Библиографическое описание:

Калюжный А. А., Бирюков В. П. Математическая модель структуры битумного вибродемпфирующего материала // Молодой ученый. — 2015. — №24.1. — С. 66-68.

 

Исследование зависимости модуля упругости и коэффициента потерь битумных материалов при механическом воздействии в диапазоне частот от 10 до 10000 Гц и в температурном диапазоне -5÷60 0С (рис. 1) показало, что вибродемпфирующие материалы на основе битума Пластбит II с применением в качестве наполнителей мела, асбеста, слюды также, как и полимеры, проявляют вязкоупругие свойства и, в зависимости от температуры, могут находиться в упруго-хрупком, высокоэластичном и вязкотекучем состоянии. При этом в окрестностях температуры стеклования коэффициент механических потерь проходит через максимум [1,2].

Следовательно, для описания механических, в том числе и диссипативных свойств этих материалов, может применяться линейная теория вязкоупругости, а для исследования битумных вибродемпфирующих смесей могут применяться методы и модели, предназначенные для полимерных материалов.

В рабочем диапазоне температур битумного материала его деформация является суммой упругой и высокоэластической деформаций . Для описания механических характеристик таких полимеров часто используется модель Александрова и Лазуркина (рис. 2) [2-9].

 

Т.к. модуль упругости для полимеров на 3-4 порядка выше модуля высокоэластичности, то упругая составляющая может не учитываться и для описания малых деформаций битумной смеси в высокоэластическом состоянии можно использовался один элемент Фойхта, содержащий параллельно включенные пропорциональное и интегрирующее звенья (рис.2б), описываемый математической моделью ,,

где - соответственно, напряжения, деформация, модуль упругости, вязкость модели Фойхта [2-9].

Отношение комплексной амплитуды напряжения к комплексной амплитуде деформации является импедансом динамической системы [3-10]

,

где - соответственно, вещественная составляющая модуля, являющаяся мерой энергии запасаемой и освобождаемой за период деформации, и мнимая составляющая модуля, являющаяся мерой диссипации энергии.

Когда сдвиг угла между напряжением и деформацией становится наибольшим проходит через максимум. При исследовании полимера измеряют эти две независимые величины. Результат измерения выражается в виде отношения амплитуды напряжения к амплитуде деформации, тогда

- модуль продольного деформирования;

- коэффициент механических потерь.

Данные показатели являются характеристиками материала.

Для измерения модуля продольного деформирования и коэффициента механических потерь битумных ВДМ импедансным методом использован прибор УИМ (ФГУП ЦНИИ им. Ак. А.Н. Крылова, г. Санкт - Петербург), показанный на рисунке 49 [11-13].

Рис. 3. Внешний вид прибора УИМ для измерения упругодиссипативных характеристик материала: а - в разобранном состоянии, б – в собранном состоянии.

 

Для обеспечения автоматизированного проведения анализа и обработки результатов разработана компьютерная система исследования и обработки характеристик битумных вибродемпфирующих материалов – «АСИМ» [14-16].

 

Литература:

  1. Самсонов А.В. Композиционные вибропоглощающие материалы на основе битумного связующего. Диссертация на соискание уч степени к.т.н. – Саратов, 1998 г. – 181 с.
  2. Кобеко П.П. Аморфные вещества. М.: АНССР, 1952.-432с.
  3. Аскадский А.А. Лекции по физико-химии полимеров. М.: МГУ,2001,-224с.
  4. Тобольский А.А. Свойства и структура полимеров. М.: Химия, 1964. - 324с.
  5. Бартенев Г.М. Структура и релаксационные свойства эластомеров. М.:Химия,1979.-288с.
  6. Бартенев Г.М., Зеленев Ю.В. Курс физики полимеров. Л.: Химия, 1976.- 288с.
  7. Релаксационные явления в полимерах/ Под. ред. Бартенева Г.М. и Зеленева Ю.В. Л. Химия.1972.-374с.
  8. Бартенев Г.М., Бартенева А.Г. Релаксационные свойства полимеров. М.:Хими,.1992.-384с.
  9. Аскадский А.А., Кондращенко В.И. Компьютерное материаловедение полимеров. М.: Научный мир, 1999.-544с.
  10. Скучик Е. Основы акустики. М.: Изинлит, 1958,-380с.
  11. Устройство для измерения комплексного модуля упругости и коэффициента потерь полимерных вибропоглощающих материалов (УИМ). Формляр. ФГУП «ЦНИИ» им. Акад. А.Н. Крылова. СПб, 2008.-10с.
  12. Устройство для измерения комплексного модуля упругости и коэффициента потерь полимерных вибропоглощающих материалов (УИМ). Методика использования прибора УИМ. ФГУП «ЦНИИ» им. Акад. А.Н. Крылова. СПб, 2008.-42с.
  13. Измерение комплексных модулей упругости и коэффициентов потерь полимерных вибропоглощающих материалов в широком диапазоне частот/ В.И Попков., В.В. Безъязычный / Техническая акустика.-1999.т.V. выпуск 1-2.-с 42-47.
  14. Калюжный А.А Определение характеристик вибродемпфирующих материалов / А.А. Калюжный, В.П. Бирюков // Проблемы прочности и надёжности строительных и машиностроительных конструкций / СГТУ.– Саратов, 2005.– С. 213-221.
  15. Калюжный А.А. Автоматизированная система исследования упругодиссипативных характеристик методом динамического механического анализа // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб. науч. тр./ СГТУ.– Саратов, 2007.– С. 89-94.
  16. Калюжный А.А. Автоматизированная система исследования модуля полимерных материалов методов динамического механического анализа /А.А. Калюжный, С.В. Мурин, В.П. Бирюков // Четвёртый Саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций: В 3 ч. – 2009 – Ч.1 – С.23.
Основные термины: модуля упругости, комплексного модуля упругости, коэффициента потерь, механических потерь, коэффициент механических потерь, коэффициента потерь полимерных, измерения комплексного модуля, потерь битумных, Калюжный А.А, зависимости модуля упругости, коэффициента потерь битумных, составляющая модуля, модуль упругости, Бартенев Г.М, Аскадский А.А, полимерных материалов, механических потерь битумных, динамического механического анализа, модуля полимерных материалов, система исследования

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle