材料在剪切應(yīng)力作用下，在彈性變形比例極限范圍內(nèi)，切應(yīng)力與切應(yīng)變的比值。它表征材料抵抗切應(yīng)變的能力。模量大，則表示材料的剛性強(qiáng)。剪切模量的倒數(shù)稱為剪切柔量，是單位剪切力作用下發(fā)生切應(yīng)變的量度，可表示材料剪切形變的難易程度。

1 彈性剪切模量試驗(yàn)概述

GB/T 18258-2000規(guī)定了采用懸臂共振法測(cè)定材料的振動(dòng)阻尼特性方法。測(cè)定量包含材料損耗因子?、彈性楊式模量E、彈性剪切模量G。適用于在結(jié)構(gòu)振動(dòng)、建筑聲學(xué)和噪聲控制等方面應(yīng)用的材料。在50Hz的頻率范圍及材料的有效使用溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。

2 彈性剪切模量試驗(yàn)方法和設(shè)備

試驗(yàn)原理

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用矩形條狀試樣。將試樣垂直安裝，上端自由，夠吃夠懸臂梁測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)試系數(shù)的儀器由激勵(lì)和檢測(cè)兩部分組成個(gè)。由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生也一個(gè)正弦或隨機(jī)放大器送入顯示與記錄儀器。保持激振幅值恒定，連續(xù)改變頻率，測(cè)出試樣共振曲線。根據(jù)所測(cè)共振頻率和半功率帶寬，依據(jù)所給公式即可計(jì)算出材料的模量值和損耗因子，容若測(cè)試過程在控溫箱中完成，則可確定溫度對(duì)材料阻尼特性的影響。

測(cè)試原理圖

量具

量具應(yīng)滿足行業(yè)要求。

測(cè)量支架

測(cè)量支架應(yīng)注意避免外界機(jī)械振動(dòng)干擾并符合下述要求；測(cè)量支架的故有頻率應(yīng)有足夠的加持力。

激振器和傳感器

激振器采用電磁型激振器。激振器采用剛性固定，距離被測(cè)試試樣1mm遠(yuǎn)。當(dāng)采用不銹鋼或鋁棒時(shí)，需在試樣上用粘接劑沾合小塊磁性材料以獲得激振力和相應(yīng)；檢測(cè)傳感器推薦采用非接觸式速度型傳感器。在較高頻率振動(dòng)時(shí)由于非接觸式傳感器達(dá)不到所需的靈敏度，應(yīng)采用超小型加速度計(jì)。加速度計(jì)的質(zhì)量小于0.5g。加速度計(jì)的安裝應(yīng)使用粘合劑粘接，同時(shí)注意盡量減少電纜輸出線噪聲。用接觸式傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)必須鑒別，在報(bào)告中應(yīng)包括這種方法可能引起的影響。

3 彈性剪切模量試驗(yàn)試樣

試樣種類

本標(biāo)準(zhǔn)將阻尼材料分為自支撐阻尼材料和非自支撐阻尼材料。不同類型的阻尼材料用不同的試樣來測(cè)定其阻尼性能。圖2給出了四種試樣：

自支撐阻尼材料的阻尼特性，只需同種材料做成試樣a來測(cè)定。非自支撐阻尼材料的阻尼特性的測(cè)定，必須將阻尼材料與金屬板做成符合板，然后分別測(cè)定金屬板及復(fù)合板的阻尼特性，用兩個(gè)測(cè)試結(jié)果來計(jì)算材料的阻尼特性值。

當(dāng)阻尼材料是楊氏模量值大于100MPa的硬性自由層型材料時(shí)，使用試樣bc來測(cè)定，此時(shí)只研究其拉伸阻尼特性，忽略其所受轉(zhuǎn)動(dòng)慣性和剪切變形影響。其阻尼特性在玻璃態(tài)和玻璃化轉(zhuǎn)變?nèi)ブ袦y(cè)得，例如搪瓷、填料乙烯。當(dāng)阻尼材料時(shí)楊氏模量低于100MPa的約束層型軟粘彈材料時(shí)，使用試樣d來測(cè)定。材料的模量值低于金屬板模量值0.1倍以下，其阻尼特性取決于剪切變形的特性，可忽略其拉伸變形影響。

試樣的制備

阻尼材料因其性能不同，可用噴霧涂層，調(diào)刀涂層或粘合劑粘接等方法來制備金屬板的阻尼層。所選用金屬板材料應(yīng)是均質(zhì)材料，推薦使用鋼或鉛。試樣板體的根部可以與板體加工成一體，也可以用電焊或膠粘連接而成。對(duì)于試樣a根部厚度應(yīng)等于試樣厚度，對(duì)于試樣b、試樣c、試樣d，根部厚度應(yīng)不小于板體與材料的復(fù)合厚度。對(duì)于試樣d，根部必須進(jìn)一材料層，最好是金屬。

應(yīng)按照阻尼材料提供推薦的方法來選擇和使用粘合劑固化后的彈簧量應(yīng)比阻尼材料的彈性模量高出大的十倍。粘合層厚度應(yīng)保持最小且比阻尼材料厚度要小。一旦使用粘合劑粘接后，必須注意盡量減小粘合劑的化學(xué)和物理特性變化。

