动态力学实验原理与技术
第四篇 聚合物材料的动态力学分析DMTA
（1）扭摆法
由振幅A可求得对数减量Δ ：
ln A1 ln A2 ln A2 ln A3 ...... ln A A1 A ln 2 ..... ln n A2 A3 An1
式中：A1、A2、A3……An、An+1分别为个相应振幅的宽 度。 剪切模量G’由曲线求得，与1/P2成正比； 损耗模量G”和内耗角正切tgδ计算：
E" tg E'
—损耗因子
2、聚合物力学性质与温度、频率、时间的关系
聚合物的性质与温度有关，与施加于材料上外力 作用的时间有关，与外力作用的频率有关。 为了了解聚合物的动态力学性能，我们有必要进 行宽广的温度范围对性能的测定，简称温度谱； 在宽广的频率范围内进行测定，简称频率谱。
动态力学曲线
动态力学曲线
频率谱—在恒温、恒应力下，测量 动态模量及损耗随频率变化的试验 ，用于研究材料力学性能与速率的 依赖性。图14-4是典型非晶态聚合 物频率谱图。 当外力作用频率ω» 链段运动最可 几频率ω0时，E’很高，E”和tanδ 都很小；当ω« ω0时，材料表现出 理想的高弹态，E’很小，E”和 tanδ都很小；当ω=ω0时链段运 动有不自由到自由，即玻璃化转变 ，此时E’急剧变化，E”和tanδ都 达到峰值。
图14-4 lgE’、lgE”和tanδ对lgω关系
通过测定聚合物的DMA谱图，可以了解到材料在 外力作用下动态模量和阻尼随温度和频率变化的 情况，所测的动力学参数有效地反映了材料分子 运动的变化，而分子运动是与聚合物的结构和宏 观性能紧密联系在一起的，所以动态力学分析把 了解到的分子运动作为桥梁，进而达到掌握材料 的结构与性能的关系。
（二）强迫共振法
指强迫试样在一定频率范围内的恒幅力作用下发生振 动，测定共振曲线，从共振曲线上的共振频率与共振 峰宽度得到储能模量与损耗因子的方法。 A 共振峰宽度：共振曲线上 2 处所对应的两个频率之 差 f r f2 f1；有时也取最大振幅的一半时两频率之 差。 2 f 或 f 储能模量正比于 r r ( fr为共振频率) ； tan f r f r 损耗因子： A
动态力学分析DMA
动态力学分析DMADMA（Dynamic Mechanical Analysis）是一种用于分析材料力学性能的测试方法。
它结合了动态力学和热学测试技术，可以提供关于材料的弹性、刚性、黏弹性和损耗因子等性能参数的信息。
DMA广泛应用于材料科学、化学、工程等领域，对于了解材料的结构与性能之间的关系和材料在不同温度和频率下的行为具有重要意义。
下面将对DMA的原理、应用和测试参数等方面进行详细介绍。
DMA的原理是基于材料在施加周期性外力作用下的应变响应。
它通过施加正弦形的动态应变，测量材料的动态应力响应，进而得到材料的机械性能参数。
根据材料的形变模式，DMA可以测量材料的弹性模量、刚度、阻尼和损耗因子等参数。
同时，DMA还可以通过改变施加的应变振幅、频率和温度等条件来研究材料的线性和非线性行为。
在DMA实验中，一般需要将样品固定在一个夹具上，并施加一个相对运动的动态负载。
通过施加正弦形的变形，例如拉伸或压缩，可以测量样品的应力和应变之间的相位差，进而计算出材料的各种力学性能参数。
此外，还可以通过改变应变振幅、频率和温度等外界条件来获得材料的线性和非线性响应。
DMA的应用十分广泛。
首先，它可以用于材料的性能评估和选择。
通过DMA的测试可以获得关于材料弹性模量、刚度和黏弹性等信息，从而对材料的选择和应用进行优化。
例如，在汽车制造领域，DMA可以帮助选择材料以满足特定应变和温度条件下的要求。
其次，DMA还可以分析材料的老化和损耗行为。
通过跟踪材料的动态性能随时间的变化，可以了解材料的寿命和性能衰减机制。
最后，DMA还可以用于材料的开发和改进。
