一种材料内耗值测量仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测量技术领域，具体是指一种材料内耗值测量仪。
【背景技术】
[0002] 机械设备中的零部件在工作运转时（如受到冲击等)产生的振动、噪声，被视为一 种材料缺陷。特别是在需要安静，稳定的特殊工作环境要求下，例如汽车减震绗架，潜艇发 动机降噪等民用军用领域，需要使用高内耗合金(或称为高阻尼合金)将振动、冲击能转变 为其他能量而非震动或声波能量，从而达到减震降噪的效果。粉末冶金材料，由于其特殊的 结构，如多空隙，多界面，因此具有很高的内耗值，特别适合制造减震降噪功能材料。鉴于民 用及军用领域的迫切需要，我国已将发展高阻尼合金作为国家"七?五"高技术及机械工业 发展项目。如何准确地测量材料的减震降噪效能，即材料的内耗值(或超声衰减）的测量仪 器，是评测高阻尼合金材料设计制造水平，制定此种材料性能标准的关键。
[0003] 内耗与超声衰减的含义是:在固体振动过程中，由于弹性波与各种缺陷或声子、电 子、磁子等元激发的互作用而使机械能消耗的现象，即材料在外力冲击或振动作用下能依 靠材料自身的禀性(如材质本征特性、相组成及组织结构内部特征等)而造成能量发生损耗 的能力。内耗值的计算公式如下：
[0004] ........................( 1 )
[0005] Af = f2-fi ...............(2)
[0006] 图3是振幅与振动频率的关系图。式中fQ是达到共振时的振幅1所对应的共振频率 (注意有倍频共振峰）。负汀 2分别表示在共振频率f〇的两端，当振幅同时达到时所对应 的两端频率(f2>f〇。
[0007] 试样的最大振幅即共振振幅由试样的形状、材质决定，并且共振振幅对应着共振 频率即材料的固有频率。因此，在测试中先测出最大振幅的六》及其对应的共振频率f Q数值。 然后，减小电流频率找到振幅为$疋（共振振幅的一半）的点所对应的频率fi。与此相仿，把 电流频率提尚，在超过共振频率的区域找到振幅为半尚振幅y A,的另一个频率点f 2。将上 述结果带入公式（1)、（2)可得到内耗值Q-1;实际测量时，频率由低向高增加，当出现第一个 共振时，记下最大振幅六"和对应的共振频率f Q，然后在fQ的两端分别测出对应于振幅为 的频率即可。
[0008] 金属物理专家的研究发现金属材料的内耗值0-1是与金属材料的本征性能有关。首 先金属材料本身的弹性模量E值越小，内耗值Q- 1越大;其次金属材料内部的组织结构特征也 决定了内耗值，包括:1)材料微观结构的内界面，及内界面的数量、分布特征;2)材料微观组 织中的空隙、空穴、位错等缺陷;3)多种相结构存在条件下的形变弛豫与相间形变不平衡特 征。
[0009] 近年来，各国粉末冶金专家发现，由于粉末冶金方法制备的材料中有较多的空隙 存在，很多粉末冶金材料都具有高内耗值的特性。虽然很早有人把这种材料应用到减振器 件中去，但是，如何准确方便地测量粉末冶金材料的内耗值的方法却从未见过相关专利或 论文。
[0010] 测量材料内耗值的仪器设计，可按频率高低分为三类：（1)超低频内耗测量仪；（2) 声频内耗测量仪；（3)超声频内耗测量仪。四十年代我国物理学家葛庭隧发明了超低频内耗 测量仪的核心结构-扭摆装置。但是对于测量粉末冶金高阻尼合金内耗值，扭摆装置是不适 合的，主要因为：（1)测量频率较低；（2)试样所受应力较大；（3)试样上附加较大的惯性元 件，仪器本身就有较大的系统误差；（4)丝状试样难加工。
[0011] 若测量声频范围内的材料内耗值，必须使用声频内耗测量装置，被测试样应在声 频甚至超声频范围（10万赫兹至兆赫)的振动条件下发生共振，通过测量被测试样的共振频 率，带入公式计算材料的内耗值。然而目前尚无可以让被测试样在可调频范围内被动起振， 并测量其共振频率的测量仪器。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的在于提供一种材料内耗值测量仪，实现让被测试样在可调频范围内 被动起振，并测量其共振频率功能，具有测量简单、精准、可靠等优点。
