ICS81.040.10 Q30 中华人民共和国国家标准 GB/T31544—2015 玻璃材料高温弹性性能试验方法 脉冲激振法 Testmethodforelasticpropertiesofglassathightemperatures— Impulseexcitationofvibration 2015-05-15发布 2016-04-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由中国建筑材料联合会提出。 本标准由全国工业玻璃和特种玻璃标准化技术委员会(SAC/TC447)归口。 本标准主要起草单位:中国建材检验认证集团股份有限公司、中国建筑材料科学研究总院。 本标准参与起草单位:北京国晶辉红外光学科技有限公司、中国建材检验认证集团江苏有限公司、 北京厦荣工程检测有限责任公司、广东中科华大工程技术检测有限公司。 本标准主要起草人:包亦望、万德田、陈国秋、田远、黄万才、邱岩、张伟、刘小根、杨卫平、赵晋武、 赵虎、王庆。 ⅠGB/T31544—2015 玻璃材料高温弹性性能试验方法 脉冲激振法 1 范围 本标准规定了利用脉冲激振法测定玻璃材料在高温环境下弹性模量、剪切模量和泊松比等弹性性 能的术语和定义、方法概述、测试系统、试样、测试步骤、计算公式和试验报告。 本标准适用于连续均质的玻璃材料,既可测量某一给定温度点,也可连续测量不同温度点玻璃材料 弹性性能。其他连续均质固体材料可参考使用。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T1216 外径千分尺 GB/T16839.1 热电偶 第1部分:分度表 JC/T2172 精细陶瓷弹性模量、剪切模量和泊松比试验方法 脉冲激励法 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 弯曲振动 flexuralvibration 试样在长度水平面法线方向上的振动。 3.2 扭转振动 torsionvibration 试样在横截面绕着长度方向发生的扭曲振动。 4 方法概述 采用脉冲激励器产生机械激励,作用于高温环境下矩形截面试样,引起试样的振动,测量试样的弯 曲振动频率和扭转振动频率。通过快速傅立叶变换得到试样的基频,利用弯曲振动的基频计算出试样 的弹性模量,利用扭转振动的频率计算出剪切模量。泊松比由弹性模量和剪切模量关系式计算得出。 注:由于试样振动的基频取决于试样尺寸、质量和弹性模量,在试样质量和尺寸已知的情况下,测到基频后可以计 算出弹性模量。弹性模量取决于弯曲振动基频,剪切模量取决于扭转振动频率。泊松比由材料的弹性模量和 剪切模量决定,三者只有两项是独立的。 5 测试系统 5.1 构成 测试系统包括:加热炉、温度测量和显示装置、激励器、信号采集器和处理器、试样支撑及数据分析 1GB/T31544—2015 系统等。图1是测试系统的工作原理示意图。 说明: 1———激励器; 2———温度测量装置; 3———温度显示器; 4———加热炉; 5———试样; 6———信号采集器; 7———信号处理器; 8———频率分析系统; 9———试验结果输出系统; 10———支撑节点。 图1 测试系统的工作原理示意图 5.2 加热炉 加热炉应具有升温和保温控制功能。加热炉内气氛可以是空气、惰性气体或真空。加热炉应自动 控制并调节升温速度,到达试验温度点后的惯性升温应不超过5℃。保持恒温状态时炉内测量温度变 化应小于±2℃。试样在加热炉内应均匀受热,当达到试验温度后应恒温15min后开始测试,试样表 面温度差别应不大于±10℃。 5.3 温度测量和显示装置 热电偶应符合GB/T16839.1规定。热电偶要有足够长度,插入加热炉使其端头尽量接近试样。 热电偶测温系统应每年至少定期校验一次,或一年内多次校验。若使用光学高温计测温,应选用分辨率 高于5℃和2%准确度的测温仪。 5.4 脉冲激励器 符合JC/T2172规定。激励杆宜采用直径小于5mm的陶瓷或者金属杆。 5.5 信号采集器 符合JC/T2172规定,宜采用声传感器和激光位移传感器等非接触型传感器。 5.6 试样支撑 试样支撑应采用能使试样受激振后自由振动的方法。通常有两种方式,可采用弹性耐高温金属细 线悬挂,也可用接触式的支撑。