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作者：侯宏卫政宇杨建华 710072 陕西省西安市友谊西路127号

本发明提出一种基于直达波提取的粘弹性材料复杨氏模量测量方法，首先获得测量系统的脉冲响应函数H(ω)，其次根据H(ω)得到当要求激振器激振端激励信号的傅里叶变换结果为H3(ω)时，信号发生器需要输出的信号S(t)，而后信号发生器将时... 详细信息

标准号: CN107271301A

本发明提出一种基于直达波提取的粘弹性材料复杨氏模量测量方法，首先获得测量系统的脉冲响应函数H(ω)，其次根据H(ω)得到当要求激振器激振端激励信号的傅里叶变换结果为H₃(ω)时，信号发生器需要输出的信号S(t)，而后信号发生器将时域信号S(t)发送到激振器，分别测量样品固定端和样品自由端的纵向振动信号，最后根据公式计算材料的储能模量E’和损耗因子tan(δ)。本发明通过直达波在细棒中传播的特性计算得到复杨氏模量，物理意义明确且操作简便，通过对粘弹性细棒中直达波的提取，避免了两端反射波的影响，其参数直接测量频率范围较宽，不限于样品共振频率，且测量结果在宽频范围内连续。

关键词：直达波复杨氏模量信号发生器激振器细棒测量脉冲响应函数傅里叶变换粘弹性材料测量系统储能模量公式计算共振频率激励信号时域信号损耗因子特性计算物理意义样品固定直接测量纵向振动反射波粘弹性激振宽频输出传播自由

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一种基于直达波提取的粘弹性材料复杨氏模量测量方法

一种基于直达波提取的粘弹性材料复杨氏模量测量方法

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作者：侯宏卫政宇杨建华 710072 陕西省西安市友谊西路127号

标准号: CN107271301B

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液体力学谱中复杨氏模量的测量方法

液体力学谱中复杨氏模量的测量方法

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作者：应学农杨震黄以能 210093 江苏省南京市汉口路22号南京大学物理系

本发明公开了一种操作简单的液体力学谱中复杨氏模量的测量方法，它首先测量特定衬底的力学谱，得到变温过程中衬底的杨氏模量，然后测量液体与衬底组成的复合物的力学谱，得到变温过程中复合物的内耗和共振频率，最后通过公式计算得到... 详细信息

标准号: CN100343661C

本发明公开了一种操作简单的液体力学谱中复杨氏模量的测量方法，它首先测量特定衬底的力学谱，得到变温过程中衬底的杨氏模量，然后测量液体与衬底组成的复合物的力学谱，得到变温过程中复合物的内耗和共振频率，最后通过公式计算得到液体力学谱中的复杨氏模量。本发明解决了液体音频范围的力学谱测量难题，用来测量液体力学谱中音频范围的复杨氏模量，方便、易行，结果准确，在测量液体音频范围力学谱中具有极大的实用价值。

关键词：力学谱复杨氏模量测量液体音频范围衬底液体力学复合物变温测量方法测量难题公式计算共振频率杨氏模量内耗

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前盖板为非金属材料的超声频换能器

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哈尔滨工程大学学报 2020年第10期41卷 1566-1570页

作者：范育兵郑欢向冰吴梓豪贺西平朱行旻中国船舶集团公司第七二二研究所低频电磁通信技术实验室湖北武汉430205 陕西师范大学应用声学研究所陕西西安710119

针对振动式机械天线高频激振的需求,本文选择了杨氏模量实部较高而虚部相对较低的聚合物PPS作为换能器的前盖板材料。研究了换能器的机电等效电路,通过有限元软件计算了换能器的谐振频率。对研制的换能器测试了其导纳特性、前后振幅、... 详细信息

针对振动式机械天线高频激振的需求,本文选择了杨氏模量实部较高而虚部相对较低的聚合物PPS作为换能器的前盖板材料。研究了换能器的机电等效电路,通过有限元软件计算了换能器的谐振频率。对研制的换能器测试了其导纳特性、前后振幅、电压振幅关系、工作升温情况和雾化效果。测试结果表明:谐振频率处施加在换能器上的激励电压与前端振幅呈线性关系;换能器的前后振幅比较大。相对于金属材料组件换能器,非金属材料组件换能器的输出-质量比较大。

关键词：换能器机械天线非金属材料复杨氏模量等效电路谐振频率变幅杆输出-质量比

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基于可控脉冲的材料力学参数与声学参数测试方法研究

基于可控脉冲的材料力学参数与声学参数测试方法研究

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作者：卫政宇西北工业大学

学位级别：博士

粘弹性材料因其优良的阻尼性能在减振降噪相关工程中被广泛应用,对其力学参数的准确测试是对其进行合理应用的前提。同时水声材料也多为粘弹性材料,其吸声系数以及隔声量是评价水声材料声学性能的重要指标。复杨氏模量作为评价材料力学... 详细信息

