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（新钢职工大学 江西 新余 338001）
【摘 要】本文简要介绍了电工钢阻尼性能的测试，通过不同变形条件下的电工钢，用动态热机械分析仪(DMA)做阻尼测试实验。比较两种试样的应变扫描图，温度扫描图和频率扫描图，得到该电工钢的阻尼性能及变形对阻尼性能的影响。研究表明：通过温度扫描可知，硅钢的阻尼内耗随温度的升高而升高；通过频率扫描可得，硅钢的阻尼性能几乎与频率无关，按照理论，在此应变时硅钢的阻尼形式为静滞后型，与振幅有关，与频率无关；通过应变扫描可知，硅钢的阻尼内耗随应变的增大而增加。
【关键词】电工钢；阻尼性能
Transform influence to aluminum electrician steel damping function
Yang Fan
(Xinyu steel worker university Xinyu Jiangxi 338001)
【Abstract】The article synopsis introduced the test of electrician steel damping function and pass a dissimilarity to transform condition under of electrician's steel, do the experiment of the damping test with the dynamic state hot machine analysis instrument(DMA). More two kinds of contingencies that try kind scan diagram and the temperature scans diagram and frequency to scan diagram and gets the damping functions of that electrician's steel and transforms the influence to the damping function. Study enunciation: Scanning through a temperature can know and the damping in-fighting of the Huo steel goes up with the going up of temperature; Scanning through a frequency can get, the damping function of Huo steel almost has nothing to do with the frequency, according to the theories, in this contingency the damping form of Huo steel is a type after the quiet, have something to do with flapping and have nothing to do with the frequency; Scanning through a contingency can know and the damping in-fighting of the Huo steel increases with the emergency aggrandizement.
【Key words】Electrician's steel; Damping function
1. 前言
1.1 阻尼的基本概念。
材料阻尼是指材料内部在经受振动变形过程中损耗振动能量的能力。这种阻尼存在于各种材料之中，而一般金属材料中的阻尼都比较小[1]。
振动着的物体，即使与外界完全隔绝，其机械振动也会逐渐衰减下来，这种由于物体内部的某种物理过程而引起的能量损耗称为内耗(Internal Friction)。引起内耗出现的力学现象是由于应变相对应力的变化出现了非弹性形变而将弹性振动能耗散为其他形式的能量(如：热能和辐射能等)。在工程上，人们把这种物体消耗振动能量的能力称为阻尼性能(Damping Capacity)。高阻尼性能材料的应用价值在于抑制机械振动和减弱波的传播，从而控制噪音和维持结构的稳定[2]。材料阻尼性能是一个与由时间决定的弹性相关的物理性能小可把它分为四种：超低频、低频、声频和超声频；按振动的加载方式分为三种：轴向拉压、弯曲和扭转；按振动时的受力状态分：自由衰减和强迫振动。尽管各种仪器的细节很不相同，但可分成四类：准静态模式、亚共振模式、共振模式和高频波传播模式。因此，比较材料的阻尼性能的测量结果时应说明测量的条件。每一种技术都受到某种限制，没有单一的方法可以获得很宽的频率和应变振幅范围。测量仪器的外部能量损耗都应避免，包括：支承的摩擦、空气的迟滞、声音的释放、传感器的振动等外部的影响。