通过对材料的机械性能进行系统研究，可以提出有针对性的改善方案，增强材料的性能和可靠性。
在进行DMA实验时，一些关键的测试参数需要被考虑。
首先是应变振幅。
在DMA实验中，通常会测试一系列不同的应变振幅，以获得材料的线性和非线性响应。
较小的应变振幅可以用来研究材料的线性弹性行为，而较大的应变振幅可以用来研究材料的非线性行为。
dma读操作实验
dma读操作实验篇一：DMA实验报告动态热机械分析测试实验报告一、实验目的1．了解动态力学分析仪（DMA）的测量原理及仪器结构；2．了解影响动态力学分析仪（DMA）实验结果的因素，正确选择实验条件；3．通过聚合物PP 动态模量和力学损耗与温度关系曲线的测定，了解线性非结晶聚合物不同的力学状态；4．学会使用DMA来测试聚合物的Tg，并会分析材料的热力学性质。
二、实验原理在外力作用下，对样品的应变和应力关系随温度等条件的变化进行分析，即为动态力学分析。
动态力学分析能得到聚合物的动态模量、损耗模量和力学损耗。
这些物理量是决定聚合物使用特性的重要参数。
同时，动态力学分析对聚合物分子运动状态的反应也十分灵敏，考察模量和力学损耗随温度、频率以及其他条件的变化的特性可得到聚合物结构和性能的许多信息，如阻尼特性、相结构及相转变、分子松弛过程、聚合反应动力学等。
高聚物是黏弹性材料之一，具有黏性和弹性固体的特性。
它一方面像弹性材料具有贮存械能的特性，这种特性不消耗能量；另一方面，它又具有像非流体静应力状态下的黏液，会损耗能量而不能贮存能量。
当高分子材料形变时，一部分能量变成位能，一部分能量变成热而损耗。
能量的损耗可由力学阻尼或内摩擦生成的热得到证明。
材料的内耗是很重要的，它不仅是性能的标志，而且也是确定它在工业上的应用和使用环境的条件。
如果一个外应力作用于一个弹性体，产生的应变正比于应力，根据虎克定律，比例常数就是该固体的弹性模量。
形变时产生的能量由物体贮存起来，除去外力物体恢复原状，贮存的能量又释放出来。
如果所用应力是一个周期性变化的力，产生的应变与应力同位相，过程也没有能量损耗。
假如外应力作用于完全黏性的液体，液体产生永久形变，在这个过程中消耗的能量正比于液体的黏度，应变落后于应力900，所示。
聚合物对外力的响应是弹性和黏性两者兼有，这种黏弹性是由于外应力与分子链间相互作用，而分子链又倾向于排列成最低能量的构象。
初中物理动态实验教案
初中物理动态实验教案一、教学目标：1. 通过动态实验，让学生了解和掌握运动和力的关系，进一步理解物体的运动状态及其变化原因。
2. 培养学生的实验操作能力，提高学生的观察、分析、解决问题的能力。
3. 激发学生对物理学科的兴趣，培养学生的科学思维和探究精神。
二、教学内容：1. 运动和力的概念：物体位置的变化叫做机械运动，物体受到的力叫做作用力。
2. 运动和力的关系：物体的运动状态（包括速度和方向）发生变化，一定受到了力的作用；有力作用在物体上，物体的运动状态不一定发生变化。
3. 实验原理：利用弹簧测力计和滑轮组，测量物体在不同力的作用下的加速度，观察运动状态的变化。
三、教学过程：1. 导入：通过提问方式引导学生回顾运动和力的概念，引出本节课的实验内容。
2. 实验原理讲解：讲解弹簧测力计和滑轮组的原理，以及如何测量物体在不同力的作用下的加速度。
3. 实验操作：学生分组进行实验，记录实验数据。
4. 数据分析：学生根据实验数据，分析物体在不同力的作用下的运动状态变化。
5. 结论总结：学生总结实验结果，得出运动和力的关系。
6. 拓展延伸：引导学生思考运动和力的关系在实际生活中的应用，如交通工具、体育竞技等。
四、教学评价：1. 学生实验操作的准确性、规范性。
2. 学生实验数据的处理和分析能力。
3. 学生对运动和力关系的理解程度。
4. 学生对拓展延伸问题的思考和回答。
五、教学资源：1. 弹簧测力计。
2. 滑轮组。
3. 实验记录表格。
4. 相关视频资料。
