-动态力学分析.
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。
第3篇14动态力学分析(DMA)
DMA
File: F:...\DMADATA\Peten.tr1 Operator: RRU Run Date: 18-Jan-99 16:10
10000
Tm
l 1000
l
l
l
பைடு நூலகம்
l
l
l
l
lll
l
l
l
l
l
Large scale cooperative Motion: Disruption of crystalline structure
动态力学分析基础
材料的粘弹性
黏性：材料受到外力时，理想黏性体的应变随时间线 性增加，去除外力后，产生的形变完全不可回复。外 力做的功全部以热能的形式消耗掉了，用以克服分子 间的摩擦力从而实现分子间的相对迁移。
理想黏性流体的流变行为服从牛顿定律，即应力与应 变速率成正比，比例系数为黏度。以剪切为例，牛顿 定律表达式为： τ=ηdγ/dt =ηγ
10
10
-150
-100
-50
0
50
100
150
Temperature (°C)
Universal V2.5D TA Instruments
尼龙的扭辫测试
Temperature Ramp at 3°C/min.
1. 1 0 0 0 .0 0 FreE q0 uency1 = 1 H0 z
G’
Strain = 0.025%
G' (Pa)
1.00
1.00
1.00
Degradation
1. 1 0 .0 00 0E 05 E- 3
1.00
- 2 -0 1 - 0 5 1 . - 0 0 0 5 . 0 0 0 0 . 5 . 0 0 0 1 . 0 1 0 0 5 2 . 0 0 0 2 . 0 0 5 . 0 0 .0
DSC与DMA研究方法
DSC与DMA研究方法DSC（差示扫描量热法）和DMA（动态力学分析）是两种常用的热分析方法，用于研究材料的热性能和力学性能。
本文将分别介绍DSC和DMA的原理和应用，并对其研究方法进行详细阐述。
1.差示扫描量热法（DSC）：差示扫描量热法是一种热分析技术，用于测量材料在加热或冷却过程中吸放热的变化。
其原理是将待测样品和参比样品放置在两个热电偶杆上，并在一个恒定的温度下进行加热或冷却。
通过测量样品和参比样品之间的温差，并对温差进行微小修正，可以计算出样品的热容量和吸放热的变化。
DSC常用于研究物质的热力学性质，如相变温度、熔化焓、反应热及催化活性等。
其研究方法主要包括以下几个方面：(1)样品制备：根据研究目的，选择合适的样品制备方法。
通常情况下，样品需要具备足够的纯度和均匀性。
(2)实验条件设置：根据目标热特性和样品特点，选择合适的实验条件，如样品的加热速率、温度范围等。
(3)实验数据处理：根据实验结果，进行数据处理和分析。
通常情况下，可以根据DSC曲线上的各个特征峰值，计算得出样品的熔化焓、相变温度等物理参数。
(4)结果解释：根据实验结果，进行结果解释和对比分析。
根据DSC曲线上的各个特征峰值，可以判断材料的晶体结构、热稳定性等性能。
2.动态力学分析（DMA）：动态力学分析是一种用来研究材料的力学性能的方法。
其原理是通过施加一个周期性的力（如拉伸或振动力）于样品上，并通过测量样品的应变和应力响应，来研究材料的力学特性。
DMA常用于研究材料的弹性、刚性、损耗因子及玻璃化转变等性能。
其研究方法主要包括以下几个方面：(1)样品制备：根据研究目的，选择合适的样品制备方法。
通常情况下，样品需要具备足够的尺寸和形状，并且保证表面光洁度。
(2)实验条件设置：根据目标研究性质和样品特点，选择合适的实验条件，如频率、振幅、温度等。
(3)实验数据处理：根据实验结果，进行数据处理和分析。
通常情况下，可以根据DMA曲线上的各个特征峰值，计算得出样品的弹性模量、玻璃化转变温度等物理参数。
动态力学分析DMA
在每一种形变模式下，不仅可以 在固定频率下测定宽阔温度范围 内的动态力学性能温度谱或在固 定温度下测定宽频率范围内的频 率谱，而且还允许多种变量组合 在一起的复杂试验模式。
3.实验技术
01
01 3.1 制样要求
02
02
要求样品的材质必须均匀、 无气泡、无杂质、加工平整；
03
03
样品的尺寸没有统一规定， 但要求测量准确。
