[发明专利]一种同时提取材料复杨氏模量和复剪切模量的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于测试技术领域，特别涉及到一种利用激光测振技术和有限元模拟技术同时提取静水压力条件下材料复杨氏模量和复剪切模量的方法及装置。

背景技术

复杨氏模量和复剪切模量用来表征材料动态力学性能的重要参数，可用来表征材料内部能量耗散以及振动疲劳特性，是结构动力学设计和水声材料研制过程中的重要参数，是阻尼材料和水声材料研发中要获得的重要参数。

测试材料复杨氏模量和复剪切模量的方法较多，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》、ANSIS2.22-1998、ANSI S2.23-1998以及IS06721-1994等标准提出了测试这些参数的各种方法。

目前商品化采用上述标准测试材料动态力学性能的仪器较多，如法国01dB公司的VA4000粘弹仪，TA公司的DMAQ800热机械分析仪，Perkin Elmer公司的DMA 7e热机械分析仪等，通过改变夹持试样的夹具，可以分别获得材料的复杨氏模量和复剪切模量。但现有仪器无法在同一时间获得材料的复杨氏模量和复剪切模量，并且无法获得静水压力条件下材料的复模量参数。

美国专利(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。该方法可以获得材料在空气中的动态参数，但该方法无法同时获得静水压力材料的复杨氏模量和复剪切模量。

国内外尚无可同时材料静压力条件下复杨氏模量和复剪切模量方法和装置的相关报道。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种利用激光测振技术和有限元模拟技术同时提取静水压力条件下材料复杨氏模量和复剪切模量的方法及装置，在同时获得静水压力条件下材料的复杨氏模量和复剪切模量问题，为耐静水压阻尼材料和水声材料制品研发，提供了重要基础数据支持。

为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

所述的同时提取材料复杨氏模量和复剪切模量的方法，是对处在环境室可设定温度和静水压力的样品进行激励，用He/Ne激光源辐射在被测样品上，通过对从样品散射信号的接收和处理而获得材料三维方向上表面运动，结合有限元方法获得材料的复杨氏模量和复剪切模量，包括以下步骤：

1)对处在一定温度下和静水压力条件下的样品进行振动信号激励；

2)利用He/Ne激光源辐射在环境室的样品上，产生散射信号；

3)接收并处理散射信号，获得材料在三维方向上表面的振动响应A；设定材料复杨氏模量和复剪切模量的初始值，采用有限元模拟方法预测到的振动响应B；通过不断调整有限元模拟计算中材料的复杨氏模量和复剪切模量设定值使模拟振动响应信号B与实际获得的响应信号A特征在允许差别范围内，此时的复杨氏模量和复剪切模量设定值即为材料在静水压力条件下的复杨氏模量和复剪切模量。

所述的同时提取材料复杨氏模量和复剪切模量的方法，其有限元模拟方法是通过设定复杨氏模量和复剪切模量初始值，根据边界条件，计算出相同响应条件下模拟振动激励信号，并将此模拟振动激励信号经功率放大器进行信号放大后，对样品进行振动激励后，获得模拟振动响应信号B。

所述的同时提取材料复杨氏模量和复剪切模量的装置，是由40.0MHz振荡器、He/Ne激光源、布拉格格子、光纤耦合器、面外探测器、环境室、雪崩光敏二极管、40.1MHz振荡器、混频器、锁相环、低通滤波器、锁位放大器、功率放大器、计算机组成，其中40.0MHz振荡器、He/Ne激光源和布拉格格子组成激光器，经光纤耦合器把一路光纤信号分配成多路光纤信号，信号输入环境室中的振动器，振动器对样品进行振动激励，经面内探测器检测，并通过雪崩光敏二极管隔离噪声信号后，然后通过混频器并经40.1MHz振荡器，将检出的信号变频经锁相环、低通滤波器和锁位放大器，再经过计算机处理得到振动响应信号A；利用计算机，通过有限元程序，根据实际获得振动响应信号A，设定复杨氏模量和复剪切模量初始值和边界条件，获得模拟受激励状态下的样品振动激励信号；将模拟振动激励信号经功率放大器放大后，通过振动器对样品进行振动激励，并获得此状态下的模拟振动响应信号B。