Методика проведения испытаний по определению динамического модуля упругости, динамического модуля сдвига и коэффициента потерь звукоизоляционных материалов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 699.842

Д.С. СКРИПЧЕНКО, магистрант (denis.tsuab@gmail.com), С.Н. ОВСЯННИКОВ, д-р техн. наук (ovssn@tsuab.ru)

Томский государственный архитектурно-строительный университет (634003, г. Томск, Соляная пл., 2)

Методика проведения испытаний по определению динамического модуля упругости, динамического модуля сдвига и коэффициента потерь звукоизоляционных материалов

Описаны методы проведения измерения динамических характеристик звукоизоляционных материалов: динамического модуля упругости, коэффициента потерь, модуля сдвига, коэффициента Пуассона. Описана установка, в которой динамическое воздействие создается электродинамическим возбудителем колебаний, а статическая нагрузка задается прессовым оборудованием. В этом случае с увеличением статической нагрузки не происходит изменения динамического воздействия на материал, т. е. получены уточненные данные характеристик звукоизоляционных материалов. Особенность метода заключается в том, что испытания проводятся в горизонтальном положении вибратора в сочетании со статической опорой и пригрузом массой в 1,5 кг. Создание горизонтальных резонансных сдвиговых колебаний позволяет определить резонансную частоту и перепад виброускорений. Данная методика позволяет производить ряд испытаний; характеристики некоторых звукоизоляционных материалов, полученные на оборудовании Томского ГАСУ, представлены в работе.

Ключевые слова: динамические характеристики, динамический модуль упругости, коэффициент потерь, модуль сдвига, коэффициент Пуассона, звукоизоляционные материалы.

Для цитирования: Скрипченко Д.С., Овсянников С.Н. Методика проведения испытаний по определению динамического модуля упругости, динамического модуля сдвига и коэффициента потерь звукоизоляционных материалов // Строительные материалы. 2017. № 6. С. 55-58.

D.S. SKRIPCHENKO, Magistrand (denis.tsuab@gmail.com), S.N. OVSYANNIKOV, Doctor of Sciences (Engineering) (ovssn@tsuab.ru) Tomsk State University of Architecture and Building (2, Solyanaya Square, Tomsk, 634003, Russian Federation)

Methods of Tests Conduction for Determining the Dynamic Elasticity Modulus, Dynamic Shear Modulus, and Loss Factor of Sound Insulation Materials

Methods for measuring dynamic characteristics of sound insulation materials - dynamic elasticity modulus, loss factor, shear modulus, Poisson's ratio are described. The unit in which the dynamic impact is created by the electric-dynamic vibration generator and the static load is specified by pressure equipment is also described. In this case, the increase in the static load doesn't cause the change in the dynamic impact on materials, in other words, the verified data of characteristics of sound-insulation material have been obtained. The peculiarity of this method is that the test is conducted with a horizontal position of the vibrator, in combination with the static support and a counterweight of 1.5 kg. The creation of horizontal resonance shear vibrations makes it possible to determine the resonance frequency and differential of vibro-accelerations. This methodology makes it possible to conduct a series of tests; characteristics of some sound-insulation materials obtained at the equipment of the Tomsk State University of Architecture and Building are presented in this work.

Keywords: dynamic characteristics, dynamic elasticity modulus, coefficient of losses, shear modulus, Poisson's ratio, sound-insulation materials.

For citation: Skripchenko D.S., Ovsyannikov S.N. Methods of tests conduction for determining the dynamic elasticity modulus, dynamic shear modulus, and loss factor of sound insulation materials. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 6, pp. 55-58. (In Russian).

Существующие в настоящее время методики и оборудование для проведения испытаний по определению динамических характеристик звукоизоляционных материалов регламентированы ГОСТ 16297—80 «Материалы звукоизоляционные и звукопоглощающие. Методы испытаний». Принцип измерений основан на формировании колебательной системы с одной степенью свободы, для которой по частоте собственных колебаний определяется продольная жесткость образца исследуемого материала. Для этой цели обычно используется генератор с обратной связью, поддерживающий постоянную амплитуду виброускорения на столике электродинамического вибровозбудителя [1, 2].

Современное оборудование, применяемое лабораторией строительной физики Томского ГАСУ для данных испытаний, включает в себя электродинамический вибратор LDS V406, управляющий блок LASER LDS Dactran, акселерометры 4533-B, усилитель мощности PA100E (рис. 1). Управляющий блок в данном случае обеспечивает постоянную амплитуду колебаний столика вибратора.

Небольшие статические нагрузки на материал создаются массой пригруза, однако изменение массы пригруза существенно влияет на динамическую нагрузку на образец. Для испытаний материалов под различными, в том числе и большими статическими нагрузками, в установке ТГАСУ используется вышеописанный стенд в совокупности с прессовым оборудованием ПМ-10 ПГ-4 (рис. 2).