1.2.3 测量仪器[3]
(1) 以扭转振动为激励方式的扭摆内耗仪适于测量较低频率和应变振幅下的内耗，但测量的温度范围较宽。中科院固体物理研究所研制的多功能内耗仪(MFIFA)可以采用强迫振动和自由衰减两种方式测量材料的阻尼性能。可测量的温度范围为100～900K，频率在强迫振动时 (2) 以弯曲振动为激励方式的弯摆内耗仪有一端固定一端自由和两端自由等形式。中科院固体物理研究所研制的一种两端自由的弯摆声频内耗仪适于以自由衰减的形式测量材料在频率100～20000Hz、温度78～1000K范围的阻尼性能。
2. 实验材料和方法
2.1 硅钢片的化学成分(如表1所示)。
2.2 实验方法:将加热到500℃的两片硅钢片[5]叠在一起进行叠轧一道，每片的初始厚度0.5mm，轧后每片的厚度为0.25mm，该样品编号记为1#；将加热到500℃的两片硅钢片叠在一起进行叠轧二道，每片的初始厚度为0.5mm，轧后每片的厚度为0.125mm，该样品编号记为2#。
然后将两种试样进行线切割，切割成尺寸为35×5×0.5mm的小试样，每种试样各三小片，再用丙酮清洗试样表面。
2.3 阻尼性能测试。
阻尼性能测试在动态热机械分析仪(Dynamic Mechanical Analyzer，DMA)上进行，所用型号为DMA2980(美国产)。
2.3.1 DMA技术。
动态热机械分析法是在程序温度下测量物质在振动负荷下的动态模量和力学损耗与温度和频率的关系。对样品施加一个可变振幅的正弦应变，对于粘弹性样品，应变滞后于应力一个相位角，这项技术是把材料的粘弹性分为两个分量存储模量E′和损失模量E″，其比率系列的峰，每个峰对应一个特定的松弛过程。可以提供样品的存储模量、损耗模量、阻尼、膨胀系数、应力/应变、蠕变及松弛、熔融性能等信息。
2.3.2 DMA实验模式。动态——频率扫描、频率/温度扫描、应变扫描、匀速扫描、步阶变温；静态——应力松弛、恒定应力(蠕变)、应力/应变曲线、任选波形、TMA(ΔL)。
2.3.3 DMA技术指标
4种变形方式：拉伸、压缩、弯曲、剪切；
3种弯曲方式：单臂悬梁、双臂悬梁、三点弯曲；
频率范围：1.6×10-6～318Hz，无级连续可调；
动态刚性范围：4.5个数量级，最大力：15N；
本实验采用的模式是应变扫描、温度扫描和频率扫描，变形方式为单臂悬梁弯曲，所测应变范围是：5×10-4～10-1%；频率扫描在室温、振幅为20μm的状态下进行，范围是：0.01~100Hz；温度扫描在振幅为20μm的状态下进行，范围是：室温～350℃。
实验对试样的要求是：长方体片状试样，长35mm左右、宽4mm～5mm、厚0.5～1mm。
3. 实验结果
用动态热机械分析仪DMA对1#(1) 和2#试样在应变为0.025%、振幅为20μm、频率为1Hz的条件下做了温度扫描，图1(a),(b)是测试结果。曲线随温度升高而升高，这是因为随着温度的升高，平衡点缺陷数量增加，线缺陷也就增多，位错密度随之增大，钉扎作用更强，所以硅钢的阻尼内耗值随点缺陷增多而提高，而点缺陷的形成过程中，热激活起很大作用，温度升高，点缺陷增多，阻尼内耗[6]增大。由图1(a)可知：温度在30℃～200℃左右时，曲线随温度升高缓慢升高，阻尼内耗缓慢增大；温度在200℃～250℃左右时，曲线随温度升高趋于平缓，阻尼内耗几乎不增大；温度大于250℃时，曲线随温度升高而升高，且升高的较快，阻尼内耗增大较快。由图1(b)可知：温度在30℃～200℃左右时，与图1(a)相同，曲线也随温度升高缓慢升高，阻尼内耗缓慢增大；温度在200℃～270℃左右时，曲线随温度升高趋于平缓，阻尼内耗几乎不增大；温度大于270℃左右时，曲线随温度升高而升高，且升高的较快，阻尼内耗增大较快。
所做的频率扫描结果，频率扫描的范围是0.01～100Hz。从图2中可以看出，在此范围内合金的阻尼性能随频率的升高有所降低，但降低得不多。频率在小于1Hz时，两种试样的阻尼性能随频率的升高有所降低，两种试样的降低趋势几乎相近且趋于水平；频率在大于1Hz后，试样1#的阻尼性能随频率的升高而降低，且降低的趋势比试样2#的趋势大。即在此应变条件下，硅钢的阻尼性能几乎与频率无关，按照理论，在此应变时硅钢的阻尼形式为静滞后型，与振幅有关，与频率无关。
用动态热机械分析仪(DMA)在室温、振动频率为1Hz的条件下，对1# 和2#试样的阻尼性
4. 结论