粘弹性材料因其优良的阻尼性能在减振降噪相关工程中被广泛应用,对其力学参数的准确测试是对其进行合理应用的前提。同时水声材料也多为粘弹性材料,其吸声系数以及隔声量是评价水声材料声学性能的重要指标。复杨氏模量作为评价材料力学性能的重要指标,常常利用纵振动测试的方式获得;而声学阻抗管中的测试也是获取材料声学参数的重要手段。本文主要对基于纵振动的粘弹性材料复杨氏模量的测试方法以及声学阻抗管中的吸隔声的参数测试方法进行了分析,并针对现有测试方法的局限性进行了改进,提出了基于一次反射波提取的脉冲分离法、上端管双传声器波分解法、固定位置单传感器脉冲分离法等测试方法,对解决力学参数和声学参数测试中测量频段受限、测试过程繁琐、测试所用传感器数目较多等问题提供了重要的技术途径。首先在考虑样品棒横向尺寸以及粘弹性固体本构关系的基础上,对粘弹性细棒中纵波传播问题进行了详细的理论分析。同时,利用***软件结合MATLAB编写了适用于分析粘弹性棒中纵波传播的仿真程序,完成了粘弹性细棒中波传播的有限元分析。在此基础上,对现有测试方法进行了详细的理论推导,并针对其存在的测试效率低,低频测试效果不好,信噪比不足等问题进行了改进,提出了基于直达波提取的波速法,并通过仿真计算对比了不同的测试方法,验证了提出方法的可行性。搭建了基于纵振动测试的复杨氏模量测试平台,利用可控脉冲生成技术在激振器端头生成波形可控的宽带短脉冲信号,并利用生成的宽带脉冲进行了共振法、波速法以及基于直达波提取的波速法的测试。实验结果表明,共振法仅能获取离散共振频点处的参数,波速法虽然可在连续宽频范围内测试,但其无法对较低的频率进行测试,而基于直达波提取的波速法可对连续宽频范围内的参数进行测试,且其测试频率下限较低,可对200至6000Hz频率范围内的参数进行测试。在对声管内声场分析的基础上完成了传统的声管内吸隔声测试方法的理论推导,并针对吸声、隔声测试分别提出了改进的测试方法。传统的传递函数法以及传递矩阵法具有传感器失配修正以及半波长限制等问题,时域脉冲分离法有效地避免了这两方面因素的影响。但传统时域脉冲分离法并未有完善的理论分析,对于测点位置的选取并未深入讨论。本文对传统时域脉冲分离法进行了详细地理论推导,在此基础上,完成了不同测点位置处声压的分析,提出了更为优化的测试方法。对于吸声系数测试,针对传统脉冲法声管尺寸以及传感器间距限制等问题,提出了基于一次反射波提取的脉冲分离法,适用于窄传感器间距和小尺寸声管条件下的测试,可在直达脉冲、一次反射脉冲以及二次反射脉冲叠加的情况下分离出测试所需的直达脉冲和一次反射脉冲,在保留脉冲法优势的前提下,缩短了传统脉冲法所用声管的尺寸;同时,针对传统脉冲法测试过程中传感器移动问题,提出了固定位置单传声器吸声测试方法,将测试所需传感器数目以及测点数目均减少为一个,避免了测试过程中传感器的移动,简化了测试流程,为实际测试提供了便利。实验结果表明提出方法与标准方法测试结果吻合较好。对于隔声量测试,针对传统的四传声器法所需测点数目较多的问题,在传递函数法双传声器波分解的基础上,对隔声管上端管中的声波进一步分解,提出了基于上端管双传声器波分解的隔声量测试方法,将传统传递矩阵法以及传统波分解法所需的至少四个传声器以及两种不同末端,即共八组测试信号减少为至少两个传声器以及三种不同长度的后空腔,即至少六组测试信号;同时,在对传统脉冲时域分离的隔声量测试方法中的测点位置进行优化的基础上,提出了针对于隔声量测试的固定位置单传声器测试方法,在合理设计声管尺寸以及测点位置的基础上,仅利用单个传感器以及单个测点位置即可直接测试得到一次透射信号。为便于实验验证和后续的测试工作,设计了适用于多种吸隔声参数测试方法的空气声管,在空气声管中进行了新方法的实验验证,实验结果表明,提出的吸隔声参数测试方法测试结果和传统方法吻合较好,但相比于传统方法更为简便易行,具有实际应用价值。另外本文提出的固定位置单传感器测试方法,由于避免了传感器的移动,非常适用于水声管中的测试,完成了水声管中固定位置单水听器吸隔声参数测试方法的验证,并对其进行了不确定度分析,实验结果表明,这种方法所得结果与目前声管中的标准脉冲法的测试结果较为吻合,且该方法物理意义更为明确,操作更为简便。

