GB-9870-1988.pdf
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1、中华 人民 共 和 国 国家 标 准 UDC 6 7 8 . - 6 7 8 .; 1 7 弹性体动态试验的一般要求 GB 9870一 88 E l a s t o me r s -Ge n e r a l r e q u i r e me n t s f o r d y n a mi c t e s t i n g 本标准参照采用国际标准 I S O 2 8 5 6 -1 9 8 1 弹性体动态试验的一般要求 。 1 主题内容与适用范围 本标准列出动态试验的一系列定义。 指出为测定弹性体的粘弹性能, 应当利用受控频率、 受控振幅 及受控形式的周期性变化的作用力或形变( 其中包括冲击力及冲击形
2、变) , 采用一定的参数条件, 同时必 须对试验机、 试样及试验步骤作出总的规定 术语“ 动态性能” 在本标准中专指应力及应变都随时间呈周 期性变化时, 弹性体的形变性能。 本标准适用于试验室制备的试样, 原则上也可用于成品制成的或成品类型的试样。 本标准简要阐明弹性体动态性能的基本概念和理论. 以利于理解动态试验的有关术语定义, 也便于 解释试验数据 2 引用标准 GB 5 2 7 GB 1 6 8 1 GB 2 9 41 GB 6 0 3 9 GB 7 0 42 硫化橡胶物理试验方法的一般要求 硫化橡胶回弹性的测定 橡胶试样停放和试验的标准温度、 湿度及时间 橡胶物理试验术语及其定义 橡胶
3、压缩或剪切性能的测定( 扬子尼机械示波器) 3 弹性体动态性能所使用的术语及公式 以下每个术语及公式都适用于弹性体的线性行为 建议不要用“ 模量” 这个笼统的术语, 而应当在前面加上限定性的词, 如“ 弹性剪切模量” 。 因为弹性 体的本体模量或睁压缩模量比本标准中所指的形变模量要大几个数量级, 因此, 前者不属于本标准的范 围 总之, 剪切模量和法向模量是硫化橡胶的材料特性, 它们与试样的形状及尺寸无关 反之, 弹簧常数 及阻尼常数与试样的形状、 尺寸等有关, 它们常用来表示具体产品( 如轴承衬套、 减震垫及轮胎) 的性能。 3 . 1 应41于任意周期性运动的术语 3 . 1 . 1 力学
4、滞后环 m e c h a n i c a l h y s t e r e s is l o o p 在周期性变形过程中, 代表材料连续应力应变状态的闭合曲线( 见图3 至图5 ) e 3 . 1 . 2 损耗能e n e r g y l o s s W( J / m ) 每个形变周期中单位体积损失的能量。 损耗能就是根据坐标图计算的滞后环的面积。 3 . 1 . 3 损耗功率p o w e r l o s s N( W/ m ) 通过滞后转变为热的单位体积的功率。 损耗功率N为损耗能W与频率了 的乘积, 即 N= w 1 , 一 ( 中华人民共和国化学工业部1 9 8 8 一 0 7 一 0
5、 4 批准 1 9 8 9 一 0 5 - 0 1 实施 GB 9 87 0 一 88 3 . 1 . 4 平均应力m e a n s t r e s s r 。 或a m ( P a ) : 每个周期中作用力F的平均值除以试样无应力时的横截面积A, 即 丁 m 一 F mA o 或 。 m 一 F ,A n 见图1 至图5 0 子/ 百 !I 甲 / 图 1 剪切应变 s 一一 tgwF-击 击一一F= 试样高度 试样截面积 剪切形变 剪切应变 剪切作用力 剪切应力 剪切角9 3 . 1 . 5平均应变 m e an s t r ain, m 或 e m ( 无量纲) 每个周期中应变 Y 或