粘弹性材料的流变行为存在时温等效原则，即材料在低温下的行为相 当于高频(相当于短时间)下的行为；而材料在高温下的行为像低频(相
当于长时间)下的行为。
玻璃化转 变
温度（内因） ω。
W
链段的运动形态 外力的作用频率
一．1测量方式/模式
主要有拉伸、剪切、压缩、双悬臂和三点
弯曲5种模式 。
2.2 测量仪器分类
强迫非共振法
1
2
强迫非共振法是指强迫试样以设定 频率振动，测定试样在振动时的应 力、应变幅值以及应力与应变之间 的相位差。
强迫非共振仪的商品型号很多，可 分为两大类： 一类主要适合于测 试固体，一类适合于测试流体，后 者称为动态流变仪。
强迫非共振法
所有的先进强迫非共振仪都包含 有多种形变模式，如拉伸、压缩、 剪切、弯曲(包括三点弯曲、单悬 臂梁与双悬臂梁弯曲)等，有些仪 器中还有杆、棒的扭转模式。
测定动态力学性能的仪器 有三类：
自由衰减振动，如扭摆法、 扭辫法；
受迫振动的共振类型，如 振簧法；
受迫振动的非共振类型， 如粘弹性仪。
目前大多数动态力学分析仪都可以用来测 定试样的动态力学性能温度谱、频率谱和 时间谱，因此仪器的织成部分中一般都包 括温控炉、温度控制与记录仪。
自由哀减振动法
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
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
动态力学分析原理
动态力学分析原理
• 动态力学分析导引
– 弹性（模量）、黏性（黏度） – 应力、应变、应变速率
• 动态力学分析仪
– 工作原理 – 工作方程
• 动态力学分析测试模式
– 振荡（动态测试）、阶跃（瞬态测试）、特殊 测试
800-820-3812 2
动态力学分析原理
动态力学分析原理tainstrumentswwwtainstrumentscom8008203812动态力学分析原理?动态力学分析导引弹性模量黏性黏度应力应变应变速率?动态力学分析仪工作原理工作方程?动态力学分析测试模式振荡动态测试阶跃瞬态测试特殊测试8008203812http
动态力学分析原理
TA Instruments 800-820-3812
– 应力松弛
– 时间 – 频率扫描 – 变温
• 升温或降温
• 阶跃应力（瞬态测试）
– 蠕变及回复
• 其他特殊测试模式
800-820-3812
14
动态力学分析原理
振荡测试
800-820-3812
8
动态力学分析仪分类
• 应力控制型（单头或 电机传感器整合型） • 应变控制型（双头或 电机传感器分离型）
800-820-3812
9
动态力学分析工作方程
仪器变量 样品形状 物质函数
力 位移 或速率 原始量
800-820-3812
× 几何因子 =
刺激和响应
12
刺激施加和温控模式
• 刺激（应变或应力）施加模式：正弦、阶 跃和线性
• 温度控制模式：恒温、程序升/降温
800-820-3812
13
动态力学分析测试模式
高分子材料的动态力学性能分析
高分子材料的动态力学性能分析在现代材料科学的领域中，高分子材料以其独特的性能和广泛的应用成为了研究的重点之一。
而高分子材料的动态力学性能更是其中一个关键的方面，对于深入理解和优化其在各种实际场景中的应用具有重要意义。
首先，我们来了解一下什么是高分子材料的动态力学性能。
简单来说，就是指高分子材料在动态载荷（如振动、冲击等）作用下表现出的力学行为和特性。
这种性能反映了材料在不同频率和温度条件下对能量的吸收、储存和释放能力。
高分子材料的动态力学性能通常通过动态力学分析（DMA）技术来进行研究。
在这个过程中，会施加一个周期性的应变或应力，然后测量材料的响应，从而得到诸如储能模量、损耗模量和损耗因子等重要参数。
储能模量代表了材料储存弹性变形能量的能力，它反映了材料的刚度。
损耗模量则反映了材料在变形过程中能量的损耗，与材料的粘性相关。
而损耗因子则是损耗模量与储能模量的比值，能够很好地反映材料的阻尼特性。
温度对高分子材料的动态力学性能有着显著的影响。
随着温度的升高，高分子材料会经历从玻璃态到高弹态再到粘流态的转变。
在玻璃态下，分子链的运动被冻结，材料表现出较高的模量和较低的阻尼。
当温度升高到玻璃化转变温度（Tg）时，分子链开始获得一定的运动能力，模量急剧下降，阻尼迅速增大。
继续升温进入高弹态，材料的弹性和粘性并存。
