GB/T16406—1996 前言 本标准是参照国际标准ISO6721-3：1994《塑料一一动态力学特性测量—第3部分：弯曲振动-共 振曲线法》，美国材料与试验学会标准ASTME756-83《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，为及时将国际标准转化为我 国标准，又便于独立使用和适合我国国情，本标准编制时，将均匀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，同时编入本标准内。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。 本标准由全国声学标准化技术委员会提出及归口。 本标准起草单位：中国科学院声学研究所、中国船舶工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○一研究所。 本标准主要起草人：张同根、陆锦煜、陈耀辉、邵汉林。 中华人民共和国国家标准 声学声学材料阻尼性能的弯 曲共振测试方法 GB/T16406—1996 Acoustics-Flexural resonance testing method for damping properties of acoustical materials 1 范围 本标准规定了测定声学材料阻尼性能的弯曲共振方法。 本标准适用于均匀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，也可用于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，储能模量的测量范围下限可达 0.5MPa，损耗因数的测量范围为10-2至10-1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准的条文。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声学名词术语 GB4472一84化工产品密度、相对密度测定通则 GB9870一88弹性体动态试验的一般要求 ISO10112—1991阻尼材料——复模量的图示法 3定义和符号 本标准采用下列定义，这些定义适用于线性简谐形变条件。 本标准所用的声学术语均遵循GB/T3947的规定。 3.1复（数）弯曲模量（E）flexuralcomplexmodulus 弯曲应力与弯曲应变之间的复数比，单位：帕，Pa。 E-E+iEt 注：复弯曲模量和复拉伸模量也常被称为复杨氏模量，但弯曲试验和拉伸试验的结果，只有在应力应变关系线性和 试样结构均匀的条件下，才具有可比性。 3.2储能弯曲模量（E）flexural storagemodulus 复数弯曲模量的实数部分，单位：帕，Pa。 3.3损耗弯曲模量（Er）flexurallossmodulus 复数弯曲模量的虚数部分，单位：帕，Pa。 3.4（材料）损耗因数（tanot）lossfactor(ofamaterial） 损耗模量与储能模量之比值。 tandf=E/Et 国家技术监督局1996-05-27批准 1996-12-01实施 GB/T16406--1996 3.5复合（试样）损耗因数（ne）compositelossfactor 复合试样耗散能量的能力的量度。其值正比于试样阻尼能与应变能之比。 4原理 本标准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。悬臂梁法适用于大多数类型的材料，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。 测试系统仪器由激励和检测两部分组成。由信号发生器激励电磁换能器对试样施加简谐激励力。由 检测换能器检测试样的振动信号，经放大送入指示与记录仪器。保持恒定的激励力，连续改变频率，测出 试样的速度弯曲共振曲线。根据弯曲共振频率和共振峰宽度，即可计算出储能弯曲模量和损耗因数。 恒温箱 悬线、 试样 ·夹具 至放大器 振动节点 检测 换能器 激励换能器 检测换能器 、恒温箱 B）自由梁法 一试样 至信号发生器 激励 换能器 A）悬臂梁法 至激励换能器 至检测换能器 放大器 记录指示 监示仪表 信号发生器 仪表 频率计 示波器 C）测量仪器框图 图1测量原理图 本标准规定，共振峰宽度是指在共振频率两边，振幅为共振振幅的0.707倍（即下降3dB)处的频 率差。由于能量与振幅的平方成正比，所以共振峰宽度也常称为半功率带宽或一3dB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振频率， 其中速度共振频率与试样的固有频率重合，位移和加速度共振频率均偏离固有频率，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方法来进行试验，然而，在高阻尼 时，位移共振曲线的共振峰宽度与损耗因数之间的关系变得相当复杂，因此，本标准推荐使用非接触式速度型 换能器的试验装置。 GB/T16406—1996 5试验装置 5.1量具 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：用于測量试样的宽度和厚度，最小分度应不大于0.002mm。 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 悬臂梁或自由梁测量支架应注意避免外界机械振动干扰并符合下述要求。 5.2.1测量装置的固有频率应远离测试频率范围。测量支架应有重的基座。 5.2.2悬臂测量支架的夹具应有足够的夹持力，防止产生附加的摩擦阻尼（见附录A）。 5.2.3自由梁测量支架的悬线应柔细，长度不宜短于30cm，推荐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tand<0.1的情况下，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，换能器的灵敏度起伏应不大于0.05dB。 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于1×10-4/h，输出功率应保证检测时，共振频率上信噪比大 于30dB，输出幅度稳定度应不低于1×10-3/h。 5.4.2频率计的时基稳定度应不低于士2×10-7/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匀性应不超过土1℃C，在每次测量过程中，温度应保持稳 定，其变化不超过士0.5℃。恒温箱内气体可为空气或惰性气体。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，应采用跟踪滤波器，滤波器增益变化应不大 于0.1dB。在用衰减法测量时，不宜使用三分之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振曲线的带宽， 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GB9870中7.1和8.1的要求进行。如该材料另有标准规定， 可按相应标准的要求制样。 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构成的复合试样，建议做成不同厚度 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 0.05mm. 属底层的质量比为1：5的复合方式。在不计重量因素时，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。 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%。 GB/T16406-1996 6.2试样尺寸 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 验室温度下测量，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:1mm~3mm 对于均匀性好的材料，为了统一比较，推荐试样尺寸为 一悬臂梁试样自由长度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，金属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20mm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，根部厚度应不小于复合层的厚度。 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、湿度调节可参照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GB4472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%。在沿试样长度方向上测量试样厚度时，应测量五 点求平均值，如任一测点的厚度超过平均值的土3%，该试样不能用于准确测储能模量值，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夹具夹紧试样后，测量试样的自由长度，准确度应不低于