[0013] 为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
[0014] -种材料内耗值测量仪，主要包括音频信号发生器和电磁起振舌簧架;该电磁起 振舌簧架包括有底板、试样固定机构、磁性线圈、U型永久磁铁及非晶铁磁片;试样固定机构 和磁性线圈分别前后相对地设于底板上，磁性线圈以其中心轴线沿底板前后方向的方式设 置，该磁性线圈与音频信号发生器相互适配电连接;U型永久磁铁具有磁极相反的两块，该 两块U型永久磁铁以左右相对设置方式设于底板上的对应磁性线圈处;非晶铁磁片具有两 片，其分别贴设于试样其伸至磁性线圈内的对应部分的两侧面上。
[0015] 所述两块U型永久磁铁的磁极端面为倾斜面。
[0016] 所述倾斜面为呈45°的斜面。
[0017] 所述两块U型永久磁铁分别为均呈U型的锶铁氧体和钕铁硼永久磁铁。
[0018] 所述试样固定机构包括有固定夹头和固定螺栓，该固定夹头上开设有供试样插置 固定的槽孔，固定螺栓可调锁设在固定夹头上并且伸至槽孔内。
[0019] 所述固定夹头的侧面上开设有与槽孔相连通的螺纹通孔，该螺纹通孔内组装有顶 紧螺栓。
[0020] 所述试样固定机构还包括有垫片，该垫片垫设在试样的对应顶紧螺栓顶紧的所在 侧面上。
[0021 ]所述试样固定机构的中心与磁性线圈的中心间的距离为40-60mm。
[0022] 所述测量仪还包括振幅位移指针和显微镜，该振幅位移指针粘结在试样的自由端 部上。
[0023] 所述测量仪还包括频率计，该频率计与磁性线圈相适配电连接。
[0024] 采用上述方案后，本发明材料内耗值测量仪，当磁化线圈内通入一定频率的音频 电源时，贴在平板试样两侧表面上的非晶铁磁片被磁化，并与位于试样一端两侧的U型永久 磁铁发生磁极相互作用而产生左右横向振动。观察记录时，可采用在试样上粘结的振幅位 移指针测量振幅值，在显微镜下用1〇〇倍（目镜附测微尺)观察并记录。本发明采用创新的电 磁起振方式，利用粉末冶金材料特制的薄片状试样，在可调频外加电磁场与固定永磁极相 互作用下而产生振动的原理，测出试样在共振状态下的共振振幅六》和共振频率fo,同时测量 出共振振幅一半的点所对应的两侧频率fi、f2,利用相关计算公式即可算出试样材料 的内耗值。
【附图说明】
[0025] 图1是本发明测量仪的结构示意图；
[0026] 图2是本发明电磁起振舌簧架的立体图；
[0027] 图3是振幅与振动频率的关系图。
[0028] 标号说明
[0029]音频信号发生器1 频率计 2
[0030]电磁起振舌簧架3 底板 31
[00311试样固定机构 32 固定夹头 321
[0032] 槽孔 3211顶紧螺栓 3212
[0033] 固定螺栓 322 垫片 323
[0034]磁性线圈 33 U型永久磁铁 34
[0035]磁极端面 341 非晶铁磁片 35
[0036] 振幅位移指针 41 显微镜 42。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图和【具体实施方式】对本案作进一步详细的说明。
[0038]本案涉及一种材料内耗值测量仪，如图1-2所示，主要包括音频信号发生器1和电 磁起振舌簧架3。所述电磁起振舌簧架3包括有底板31、试样固定机构32、磁性线圈33、U型永 久磁铁34及非晶铁磁片35。
[0039]底板31具有前后端和左右端，试样固定机构32和磁性线圈33分别前后相对地设于 底板31上，该试样固定机构32的中心与磁性线圈33的中心间的距离（即片状试样振动悬臂 距离)为40_60mm，其具体是视被测材料的