Используя установку по схеме на рис. 1 (при малых статических нагрузках), динамический модуль упругости определяется по резонансной частоте/ [4, 5]:

Ея =

Ал ■ / • М- h

(1)

где h — высота образцов под нагрузкой, м; F — площадь сечения одновременно испытуемых образцов, м2; М — масса пригруза, кг; / — резонансная частота, Гц.

Коэффициент потерь определяется по перепаду виброускорений на платформе и пригрузе:

.1

П =

(2)

JJ. ®

научно-технический и производственный журнал

июнь 2017

55

М

7 X

| ? М. х2 ■ k(x2 - х1)

Q. ef

Рис. 1. Схема стенда для определения параметров материалов при малых статических нагрузках по ГОСТ 16297-80: 1 - вибростенд; 2 - столик; 3 - образец; 4 - пригруз; 5 - акселерометр; 6 -усилитель мощности; 7 - система сбора и анализа данных [1, 3]

Рис. 2. Схема установки для определения модуля сдвига: 1 - электродинамический вибратор; 2 - опора; 3 - упругая прокладка; 4 - испытуемый образец; 5 - верхняя и нижняя плиты пресса; 6 - измерительные тракты; 7 - контроллер; 8 - усилитель мощности; 9 - компьютер; 10 - пригруз [7, 8]

где X] и Хг — амплитуды виброускорения пригруза и платформы на частоте резонанса, м/с2.

При определении динамических характеристик звукоизоляционных материалов при больших статических нагрузках целесообразно измерять динамический модуль сдвига. Испытания проводятся в горизонтальном положении вибратора, в сочетании со статической опорой и пригрузом массой в 1,5 кг. Испытание заключается в создании горизонтальных резонансных сдвиговых колебаний и определении резонансной частоты и перепадов виброускорений.

Формула для определения модуля сдвига имеет вид [6]:

Нагрузка, у-105 Па

Рис. 3. Зависимость модуля сдвига от нагрузки при малых и больших статических нагрузках для образца 1

m/s2 8.9125 -г

G =

In ■ f ■ М- h

(3)

nput2(f) X

54.7673 4.64533

53.6561 4.63961

34.8873 3.62001

75.1404 3.21067

27.2796 2.71169

Измерения динамического модуля сдвига и динамического модуля Юнга позволяют определить динамическое значение коэффициента Пуассона [9, 10]:

^i"1 .

(4)

Коэффициент относительного сжатия, используемый для определения толщины звукоизоляционного слоя под нагрузкой, определяется статическими испытаниями в том же прессовом оборудовании без приложения динамической нагрузки. Пресс ПМ-10 ПГ-4 позволяет измерять и статическую нагрузку, и перемещение подвижной платформы. Коэффициент относительного сжатия определяется по формуле:

¿■=1-—,

где d0 — толщина материала без нагрузки; d — толщина материала под нагрузкой.

Были проведены испытания образцов звукоизоляционных материалов при малых и больших статических нагрузках. В зависимости от их жесткости резонансная частота находилась в диапазоне от 49 до 530 Гц. В табл. 1 и на рис. 3, 4 представлены результаты испытания мате-

100.00 Frequency (Hz)

Рис. 4. Частотная характеристика при испытании образца 1 под нагрузкой 105 Па

риала «Пенополистирол» ПСБС-25 (газонаполненный материал на основе полистирола, его производных и сополимеров стирола), 10 мм (образец 1). В табл. 2 и на рис. 5, 6 представлены результаты испытания материала «Пенотерм» НПП ЛЭ(Э) (материал с закрытой ячеистой структурой, производимый из вспененного полиэтилена), 6 мм (образец 2).

Значение коэффициента Пуассона можно определить по формуле 4, измеряя динамический модуль упругости и динамический модуль сдвига при малых статических нагрузках. Так, для образца 1 коэффициент Пуассона составил 0,28; для образца 2 — 0,24. При больших статических нагрузках динамический модуль упру-

(5)

2

Таблица 1 Таблица 2

Материал G Х105 Па f Гц Толщина, м Давление, Х105 Па Коэффициент потерь, п

«Пенополистирол» ПСБС-25, 10 мм, площадью 0,01 м2, с пригрузом 1,5 кг (образец 1) 2,761 145,22 0,006 0,13 0,424