六、教学建议：1. 实验前，教师应检查实验设备的完好性，确保实验顺利进行。
2. 实验过程中，教师应引导学生注意安全，规范操作。
3. 实验后，教师应加强对学生实验数据的分析和总结，帮助学生理解运动和力的关系。
4. 针对不同学生的学习情况，教师可适当调整实验难度，以提高学生的学习兴趣和积极性。
5. 结合现实生活，教师可引导学生思考运动和力的关系在实际中的应用，提高学生的学以致用能力。
热分析-DMA解析
变形模式 : 双悬臂 2x16
振幅 :
30.00 um
DF/CSF : 2.00 N / 0.00 N
PF :
0.00
材料 :
pu
0
50
温度 /℃
温度范围 : 温度段 : 频率 : 气氛 : 流量 : 平滑 :
-120.0/3.0(K/min)/150.0 1/1 1Hz;5Hz;20Hz
未知构科的初步分析
对未知材料进行一次DMA扫描：将所得到 DMA曲线与已知材料的DMA曲线进行对照， 便可初步确定待测材料的类型
表征高聚物材料阻尼特性的应用
在飞机、建筑等结构中为了吸震、防震或吸音、 隔音都要用到阻尼材料。
阻尼材料要求材料具有高内耗，即要求tgδ 大．理想的阻尼材料应该在整个工作温度范围 内都有较大的内耗，即要求材料的tgδ-T：曲 线变化平缓．
拉伸：拉伸模式适合于测量薄膜，纤维或薄的橡胶条。 样品的下端被固定在支架上，上端夹在顶杆上进行振荡 测试。
DMA工作曲线 ------典型非晶态高聚物的DMA温度谱
动态力学分析技术的应用
高聚物的玻璃化转变温度的测定 玻璃化温度Tg是度量高聚物链段运动的特征温 度，在Tg以下，高聚物处于玻璃态，储能模量 大；在Tg以上，非晶态高聚物进入橡胶态，E” 和损耗因子在转变区达到最大值。
仪器 : NETZSCH DMA 242 文件 :
标识 :
1
日期/时间 : 2010-7-7 10:05:06
实验室 : 413
操作者 : t
项目 :
1
样品/形状 : pf/立方体
C:\Documents and Settings\TG\桌面\pf-2.dm2
样品尺寸 : 32.000x3.100x0.490 mm
混凝土动态性能实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本实验旨在研究混凝土在不同动态载荷作用下的力学性能，包括抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等，以期为混凝土结构设计提供理论依据。
二、实验原理混凝土动态性能实验主要基于霍普金森压杆（SHPB）试验方法。
SHPB试验方法是一种非破坏性试验方法，通过高速加载使试件在极短时间内承受高应变率下的动态载荷，从而研究混凝土在不同动态载荷作用下的力学性能。
三、实验材料1. 混凝土试件：采用C30级混凝土，试件尺寸为100mm×100mm×100mm，分别进行抗压、抗拉、抗剪试验。
2. 加载设备：霍普金森压杆试验机，加载速度范围为10～100m/s。
3. 测量设备：高速数据采集系统、应变片、力传感器等。
四、实验步骤1. 准备试件：将混凝土试件切割成100mm×100mm×100mm的立方体，试件表面磨光，确保试件尺寸和形状符合要求。
2. 安装试件：将试件放置于试验机的加载平台上，确保试件中心与加载平台中心对齐。
3. 连接传感器：将应变片和力传感器安装在试件上，确保传感器与试件连接牢固。
4. 设置试验参数：根据试验要求设置加载速度、应变率等参数。
5. 进行试验：启动试验机，使试件在高速加载下承受动态载荷，记录试验数据。
6. 数据处理与分析：对试验数据进行处理和分析，得出混凝土在不同动态载荷作用下的力学性能。
五、实验结果与分析1. 抗压强度实验结果表明，C30级混凝土在不同动态载荷作用下的抗压强度随应变率的增加而降低。