而当温度进一步升高到粘流温度以上时，材料变为可流动的粘性液体。
频率也是影响高分子材料动态力学性能的一个重要因素。
在低频下，分子链有足够的时间响应外力，材料表现出更多的粘性特征；而在高频下，分子链来不及响应，材料表现出更多的弹性特征。
高分子材料的结构和组成对其动态力学性能有着决定性的影响。
分子链的长度、分子量分布、支化程度以及交联结构等都会改变材料的动态力学性能。
例如，分子量较大且分布较窄的高分子材料通常具有更高的模量和更好的力学性能。
交联结构可以增加材料的刚度和耐热性，但可能会降低其韧性。
不同类型的高分子材料具有不同的动态力学性能特点。
11-动态力学分析解析
式中： E´——储能模量； E“——损耗模量。
复柔量 计算：
D
D iD
1 E
D D cos
D D sin
D——储能柔量 D——损耗柔量
D E E2 E2
D
E E2 E2
剪切复模量 剪切复柔量
G G+iG
G G sin G G cos
J J iJ
J J cos J J sin
σ——应力 (为时间的函数)；
σ0 ——应力幅值；
ω——角频率
ωt ——相位角；
δ——应力和应变的相位差，也称滞后角。
用复数形式表示的应力和应变为：
复模量
* 0eit
*
ei (t
0
)
E
0 0
ei
E
ei
E E ei E sin i cos E iE
E E cos
E E sin
对圆柱型样品：
G 8 IL
r4P2
对矩型样品：
G
64 2IL CD3 P2
式中 L——试样有效部分长度，cm； C——试样宽度，cm； D——试样厚度，cm； I——转动体系的转动惯量，Kg。cm2
μ——形状因子，其值由 C / D 之比4 1.6 1.8 2.0
损耗因子
tan E G D J
E G D J
如果测量的是聚合物熔体或溶液，其动态粘弹性可 用复粘度表示。
复合粘度
i
G
G
14.2 聚合物力学性质与温度、频率、 时间的关系
1. 温度谱
测温度谱时，原 则上维持应力和频 率不变。
温度由程序升温 控制。
模量等随温度的 变化如图所示。
《动态力学分析》课件
机械系统动力学主要研究机械系统的动态特性，包括系统的稳定性、 振动、冲击等方面的分析。
04
通过机械系统动力学的研究，可以提高机械系统的性能、降低噪声和 振动，提高产品的质量和可靠性。
车辆动力学
车辆动力学是研究车辆在运动 过程中受到的力和力矩以及车 辆运动状态之间关系的学科。
它涉及到车辆设计、车辆控制 、车辆安全等多个方面，是车
辆工程的重要基础之一。
车辆动力学主要研究车辆的稳 定性、操纵性、平顺性等方面 的分析，以提高车辆的行驶性 能和安全性。
通过车辆动力学的研究，可以 实现车辆的优化设计、改善车 辆的操控性能和乘坐舒适性， 提高道路交通的安全性和效率 。
建筑动力学
它涉及到建筑设计、结构工程、地震工程等多 个领域，是建筑和土木工程的重要基础之一。
势能和弹性力学
总结词
描述势能和弹性力的关系
详细描述
势能是储存于弹性场中的能量，与物体位置 有关。弹性力学研究的是在外力作用下，物 体的形状和尺寸发生变化时，弹性体内应力 、应变和位移的变化规律。势能与弹性力之 间的关系可以通过弹性力学中的相关公式进 行描述。
振动和波动
总结词
描述物体振动和波动的规律
边界元法
1
边界元法是一种基于边界积分方程的数值分析方 法，主要用于求解偏微分方程的边值问题。
2
它将问题转化为边界积分方程，然后离散化边界 ，通过求解离散化的方程组得到问题的解。
3
边界元法具有计算量小、精度高等优点，但有时 会出现数值不稳定和边界难以确定的问题。
离散元法
01
离散元法是一种用于分析非连续性、离散性系统的数值方 法。
转换。
在多尺度动态力学分析中， 需要考虑不同尺度上的物理 性质、边界条件和相互作用 ，建立跨尺度的动力学模型
动态力学的测量和分析
未来发展方向
智能化：利用人工智能技术进行动态力学的测量和分析 高精度：提高测量精度，减少误差 实时性：实现动态力学的实时测量和分析 跨学科融合：与其他学科相结合，拓展动态力学的应用领域
感谢观看
汇报人：XX
动态力学的分析方法可以帮助我们预测和控制物体的运动，从而提高生产效率、保障安全、优化 设计等。
动态力学的测量技术不断发展，为科学研究和工程实践提供了有力的支持。
02
动态力学的测量方法
测量原理
动态力学测量的 基本原理：通过 测量物体的运动 状态和受力情况， 分析物体的动态 特性。
测量方法：包括 位移、速度、加 速度、力、扭矩、 压力等参数的测 量。
动态力学的研究需要跨学科的合作，如力学、数学、计算机科学等 动态力学的发展趋势是更加注重实际应用，如优化设计、故障诊断 等
技术挑战
测量精度：提高测量精度是动态力学发展的关键挑战之一
数据处理：如何有效地处理和分析大量动态力学数据是另一个挑战
模型建立：建立准确的动态力学模型是预测和控制动态系统的基础
跨学科合作：动态力学的发展需要与其他学科如计算机科学、材料科学等紧密合作，共同应对 挑战
特征提取与模式识别
特征提取：从动 态数据中提取出 关键信息，如频 率、振幅、相位 等
模式识别：根据 提取出的特征， 识别出动态系统 的状态和变化趋 势
应用领域：广泛 应用于航空航天、 汽车、机器人等 领域
发展趋势：随着 人工智能技术的 发展，特征提取 与模式识别技术 将更加智能化和 高效化
04
动态力学在工程中的应用
生物医学领域的应用
动态力学在生物医学领域的重要 性
动态力学在生物医学工程中的作 用
添加标题
动态力学分析仪使用方法说明书
动态力学分析仪使用方法说明书一、前言动态力学分析仪是一种用于测试物体在受力作用下的动态响应的仪器。
本使用方法说明书旨在介绍动态力学分析仪的正确使用方法，以帮助用户有效地进行实验和分析。
二、仪器概述动态力学分析仪由以下几个主要部分组成：1. 控制系统：负责对实验参数进行设置、数据采集和信号处理。
2. 传感器系统：用于采集被测物体在受力作用下的位移、速度和加速度数据。
3. 信号处理单元：用于对传感器采集到的数据进行滤波、运算和分析。
4. 显示和输出系统：将分析后的结果以图表或文字的形式进行显示和输出。
三、准备工作在使用动态力学分析仪之前，需要完成以下准备工作：1. 确保动态力学分析仪已经正确连接至电源，并处于工作状态。
2. 确保传感器已经正确连接至被测物体，并调整到合适的位置。
3. 在控制系统中设置实验参数，包括采样频率、采样点数等。
四、实验步骤1. 启动动态力学分析仪控制系统，并进入实验界面。
2. 设置实验参数，如采样频率、采样时长等。
根据需要，可以选择不同的采样参数进行多组实验。
3. 在控制系统中选择相应的实验模式，如冲击响应、连续振动等。
4. 点击“开始实验”按钮，仪器将开始采集数据。
5. 在实验过程中，观察被测物体的动态响应情况，并确保传感器采集到的数据稳定和准确。
6. 实验结束后，停止数据采集，并保存实验数据。
7. 利用信号处理单元对采集到的数据进行滤波、运算和分析，获取相应的动态力学参数。
8. 根据实验结果进行分析和讨论，得出相应的结论。
五、注意事项1. 在使用动态力学分析仪进行实验时，应严格按照操作步骤进行，确保实验的准确性和可靠性。
2. 在连接传感器时，需保证传感器与被测物体之间的连接牢固可靠，并避免产生额外的振动干扰。
3. 在进行实验过程中，应注意实验环境的稳定性，避免外界干扰对实验结果产生影响。
4. 实验结束后，应及时清理和维护动态力学分析仪，确保其正常工作和延长使用寿命。
六、故障排除在使用过程中，可能会遇到一些故障或问题，以下为常见问题及解决方法：1. 无法启动：检查电源连接是否正常，是否有电流输出，确保控制系统处于正常工作状态。
动态力学的测量和分析
解决思路
研发新型高精度传感器和测量技术， 提高测量精度和稳定性。
多场耦合问题
动态力学系统中常常涉及多物理场 的耦合作用，如力、热、电等，这 使得分析变得更加复杂。
解决思路
发展多场耦合分析方法，综合考虑 各种物理场的影响，提高分析的准 确性。
发展趋势预测
智能化测量
随着人工智能和机器学习技术的发展，未来动态力学测量将更加智 能化，能够实现自适应测量和数据分析。
A/D转换
将模拟信号转换为数字信号， 以便进行后续的数据处理和分 析。
数据采集系统
实现多路信号的同步采集、存 储和显示，提供实时数据监测 功能。
误差来源及减小误差措施
系统误差
由于测量原理、传感器设计等因 素引起的误差，可通过校准、补 偿等方法减小。
随机误差
由环境因素、电磁干扰等随机因 素引起的误差，可通过多次测量 取平均值、采用合适的滤波技术 等手段降低其影响。
跨学科融合
动态力学将与材料科学、计算机科学、数 学等学科进行更深入的融合，形成新的学 科增长点。
国际合作与交流