6、 在剪切变形时, 应变 Y 。 的平均值( 见图1 至图6 ) 。 等于剪切角 q,的正切( 见图1 ) , 即 Y= t 9 T . . . . . . . . . . . 。 。 。 一 (3) 、一肠 在拉伸或压缩变形时, 应变: 等于应力F的试样长度变化L一L o 与无应力时的试样长度L o 之比( 见 图2 ) , 即 如果是拉伸形变, 则 。 为正, 试样变长; 如果是压缩形变, 则。 为负, 试样变短。 所以负拉伸称为压缩 或压缩变形。 经常用拉伸比几= L-E .进 行 计 算 油 ( 7 ) 11 得 3 . 1 . 6 平均模量m e a n m o d u l u s C
7、 , 或 E . ( P a ) 平均应力与平均应变的比值 对剪切形变, 平均模量认 、 为 “ , =T m . . . . 一 ( 6 Y , 对拉压形变, 平均模量E 二 为 E ,n =五 e m G B 9 87 0 一 88 1旧川川 一 止1!:.。 图 2 压缩形变 无负荷的试样长L o 无负荷的试样截面积A o 加负荷的试样长I , 拉伸比 法向作用力 法向应力 一 乙 。 L p 尸 A 图 3 在脉冲式正弦应变下得到的严重畸变的滞后环开口的滞后环图 图3 又表现了作为瞬时应变和瞬时应力时间平均值的平衡平均应变和平均应力。 拓殊 平均应变 平均应力 G B 9 8 7 0
8、一 8 8 A A I 沪 A V. Y o 图 4 非椭圆形的滞后环 图上标明应变振幅和应力振幅; 滞后环的面积应当是横坐标读数与纵坐标读数的乘积, 以得到要异 人计算式的面积A , 3 . 1 . 7 应力振幅s t re s s a m p l i t u d e : 。 或。 。 ( P a ) 剪切作用力振幅F 。 与无应力的试样截面积A o 的比值; F 是最大作用力与最小作用力之差的二 分之 一。 从图 和图5 可得到剪切应力振幅 T . : F . F m . , 一 F ,. ,. T =不=2 A , 同样, 对拉压作用力, 从图2 和图6 可得到 F . F . ,.一
9、F ,. ,. 叽二瓦=A l: 拼 五 干一 卜 一 |111| 图 5 剪切应力应变曲线图 汽姚 平均应变 应变振幅 平均应力 应力振幅:一 G B 9 8 7 0 一 88 . 一 - 1- - - 7 ! ! 一 III 二 , 1 I ( I l 1 ( I v u . 一 厅 一 一 一 I I v- : 1 一件 图 6 法向应力应变曲线图 无负荷的试样长度L 平均试样长度L m 法向应变振幅L , 平均作用力F m 法向作用力振幅P , 3 . 1 . 8 均方根应力r o o t - m e a n - s q u a r e s t r e s s ( P a ) 在一个完
10、整的变形周期内, 平均应力的均方根值。 3 . 1 . 9 应变振幅s t r a i n a m p l i t u d e y , 或 ( 无量纲) 最大变形与最小变形之差的二分之一。 从图 1 和图 5 可得到剪切应变振幅 Y e y m . 一v - v . 二一 一 一 z 一 一 一 同样, 对拉压应变振幅, 从图2 和图6 可得到 ; e m , ,一岛 in “ 一 2 (1 0) (1 1) 3 . 1 . 1 0 均方根应变 r o o t - m e a n - s q u a r e s t r a i n ( 无量纲) 在一个完整的变形周期内, 平均应变的均方根值 3
11、 . 2 应用于正弦运动的术语 正弦运动意味着滞后环是椭圆形或近似是椭圆形的闭合曲线。 但在较大变形时, 由于橡胶的应力应 变呈非线性关系, 运动不再是正弦形式, 因此滞后环是严重畸变的非椭圆形( 见图4 ) 。 对这种畸变的滞后 环, 可以看作为有同样的应力振幅和应变振幅、 面积相同的椭圆形封闭滞后环( 见图5 及图6 ) , 下面在介绍有关术语前, 用图说明复数表示剪切形变的应力应变关系的方法( 见图7 ) 。 法向形变的 复数表示法同剪切形变。 GB 9 87 0一 88 c 图 7 剪切模量的复数表示 复数剪切模量“ 弹性剪切模量 G 损耗剪切模量俨 损耗角d 图7 用复数表示为: =
