ГОСТ Р ИСО 18437-1-2014

     

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Вибрация и удар

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЯЗКОУПРУГИХ МАТЕРИАЛОВ

Часть 1. Общие принципы

Mechanical vibration and shock. Characterization of the dynamic mechanical properties of visco-elastic materials. Part 1. General principles

OКС 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 18437-1:2012* "Вибрация и удар. Определение динамических механических свойств вязко-упругих материалов. Часть 1. Общие принципы и руководство" (ISO 18437-1:2012 "Mechanical vibration and shock - Characterization of the dynamic mechanical properties of visco-elastic materials - Part 1: Principles and guidelines").

________________

* 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 поглощения энергии (демпфирования) или изоляции элементов конструкции, связанных с преобразованием, передачей и поглощением энергии. Для оптимального функционирования таких систем важно, 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 (модули упругости и коэффициенты потерь) большинства материалов зависят от частоты, температуры, амплитуды напряжения и предварительной деформации. В дополнение к модулю упругости и коэффициенту потерь часто для предсказания динамических свойств материалов используют коэффициент Пуассона. Выбор материала для каждого конкретного применения определяет рабочие характеристики системы. В настоящем стандарте описываются три метода измерений модуля упругости и коэффициента потерь и два метода для измерения коэффициента Пуассона. Эти методы предполагают линейность поведения систем при малых амплитудах напряжений.     

     1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие методы, более подробно описанные в стандартах ИСО 18437-2 - ИСО 18437-5, определения в лабораторных условиях динамических механических свойств изотропных вязкоупругих эластичных материалов (модуля упругости, модуля сдвига, объемного модуля упругости, коэффициентов потерь и коэффициента Пуассона), используемых в системах виброизоляции.

Такие материалы используют с целью уменьшения:

a) передачи вибрации звуковой частоты к опорной конструкции, способной переизлучать звук в окружающую среду;

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

c) передачи импульсных воздействий и шума.

Полученные в результате измерений результаты могут быть использованы в целях:

1) проектирования систем виброизоляции;

2) выбора оптимального эластичного материала для данной конструкции;

3) теоретических расчетов передачи вибрации виброизоляторами;

4) обеспечения необходимой информацией при изготовлении продукции;

5) предоставления необходимой информации предприятиям-изготовителям и поставщиками;

6) контроля качества продукции.     

     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 10846-2 Вибрация и акустика. Измерения виброакустических передаточных характеристик упругих элементов в лабораторных условиях. Часть 2. Прямой метод определения динамической жесткости упругих опор для поступательной вибрации (ISO 10846-2, Acoustics and vibration - Laboratory measurement of vibro-acoustic transfer properties of resilient elements - Part 2: Direct method for determination of the dynamic stiffness of resilient supports for translatory motion)

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 10846-2 и ИСО 23529, а также следующие термины с соответствующими определениями.

3.1 модуль Юнга (Young modulus, modulus of elasticity) E: Отношение нормального напряжения к нормальной деформации, в котором каждая величина может быть выражена комплексным числом.

Примечание 1 - Выражают в паскалях.

Примечание 2 - Комплексный модуль Юнга Е* для вязкоупругих материалов представляют в виде Е*=Е'+iЕ", где Е' - действительная часть комплексного модуля Юнга, Е" - мнимая часть комплексного модуля Юнга (модуль потерь). Действительная часть характеризует получаемую и отдаваемую материалом энергию при сжатии (растяжении) и релаксации, а мнимая - потери при преобразовании энергии.

3.2 коэффициент потерь (loss factor): Частотно зависимое отношение мнимой части комплексного модуля упругости к его действительной части (т.е. тангенс фазового угла комплексного модуля упругости) в области низких частот, где силами инерции можно пренебречь.

Примечание - Если для материала характерно наличие разности фаз (угла потерь) между гармоническими процессами деформации и напряжения, то коэффициент потерь представляет собой тангенс этого угла.

