[发明专利]一种静压力下提取材料动态力学参数的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料测试技术领域，是一种利用激光技术测试材料在静压力下的动态力学参数的方法及装置。

背景技术

目前，动态力学参数是表征材料的内部能量耗散以及振动疲劳特性的重要参数，是结构动力学设计和水声材料研制必须要获得的参数，该参数在阻尼材料和水声材料研发中得到了非常广泛的应用。

测试材料动态力学性能参数方法和仪器很多，GB/T 16406-1996《声学声学材料阻尼性能的弯曲共振测试方法》、GB/T 18258《阻尼材料阻尼性能测试方法》、GJB981-1990《粘弹阻尼材料强迫非共振型动态测试方法》等标准提出了测试材料动态力学参数的各种方法。但没有涉及如何获得材料在静压力下的动态力学参数。目前商品化用于测试材料动态力学性能的仪器很多，如法国01dB公司的VA3000粘弹仪，TA公司的DMA2980热机械分析仪，Perkin Elmer公司的DMA 7e热机械分析仪等，但仅能测试材料在常压条件下的性能。由于材料动态力学参数与其水声性能之间的相关性，获得静压力下的动态力学参数可以为在深水条件下应用的水声材料研发提供依据，因而对于耐压水声材料的研究具有非常重要的意义。

国内外尚无静水压条件下的材料动态力学参数方法和装置的专利报道。

美国专利(见公开号US 6,320,665)介绍的一种利用声光扫描激光测振仪，测试宏观组件和微观组件动态力学性能方法和装置。该装置将单频激光束分成两束正交的极化束，其中的一个光束入射到考察的表面然后返回，该光束与从参考面反射回来的另一光束产生干涉。在干涉点位置有一光探测器，该探测器的信号经信号处理器可得到被测样品的动态参数。但该方法无法获得在静压力条件下材料的动态力学参数。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种静压力下提取材料动态力学参数的方法及装置；通过激光技术解决现有技术无法获得材料在静压力条件下的动态力学参数的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用如下所述技术方案：

所述的静压力下提取材料动态力学参数的方法，是对处在一定静压力下的样品进行信号激励，用激光光束辐射在被测样品上，通过对散射信号的接收和处理而获得材料的动态力学参数，其步骤如下：

1)对处在一定静压力下的样品进行振动信号激励，其激励是由振动器将任意波形发生器产生的信号，经功率放大器后，经过振动传递杆传递给样品；其振动信号激励包括共振法、非强迫共振法以及波传播法产生的激励；

2)利用激光器提供的激光源辐射在处理压力容器中的样品上，产生散射信号；

3)接收并处理信号，获得材料的动态力学性能以及声学性能参数，是通过样品的位移变化特性以及声波传播特性被记录，经接收分析处理得到材料静压力条件的动态力学参数以及声学性能参数。

其操作步骤如下：选用各组件组成本装置，其中，压力容器3可带有三个激光可以穿过的玻璃窗口的不锈钢制压力装置。

1)将计算机、信号源、功率放大器、滤波器、示波器等，预热20分钟；

2)将样品粘接于振动器相连的振动传递杆上，必要时对样品进行染色处理；

3)根据测试需要，调整压力容器内的温度和压力，并使之保持恒定；

4)根据测试要求，设定激励信号的类型，并调节功率放大器、滤波器等参数设置；

5)打开测试程序，对样品进行激励，采用激光器测试静压力条件下，特定信号激励下样品的表面振动响应；

6)记录和处理振动响应信息，根据振动响应与材料动态力学性能之间的关系，可通过程序控制获得材料在静压力条件下的动态力学性能参数。

所述的静压力下提取材料动态力学参数的装置包括：环境室内、压力容器、激光器、振动器、加压装置、功率放大器、监控装置和计算机；其环境室内设置有压力容器，压力容器上部通过管道连通加压装置；压力容器中部和底部设置有玻璃窗口；压力容器内部的顶端装置有振动器，振动器下部通过振动传递杆固定有待测样品；在玻璃窗口外，环境室内与压力容器之间设置有与其对应的激光器，其压力容器中部激光器的下方设置有压力容器的实时监控装置，实时监控装置下方设置有压力容器的温度压力监控装置；实时监控装置与温度压力监控装置由计算机通过GPIB总线控制。

所述的静压力下提取材料动态力学参数的装置，其压力容器设置有若干个激光可以透过的窗口，其压力容器能承受大于5MPa静压力；其压力容器内温度可进行控制。

所述的静压力下提取材料动态力学参数的装置，其振动器由压电陶瓷片制成。