ГОСТ Р ИСО 18437-2-2014

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Вибрация и удар

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЯЗКОУПРУГИХ МАТЕРИАЛОВ

Часть 2. Резонансный метод

Mechanical vibration and shock. Characterization of the dynamic mechanical properties of visco-elastic materials. Part 2. Resonance method

ОКС 17.160

Дата введения 2015-12-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом "Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем" (АО "НИЦ КД") на основе собственного аутентичного перевода 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 24 октября 2014 г. N 1425-ст.

4 Настоящий стандарт является идентичным по отношению к международному стандарту ИСО 18437-2:2005* "Вибрация и удар. Определение динамических механических свойств вязко-упругих материалов. Часть 2. Резонансный метод" (ISO 18437-2:2005 "Mechanical vibration and shock - Characterization of the dynamic mechanical properties of visco-elastic materials - Part 2: Resonance method").

________________

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

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации и межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). 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 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 (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. Энергетические потери, имеющие место на межмолекулярном уровне, могут быть измерены через запаздывание между деформацией и напряжением в материале. Вязкоупругие свойства (модуль упругости и коэффициент потерь) большинства материалов зависят от частоты, температуры и амплитуды деформации. Выбор материала для каждого конкретного применения определяет рабочие характеристики системы. Настоящий стандарт устанавливает один из методов измерения динамических свойств вязкоупругих материалов - резонансный метод. Этот метод предполагает линейность поведения систем при малых амплитудах напряжений.

     1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает резонансный метод определения в лабораторных условиях динамических механических свойств изотропных вязкоупругих эластичных материалов, применяемых в виброизоляторах. Диапазон частот измерений в соответствии с данным методом - от долей герца до приблизительно 20 кГц.

Настоящий стандарт распространяется на вязкоупругие материалы, используемые с целью уменьшения:

a) передачи энергии вибрации от машин, сооружений, транспортных средств, которая впоследствии может излучаться в виде звуковых волн в окружающую среду (воздух, жидкость);

b) передачи низкочастотной вибрации, способной (если уровень вибрации достаточно высок) негативно воздействовать на людей, сооружения или чувствительное оборудование.

Полученные в результате измерений результаты могут быть использованы в целях:

- проектирования эффективных виброизоляторов;

- выбора оптимального материала для виброизолятора;

- теоретических расчетов передачи вибрации через изоляторы;

- обеспечения необходимой информацией при изготовлении продукции;

- предоставления необходимой информации предприятиям-изготовителям и поставщиками;

- контроля качества продукции.

Условием применимости метода измерений является линейность динамического поведения виброизолятора. Такой виброизолятор может включать в себя упругие элементы с нелинейной характеристикой зависимости прогиба от статической нагрузки при условии, что под данной статической нагрузкой все эти элементы демонстрируют линейность отклика при воздействиях малых амплитуд.

Измерения резонансным методом проводят в диапазоне частот, охватывающем одну или две декады, при разных значениях температуры материала. Применение принципа температурно-временной суперпозиции позволяют затем распространить полученные результаты измерений на гораздо более широкий диапазон частот (обычно от 10 до 10 Гц для заданной температуры приведения), чем тот, в котором реально проводят измерения при данной температуре.

Примечание - В настоящем стандарте под динамическими механическими свойствами понимают функциональные зависимости основных параметров, характеризующих упругие свойства материала, таких как комплексный модуль Юнга, от температуры, частоты и, при необходимости, от предварительного нагружения.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты*:

________________

* Таблицу соответствия национальных стандартов международным см. по ссылке. - Примечание изготовителя базы данных.

ИСО 472 Пластмассы. Словарь (ISO 472, Plastics - Vocabulary)

ИСО 2041 Вибрация, удар и контроль состояния. Словарь (ISO 2041, Mechanical vibration, shock and condition monitoring - Vocabulary)

ИСО 4664-1 Резина вулканизированная или термопластичная. Определение динамических свойств. Часть 1. Общее руководство (ISO 4664-1, Rubber, vulcanized or thermoplastic - Determination of dynamic properties - Part 1: General guidance)

ИСО 6721-1 Пластмассы. Определение механических свойств при динамическом нагружении. Часть 1. Общие принципы (ISO 6721-1, Plastics - Determination of dynamic mechanical properties - Part 1: General principles)

ИСО 10112 Демпфирующие материалы. Графическое представление комплексных модулей упругости (ISO 10112, Damping materials - Graphical presentation of the complex modulus)

ИСО 10846-1 Вибрация и акустика. Измерения виброакустических передаточных характеристик упругих элементов в лабораторных условиях. Часть 2. Общие принципы и руководство (ISO 10846-1, Acoustics and vibration - Laboratory measurement of vibro-acoustic transfer properties of resilient elements - Part 2: Principles and guidelines)

ИСО 23529 Каучук и резина. Общие процедуры приготовления и кондиционирования образцов для физических методов испытаний (ISO 23529, Rubber - General procedures for preparing and conditioning test pieces for physical test methods)

     3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ИСО 472, ИСО 2041, ИСО 4664-1, ИСО 6721-1, ИСО 10112, ИСО 10846-1 и ИСО 23529, а также следующие термины с соответствующими определениями.

