ГОСТ Р ИСО 18437-6-2021

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Вибрация и удар

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЯЗКОУПРУГИХ МАТЕРИАЛОВ

Часть 6

Метод температурно-временной суперпозиции

Mechanical vibration and shock. Characterization of the dynamic mechanical properties of visco-elastic materials. Part 6. Method of time-temperature superposition

ОКС 17.160

Дата введения 2022-01-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Закрытым акционерным обществом "Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем" (ЗАО "НИЦ КД") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 "Вибрация, удар и контроль технического состояния"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 25 мая 2021 г. N 461-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 18437-6:2017* "Вибрация и удар. Определение динамических механических свойств вязко-упругих материалов. Часть 6. Температурно-временная суперпозиция" (ISO 18437-6:2017 "Mechanical vibration and shock - Characterization of the dynamic mechanical properties of visco-elastic materials - Part 6: Time-temperature superposition", IDT).     

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочного международного стандарта соответствующий ему национальный стандарт, сведения о котором приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Вязкоупругие материалы широко используются в разных системах, в частности для снижения вибрации в конструкциях посредством потери энергии (демпфирования) или изоляции компонентов и в акустических приложениях, связанных с преобразованием, передачей и поглощением энергии. Для оптимального функционирования таких систем зачастую необходимо, чтобы их элементы обладали заданными динамическими свойствами. У большинства вязкоупругих материалов их свойства зависят от частоты, температуры и амплитуды деформации. Целью настоящего стандарта является представление руководства по сбору данных о динамических функциях вязкоупругости с учетом их последующей обработки и установление стандартного метода их анализа на основе принципа температурно-временной суперпозиции. Настоящий стандарт распространяется на термореологически простые материалы с линейным поведением при малых амплитудах деформации (напряжения). В настоящем стандарте предложен метод подтверждения термореологической простоты материала, а также выявления и исключения сомнительных данных, установлены минимальные критерии к сбору данных исходя из требований их последующей обработки и возможности объединения нескольких наборов данных о характеристиках вязкоупругих материалов, полученных при разных температурах, в одну обобщенную кривую на основе принципа температурно-временной суперпозиции. При достаточном объеме данных применяется стандартный аналоговый метод расчета в виде сдвигов участков кривой ([16], [17]).

Метод температурно-временной суперпозиции является наиболее широко используемым в ускоренных испытаниях, позволяющих предсказать долговременное поведение вязкоупругих материалов ([13]). Он позволяет получить значения характеристик упругости в той области частот, в которой реальное проведение испытаний не представляется возможным.

     1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает метод сбора и анализа экспериментальных данных, полученных в результате испытаний по одному из следующих стандартов: ИСО 18437-1 - ИСО 18437-5, ИСО 6721-4 - ИСО 6721-7 или ИСО 6721-12.

Установленный метод применим к данным, полученным для термореологически простых материалов при их испытаниях в равновесном состоянии при каждой заданной температуре.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных - последнее издание (включая все изменения к нему):

ISO 18437-1, Mechanical vibration and shock - Characterization of the dynamic mechanical properties of visco-elastic materials - Part 1: Principles and guidelines (Вибрация и удар. Определение динамических механических свойств вязкоупругих материалов. Часть 1. Общие принципы и руководство)

     3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ИСО 18437-1, а также следующие термины с соответствующими определениями:

ИСО и МЭК ведут терминологические базы данных для использования в стандартизации по следующим адресам:

- Платформа онлайн-просмотра ИСО: доступна на https://www.iso.org/obp;

- Электропедия МЭК: доступна на http://www.electropedia.org/.

3.1 динамическая функция (вязкоупругости) (dynamic visco-elastic function): Основная характеристика вязкоупругих свойств материала, состоящая из модуля накопления и модуля потерь и определяемая в виде модулей упругости при деформациях растяжения, сдвига или сжатия, а также в виде функции потерь как функция частоты и температуры.

3.2 модуль накопления M' (storage modulus): Действительная часть комплексного модуля упругости.

Примечание 1 - Является мерой энергии, накапливаемой и возвращаемой материалом при его циклическом нагружении.

Примечание 2 - Модули накопления для деформаций растяжения, сдвига и сжатия обозначают соответственно E', G' и K'.

Примечание 3 - Выражается в паскалях (Па).

[ИСО 472:2013, статья 2.998 с изменениями (добавлены примечания)]

3.3 модуль потерь M'' (loss modulus): Мнимая часть комплексного модуля упругости.

Примечание 1 - Является мерой потерь (диссипации) энергии в материале при его циклическом нагружении.

Примечание 2 - Модули потерь для деформаций растяжения, сдвига и сжатия обозначают соответственно E'', G" и K".

Примечание 3 - Выражается в паскалях (Па).

[ИСО 472:2013, статья 2.559 с изменениями (добавлены примечания)]

3.4 коэффициент потерь (loss factor): Отношение модуля потерь (3.3) к модулю накопления (3.2) для деформаций растяжения, сдвига, сжатия или продольного сжатия материала.

Примечание 1 - Вычисляется по формуле =M"/M'.

[ИСО 472:2013, статья 2.557 с изменениями (уточнено определение термина)]

3.5 температурно-временная суперпозиция (time-temperature superposition): Принцип эквивалентности для вязкоупругих материалов величин времени и температуры, согласно которому кривую, построенную по данным при одном значении температуры, распространяют на данные, соответствующие другой температуре, посредством сдвига соответствующей кривой вдоль оси времени в логарифмическом масштабе.