关键词：粘弹性材料复杨氏模量声学阻抗管吸隔声可控脉冲

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一种用于水声材料设计的动态参数测试方法

引用

声学技术 2022年第2期41卷 186-192页

作者：杨婉雨尹铫李超白国锋中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

针对提高水声材料设计中动态参数输入精度的问题,提出了一种复杨氏模量及泊松比准确测试方法。对于复杨氏模量测试,通过将Williams-Landel-Ferry(WLF)方程引入到Havriliak-Negami(H-N)模型中,采用信赖域反射算法对未知参数进行拟合得到... 详细信息

针对提高水声材料设计中动态参数输入精度的问题,提出了一种复杨氏模量及泊松比准确测试方法。对于复杨氏模量测试,通过将Williams-Landel-Ferry(WLF)方程引入到Havriliak-Negami(H-N)模型中,采用信赖域反射算法对未知参数进行拟合得到材料参数宽频域主曲线。对于泊松比测试,根据同一材料不同形状因子表观杨氏模量之比与泊松比存在唯一量化关系的特性,仅通过两种不同形状因子试样的准静态有限元模拟,获得表观杨氏模量比值与泊松比量化曲线。因此,根据橡胶样品表观杨氏模量测试结果,可以直接利用局部加权回归获得其泊松比。最后,将前述材料制成直径为55 mm、厚度为50 mm的声管样品,放置在水声管中进行吸声系数测试。同时,把橡胶的复杨氏模量和泊松比的测量结果输入到水-橡胶-水分层介质模型中进行吸声系数计算。结果表明两者吻合,验证了上述测试方法的正确性和有效性。

关键词：复杨氏模量泊松比 Havriliak-Negami(H-N)模型材料参数主曲线吸声系数

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高聚物换能器研究

高聚物换能器研究

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作者：吴梓豪陕西师范大学

学位级别：硕士

超声技术目前在工农业、医药以及环保领域有着广泛的应用。换能器作为实现电能和声能相互转换的器件,对超声振动系统的性能起到了决定性的作用。在众多换能器的形式中,复合棒型换能器更多出现在如超声清洗、超声切削、超声焊接、增强化... 详细信息

超声技术目前在工农业、医药以及环保领域有着广泛的应用。换能器作为实现电能和声能相互转换的器件,对超声振动系统的性能起到了决定性的作用。在众多换能器的形式中,复合棒型换能器更多出现在如超声清洗、超声切削、超声焊接、增强化学反应等大功率应用场景。传统的复合棒换能器由金属振动体和压电晶堆所组成,具有电声效率高、机电耦合系数高及功率容量大等特点,随着超声应用的不断发展,对换能器的发展方向和应用场景也提出了许多设想。2017年,美国国防高级研究计划局提出了“机械天线”概念,通过特殊材料如驻极体或永磁体的机械运动,直接激励低频电磁波,以解决现有低频通信系统存在的问题,是一种新型的低频电磁发信技术。在甚低频(<30kHz)通信中,复合棒换能器有望成为较好的机械运动驱动源选择之一,但目前用于连接驻极体的换能器前盖板易被极化而产生反向电偶极矩,影响机械天线的效率,考虑利用新材料研制换能器来满足机械天线的要求。通过对不同材料进行比对研究,选择储能模量相对较大且损耗因子较小的高聚物聚苯硫醚(Polyphenylene sulfide,PPS)作为换能器的前盖板材料。具体工作如下:(1)在阐述测试高聚物力学性能的基础上,提出了一种基于换能器设计的动态力学参数测试分析方法,以检验低损耗材料的高频力学参数。粘弹性材料的力学性质介于理想弹性体和理想粘性体之间,其应力与应变之间存在着相位差,此时弹性模量为复数形式,称为复数模量。粘弹性材料的力学特性随温度和频率变化影响较大,遵循时温等效原理。在高聚物应用前应明确其随温度或随频率变化的力学性能谱,采用动态粘弹仪法、压电超声复合共振法、共振法和波速法分别对聚苯硫醚样品的高频力学参数进行测试,提出基于换能器设计分析材料高频力学参数测试方法。测试结果表明,动态粘弹仪法得到的高频力学参数最为准确,而压电超声复合共振法具有测试用时短、测试过程简便且成本低廉,同时准确度也较高的特点。(2)通过集总参数模型、分布参数模型和有限元模型给出了换能器的设计方法。对换能器目前的应用场景以及分类进行了总结。基于不同的理论,分别对换能器的集总参数模型、分布参数模型和有限元模型进行了介绍。集总参数模型将换能器等效为理想的质量和弹性元件,属于最简单的一维理论模型,对于理解、设计和评价换能器而言较为便捷,但精度较差;分布参数模型强调了各个部件在整体结构中的连续分布,由一维纵振动理论及压电陶瓷的机电状态方程推导得到换能器的机电等效电路;有限元模型则是将换能器整体剖分成许多小单元,通过网格连接各单元,通过求解单元的自由度计算出每个自由度所对应的派生变量,再将其组合到整个模型中。(3)将高聚物作为换能器的传振组件,分析并给出了高聚物棒中的纵波传播速度,在此基础上对换能器进行设计。推导出带中部螺栓的高聚物换能器的机电等效电路,给出了高聚物换能器整体的频率方程,由此计算得到高聚物换能器的谐振频率。以往的研究中通过从节面位置将换能器分成两部分来简化设计,从而求得换能器的谐振频率,而当节面位置未知时求解整个等效电路较为复杂。通过星-三角电路简化法,得到了换能器整体的频率方程。将高聚物的力学参数代入到换能器的设计中,计算了采用高聚物设计换能器时的谐振频率以及耗散功率。(4)研制了前盖板为聚苯硫醚、后盖板为钢的1#换能器以及前后盖板均为聚苯硫醚的2#换能器。测试结果表明,实测的谐振频率与理论计算的谐振频率较为符合。两个换能器的前端面振幅均与外加电压成正比,在应变较大处的局部升温明显。1#换能器由于其更大的振幅电压比和更小的平均耗散功率,有着更好的工作性能。与同频率的金属材料换能器相比,当后盖板材料和尺寸相同时,聚苯硫醚作为前盖板的材料显著提高了前后振幅比。

关键词：换能器高聚物复杨氏模量粘弹性材料耗散功率

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塑料和聚合物的超声焊接

引用

声学技术 2014年第2期33卷 131-136页

作者：贺西平陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西省超声学重点实验室陕西西安710062

从塑料和聚合物的特性、塑料焊接方法分类、焊接的基本步骤、焊接特点方面介绍了塑料和聚合物的超声焊接。一般认为,超声焊接的研究内容主要是研究与超声有关的焊接声参数方面的问题。其实,在国外更多地是从材料方面研究焊件在焊接过程... 详细信息

从塑料和聚合物的特性、塑料焊接方法分类、焊接的基本步骤、焊接特点方面介绍了塑料和聚合物的超声焊接。一般认为,超声焊接的研究内容主要是研究与超声有关的焊接声参数方面的问题。其实,在国外更多地是从材料方面研究焊件在焊接过程中物理性能的变化,对此做了较详尽的介绍。超声波在热塑性粘弹性介质中传播相对于金属介质来说有较大耗损,文中也介绍了测定粘弹性介质复杨氏模量的基本方法。

关键词：热固性塑料热塑性聚合物超声焊接复杨氏模量

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脉冲信号测试粘弹性材料力学参数

引用

噪声与振动控制 2013年第S1期 215-217页

作者：曹文侯宏西北工业大学航海学院西安710072

复杨氏模量和损耗因子是粘弹性材料的重要力学参量。基于共振法测试原理，利用脉冲信号可实现力学参数的宽频测试。文章介绍利用Butterworth脉冲和Sinc脉冲的测试实验，与粘弹仪的测试结果进行对比。

关键词：振动与波复杨氏模量脉冲信号宽频测量

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硬泡沫芯材动力学特性测试研究

硬泡沫芯材动力学特性测试研究

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第二十一届全国振动与噪声高技术及应用学术会议

作者：孙建刚王玮波周庆云尹志勇中国船舶科学研究中心振动噪声实验室

为了得出黏弹性材料在较为宽广频带内的动力学特性,本文提出一种通过测量黏弹性材料小型试样的拉压动刚度来换算该材料的复杨氏模量和纵向变形损耗系数的简便方法,并利用该方法对一种夹芯复合材料的硬泡沫芯材进行了动力学测试。将换算... 详细信息

为了得出黏弹性材料在较为宽广频带内的动力学特性,本文提出一种通过测量黏弹性材料小型试样的拉压动刚度来换算该材料的复杨氏模量和纵向变形损耗系数的简便方法,并利用该方法对一种夹芯复合材料的硬泡沫芯材进行了动力学测试。将换算出的复杨氏模量的幅值与材料的静态杨氏模量作对比,结果表明,在低频时二者非常接近,基本达到了识别的目的。

关键词：泡沫芯材动刚度复杨氏模量损耗系数

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