上原则，试样尺寸可在以下范围选择：长度：150mm~300mm

宽度：10mm~20mm

厚度:1 mm~3 mm

对于均匀性好的材料，为了统一比较，推荐试样尺寸为：悬臀梁试样自由长度180mm，宽度10mm；：－自由梁试样长度150mm，宽度10mm。6.2.2用复合试样方式测量时，金厚基板可选用钢板或铝板，推荐使用1mm厚的冷轧钢板条。悬臂梁方式的复合试样，应该保留2mm到25mm的根部没有待测材料，以便夹紧。也可加工成加厚的金属根部，根部原度应不小厂复合层的厚度。6.3试样数量

仅在一个温度下测试时，材料和尺寸相同的试样应不少于3条，需要变温测量时，可抽取其中一条进行。

6.4试样环境调节

试样的保存及试验前的温度、度调节可参照GB9870中第8章的要求进行。7试验程序

7.1测量材料密度

按照GB 1172 的规定执行,密度测量准确度应不低于 0. 5%。7.2测量试样横截面尺寸

试样的宽度与厚度的测量准确度应不低于0.5%。在沿试样长度方同上测量试样厚度时，应测量五点求平均值，如任一测点的厚度超过平均值的士3%，该试样不能用于准确测量储能模量值·但可用于测量损耗因数。

7.3安装试样

7.3.1悬臂梁方式

用悬臂梁测量支架的来具来紧试样后，测量试样的自由长度，推确度应不低于0.5%。7.3.2自由梁方式

应按下列步骤进行：

a）测量试样长度，准确度应不低于0.2%。b）画节点位置标记线。可按下列公式计算各阶节点到试样末端的距离LL/1 = 0. 224

L./=0.660/(2i+1)

式中：2——试样长度，mm

i共振阶数。

c）感挂试样，要注意在不同阶的共振方式上测试时，应水平悬挂在对应阶数的节点位置上。7. 4换能器位置调节

·（2)

调节换能器到试样的距离应足够远，使静态磁吸引力不影响测试结果。一般情况下，在测量一阶振动时，推荐距离大于3mm，测最高阶振动时，间距可减小到1mm。7.5温度调节

GB/T 16406--1996

按试验目的要求调节恒温箱内的温度，一般情况下，应该从低到高按升温序列测量。推升温速率为1℃/min到2C/min,温度增量为10℃。在转变区域,温度增基可减小为2℃到5℃。在每个温度点上，应保温 1.0 min后才能测量。

7.6测量和记录

调节信号发生器和测量放大器，测出试样共振频率和共振峰宽度位置。设定信号发生器扫频范围，用记录仪记录共振曲线。测量记录共振曲线时，振幅测量准确度应不低于0.5%，共振频率测量准确度应不低于1%，共振峰宽度的测量分辨率至少应达到共振峰宽度的1%。7.7注意事项

7.7.1在悬臂梁测试方式时,通常采用二至四阶振动方式进行測试。在自由梁测试方式时,通常采用前三阶振动方式进行测试。在用复台试样进行振动阻尼效果评价时，在试样结构相同的情况下，悬臂梁二阶振动方式和自由梁-阶振动方式的测试结果等效。7.7.2在测试过程中，如发现异常现象(例如共振曲线不对称），除检查节点位置及换能器安装位置是否合适外，可进步进行非线性检验（见附录A）。7.8复合试样试验

7.8.1用复合试样方式测量阻尼材料的复弯曲模量,应分两步进行；a）测感金属基板的共振频率和储能弯曲模量（因为金属梁的损耗固数约为0.001或更低一些，计算时假设为琴)，

b）制成复合试样后再共振频率和共振峰宽度。由二获规量的数据，按公式（7）～（23)即可计算出阻尼材料的复数弯曲模量。7.8.2为避免转动惯量和剪切形变的影响，复合试样的厚度比应不大于4.并满足下式要求：(f,/.)(1 + DT) 2 1. 1

式中：fa一复合试样第：阶共振额率,Hzf—一金属基板第阶共振频率,Hz;D…阻尼材料密度和金属材料密度之比；T阻尼层厚度和金属层厚度之比。-+(3)

这种方式适合于测量模量较高的阻尼材料，即在玻璃态和璃态至橡胶态的转变区中，E>100MPa的材料

7.9代替方式

对于阻尼很小的材料，共振峰宽度非常小，水标准允许改用衰减法测量。在试样共振时，断开激励信号，试样进入自由衰减振动状态，测量振动随时间衰碱的波形，由对数减缩率4计算掘耗因数tⅡ：4 -In(X./X.+1)

tan,=A/元

式中X，和X,+1是振动速度或振动位移在同方向上相邻的二个振幅值。为了提高测蛋准确度，可测量第次振幅和第9十次振幅，然后按下式计算：lln(Xg/Xn)

tand,-

式中报幅比K,/X,+,取值不火于 3。8结果计算

8.1均勾试样

均勾试样的弯曲模量和损耗因数由下列公式计算：E: =[4π(30)1/398/h(f/)3

式中，E

堵能弯曲模量,Pa

损耗弯曲模量,Pal

tanar——弯曲摄耗因数

一试样材料密度,kg/m

GB/T 164061996

tandr=Af/f

E - E(tano.

1…-在自由梁方式时为试样长度;在悬臂梁方式时,则为试样自由长度,Ⅲ；h—试样厚度,m

一共振阶数：

f,——第: 阶共报频率,Hz

Af一第i阶共振峰宽度,Hz

一一第阶共振时的数值计算因子，由下列各式确定：对悬臂梁方式：

— 22. 0

k = (— 0. 5)3元

对自由梁方式;

群 = ( + 0.5)元

8.2复合试样

(i = 1)

(i = 2)

(i = 2)

( > 2)

（8）

将阻尼材料粘贴在金属板的一面，是工程上常用的自由阻尼结构形式，复合试样的损耗因数和阻尼材料的复弯曲模量由下列公式计算：Af.