试样放置在两根平行的铂丝上,铂丝直径宜为0.3mm~0.5mm,铂丝 2GB/T31544—2015 固定在耐高温夹具的支撑架上,支撑架宜采用氧化铝、氮化硅等耐高温材料。图2为铂丝悬挂试样的示 意图。 说明: 1———激励点; 4———信号采集点; 2———试样; 5———支撑节点。 3———铂丝; 图2 铂丝悬挂试样的示意图 6 试样 试样要求如下: a) 试样为长方体,长度应不小于60mm。长度(L)、宽度(b)、厚度(t)的比例约为20∶5∶1; b) 试样长度、宽度和厚度的平行度误差应分别小于0.5%、0.1%和0.1%; c) 试样表面应光滑平整,边缘不需倒角; d) 试样质量应不小于5g。 7 测试步骤 7.1 试样质量和尺寸的测量 符合精度为1mg的天平称量试样质量,符合GB/T1216规定的游标卡尺测量试样长度、宽度和厚 度。在试样宽度和厚度测试时应分别测量试样两端和中间,取平均值。 7.2 试样放置方式 测量弯曲振动基频时,试样长度已知为L,将试样放置在两根水平拉紧的铂丝上,两根线的相对距 离为(0.552±0.005)L。试样两端伸出的长度相等。激励点在试样表面中央。 测量扭转振动频率时,将试样放置在两根水平拉紧的铂丝上,两根线的相对距离为(0.552±0.005)L。 试样两端伸出的长度相等。激励点和信号采集点对应在试样的两个对角的对应点上,脉冲激励器和信 号采集器互为对角位置,如图2所示。激励的力值应保证试样扭转振动。 3GB/T31544—2015 7.3 信号采集器定位 加热装置内气氛为空气或惰性气体,信号采集器宜采用声传感器。连接声传感器的陶瓷导管前端, 置于试样上方10mm左右。 加热装置内气氛为真空高温环境,信号采集器应采用激光位移传感器,通常放置在试样上方,且距 离试样约0.5m的真空环境外。 7.4 试样加热 启动加热装置,按照设定的程序对试样进行加热,达到设定温度后,恒温15min。 7.5 测量 启动检测装置,输入7.1测得的试样尺寸和质量,设置仪器的基本参数,启动激励装置,利用信号采 集器和信号处理器获得一个阻尼自由振动曲线,通过数据分析处理系统算出试样振动的固有频率,并得 到弹性模量、剪切模量和泊松比等性能。 测量不同温度点的玻璃弹性性能时,在完成较低的温度点测量后,重复步骤7.4继续升温到高的温 度点,然后重复步骤7.5。 8 计算公式 8.1 弹性模量按式(1)计算: E=0.9465mf2 b bL tæ èçö ø÷3 1+6.585t Læ èçö ø÷2é ëêêù ûúú…………………………(1) 式中: E———弹性模量,单位为帕(Pa); m———试样质量,单位为克(g); fb———弯曲振动的基频,单位为赫兹(Hz); b———试样宽度,单位为毫米(mm); L———试样长度,单位为毫米(mm); t———试样厚度,单位为毫米(mm)。 8.2 剪切模量按式(2)计算: G=4Lmf2 t btB 1+Aæ èçö ø÷ …………………………(2) 式中: G———剪切模量,单位为帕(Pa); ft———扭转振动的频率,单位为赫兹(Hz); B———形状参数,按式(3)计算; A———经验修正参数,按式(4)计算或由图3获得。 B=[(b/t)+(t/b)]/[4(t/b)-2.52(t/b)2+0.21(t/b)6]……………(3) A=[0.5062-0.8776(b/t)+0.3504(b/t)2-0.0078(b/t)3]/[12.03(b/t)+9.892(b/t)2] ……………(4) 4GB/T31544—2015 图3 计算剪切模量所用的经验修正因子A 8.3 泊松比按式(5)计算: ν=E 2G-1 …………………………(5) 式中: ν———泊松比。 9 试验报告 试验报告应包含下列信息: a) 试验部门; b) 试验设备; c) 试验日期; d) 试样数量; e) 试样的质量和尺寸; f) 试验人员; g) 试验温度,基频; h) 弹性模量、剪切模量和泊松比; i) 试样描述: 1) 试样名称、组成和来源; 2) 加工条件,表面处理和边角情况; 3) 其他必要信息(试样背景,处理记录等)。 j) 其他有关信息。 5GB/T31544—2015