（1） 由温度扫描图（图1）可知，曲线随温度的升高而升高，在相同的温度变化范围，试样1#的阻尼性能比试样2#的好。随着温度的升高，变形量小的阻尼性能比变形量大的阻尼性能好。
（2） 由频率扫描图（图2）可看出，在频率扫描的范围0.01～100Hz内，硅钢的阻尼性的阻尼性能几乎与频率无关，按照理论，在此应变时硅钢的阻尼形式为静滞后型，与振幅有关，与频率无关。
（3） 由应变扫描图（图3）可知，曲线随应变的增大而增加，在相同的应变变化范围内，试样1#的阻尼性能比试样2#的好。随着应变的升高，变形量大的阻尼性能比变形量小的阻尼性能好。
参考文献
［1］ 郑成琪，程晓农. CuAlMn形状记忆合金的高阻尼特性.中国有色金属学报，2004年02期。
［2］ 于学勇，李宁，董守军，邱绍宇，邹红. 预变形量对Fe-14.04Mn-0.22C合金阻尼性能的影响.金属热处理，2004年10期。
［3］ 郑成琪，程晓农. 金属阻尼性能测试方法的现状与发展.实验力学，2004年02期。［4］ 何忠治.电工钢的现状与展望（续）. 中国冶金，2001年05期
［5］ 张修庆，滕新营，王浩伟. 镁基复合材料的阻尼性能研究. 铸造，2004年03期。
［6］ 何忠志.电工钢［M］冶金工业出版社,1996年,北京.
【摘 要】本文简要介绍了电工钢阻尼性能的测试，通过不同变形条件下的电工钢，用动态热机械分析仪(DMA)做阻尼测试实验。比较两种试样的应变扫描图，温度扫描图和频率扫描图，得到该电工钢的阻尼性能及变形对阻尼性能的影响。研究表明：通过温度扫描可知，硅钢的阻尼内耗随温度的升高而升高；通过频率扫描可得，硅钢的阻尼性能几乎与频率无关，按照理论，在此应变时硅钢的阻尼形式为静滞后型，与振幅有关，与频率无关；通过应变扫描可知，硅钢的阻尼内耗随应变的增大而增加。
【关键词】电工钢；阻尼性能
Transform influence to aluminum electrician steel damping function
Yang Fan
(Xinyu steel worker university Xinyu Jiangxi 338001)
【Abstract】The article synopsis introduced the test of electrician steel damping function and pass a dissimilarity to transform condition under of electrician's steel, do the experiment of the damping test with the dynamic state hot machine analysis instrument(DMA). More two kinds of contingencies that try kind scan diagram and the temperature scans diagram and frequency to scan diagram and gets the damping functions of that electrician's steel and transforms the influence to the damping function. Study enunciation: Scanning through a temperature can know and the damping in-fighting of the Huo steel goes up with the going up of temperature; Scanning through a frequency can get, the damping function of Huo steel almost has nothing to do with the frequency, according to the theories, in this contingency the damping form of Huo steel is a type after the quiet, have something to do with flapping and have nothing to do with the frequency; Scanning through a contingency can know and the damping in-fighting of the Huo steel increases with the emergency aggrandizement.
