ASTM E756 测量材料减振性能的标准测试方法

美国材料与试验协会（ASTM）制定的标准《ASTM E756 测量材料振动阻尼性能的标准试验方法》描述了一种测量材料振动阻尼性能的试验方法，包括损耗因子、杨氏模量E和剪切模量G。

该测试方法在50至5 kHz的频率范围内以及材料的有效温度范围内均具有较高的精度，适用于测试结构振动、建筑声学和可听噪声控制等领域的材料。此类材料包括金属、搪瓷、陶瓷、橡胶、塑料、增强环氧树脂基体和木材，这些材料均可根据测试样品的形状进行成型。

阻尼材料的材料损耗因子和模量在设计控制结构振动及其共振时声音传播的措施时尤为有用。该测试方法利用阻尼悬臂梁理论通过间接测量来确定阻尼材料的特性。通过应用梁理论，得到的阻尼材料特性不受用于获取这些特性的试样几何形状的影响。这些阻尼材料特性可与数学模型结合使用，在硬件制造之前设计和预测阻尼系统的性能。这些模型包括简单的梁和板类比模型以及有限元分析模型。

事实证明，这种测试方法在测试由单层均质材料时能产生良好的结果。在某些阻尼应用中，阻尼设计可能由两层或多层性能差异显著的材料组成。为了确保数学模型预测的最高精度，必须分别测试这些复杂设计的各个组成层。

所有阻尼测量均在线性范围内进行，这意味着阻尼材料的行为遵循线性粘弹性理论。如果施加的力使梁的激励范围超出线性区域，则数据分析不适用。对于线性梁行为，复合梁的静止峰值位移必须小于基梁的厚度。

施加到激励传感器的力信号的幅度应随频率保持恒定。如果力的幅度不能保持恒定，则必须用梁的响应除以力的幅度。然后，响应与力的比值（称为柔量或拾取量）作为频率的函数，可用于评估阻尼。

ASTM E756 标准被认为是必要的，主要原因如下：

• 量化阻尼性能：该标准提供了一种测量材料（尤其是聚合物、复合材料）阻尼特性和阻尼工艺的标准方法。它量化了材料消散振动能量的能力。这对于必须控制噪音、冲击或振动的应用至关重要。
• 确保跨行业的一致性：制造商、工程师和研究人员可以使用通用方法对材料进行一致地比较。如果没有像 ASTM E756 这样的标准，不同实验室或不同产品的测量结果可能会存在很大差异，从而导致数据不可靠。
• 支持材料开发：材料科学家使用此标准来开发和验证新的阻尼材料，例如汽车、航空航天和工业环境中常用的粘弹性层或约束层阻尼工艺。
• 对产品设计至关重要：飞机、汽车、家用电器和电子产品等易受振动影响的产品需要能够最大程度降低共振和减少疲劳的材料。设计师依靠 ASTM E756 的数据来选择符合性能和耐久性要求的材料。
• 法规和规范合规性：在受监管的行业中，阻尼性能可能是合同或安全要求的一部分。军事、航空航天和原始设备制造商 (OEM) 标准中通常会规定该标准，以确保合规性。
• 实现精确的建模和模拟：工程师使用 ASTM E756 标准中的阻尼规范来创建动态系统的精确有限元模型，从而更好地预测结构响应和噪音和振动性能。

简而言之，ASTM E756 标准至关重要，因为它提供了一种可靠、可重复且行业认可的方法来表征材料对振动的响应。这支持多个行业的材料选择、系统设计、产品安全和创新。

材料的减振性能描述了材料吸收和消散振动能量，防止其穿过或反射回来的能力。简而言之，当物体摇晃或振动时（例如汽车发动机或洗衣机），某些材料可以帮助减弱振动（例如吸收能量的缓冲垫）。这种能力称为减振。

测量的关键特性是耗散因数。这是主要指标。它表示材料有多少振动能量转化为热量而不是传导出去。耗散因数越高，阻尼效果越好。动态模量反映材料在振动时的刚度。它通常与阻尼相结合，以了解材料在实际条件下的性能。

阻尼材料的例子包括：

• 汽车内饰中的橡胶和泡沫
• 飞机面板中的粘弹性聚合物
• 阻尼条或阻尼层可减少电子设备中的嗡嗡声

材料的减震性能对于降低噪音至关重要（尤其是在汽车、建筑和电子设备中）。它们还能保护部件免受持续振动造成的疲劳或故障。它们还能提高系统的舒适度和性能（例如，使车辆更安静或机械更平稳）。

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