3.1 модуль Юнга (Young modulus) *: Отношение нормального напряжения (при сжатии или растяжении материала) к вызывающей его нормальной деформации или относительному изменению длины.

Примечание 1 - Выражают в паскалях.

Примечание 2 - Для вязкоупругих материалов модуль Юнга * является комплексной величиной, включающей в себя действительную и мнимую части.

Примечание 3 - С физической точки зрения действительная часть модуля Юнга характеризует энергию, накапливаемую при деформации, а мнимая часть - возникающие при этом потери энергии (см. 3.2).

3.2 коэффициент потерь (loss factor): Отношение мнимой части модуля Юнга для данного материала к его действительной части (т.е. тангенс фазового угла комплексного модуля упругости).

Примечание - При наличии потерь энергии в материале изменения механического напряжения запаздывают относительно механической деформации на фазовый угол . Коэффициент потерь равен tan.

3.3 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 частот.

3.4 фактор 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.

3.5 температура стеклования (glass transition temperature) : Температура, соответствующая точке излома на графике зависимости удельного объема от температуры, при которой полимер переходит из высокоэластичного в стеклообразное состояние.

Примечание 1 - Выражают в градусах Цельсия.

Примечание 2 - Температура стеклования является характеристикой свойств материала. Ее обычно определяют по точке излома функциональной зависимости удельной теплоемкости от температуры.

Примечание 3 - не является температурой, при которой наблюдается максимум коэффициента потерь. Максимум потерь приходится на температуру, значение которой превышает и зависит от частоты возбуждаемых колебаний.

3.6 упругий материал (resilient material): Вязкоупругий материал, предназначенный для ослабления передачи вибрации, удара или шума.

Примечание 1 - Ослабление может осуществляться упругим материалом, работающим в режиме растяжения, сжатия, кручения, сдвига или в смешанном режиме.

3.7 линейность (linearity): Свойство динамического поведения упругих материалов, при котором соблюдается принцип суперпозиции.

Примечание 1 - Принцип суперпозиции формулируется следующим образом: если откликом системы на входной процесс является выходной процесс , а откликом на входной процесс - выходной процесс , то принцип суперпозиции для данной системы имеет место в том случае, если откликом на входной процесс ( и - некие константы) будет выходной процесс , причем указанное равенство должно соблюдаться при всех значениях , , и .

Примечание 2 - Проверка на линейность способом, непосредственно вытекающим из формулировки принципа суперпозиции, непрактична. Часто для проверки на линейность достаточно проводить измерения модуля упругости для ряда значений в диапазоне возможных входных величин. Если в условиях заданного предварительного нагружения динамический передаточный модуль номинально инвариантен к перестановке входных и выходных величин, то такую систему считают линейной. По сути, проверку на линейность часто заменяют проверкой пропорциональности между откликом системы и ее возбуждением.

3.8 время релаксации (relaxation time): Время, необходимое для уменьшения значения экспоненциально затухающей величины в е раз (е=2,7183).

     4 Испытательное оборудование

(См. рисунок 1)

4.1 Электродинамический вибростенд

Электродинамический вибростенд используют для воспроизведения силы, действующей на образец во время испытаний и вынуждающей его совершать колебания в вертикальном направлении. Уровень создаваемого напряжения в материале должен быть таким, чтобы обеспечить линейное поведение образца (см. приложение А). Обычно используемый в испытаниях вибростенд обладает следующими характеристиками:

- диапазон частот от 25 Гц до 10 кГц;

- номинальная сила более 5 Н;

- пиковое перемещение менее 0,1 мм.

4.2 Акселерометры

Для проведения испытаний необходима пара акселерометров с идентичными метрологическими характеристиками. В случае, если коэффициенты преобразования акселерометров различны, то в результаты измерений необходимо вносить соответствующие поправки. Обычно в испытаниях используют пьезоэлектрические акселерометры со следующими характеристиками:

- диапазон частот от 25 Гц до 10 кГц;

- коэффициент преобразования по заряду более 1 пК/g (g - ускорение свободного падения).

Масса акселерометра вместе с установочным блоком должна быть минимальной, чтобы не вносить искажения в результаты измерений (см. 5.1).