Ei - E% (u - u) + Vu - w) 4T(1 - u)2r

tano, = n I+MT ×I+4MT + 6MT=AMI\ + MT3+6T+4T+2MT+MT4

u = (1 + DT).7F)3

#=4+6T+4T

M = El/Elu

（18)

(19）

( 20 )

（21)

式中，—复合试样损耗固数;

GB/T 16406—1996

T =h/hy

-一复合试样第阶共振频率，Hz

金属基板第；阶共振频率，Hz;

Af复合试样第i阶共搬峰宽度,Hz:E(——阻尼材料的储能弯曲模量,PaE

金属基板的储能弯曲棋量，Pa；tand-—阻尼材料的损耗因数：

D—密度比；

T厚度比.

β—阻尼材料的密度，kg/m\

P——金属材料的密度,kg/m，

h：阻尼层厚度，m:

h.金属板厚度.m。

9绘图

绘制复合试样损耗因数或材料复弯曲模量随温度变化的曲线图可以有两种形式 (22)

（23)

a）固定共振方式的变温曲线图·由于共报频率，复合试样损耗因数或复弯曲模量均随温度变化：绘图时应列出数据表或在图上标出：b）固定频率的变温曲线图，这种形式的图应进行不同共振阶数的变温测试，然后用插值的方法绘图。绘制方法可参照 IS0 10112。10测盘不确定度

10.1均匀试样

10.1.1储能弯曲模量

按本标准规定的要求进行试验，在不大于四阶振动模式的范画内，储能模量的测量不确定度不大于5%，在四阶以上共振方式测试时，如不考虑剪切变形的影响，误差将会加大。对于分层均匀的试样，E则代表多层系统的等效模量。

10.1.2损耗因数

损耗因数的测量不确定度，与损耗因数本身数值大小和测量记录系统的频率稳定性和分辨率谢切相关。在损耗较小时，对分辨率的要求比测储能弯曲模量时要高得多。损耗因数的测量不确定度（）和频率测量不确定度()的关系为

u() = 2u(f)/tand,

例如，在4(f）一0.1%情况下，当tn=01时，损耗因数的测量不确定度为1.4%，而当tangr=0.01时，则损耗因数的測最不确定度增大为14%。10.2复合试样

在用复合试样测量阻尼材料复数弯曲模量时，复合试样的损耗因数测量不确定度不人了与，阻尼材料的储能弯曲模量测量不确定度不大于20%.阻尼材料的摄耗因数测不确定度不大于25%。11试验报告

试验报告应包括下列内穿，

材料名称；

GB/T 16406—1996

生产单.制样单位及送检单位；

本标准号码及测试方法种类：

试样编号、试样尺寸、制备工艺、阻尼结构型式及存放条件：d)

测试设备：

试验性质，分为一种：

塑式试验（定型或鉴定）

常规试验

一抽样试验

测试结果：

说明是否按本标准要求的条件进行试验，对高阻尼试样的数据处理方法，是否进行了非线性h）

检验，采用了何种类型修正公式处理数据等(见附录A，附录B)；i）测试人员、测试氏期。

GE/T 164061996

附录A

（提示的附录）

偏离线性粘弹态行为的检验

图A1以单对数图的形式给出了振幅X随时间白由衰减的曲线。曲线1为典型的线性粘弹态，由于振幅随时间按指数形式衰减，所以在单对数图上为一条直线；曲线2为非线性粘弹态，振幅随时问接高阶指数规律衰减，所以在图王表现出曲线的起始部分弯曲；曲线3为摩擦阻尼状态，振幅随时间接线性关系衰减，所以在图上表现为曲率与上述相反的曲线。夹具和试样间的松动.感线不在试样振动节点位置上，振动着的试样和空气介质的摩接，均会产牛这种形式的附加阻尼。在试样的阻尼非常小时.摩擦阻尼的影响就明显增太。

由于在本标准涉及的范国内，试样受追振动，仅产生极微弱的非简谐形变，如果观察振动波形，则难以看出来+只能用振动自由衰减祛来检验。图A1振幅随时间自由衰减的曲线附录B

（提示的附录）

大阻尼数据处理方法

共报曲线法测试原理是建立在线性小阻尼的理论基础上的。当ta力0.1时，损耗因数高阶项的影响不能忽略。可用下列修正公式计算损耗因数：tand,=4

在测量共振曲线时+只有当共振峰的相对高度不小于10dB时（即在共振曲线上，共振峰处振幅值比远离共振频率处的振幅值高10dB以上），测量结果才可靠，在阻尼大的情说下，共振峰相对高度可能小于10dB，有时基至小于3dB，共振曲线还会出现左右不对称的现象，此时，应首先注意消除干扰，如有可能，最好降低厚度比，重新制作试样，进行测试。如不能另做试样，可用下列公式计算：a）共振峰宽度f.取为共振振幅降2dB吋的频率宽度，则损耗因数为：tand: = 1, 308A//J

b）共振峰宽度△f.取为共振振辑下降1dI3时的频率宽度，则损耗因数为：tand: = 1. 965A//1,

·B3）

GB/T 16406—1996

·边下降3dB时的频率宽度进行计算，则损耗因数共振曲线不对称时,取共振峰半宽度窄的tand=

应用上述一种或几种近似公式处理数据时，应在试验报告中说明。B4