Определение динамического модуля упругости композитных материалов
по методике ГОСТ Р 57947-2017 «Композиты. Определение динамического модуля упругости, модуля упругости при сдвиге и коэффициента Пуассона методом импульсного воздействия вибрации»
Для определения динамического модуля упругости композитных материалов используют метод импульсного воздействия, описанный в ГОСТ Р 57947-2017 «Композиты. Определение динамического модуля упругости, модуля упругости при сдвиге и коэффициента Пуассона методом импульсного воздействия вибрации».
Согласно ГОСТ Р 57947-2017, сущность метода заключается в определении основной резонансной частоты образца, вызванной одиночным механическим возбужением. Полученные резонансные частоты, размеры и масса образца используются для рассчета динамического модуля упругости.
Специалисты компании ZETLAB провели эксперимент по определению резонансной частоты при помощи программного обеспечения и измерительных устройств ZETLAB.
В качестве образцов были использованы: фрагмент древесины и фрагмент бетона.
Состав испытательной установки
С целью проведения измерений резонансной частоты образцов была собрана установка следующего состава:
1) Анализатор спектра ZET 038
2) Ударный молоток AU02
3) Акселерометры ВС 111
4) ПК с установленным программным обеспечением ZETLAB для обработки результатов.
Образец закреплялся на опорах для обеспечения изоляции образца от воздействия окружающих вибраций, но не ограничивающих режим его вибрации.
Места установки акселерометров на образцах зависят от метода возбуждения колебаний при определении основной резонансной частоты (изгибные колебания или продольные колебания).
Проведение испытаний
При помощи ударного молотка AU02 образец подвергался воздействию вибрации нанесением упругого удара.
Сигналы с акселерометров, подключенных на измерительные входы анализатора спектра ZET 038, обрабатывались в программе «Регистратор ударов», используя дополнительное окно «Анализ мод колебаний». Программа позволяет в автоматическом режиме определять собственные частоты, фазы, отношения пиковых амплитуд двух сигналов и декремента затухания различных механизмов, деталей, конструкций и прочих объектов методом измерения частот свободных колебаний, в режиме ударного возбуждения.
Последующая обработка результатов ведется при помощи вычислений по формулам, приведенным в разделе 8 ГОСТ Р 57947-2017.
Для удобства предоставления результатов, специалисты ZETLAB вели все вычисления в Excel. Ниже приведены полученные данные в результате эксперимента.
для фрагмента бетона
для фрагмента древесины
Заключение
Определение динамического модуля упругости композитных материалов методом импульсного воздействия вибрации хоть и является достаточно точным, однако, имеет ряд недостатков.
Определение основной резонансной частоты данным методом требует вычисления среднеарифметического значения покананий, основанных на пяти последовательных результатах, различие между которыми должны быть не более 1 %. Что в свою очередь усложняет процедуру оценки, поскольку большое влияние на выполнение удара по образцу оказывает человеческий фактор (сила удара, место удара и т.д.), это может привести к увеличению времени исследований и к трудностям в достижении повторяемости результатов.
Альтернативным методом, исключающим человеческий фактор, является определение динамического модуля упругости образцов резонансным методом с помощью вибрационной установки — пьезокерамического вибростенда.
Приведенный способ обеспечит превосходную повторяемость результатов, с высокой точностью определять требуемые характеристики, а также автоматизировать процесс определения основной резонансной частоты, а соответственно и модулей упругости, что в результате сократит время исследований.