在应变率为10m/s时，抗压强度为50.2MPa；在应变率为100m/s时，抗压强度为45.6MPa。
这说明混凝土在高速加载下抗压强度有所降低，且应变率对其抗压强度有显著影响。
2. 抗拉强度实验结果表明，C30级混凝土在不同动态载荷作用下的抗拉强度随应变率的增加而降低。
在应变率为10m/s时，抗拉强度为2.8MPa；在应变率为100m/s时，抗拉强度为2.5MPa。
动态力学实验：牛顿第二定律与自由落体实验
杆状物体
用于施加力 探究物体运动规律
计时器
测量实验时间 记录实验过程
加速度计
测量物体加速度 验证牛顿第二定律
实验器材与仪器
进行动态力学实验通常需要一些基本的器材和仪 器，如滑轮、杆状物体、计时器等。实验器材的 选择和使用对实验结果的准确性和可靠性具有重 要影响。合理利用实验仪器可以提高实验效率和 结果的可靠性。
● 05
第五章 实验案例研究
案例介绍
在动态力学实验中，通过具体案例的介绍，我们 可以深入了解实验设计、操作步骤和结果分析的 重要性。选取经典的实验案例进行研究，有助于 读者更好地理解动态力学实验的原理和应用。案 例研究为读者提供实践经验和启发，让实验知识 更加生动有趣。
案例分析
01 实验过程
感谢观看
THANKS
动态力学实验：牛顿第二定 律与自由落体实验
汇报人：XX
2024年X月
第1章 简介 第2章 牛顿第二定律实验 第3章 自由落体实验 第4章 实验误差与精度控制 第5章 实验案例研究 第6章 总结与展望
目录
● 01
第1章 简介
动态力学实验简介
验证牛顿第 二定律
通过实验验证 Fma
实验原理
介绍实验的基本 原理
实验步骤
详细说明实验的 步骤
两种主要类 型
牛顿第二定律实 验和自由落体实
验
动态力学ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ验简 介
动态力学实验是物理 学中的重要实验之一， 通过实验可以验证牛 顿第二定律。动态力 学实验包括牛顿第二 定律实验和自由落体 实验两种主要类型。 本课题将重点介绍牛 顿第二定律实验和自 由落体实验的原理及 实验步骤。
● 03
第3章 自由落体实验
聚合物材料的动态力学分析
❖ 聚合物材料具有粘弹性，其力学性能受时间、频率、温度影 响很大。无论实际应用还是基础研究，动态热力分析均已成 为研究聚合物材料性能的最重要的方法之一：
1. 可以给出宽广温度、频率范围的力学性能，用于评价材料 总的力学行为。
2. 检测聚合物的玻璃化转变及次级松弛过程，这些过程均与聚 合物的链结构和聚集态结构密切相关。当聚合物的化学组成、 支化和交联、结晶和取向等结构因素发生变化时，均会在动态 力学谱图上体现出来，这使得动态热力分析成为一种研究聚合 物分子链运动以及结构与性能关系的重要手段。
复数柔量D*——复 数模量的倒数
D*
1 E*
D* D D
D D* cos
D D* sin
tan D
D
D
E2
E E2
（13） （14） （15）
（16）
（17）
D
E E2 E2
D’——储能柔量；D’’——损耗柔量
（18）
当试样受到剪切形变也有类似的表示方式：
G* G G G D* cos G G* sin tan G
复。
三、松弛：材料在外部变量的作用下，其性质随时间的变化叫 做松弛。
四、力学松弛：高聚物在力的作用下力学性质随时间而变化的 现象称为力学松弛。
❖ 力的作用方式不同，力学松弛的表现形式不同。 1. 静态粘弹性：在恒定应力或恒定应变作用下的力学松弛。最
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 电荷模式
School of Materials 4.6 PVDF 测试技术
电流模式：
d33是压电应变常数。
School of Materials 4.6 PVDF 测试技术 电流模式：
