共振法测量材料阻尼特性

2015-03-02 17:57:25 阅读次数:31117

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摘要:符合GB/T18258-2000和GB/T16406-1996标准的采用共振法测量材料阻尼特性,实现通过频响曲线进行在线测量的功能.

关键词:声学材料,阻尼材料,阻尼特性,共振法


    DASP-DAMPING-TEST包括INV系列数据采集仪器、INV阻尼材料测试台和DASP阻尼材料特性测量软件系统组成,是符合GB/T18258-2000和GB/T16406-1996标准的采用共振法测量材料阻尼特性的解决方案。


    测量过程中需要同时对激励信号和阻尼材料试样响应信号进行测量,并实时进行频响分析获取平均后的频响曲线,通过频响曲线的共振峰计算阻尼材料的损耗因子(损耗因子等于阻尼比乘以2)以及弹性模量。


    阻尼材料包括自支撑材料和非自支撑材料。对于自支撑阻尼材料可以直接进行激励和测量,而对于非自支撑阻尼材料则需要将其粘贴到金属板上进行测量,此时还需要先对金属板的共振频率和弹性模量等特性进行测量。


    共振法测量需要对试样进行激励,并测量激励和响应信号,计算频响曲线的平均结果。激励可以是正弦扫频激励,也可以是随机激励。采用正弦扫频激励时需要选择峰值保持的平均方式,而随机激励下则应选择线性平均方式。


    获取频响曲线后,可以通过共振峰区域的曲线计算材料的阻尼特性(损耗因子和弹性模量)。本软件中提供两种方法:半功率带宽法和INV阻尼计法。


    半功率带宽法是最常见的计算方法,它根据频谱中某个谱峰的半功率带宽计算阻尼比。该方法常常具有一定的误差,原因为:该方法的理论上有一定的近似,其次由于FFT频谱是具有一定频率间隔的离散谱,因此计算谱峰的主频和半功率带宽是都不可避免存在误差。尤其在低频和小阻尼的情况下误差更为显著,常常会出现百分之几百的误差而导致结果根本不可信。


    INV阻尼计法是针对半功率带宽法的问题而发展的,为DASP软件的特有方法,结合时域法和频谱的特点,并基于不受频率分辨率影响的INV频率计技术,可以得到更加准确的阻尼结果。该方法对仿真信号进行计算时误差小于百分之一,对于工程中的实际信号,计算结果非常稳定。INV阻尼计方法还自动包含了选定频带的整体阻尼计法,当频谱中谱峰上具有较多毛刺的情况(例如低信噪比的情形,或者随机振动的情形等)或者谱峰中不存在半功率点的情况下,此方法自动选择谱峰两边的一个合适频带范围,进行整体阻尼比的计算。


    提示1:本方案的软件根据相关标准给出若干共振频率上的损耗因子和弹性模量两个阻尼特性参数。

    提示2:常用的阻尼比参数与损耗因子的关系为:损耗因子等于阻尼比乘以2;

    提示3:本方案的软件给出的弹性模量数据是在阻尼试样处于悬臂梁约束下测量得到的,若实际被测试样不是悬臂梁约束方式,则请不要使用弹性模量的结果数据。


    提示4:大阻尼问题

    共振曲线法测试阻尼是建立在线性小阻尼的理论基础上,若采用半功率带宽法,对于大阻尼(损耗因子大于0.1)情形,则会产生一些偏差。使用INV阻尼计法则受影响较小。

    首先,损耗因子的高阶项影响不可忽略,需要进行修正,在DASP中称为“高阶修正”算法;

    其次,大阻尼的谱峰相对高度较低,可能无法寻找到半功率点(半功率点对应从谱峰下降3dB的位置),替代的办法是选择比共振峰下降2dB或者1dB的位置进行计算,此时的计算结果还需要乘以相应的修正,在DASP中称为“-2dB带宽”和“-1dB带宽”算法;

    再次,对于谱峰不对称的情况(谱峰到两边半功率点的半带宽相差较大),可选择较窄的半带宽乘以2作为半功率带宽,在DASP中称为“窄边带宽”算法。