12、 G + i G “ = 、 km 同样, 对法向形变, 其复数表示为: E = E + i E “ = 一 E 创 3 . 2 . 1 弹簧常数s p r i n g c o n s t a n t k ( N / m) ,与形变同相位的作用力分量与形变之比。 3 . 2 . 2 弹性剪切模量e l a s t i c s h e a r m o d u l u s G ( P a ) 同相位的剪切应力分量与剪切应变之比。 弹性剪切模量是复数剪切模量的实数部分, 即 I 2 ) I 3 ) G _r a c o s d 一沙 jc . S S Y , 3 . 2 . 3 弹性杨氏模量e l
13、a s t i c y o u n g s m o d u l u s E ( P a ) 同相位的法向应力分量与法向应变之比。 弹性杨氏模量是复数杨氏模量的实数部分, 即 二 一 罕 一 ,“ Ico sd ( I -1) (1 5) 3 . 2 . ; 阻 尼 常 数。 a m p in g co n s ta n t C ( 丫) 超前变形相位9 0 “ 的作用力分量与变形速度之比。 3 . 2 . 5 损耗剪切模量l o s s s h e a r m o d u l u s G “ ( P a ) 超前剪切应变相位9 0的剪切应力分量与剪切应变之比。 损耗剪切模量是复数剪切模量的虚数
14、部 分 , 即 G“一 sasin dYe G s i nd 。 . . . . . . . . 。 (】 6 3 . 2 . 6 损耗杨氏模量l o s s y o u n g s m o d u l u s E “ ( P a ) 超前法向应变相位9 0 0 的法向应力分量与法向应变之比。 损耗杨氏模量是复数杨氏模量的虚数部 分 , 即 : F . “ 一o ,s l n d 一E * Is i n d ( 1 7 ) 3 . 2 . 7复数剪切模量 c a c o m p l e x s h e a r m o d u l u s G “ ( P a ) 剪切应力与剪切应变的比值为复数的
15、剪切模量, 即 GB 9870一 88 G = 二 v 二( 】 8 ) T a e “ “ ( 1 9 ) v幸v e e r洲- e (2 0 G县二 G 十 复数杨氏模量 c o m p l e x y o u n g s m o d u l u s 二 G I e n ( P a ) 一 (2 1) 3 . 2 . 8 法向应力与法向应变的比值为复数的杨氏模量, 即 F, =匕 一 (2 2 ) a .= , . e -一 (2 3) ,= E w e c w - e 。 。 。 。 一 一 (2 4) F . = 护 + i E “ = I E 尹 . 。 . . , . . . (
16、2 5) ( l 8 ) 至( 2 5 ) 式中; t 时间, s ; 6损耗角, r a d 3 . 2 . 9 3 . 2 . 1 0 绝对复数剪切模量 a b s o l u t e ( v a l u e o f ) c o m p l e x s h e a r m o d u l u s I G I ( P a ) 复数剪切模量的量值, 一 G 的关系式为: I G I = , / ( G ) + ( G “ ) z , ( 2 6) 或 (i * 一 T Bve 绝对复数杨氏模量 复数杨氏模量的量值。 I E a b s o l u t e ( v a l u e o f ) c
17、 o m p l e x s h e a r m o d u l u s I F * I ( P a ) I 的关系式为: I E 一 = 寸( E ) + ( E “ ) e “ 一 a s (2 7) (2 8) (2 9) 3 . 2 . 1 1 损耗因子l o s s f a c t o r t g d ( 无量纲) 损耗模量与弹性模量之比 值。 对剪切应力, 损耗因子t g d =不 ;对 法 向 应 力 , 损 耗 因 子 tg 。 一 芬 。 3 . 2 . 1 2 损耗角l o s s a n g l e 6 ( r a d ) 应力与应变间的相位差 该角的正切值是损耗因子,