厚计模式： t<Tc,i(t)只与界面压力δ（0，t）有关
薄计模式 ：
t>Tc,i(t)是两界面的应力差，即PVDF压力计内部应 力梯度的直接量度
U/V
strain gauge PVDF 1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0
-100
0
100
200
300
t/uｓ
i(t) 1 2
t0
t0
x0 v
v是脉冲速度，x0是传感器的厚度
School of Materials 4.6 PVDF 测试技术
i(t)dt
通常脉冲宽度远大于PVDF的厚度
School of Materials 4.6 PVDF 测试技术 PVDF压力传感器测试电路：
School of Materials 4.6 PVDF 测试技术 PVDF压力计：
聚酰亚胺
PVDF
铜箔引线
聚酰亚胺：保护、绝缘 铜箔引线：传输电荷
School of Materials 4.6 PVDF 测试技术 实验装置简图：
PVDF
输入杆
输出杆
Hale Waihona Puke 薄铝片导线School of Materials 4.6 PVDF 测试技术
School of Materials 4.6 PVDF 测试技术
PVDF组成及其压电性能
School of Materials 4.6 PVDF 测试技术
School of Materials
优点：
4.6 PVDF 测试技术
School of Materials
缺点：
4.6 PVDF 测试技术
PVDF的动态标定
电荷与应力之间的线性关系:
KQ K是标定系数
一系列的子弹撞击速度
一系列的电压时间曲线
应力
电荷
School of Materials 4.6 PVDF 测试技术
2‘
School of Materials 4.6 PVDF 测试技术
由：
KQ KCU (t)
School of Materials 4.6 PVDF 测试技术
School of Materials 4.6 PVDF 测试技术 电流模式：
School of Materials 4.6 PVDF 测试技术 电荷模式：
并联电容后采到的原始信号
School of Materials 4.6 PVDF 测试技术 两种模式下电荷计算公式：
School of Materials 4.6 PVDF 测试技术 两种模式下测量电路的时间响应常数：
School of Materials 4.6 PVDF 测试技术
PVDF(Polyvinylidene fluoride,聚偏氟乙烯 )
[-CH2-CF2-]白色粉末状结晶性聚合物。密度1.75-1.78g／cm3。玻
璃化温度-39℃，脆化温度-62℃，熔点170℃，热分解 温度316℃以上，长期使用温度－40～150℃。可用一般 热塑性塑料加工方法成型。其突出特点是机械强度高，耐 辐照性好。具有良好的化学稳定性，在室温下不被酸、碱、 强氧化剂和卤素所腐蚀，发烟硫酸、强碱、酮、醚绵少数 化学药品能使其溶胀或部分溶解，二甲基乙酰胺和二甲基 亚砜等强极性有机溶剂能使其溶解成胶体状溶液。
材料动态力学概论
4.动态力学实验原理与技术
School of Materials 4.6 PVDF 测试技术
具有压电效应的材料
PZT（压电陶瓷）
压电陶瓷(锆钛酸铅)是将二氧化铅、锆酸铅、钛酸 铅 在1200度高温下烧结而成的多晶体。
P是铅元素Pb的缩写，Z是锆元素Zr的缩写，T是钛元 素Ti的缩写
School of Materials 4.6 PVDF 测试技术
压力传感器测试原理：
两极有一定的压力梯度才会产生一定量的电荷
(0,t) fA i(t)
t0
0 t t0
(电0,极t) 0以及时间t时的应力，f压电系数，A压电敏感面积，
t0是波通过传感器的时间，i(t)是时间t的电荷量。