[发明专利]一种材料内耗值测量仪

说明书

本发明公开一种材料内耗值测量仪，主要包括音频信号发生器和电磁起振舌簧架；该电磁起振舌簧架包括有底板、试样固定机构、磁性线圈、U型永久磁铁及非晶铁磁片；试样固定机构和磁性线圈分别前后相对地设于底板上，该磁性线圈与音频信号发生器相互适配电连接；U型永久磁铁具有磁极相反的两块，该两块U型永久磁铁以左右相对设置方式设于底板上的对应磁性线圈处；非晶铁磁片具有两片，其分别贴设于试样其伸至磁性线圈内的对应部分的两侧面上。本发明采用创新的电磁起振方式，利用粉末冶金材料特制的薄片状试样，在可调频外加电磁场与固定永磁极相互作用下而产生振动的原理，实现对材料内耗值测量计算作用，具有测量简单、精准、可靠等优点。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体是指一种材料内耗值测量仪。

背景技术

机械设备中的零部件在工作运转时(如受到冲击等)产生的振动、噪声，被视为一种材料缺陷。特别是在需要安静，稳定的特殊工作环境要求下，例如汽车减震绗架，潜艇发动机降噪等民用军用领域，需要使用高内耗合金(或称为高阻尼合金)将振动、冲击能转变为其他能量而非震动或声波能量，从而达到减震降噪的效果。粉末冶金材料，由于其特殊的结构，如多空隙，多界面，因此具有很高的内耗值，特别适合制造减震降噪功能材料。鉴于民用及军用领域的迫切需要，我国已将发展高阻尼合金作为国家“七·五”高技术及机械工业发展项目。如何准确地测量材料的减震降噪效能，即材料的内耗值(或超声衰减)的测量仪器，是评测高阻尼合金材料设计制造水平，制定此种材料性能标准的关键。

内耗与超声衰减的含义是：在固体振动过程中，由于弹性波与各种缺陷或声子、电子、磁子等元激发的互作用而使机械能消耗的现象，即材料在外力冲击或振动作用下能依靠材料自身的禀性(如材质本征特性、相组成及组织结构内部特征等)而造成能量发生损耗的能力。内耗值的计算公式如下：

△f＝f₂-f₁ ……………(2)

图3是振幅与振动频率的关系图。式中f₀是达到共振时的振幅A_m所对应的共振频率(注意有倍频共振峰)。f₁、f₂分别表示在共振频率f₀的两端，当振幅同时达到时所对应的两端频率(f₂>f₁)。

试样的最大振幅即共振振幅由试样的形状、材质决定，并且共振振幅对应着共振频率即材料的固有频率。因此，在测试中先测出最大振幅的A_m及其对应的共振频率f₀数值。然后，减小电流频率找到振幅为(共振振幅的一半)的点所对应的频率f₁。与此相仿，把电流频率提高，在超过共振频率的区域找到振幅为半高振幅的另一个频率点f₂。将上述结果带入公式(1)、(2)可得到内耗值Q^-1；实际测量时，频率由低向高增加，当出现第一个共振时，记下最大振幅A_m和对应的共振频率f₀，然后在f₀的两端分别测出对应于振幅为的频率即可。

金属物理专家的研究发现金属材料的内耗值Q^-1是与金属材料的本征性能有关。首先金属材料本身的弹性模量E值越小，内耗值Q^-1越大；其次金属材料内部的组织结构特征也决定了内耗值，包括：1)材料微观结构的内界面，及内界面的数量、分布特征；2)材料微观组织中的空隙、空穴、位错等缺陷；3)多种相结构存在条件下的形变弛豫与相间形变不平衡特征。

近年来，各国粉末冶金专家发现，由于粉末冶金方法制备的材料中有较多的空隙存在，很多粉末冶金材料都具有高内耗值的特性。虽然很早有人把这种材料应用到减振器件中去，但是，如何准确方便地测量粉末冶金材料的内耗值的方法却从未见过相关专利或论文。