【Key words】Electrician's steel; Damping function
1. 前言
1.1 阻尼的基本概念。
材料阻尼是指材料内部在经受振动变形过程中损耗振动能量的能力。这种阻尼存在于各种材料之中，而一般金属材料中的阻尼都比较小[1]。
振动着的物体，即使与外界完全隔绝，其机械振动也会逐渐衰减下来，这种由于物体内部的某种物理过程而引起的能量损耗称为内耗(Internal Friction)。引起内耗出现的力学现象是由于应变相对应力的变化出现了非弹性形变而将弹性振动能耗散为其他形式的能量(如：热能和辐射能等)。在工程上，人们把这种物体消耗振动能量的能力称为阻尼性能(Damping Capacity)。高阻尼性能材料的应用价值在于抑制机械振动和减弱波的传播，从而控制噪音和维持结构的稳定[2]。材料阻尼性能是一个与由时间决定的弹性相关的物理性能小可把它分为四种：超低频、低频、声频和超声频；按振动的加载方式分为三种：轴向拉压、弯曲和扭转；按振动时的受力状态分：自由衰减和强迫振动。尽管各种仪器的细节很不相同，但可分成四类：准静态模式、亚共振模式、共振模式和高频波传播模式。因此，比较材料的阻尼性能的测量结果时应说明测量的条件。每一种技术都受到某种限制，没有单一的方法可以获得很宽的频率和应变振幅范围。测量仪器的外部能量损耗都应避免，包括：支承的摩擦、空气的迟滞、声音的释放、传感器的振动等外部的影响。
1.2.3 测量仪器[3]
(1) 以扭转振动为激励方式的扭摆内耗仪适于测量较低频率和应变振幅下的内耗，但测量的温度范围较宽。中科院固体物理研究所研制的多功能内耗仪(MFIFA)可以采用强迫振动和自由衰减两种方式测量材料的阻尼性能。可测量的温度范围为100～900K，频率在强迫振动时 (2) 以弯曲振动为激励方式的弯摆内耗仪有一端固定一端自由和两端自由等形式。中科院固体物理研究所研制的一种两端自由的弯摆声频内耗仪适于以自由衰减的形式测量材料在频率100～20000Hz、温度78～1000K范围的阻尼性能。
2. 实验材料和方法
2.1 硅钢片的化学成分(如表1所示)。
2.2 实验方法:将加热到500℃的两片硅钢片[5]叠在一起进行叠轧一道，每片的初始厚度0.5mm，轧后每片的厚度为0.25mm，该样品编号记为1#；将加热到500℃的两片硅钢片叠在一起进行叠轧二道，每片的初始厚度为0.5mm，轧后每片的厚度为0.125mm，该样品编号记为2#。
然后将两种试样进行线切割，切割成尺寸为35×5×0.5mm的小试样，每种试样各三小片，再用丙酮清洗试样表面。
2.3 阻尼性能测试。
阻尼性能测试在动态热机械分析仪(Dynamic Mechanical Analyzer，DMA)上进行，所用型号为DMA2980(美国产)。
2.3.1 DMA技术。
动态热机械分析法是在程序温度下测量物质在振动负荷下的动态模量和力学损耗与温度和频率的关系。对样品施加一个可变振幅的正弦应变，对于粘弹性样品，应变滞后于应力一个相位角，这项技术是把材料的粘弹性分为两个分量存储模量E′和损失模量E″，其比率系列的峰，每个峰对应一个特定的松弛过程。可以提供样品的存储模量、损耗模量、阻尼、膨胀系数、应力/应变、蠕变及松弛、熔融性能等信息。
2.3.2 DMA实验模式。动态——频率扫描、频率/温度扫描、应变扫描、匀速扫描、步阶变温；静态——应力松弛、恒定应力(蠕变)、应力/应变曲线、任选波形、TMA(ΔL)。
2.3.3 DMA技术指标
4种变形方式：拉伸、压缩、弯曲、剪切；