對(duì)于非磁性試樣，可在試樣兩各粘一小塊磁性薄片，用于激振。其附加質(zhì)量應(yīng)小于試樣質(zhì)量的1%，粘貼位置與端點(diǎn)的距離不應(yīng)超過試樣長(zhǎng)度的2%。對(duì)于非磁性試樣，可在試樣兩端各粘一小塊鐵磁性薄片，用于激振。其附加質(zhì)量應(yīng)小于試樣質(zhì)量的1%，粘貼位置與端點(diǎn)的距離不應(yīng)超過試樣長(zhǎng)度的2%。制備試樣時(shí)材料的選用應(yīng)具有代表性。

試樣尺寸

試樣的尺寸：寬10mm，白山斷長(zhǎng)180mm~250mm，金屬板厚度1mm~3mm。阻尼材料雖特性以及溫度和頻率不同而有所變化。選用合適的材料厚度與金屬板厚度比，對(duì)于測(cè)試結(jié)果很重要。對(duì)于試樣b和試樣c，試驗(yàn)開始時(shí)，選用材料的厚度，金屬板厚度比為1:1，注意不能超過4:1.對(duì)于試驗(yàn)d，選用阻尼材料厚度與金屬板厚度比Wie1:10，但應(yīng)避免由于有阻尼和無阻尼之差太小二使系統(tǒng)的阻尼過低，試樣的根部厚度應(yīng)與試樣厚度相等，以接近真實(shí)夾緊狀態(tài)。

試樣的數(shù)量

僅在一個(gè)溫度下測(cè)試時(shí)，材料和尺寸相同的試樣應(yīng)不少于3條。

試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)

試樣的保存及試驗(yàn)前的溫度、濕度調(diào)節(jié)可慘遭GB/T 9870-1988中第8章的要求進(jìn)行。

4 損耗因子、彈性模量、彈性剪切模量試驗(yàn)程序

測(cè)量材料密度

按照GB/T 4472的規(guī)定執(zhí)行，測(cè)量準(zhǔn)確度應(yīng)不低于0.5%。

測(cè)量試驗(yàn)尺寸

測(cè)量試驗(yàn)厚度時(shí)，應(yīng)在沿試驗(yàn)方向上取5點(diǎn)或多于5點(diǎn)球平均值，個(gè)測(cè)點(diǎn)厚度不應(yīng)超過平均值的±3%。

測(cè)量和記錄

調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器和測(cè)量放大器，測(cè)出試驗(yàn)共振頻率和半功率帶寬。設(shè)定信號(hào)發(fā)生器掃描范圍，用記錄儀記錄共振曲線，測(cè)量記錄共振曲線，振幅測(cè)量準(zhǔn)確度應(yīng)不低于0.5%，共振頻率測(cè)量準(zhǔn)確度應(yīng)不低于1%，半功率帶寬的測(cè)量分辨率至少應(yīng)達(dá)到半功率帶的1%。

5 彈性剪切模量符合試樣的測(cè)試

測(cè)量金屬棒的共振頻率和彈性模量；制成復(fù)合試樣后，再測(cè)共振頻率和半功率帶寬。

6 彈性剪切模量試驗(yàn)注意事項(xiàng)

假定阻尼材料的特性和線性彈性理論一致，因此所有阻尼測(cè)量都在線性范圍內(nèi)進(jìn)行，如果所選激振力超過了線性區(qū)域，則數(shù)據(jù)分析無效。激振力幅值應(yīng)保持恒定，如果力的幅值不能保持不變，試樣的響應(yīng)必須除以力的幅值。非自支撐阻尼材料性能的測(cè)定時(shí)建立在阻尼系統(tǒng)和非阻尼系統(tǒng)的實(shí)測(cè)差值上的。這些大黃素質(zhì)的差值通常包含大量的小差值。因?yàn)椋瑴y(cè)量中的任何誤差，都將使所研究的溫度效應(yīng)和頻率產(chǎn)生很大的誤差，為了防止這種情況的發(fā)生，建議：

隨頻率和溫度而變化的彈性楊氏模量及相應(yīng)的損害因子可以用一根試樣來連續(xù)測(cè)得，該單板以幾個(gè)不同模態(tài)振動(dòng)，每一試樣需重復(fù)測(cè)量三次以上，取平均值。因?yàn)榻饘侔舻膿p害因子約為0.001或更低一些，計(jì)算時(shí)假設(shè)為零。

8 彈性剪切模量試驗(yàn)試驗(yàn)報(bào)告

報(bào)告須包含下列各項(xiàng)：

• 材料名稱；
• 試樣編號(hào)、試驗(yàn)尺寸、阻尼結(jié)構(gòu)型式及存放條件；
• 試樣編號(hào)、試樣尺寸、阻尼結(jié)構(gòu)形式及存放條件；
• 用于制作復(fù)合板試樣的特定金屬材料的名稱和類型；
• 說明準(zhǔn)備阻尼材料試樣之前所有金屬材料的表面化學(xué)處理過程；
• 所用特定粘合劑試樣之前所有金屬材料的表面化學(xué)處理過程；
• 所有特定粘合劑的牌號(hào)，并附有厚度尺寸；
• 本標(biāo)準(zhǔn)號(hào)碼與測(cè)試設(shè)備；
• 測(cè)試結(jié)果，對(duì)每一試樣計(jì)算出的彈性楊氏模量或彈性模量和損耗因子。
• 測(cè)試日期。

9 彈性剪切模量精確度

精確度取決于實(shí)驗(yàn)室階段的研究測(cè)試結(jié)果。對(duì)于阻尼材料的拉伸阻尼特性，在每一個(gè)溫度——頻率下，損耗因子及模量值的分散率分別不允許超過25%和20%。約束材料的剪切模量變化較大，其分散率不應(yīng)超過45%.