专利名称：用于测量木塑材料阻尼比和弹性模量的测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量木塑材料阻尼比和弹性模量的测量装置。
背景技术：
木塑复合材料(木塑材料)兼顾了植物纤维和塑料的双重特性，广泛应用于建筑 及汽车、园林、室内装潢、交通运输、农业和军工等行业。木塑复合材料所用的木纤维全部来 自天然植物纤维。植物纤维原料具有反复加工、可自然再生、可生物降解、密度低、长径较 高、比面积大等特点，是木材的理想代用品。此外，植物纤维作为一种增强材料用于热塑性 塑料中还显示了较好的力学性能，如比强度高、硬度低、对加工设备磨损小等优点。从资源 和环保角度看，木塑复合材料的原料以木材加工剩余物、废旧木材和非木材植物纤维原料 (麦秸、稻草、稻壳等)为主，其主要优点包括无木材制品的缺陷、耐用，有类似木质外观，比 塑料硬度高、一次成型、无加工剩余物，最有效地利用原材料、能制得色彩绚丽的各种制品、 能重复使用和回收再利用、维修费用低。缺点是韧性低于塑料母体数值，加工设备、下游装 置、磨具均需作相应调整和改造。木塑复合材料的成分分为基体、填充物及添加剂三部分。 由于植物纤维在高于200°C容易分解，因此用作木塑基体的材料必须熔点低于200°C。常用 的热塑性聚合物有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙乙烯(PS)等，其中PE基 复合材料的应用最为广泛。弹性模量E是衡量木塑复合材料物理力学性能的一项重要指标。在工程应用中， 材料的弹性模量及其内耗在材料的利用、材料的改性、材料的微观结构的研究中有重要的 作用。同时在材料的无损检测中，动态弹性模量及其内耗的变化也是判断材料中是否有缺 陷的一个重要指标。因此材料的动态弹性模量在生产实践中越来越受到重视。阻尼是结构受激后迅速恢复到静止状态的一项因素。阻尼和各相关因素之间的联 系主要是指与工程结构之间的联系；与材料性能之间的联系；与物理因素为温度环境之间 的联系；与载荷性质的联系以及振声相互耦合的联系等。工程实际问题是十分复杂的，运用 实验方法探求最有阻尼效果的规律是最常见的方法。阻尼材料及材料性能的研究工作包括 材料的物理机械性能，充分发挥材料的潜力；按工程要求提出性能指标，研制新的适用的阻 尼材料。同时，确定材料性能的指标及精确而迅速地测定其性能也是十分重要的。但是现有的测量木塑材料弹性模量和阻尼比的测量装置和系统比较复杂。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种结构简单、操作方便、成本低廉的测量木塑材料阻 尼比和弹性模量的测量装置。本用于测量木塑材料阻尼比和弹性模量的测量装置，它包括设置在成悬臂梁的木 塑材料试板的自由端部的加速度传感器，加速度传感器的输出接信号放大器，信号放大器 的输出接A/D转换器，A/D转换器的输出接数据采集装置，数据采集装置的输出接PLC。所述测量装置，加速度传感器为型号CA-YD-126的压电式加速度传感器。该传感器质量小，灵敏度高。所述测量装置，木塑材料试板为长方体形，加速度传感器设置在长方体形木塑材 料试板的上部。本实用新型的有益效果使用时，加速度传感器输出的模拟电信号经信号放大器 放大后再经A/D转换器转换成数字信号，数据采集装置采集该数字信号后，输入可编程控 制器PLC进行处理。将本实用新型采用采用悬臂梁自由端方式进行随机激励功率谱法(间 接)测量木塑试材阻尼比和动态弹性模量值。其结构简单，操作方便。
图1是本实用新型在使用状态的示意图图2是木塑试板A的频谱图图3是木塑试板B的频谱图图4是木塑试材的动态弹性模量值确定图图5是木塑试材时域波形图
具体实施方式
实施例1 动态弹性模量的测定1材料与仪器1.1测量材料参见图1，悬臂梁PE基木塑复合材料试板1尺寸为200mm(1) X 30mm(b) X 12mm(h) (木塑试板A)，200mm⑴X 12mm(b) X 30mm(h)(木塑试板B)，其质量配比为PE/稻壳= 40/60，密度 P=L 16g/cm3。1.2测量仪器(参见图1)①游标卡尺(0_500mm) —把、电光分析天平(0. Olmg) 一台；②振动及动态信号采集分析系统一套，包括由信号放大器3和A/D转换器4组成 的信号调理仪7、数据采集装置5、信号处理与分析软件SSCRAS及计算机6 ；③压电式加速度传感器2—只，型号CA-YD-126，质量4g，其电荷灵敏度为0. 34pc/ N02测量方法与过程2. 1测量方法与原理在悬臂梁自由端方式下，采用随机激励功率谱法测量试材的动态弹性模量值Ea
态。根据理论公式马=38.3213x^4^· (Pa)求解。式中P-密度(g/cm3)，f i-基频(Hz)，
h
1-梁的长度(mm)，h-厚度(mm)。测量方法和原理为将一只M = 4g的加速度传感器安装于悬臂梁木塑试材的自由 端，通过数据采集箱和计算机，运行振动及动态信号采集分析系统软件，利用数据采集与谱 分析来测定试材的第1阶固有频率，计算得出，并作图得出Eas值。值 得一提的是，由于梁反映的是一维(长度)情况，故此公式适用于梁的长度比其厚度尺寸大 很多情形，但鉴于本试板的Ι/h值有限，此时测出的E值偏小，因此将借助于至少E1和E1'两点作图，得出其Ez动态值。2. 2测量过程图1中，牢固安装木塑试板，实现悬臂梁；在振动信号的采集参数设置上，主要采 用负触发方式(触发电平为10%、触发延迟为-20)，电压范围为士5000mV，信号放大倍数 为100，分析频率为500Hz，频率精度可达1. 25H或更高。实测前，进入示波方式，连续敲击 试板，以检查仪器连接线是否接通，波形是否合理等，不合理时将重新设置之；正式测量时， 通过橡皮锤敲击试板，触发采集数据，进行动态信号频谱分析，并由功率谱图第1个峰值读 出第1阶固有频率值。3测量结果与计算在满足结构动力学理论前提下，采用悬臂梁自由端方式进行随机激励功率谱法测 量木塑试材基频，并算出其动态弹性模量值。木塑试材频谱及测量数据如图3、图4所示。 图3、图4中，其横坐标表示频率(Hz)，纵坐标为振幅(EU)。图 2 中，木塑试材尺寸为 200mm (1) X 30mm (b) X 12mm (h)的基频 为 91. 8Hz。图 3 中，木塑试材尺寸为 200mm(1) X12mm(b) X30mm(h)的基频 f/ 为 214. 84Hz,
故通过公式
权利要求用于测量木塑材料阻尼比和弹性模量的测量装置，其特征是它包括设置在成悬臂梁的木塑材料试板的自由端部的加速度传感器，加速度传感器的输出接信号放大器，信号放大器的输出接A/D转换器，A/D转换器的输出接数据采集装置，数据采集装置的输出接PLC。
2.如权利要求1所述的测量装置，其特征是加速度传感器为型号CA-YD-126的压电 式加速度传感器。
3.如权利要求1所述的测量装置，其特征是木塑材料试板为长方体形，加速度传感器 设置在长方体形木塑材料试板的上部。
专利摘要本实用新型提供一种结构简单、操作方便、成本低廉的测量木塑材料阻尼比和弹性模量的测量装置。它包括设置在成悬臂梁的木塑材料试板的自由端部的加速度传感器，加速度传感器的输出接信号放大器，信号放大器的输出接A/D转换器，A/D转换器的输出接数据采集装置，数据采集装置的输出接PLC。
文档编号G01N29/12GK201773089SQ20102050603
公开日2011年3月23日 申请日期2010年8月26日 优先权日2010年8月26日
发明者卫佩行, 王正 申请人:南京林业大学