3,738 158,9 0,005 0,2 0,411

3,713 163,34 0,0047 0,5 0,4

3,51 168 0,0042 0,75 0,365

3,22 168,9 0,0038 1 0,465

3,044 173,89 0,0034 1,35 0,336

1,678 137,43 0,003 1,5 0,309

1,69 137,95 0,003 1,75 0,273

1,687 150,95 0,0025 2 0,25

1,616 154,04 0,0023 2,5 0,233

1,636 155,01 0,0023 3 0,223

1,639 158,63 0,0022 3,5 0,217

1,656 163,21 0,0021 4 0,199

1,734 167 0,0021 4,5 0,209

1,748 171,83 0,002 5 0,245

1,772 177,5 0,0019 6 0,278

1,96 191,76 0,0018 7 0,285

1,951 196,86 0,0017 8 0,231

2,064 208,74 0,0016 9 0,217

2,129 218,92 0,0015 10 0,191

4,178 375,64 0,001 30 0,169

6,046 521,77 0,0008 50 0,157

Материал G Х105 Па f Гц Толщина, м Давление, Х105 Па Коэффициент потерь, п

3,735 145 0,006 0,13 0,383

3,738 158,9 0,005 0,2 0,303

3,713 163,34 0,0047 0,5 0,281

3,51 168 0,0042 0,75 0,24

3,21 168,9 0,0038 1 0,248

2 3,044 173,89 0,0034 1,35 0,262

о~ 1,678 137,43 0,003 1,5 0,26

ю) -9. см 1,69 137,95 0,003 1,75 0,276

ща ец оа 1,687 150,95 0,0025 2 0,249

лр 1= «э - О 1,616 154,04 0,0023 2,5 0,22

5 ¡2 6 5 1,636 155,01 0,0023 3 0,218

° 2 1,639 158,63 0,0022 3,5 0,208

СО о ^ £ 1,656 163,21 0,0021 4 0,207

Пр i 1 1,734 167 0,0021 4,5 0,213

Л 1= 2 О 1,748 171,83 0,002 5 0,21

р Ф 1,772 177,5 0,0019 6 0,361

но Ф П 1,96 191,76 0,0018 7 0,372

1,951 196,86 0,0017 8 0,4

2,064 208,74 0,0016 9 0,42

2,129 218,92 0,0015 10 0,467

4,178 375,64 0,001 30 0,267

6,046 521,77 0,0008 50 0,673

сос^цоцо-т-цоцоюс^цосоио-^цоцосоь-соаэо о о

о о ^ « ^ сч со ^ со ю

О О т- т-

Нагрузка, у105 Па

Рис. 5. Зависимость модуля сдвига от нагрузки при малых и больших статических нагрузках для образца 2

Рис. 6. Частотная характеристика при испытании образца 2 под нагрузкой 105 Па

гости определяем по измеренному значению динамического модуля сдвига.

Очевидно, что при использовании звукоизоляционных материалов в качестве упругих прокладок их эффективность зависит от значения динамического модуля упругости. Из приведенных результатов можно увидеть, как происходит изменение динамической жесткости звукоизоляционных материалов при нарастании статической нагрузки. При достаточно малых статических нагрузках происходит некоторое падение модуля сдвига, что, вероятно, связано с ростом деформаций материала в связи со схлопыванием пузырьков воздуха из закрытых пор. Затем с ростом статической нагрузки происходит уплотнение материала и постепенное увеличение его динамической жесткости.

Предложенная установка вибростенда позволяет проводить испытания по определению динамического модуля упругости, коэффициента потерь и динамического модуля сдвига с использованием одного пригруза и прессового оборудования. Данная технология позволяет обеспечить постоянное динамическое воздействие независимо от прикладываемой статической нагрузки, тем самым позволяет получить зависимость динамических характеристик материалов от статического воздействия.

jj. ®

научно-технический и производственный журнал

июнь 2017

57

Список литературы

1. Росин Г.С. Разработка методов измерений и исследование динамических характеристик звуко- и виб-роизоляционныхматериалов. Дис... канд. наук. Москва,1963.

2. Росин Г.С. Установка для измерений динамических характеристик упругих материалов резонансным методом // Заводская лаборатория. 1960. Т. 26. № 10. С. 1180-1181.

3. Заборов В.И., Росин Г.С. Измерение динамических параметров звукоизолирующих материалов // Акустический журнал. 1961. Т. 7. № 1. С. 92-94.

4. Скрипченко Д.С. Исследование динамических характеристик звукоизоляционных материалов при различных видах нагрузок // Материалы II Международной научной конференция «Молодежь, наука, технологии: новые идеи и перспективы». Томск, 2015. С. 139-142.

5. Скричпенко Д.С. Звукоизоляция в зданиях с учетом косвенной звукопередачи // Материалы Международной научной конференция «Молодежь, наука, технологии: новые идеи и перспективы». Томск. 2014. С. 45-46.

6. Овсянников С.Н. Распространение звуковой вибрации в гражданских зданиях. Томск: Издательство ТГАСУ, 2000. 378 с.