3种弯曲方式：单臂悬梁、双臂悬梁、三点弯曲；
频率范围：1.6×10-6～318Hz，无级连续可调；
动态刚性范围：4.5个数量级，最大力：15N；
本实验采用的模式是应变扫描、温度扫描和频率扫描，变形方式为单臂悬梁弯曲，所测应变范围是：5×10-4～10-1%；频率扫描在室温、振幅为20μm的状态下进行，范围是：0.01~100Hz；温度扫描在振幅为20μm的状态下进行，范围是：室温～350℃。
实验对试样的要求是：长方体片状试样，长35mm左右、宽4mm～5mm、厚0.5～1mm。
3. 实验结果
用动态热机械分析仪DMA对1#(1) 和2#试样在应变为0.025%、振幅为20μm、频率为1Hz的条件下做了温度扫描，图1(a),(b)是测试结果。曲线随温度升高而升高，这是因为随着温度的升高，平衡点缺陷数量增加，线缺陷也就增多，位错密度随之增大，钉扎作用更强，所以硅钢的阻尼内耗值随点缺陷增多而提高，而点缺陷的形成过程中，热激活起很大作用，温度升高，点缺陷增多，阻尼内耗[6]增大。由图1(a)可知：温度在30℃～200℃左右时，曲线随温度升高缓慢升高，阻尼内耗缓慢增大；温度在200℃～250℃左右时，曲线随温度升高趋于平缓，阻尼内耗几乎不增大；温度大于250℃时，曲线随温度升高而升高，且升高的较快，阻尼内耗增大较快。由图1(b)可知：温度在30℃～200℃左右时，与图1(a)相同，曲线也随温度升高缓慢升高，阻尼内耗缓慢增大；温度在200℃～270℃左右时，曲线随温度升高趋于平缓，阻尼内耗几乎不增大；温度大于270℃左右时，曲线随温度升高而升高，且升高的较快，阻尼内耗增大较快。
所做的频率扫描结果，频率扫描的范围是0.01～100Hz。从图2中可以看出，在此范围内合金的阻尼性能随频率的升高有所降低，但降低得不多。频率在小于1Hz时，两种试样的阻尼性能随频率的升高有所降低，两种试样的降低趋势几乎相近且趋于水平；频率在大于1Hz后，试样1#的阻尼性能随频率的升高而降低，且降低的趋势比试样2#的趋势大。即在此应变条件下，硅钢的阻尼性能几乎与频率无关，按照理论，在此应变时硅钢的阻尼形式为静滞后型，与振幅有关，与频率无关。
用动态热机械分析仪(DMA)在室温、振动频率为1Hz的条件下，对1# 和2#试样的阻尼性
4. 结论
（1） 由温度扫描图（图1）可知，曲线随温度的升高而升高，在相同的温度变化范围，试样1#的阻尼性能比试样2#的好。随着温度的升高，变形量小的阻尼性能比变形量大的阻尼性能好。
（2） 由频率扫描图（图2）可看出，在频率扫描的范围0.01～100Hz内，硅钢的阻尼性的阻尼性能几乎与频率无关，按照理论，在此应变时硅钢的阻尼形式为静滞后型，与振幅有关，与频率无关。
（3） 由应变扫描图（图3）可知，曲线随应变的增大而增加，在相同的应变变化范围内，试样1#的阻尼性能比试样2#的好。随着应变的升高，变形量大的阻尼性能比变形量小的阻尼性能好。
参考文献
［1］ 郑成琪，程晓农. CuAlMn形状记忆合金的高阻尼特性.中国有色金属学报，2004年02期。
［2］ 于学勇，李宁，董守军，邱绍宇，邹红. 预变形量对Fe-14.04Mn-0.22C合金阻尼性能的影响.金属热处理，2004年10期。
［3］ 郑成琪，程晓农. 金属阻尼性能测试方法的现状与发展.实验力学，2004年02期。［4］ 何忠治.电工钢的现状与展望（续）. 中国冶金，2001年05期
［5］ 张修庆，滕新营，王浩伟. 镁基复合材料的阻尼性能研究. 铸造，2004年03期。
［6］ 何忠志.电工钢［M］冶金工业出版社,1996年,北京.