3.3 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 x(t) является выходной процесс y(t), а откликом на входной процесс x(t) - выходной процесс y(t), то принцип суперпозиции для данной системы имеет место в том случае, если откликом на входной процесс x(t)+x(t) ( и - некие константы) будет выходной процесс y(t)+y(t), причем указанное равенство должно соблюдаться при всех значениях , , x(t) и x(t).

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.     

     4 Принципы измерений

4.1 Общие положения

Модуль Юнга вязкоупругого материала зависит от частоты и температуры. Теоретические аспекты в отношении различных форм вибрации, характеристик упругости и обычно используемых испытательных установок рассмотрены в ИСО 6721-1 и ИСО 4664-1. В ИСО 18437-2 - ИСО 18437-4 установлены три дополнительных метода, которые используются для получения необходимых данных о модулях упругости. Поскольку каждый из этих методов имеет свои достоинства и недостатки, они все рассматриваются в настоящем стандарте. Кроме того, метод, описанный в ИСО 18437-4, может быть применен при наличии предварительного статического нагружения. Наконец, еще один стандарт серии, ИСО 18437-5, устанавливает метод определения коэффициента Пуассона материала сравнением результатов измерений и расчетов, выполненных методом конечных элементов. Все четыре метода, установленные вышеуказанными стандартами серии ИСО 18437, применимы только для материалов с линейным поведением в условиях малых амплитуд напряжения.

Условиями применимости методов, рассматриваемых настоящим стандартом, являются:

a) линейность динамического поведения виброизолятора;

Примечание - Удовлетворяющий данному условию виброизолятор может включать в себя упругие элементы с нелинейной характеристикой зависимости прогиба от статической нагрузки при условии, что при данной статической нагрузке они демонстрируют линейность отклика при воздействиях малых амплитуд.

b) равномерное распределение поверхностей контактов виброизолятора со смежными конструкциями, по которым воспринимается и передается вибрация;

c) отсутствие взаимодействия между виброизолятором и окружающей средой (обычно воздухом).

Условие с) может не выполняется для виброизоляторов из пористых материалов, таких как пенопропилен. Для частот, как правило, выше 100 Гц взаимодействие среды с твердыми фазами материала может быть достаточно существенным, чтобы изменить жесткость материала и потери в нем.

4.2 Резонансный метод

4.2.1 Введение

В резонансном методе измеряют коэффициент передачи (по перемещению, скорости или ускорению) образца при нагружении его с входной стороны источником вибрации, а с выходной - массой. Знание плотности и геометрических характеристик образца, данные об изменении амплитуды и фазы передаваемой через образец вибрации позволяют определить комплексный модуль Юнга. Принцип метода показан на рисунке 1.

1 - установочный блок; 2 - акселерометр; 3 - выходной сигнал акселерометра; 4 - испытуемый образец; 5 - направление вибрации

Рисунок 1 - Принцип резонансного метода

4.2.2 Испытательное оборудование

Для применения метода требуется следующее испытательное оборудование:

a) электродинамический вибровозбудитель;

b) акселерометры;

c) усилители;

d) испытательный стенд;

e) климатическая камера;

f) двухканальный анализатор спектра;

g) компьютер.

4.2.3 Подготовка образца к испытаниям и его установка

Образцы для испытаний изготавливают в форме стержня длиной обычно 100 мм с размерами поперечного сечения от 6 до 7 мм. Стержень может быть квадратным или круглым. Перед установкой образца на испытательный стенд определяют его длину, плотность и массу. Образец закрепляют между установочными блоками с акселерометрами на них, как показано на рисунке 1. Для крепления образца могут быть использованы отвердевающие клеящие материалы, например эпоксидная смола или цианоакрилат. Сборку из установочных блоков и испытуемого образца жестко соединяют с возбудителем вибрации для создания в образце чисто продольных волн.