7. Овсянников С.Н., Скрипченко Д.С. Результаты экспериментальных исследований динамических характеристик звукоизоляционных материалов, применяемых в ограждающих конструкциях и стыках // Материалы VI Международной научно-практической конференции «Инвестиции, строительство, недвижимость как материальный базис модернизации и инновационного развития экономики». 2016. Ч. 1. С. 485-489.

8. Овсянников С.Н., Скрипченко Д.С. Исследование звукоизоляционных свойств материалов при различных статических нагрузках // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2016. № 4 (364). С. 40-44.

9. Клюкин И.И. Экспериментальное исследование звукоизолирующих прокладок // Журнал технической физики. 1950. Т. 20. № 5. С. 590-601.

10. Наумкин Н.И., Тартаковский Б.Д., Эфрусси М.М. Экспериментальное исследование некоторых виб-ропоглощающих материалов // Акустический журнал. 1959. Т. 5. № 2. С. 190-201.

References

1. Rosin G.S. Development of measurement methods and study of dynamic characteristics of sound and vibration insulation materials. Cand. Diss. (Engineering). Moscow. 1963.

2. Rosin G.S. Installation for measuring the dynamic characteristics of elastic materials by the resonance method. Zavodskaya laboratoriya. 1960. Vol. 26. No. 10, pp. 1180— 1181. (In Russian).

3. Zaborov V.I., Rosin G.S. Measuring the dynamic parameters of soundproof materials. Akusticheskiy zhurnal. 1961. Vol. 7. No. 1, pp. 92-94. (In Russian).

4. Skripchenko D.S. Investigation of dynamic characteristics of sound-insulating materials for various types of loads. Materials of the II International Scientific Conference "Youth, science, technology: new ideas and perspectives". Tomsk. 2015, pp. 139-142. (In Russian).

5. Skrichpenko D.S. Sound insulation in buildings in view of indirect sound transmission. Materials of the I International scientific conference "Youth, science, technology: new ideas and perspectives". Tomsk. 2014, pp. 45-46. (In Russian).

6. Ovsyannikov S.N. Rasprostranenie zvukovoi vibratsii v grazhdanskikh zdaniyakh [Propagation of sound vibration in civil buildings]. Tomsk: Publishing house of TASU. 2000. 378 p.

7. Ovsyannikov S.N., Skripchenko D.S. The results of experimental studies of the dynamic characteristics of soundproof materials used in enclosing structures and joints. Materials of the VI International Scientific and Practical Conference "Investments, construction, real estate as a material basis for modernization and innovative development of the economy". Tomsk. 2016. Part 1, pp. 485-489. (In Russian).

8. Ovsyannikov S.N., Skripchenko D.S. Investigation of the soundproofing properties of materials under various static loads. Izvestiya vuzov. Tekhnologiya tekstil'noi promyshlen-nosti. 2016, No. 4 (364), pp. 40-44. (In Russian).

9. Klyukin I.I. Experimental study of sound-proof gaskets. Zhurnal tekhnicheskoi fiziki. 1950. Vol. 20. No. 5, pp. 590-601. (In Russian).

10. Naumkin H.I., Tartakovsky B.D., Efrussi M.M. An experimental study of some vibration-absorbing materials. Akusticheskiy zhurnal. 1959. Vol. 5. No. 2, pp. 190-201. (In Russian).

_СПЕЦИАЛЬНАЯ ЛИТЕРАТОРА

В издательстве «Стройматериалы» вы можете приобрести специальную литературу

Книга «Сухие строительные смеси. Состав, свойства»

Авторы - Корнеев В.И., Зозуля П.В.

Изложены основы современных представлений о сухих строительных смесях и растворах. Приведены основные определения и классификации сухих смесей. Охарактеризованы составляющие: вяжущие, заполнители, наполнители, функциональные добавки. Показана методика проектирования составов. Описаны основные группы ССС, их состав и свойства. В приложении даны основные применяемые термины и определения, наиболее употребляемые единицы измерения, перечень российских и зарубежных стандартов и др.

Монография «Пестроцветные глины Гжельского месторождения»

Авторы - Русович-Югай Н.С., Логинов В.М.

Под редакцией д-ра техн. наук Г.Н. Масленниковой

Монография посвящена изучению глин Гжельского месторождения с целью их использования в производствах тонкой керамики, майолики, народных промыслах, а также в архитектурной и художественной керамике. Представлены результаты геолого-разведочных работ. Показана структура и свойства глин, влияние гранулометрического, химического и минерального составов, структуры и текстуры на пластичность, пористость, огнеупорность. Изложены результаты исследования влияния различных технологических факторов и добавок на поведение различных глин Гжельского месторождения, предложена классификация глин.

Заказать литературу можно через редакцию, направив заявку произвольной формы по факсу: (499) 976-22-08, 976-20-36;

e-mail: mail@rifsm.ru, или оформить заявку на сайте www.rifsm.ru