动态力学分析
49页1、,第14章 动态力学分析DMA,基本概念 实验技术 应用,1.基本概念,研究材料在交变应力下的响应。 周期性的外力引起试样周期性的形变,其中一部分以位能的形式贮存在试样中,没有损耗。另一部分所做功,在形变时以热的形式消耗掉。 tan=E”/E E-贮能模量,表示材料弹性大小; E”-耗能模量,表示材料黏性大小。,1.基本概念,应力()与应变()关系曲线的斜率为材料的模量。对拉伸或弯曲试验,为杨氏模量();对剪切试验,为剪切模量 (G)。,1.基本概念 恒定频率不同温度材料的响应,峰即玻璃化转变峰,材料性能变化较大(E”、tan ),反映分子链段开始运动,主要是无定形区的运动所引起的。,1.基本概念,以下依次为转变、y转变、转变等。较重要的次级转变是转变,常对应于侧链(侧基)、端基、键角以及链段的曲柄运动。 这部分转变对模量的影响较小,但y转变、转变对材料在低温下的韧性影响较大。 转变不像玻璃化转变那样有频率依赖性。因为这些链段的运动不像主链那样受频率的影响。,恒定温度不同频率材料的响应,一定温度下,分子链段都有自己的最可几频率 。 对应最可几松弛时间 。,当外力的作用 。,对于链段来说
2、来不及做出相应的运动,这时链段表现出来较强的刚性即玻璃态。 当 。链段能够发生重排,材料表现为高弹性,E“较小 =。 时链段从不自由变为自由,此时链段摩擦力较大、 E“较大、 tan 达到最大,对应着材料的玻璃化转变温度。,频率对温度谱的影响,采用不同频率去测材料的温度谱, tan 是不一样的。 转变对应着=。 ,当频率增大时,发生玻璃化转变时,材料的。应相应的增大,而只有温度增大时, 。增大。当频率增大10倍时,相应的转变温度在温度谱上上移7-10,如果频率变化三个数量级,温度谱上位移21-30 。,时温等效性原则,粘弹性材料的流变行为存在时温等效原则,即材料在低温下的行为相当于高频(相当于短时间)下的行为;而材料在高温下的行为像低频(相当于长时间)下的行为。,时温等效性原理,.测量仪器,2. 1测量方式/模式,主要有拉伸、剪切、压缩、双悬臂和三点弯曲5种模式 。,2.1测量方式/模式,2.2 测量仪器分类,测定动态力学性能的仪器有三类: (1)自由衰减振动,如扭摆法、扭辫法; (2)受迫振动的共振类型,如振簧法; (3)受迫振动的非共振类型,如粘弹性仪。,目前大多数动态力学分析仪都
3、可以用来测定试样的动态力学性能温度谱、频率谱和时间谱,因此仪器的织成部分中一般都包括温控炉、温度控制与记录仪。,2.2.1自由哀减振动法,自由衰减振动法是下述一种试验方法:将初始扭转力作用于体系,随即除去外力使该体系自由地发生形变或形变速率x(t)随时 间逐渐衰减的振动,并根据振动频率与振幅衰减速率计算体系的刚度与阻尼。,式中,X(t)是随时间变化的振幅包络线外推到零时刻的形变值,fd是阻尼系统的频率;是衰减常数。,2.2.1自由哀减振动法,2.2.2.1扭摆法,2.2.2.1扭摆法,曲线上振动周期p的例数为频率 曲线上同一方向上相邻振幅之比的对数称为对数减量 把fd及A代入公式,2.2.2.1扭摆法,I为为体系的转动惯量 fd为频率 A对振幅的数减量 Fc为尺寸校正因子 b为试样的宽 h为试样的厚,2.2.2.2 扭辫仪,在扭辫仪中,试样是一根由聚合物与惰性纤维辫子组成的复合材料试样。 先将待测聚合物制成溶液或熔化成熔体,然后浸渍在一根由增强纤维(一般用玻璃纤维,也可以用其它在试验温度范围内情性的纤维)编成的辫子上,在真空条件下除去溶剂或冷却凝固得到所需的复合材料试样。,扭辫试验的基
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