18、损耗能w与损耗角d 之间有以下关系: 对剪切 应变 阵 = n i a v a s i n d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 。 。 一(3 0) 对法向应变 w 二 兀 a , e . s i n d (3 1) 3 . 3 应用于其他运动的术语 除了周期性运动外, 还有自由振荡及冲击式运动等形式 阻尼自由振荡运动的应变振幅不断减小 当阻尼达到一定量( 临界阻尼) 时, 产生了 非周期性的衰减( 振与未振的临界状态) GB 9870 一 88 3 . 3 . 1 对数衰减率 l o g a r i t h m i c d e c r e m e
19、n t A ( 无量纲) 阻尼振动中两个相邻的振幅衰减比的自然对数, 即 , 一 A 1 1 1 , ,. 1 一 3 2 ) 当 A 很 /if、 时 , 近 似 有 tg d普 。 3 . 3 . 2 阻尼比d a m p i n g r a t i o u ( 无量纲) 实际阻尼值与临界阻尼值之比。 而临界阻尼值为振与未振临界状态下物体所具有的阻尼。 阻尼比是 对数衰减率的函数. 它们关系式为: A/2. 砚; 二 二一二 二 二 1 + ( A / 2 n ) s i n ( a r c t g ( A / 2 n ) ) 当A很小时, 近似有 A 1i =2 n (3 3) (3 4
20、) 3 . 3 . 3 回弹率r e b o u n d r e s it i e n c e R ( 无量纲) 连续冲击后达到稳定状态时, 冲击试样的击锤的输出能量与输入能量之比。 4 试验机的一般介绍 试验机可以在应力振幅或应变振幅、 频率和温度的各个不同范围内产生冲击式的运动或周期性的 振荡 试验机大致分类如下: a . 按运动类型分为: 共振式的周期振荡型; 非共振式的周期振荡型; 旋转脉冲式变形; 阻尼自由振荡型。 b . 按所施加的作用量分为: 应变型; 应力型; 能量型。 c . 按所包括的频率范围分为: 静态及低频, 小于/ H z ; 中频, 1 -1 0 0H z ; 高频
21、, 大干1 0 0 H z , 5 对试验机的要求 本标准只提出动态试验机的一般要求。 总的来说, 仪器的结构应当坚固而紧密 而且, 在试验颇率范 围内, 动态响应不得受仪器本身的共振作用或其他内、 外振源等杂散振动的影响 仪器产生的振动振幅 和频率都应当是恒定的, 需要时它们还可以调节。 试验机应装备机械式或光电式或电子式的读数或记录装置, 不论哪一种都应当是线性的而月具备 足够的灵敏度; 读数或记录装置不应当受外界因素如温度等的影响 如果不在室温进行试验, 则至少应 在试样夹持部分安装恒温室. 并装有便于操作的测X系统 带指示装9或记录装咒的内接及外接热电I H d 或热电阻是适用的测温系
22、统。 GB 9 87 0 一 88 6 标准的试验参数 由于弹性体复杂的粘弹性能, 动态试验结果对试验条件如温度、 频率、 作用力或形变振幅有强烈的 依赖性( 见附录C ) o 因此, 试验条件应当既要规定应力或应变振幅, 又要规定平均应力或应变。 试验的标准条件应当与本条的规定一致。 6 . 飞 温度( C) 标准温度由下列值选择: 一7 0 , 一5 5 , 一4 0 , 一1 0 , 0 , +2 3 , +2 7 , +4 0 , +5 5 , +7 0 , +8 5 , +1 0 0 , +1 2 5 , +1 5 0 , +1 7 5 , +2 0 0 , +2 2 5 , 十2
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