Примечание 1 - Настоящий термин в большей степени подходит для динамических испытаний, хотя для них он менее употребим. В качестве эквивалента используют также термин "метод приведенных величин".

[ИСО 18437-2:2005, пункт 3.3 с изменениями ("ось частот" заменена на "ось времени в логарифмическом масштабе" и добавлено примечание)]

3.6 термореологически простой материал (thermorheologically simple material): Материал, для которого справедлив принцип температурно-временной суперпозиции (3.5).

Примечание 1 - Материал, для которого принцип температурно-временной суперпозиции не выполняется, например вследствие множественных фазовых переходов, называют термореологически сложным.

Примечание 2 - В термореологически сложных системах отношение времен релаксации материала при разных температурах может не быть постоянной величиной. Таким образом, мультифазная система будет термореологически сложной, если фактор сдвига (3.7) зависит не только от температуры, но и от времени.

3.7 фактор (горизонтального) сдвига (shift factor): Величина сдвига вдоль логарифмической (по основанию 10) оси частот, при котором происходит совмещение кривой характеристики для одного постоянного значения температуры с кривой для другого постоянного значения температуры.

Примечание 1 - Выражение "фактор сдвига" обычно подразумевает сдвиг в горизонтальном направлении.

[ИСО 18437-2:2005, пункт 3.4 с изменениями (добавлено примечание)]

3.8 фактор вертикального сдвига (vertical shift factor): Величина сдвига вдоль логарифмической (по основанию 10) оси модуля упругости для учета влияния перехода от приведенной температуры к некоторой заданной температуре.

3.9 обобщенная кривая (master curve): Кривая, построенная с применением температурно-временной суперпозиции (3.5), которая отражает динамическое поведение материала при температуре приведения в диапазоне частот более широком, чем тот, в котором были проведены испытания.

     4 Определение диапазона вязкоупругости и описание данных

     4.1 Принцип температурно-временной суперпозиции

Метод температурно-временной суперпозиции является наиболее широко используемым в ускоренных испытаниях, позволяющих предсказать долговременное поведение вязкоупругих материалов, и состоит в следующем. Для получения экспериментальных данных о механических свойствах материала проводят серию динамических испытаний при разных постоянных значениях температуры в заданном ограниченном диапазоне частот (часто называемом "окно эксперимента"). Это позволяет получить набор изотермических сегментов динамической функции вязкоупругости. Эти сегменты смещают вначале по вертикальной оси для учета изменения температуры и плотности материала, а затем вдоль горизонтальной оси частот (в логарифмическом масштабе) к сегменту кривой, полученной при температуре приведения . Кривую, составленную из таких сегментов, называют обобщенной кривой. Принцип температурно-временной суперпозиции утверждает, что результирующая обобщенная кривая будет совпадать с той кривой, которая была бы получена в результате проведения испытаний в широком диапазоне частот при температуре приведения. Таким образом, изотермы, полученные с применением практически и экономически обоснованного окна эксперимента, позволяют построить полную динамическую функцию вязкоупругости для испытуемого материала.

Примечание 1 - Сдвиг сегментов в вертикальном направлении не требуется, если искомой динамической функцией является функция потерь ([17]).

Существуют несколько критериев применимости метода температурно-временной суперпозиции ([13]):

a) сегменты изотерм, полученных при разных температурах, хорошо совмещаются при наложении друг на друга в широком диапазоне частот;

b) фактор сдвига одинаковый для разных динамических функций;

c) фактор сдвига представляет собой гладкую функцию температуры, не содержащую значительных флуктуаций и особенностей.

Примечание 2 - Зависимость от температуры обычно моделируют теоретическими зависимостями Аррениуса ([14]) или Уильямса-Лэндела-Ферри ([13]). Дополнительная информация о модели Уильямса-Лэндела-Ферри приведена в [11] и [2].

     4.2 Получение данных

4.2.1 Новые данные

При получении экспериментальных данных следует обратить особое внимание на то, чтобы они были полны и обеспечивали достаточное перекрытие в точке сопряжения частот при сдвиге изотерм. Примером достаточно полного описания может служить сбор данных с интервалом 5°С на частотах 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 1; 2; 3; 5; 10; 20 и 30 Гц или динамических данных, обеспечивающих перекрытие в одну декаду (по логарифмической оси частот) между соседними изотермами.

Теоретически метод температурно-временной суперпозиции не налагает ограничений на выбор окна эксперимента. Однако диапазон частот испытаний должен быть согласован с другими стандартами и возможностями измерительного оборудования.

Диапазон температур при испытаниях также должен соответствовать возможностям экспериментальной установки с учетом того, что максимальная температура должна быть не выше той, при которой испытуемый образец материала начинает терять геометрическую форму под действием собственного веса.

4.2.2 Существующие данные

Если построение динамической функции вязкоупругости основывается на уже имеющихся данных, тогда эти данные должны удовлетворять требованиям 4.2.1. Если существующие данные не обеспечивают достаточного перекрытия соседних участков кривой, тогда для получения недостающих сегментов следует провести испытания в соответствии с требованиями настоящего стандарта.

Существует альтернативный способ восполнения недостающих данных без обращения к испытаниям (см. [15]), однако этот способ не должен рассматриваться как часть настоящего стандарта.

4.2.3 Разброс данных и подтверждение термореологической простоты

У термореологически простого материала является гладкой функцией температуры без значительных флуктуаций или особенностей, и существует только один фазовый переход во всем спектре частот и температур. Тогда график зависимости коэффициента потерь от модуля накопления будет иметь вид гладкой кривой, похожей на арку или перевернутую букву U ([15]).