加强国际间的合作与交流，共同推动动态 力学领域的发展，为解决全球性挑战贡献
力量。
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动态力学的测量和分析
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2024-01-18
目
CONTENCT
录
• 引言 • 动态力学基本概念与原理 • 测量方法与技术 • 分析方法与应用实例 • 实验设计与注意事项 • 挑战、发展趋势及前景展望
01
引言
目的和背景
研究目的
通过对动态力学的测量和分析，揭示物体在动态载荷下的力学行 为，为工程设计和科学研究提供理论支持。
动态力学分析
oe
t /
式中σo是起始应力，τ是松弛时间。 如果温度远远超过 Tg ，此时链段运动时受到的内 摩擦力很小，应力很快就松弛掉了，几乎觉察不到。 如果温度比Tg低得多，虽然链段受到很大的应力作用 ，但是由于内摩擦阻力很大，链段运动困难，应力松 弛极慢，也不容易被觉察。只是在玻璃化温度附近的 几十度范围内，应力松弛现象最为明显。
1.1 蠕变
蠕变是指在一定的温度和较小的恒定外力（ 拉伸、压缩或剪切）作用下，材料的形变随时间的 增加而逐渐增大的现象。 ① 普弹形变ε1。 ② 高弹形变ε2。 ③ 粘性流动ε3。
(t ) 1 2 3
E1
E2
(1 e
t /
) t 3
1.2 应力松弛
如果应力与应变关系可由服从虎克定律的弹性 行为和服从牛顿定律的粘性行为的线性组合来描述 ，那么称之为线性粘弹性，否则为非线性粘弹性。 高聚物的力学性质随时间的变化统称为力学松 弛，粘弹性是一种力学松弛行为。 根据高分子材料受外部作用情况的不同，粘弹 性表现出不同的现象，最基本的有蠕变、应力松弛 、滞后和力学损耗。
o cos sin t o sin sin(t / 2)
应力由两部分组成，一部分与应变同相位，幅值 为σocosδ，用于弹性形变；另一部分与应变相差 π/2，幅值为σosinδ，用于克服摩擦阻力。
定义E’为同相位的应力和应变的比值：
实数模量，又称储能模量， 表示材料在形变过程中由于 弹性形变而储存的能量。 定义E”为相位差π/2的应力和应变的比值：
内耗的大小因高聚物的结构而异。侧基的大小、 和数量：分子链上没有取代基团，其内耗较小；体 积较大的侧基、侧甲基数目较多，则内耗较大。橡 胶的内耗越大，吸收冲击能量越大，但是回弹性较 差。 高聚物的内耗与温度有关：玻璃化转变温度时 出现一个与链段运动有关的内耗峰。当接近粘流温 度时，出现与分子链运动有关的内耗极大值。 内耗峰值出现的温度大小次序：分子链运动的 内耗峰＞链段运动的内耗峰＞基团运动的内耗峰。 内耗与交变应力的作用频率有关：在频率适中 的范围内，链段既能运动又跟不上外力的变化，滞 后现象较明显，内耗在这一频率范围将出现一个极 大值。
材料动态力学性能测试与分析
材料动态力学性能测试与分析近年来，随着科技的不断进步和工程领域的不断发展，对材料的性能要求也越来越高。
材料的力学性能是评价其性能优劣的重要指标之一，而动态力学性能更是在一些特殊条件下使用材料时必须考虑的因素。
本文将介绍材料动态力学性能测试与分析的一些基本概念、方法和应用。
1. 动态力学性能的定义与意义材料的力学性能是指其在外力作用下的响应能力，包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度、断裂韧性等。
而动态力学性能则是材料在高速冲击、爆炸、振动等条件下的响应能力。
研究和测试材料的动态力学性能，对于改进材料的设计、优化工程结构，并提高材料的使用性能具有重要意义。
2. 动态力学性能测试方法为了准确地测试和评价材料的动态力学性能，工程领域中常用的测试方法主要有冲击试验、振动试验和超声波测厚法等。
2.1 冲击试验冲击试验是通过对材料施加冲击负荷，并测量材料的应力应变响应来评估其动态力学性能的方法。
冲击试验的常见方法包括冲击拉伸试验、冲击压缩试验和冲击弯曲试验等。
通过冲击试验可以测得材料的动态强度、断裂韧性以及冲击吸能等指标。
2.2 振动试验振动试验是通过对材料施加一定频率和振幅的振动负荷，观察材料在振动条件下的响应行为来评估其动态性能。
振动试验可以得到材料的频率响应、振动耐久性和疲劳寿命等指标，对于工程结构的抗震性能评价和材料的使用寿命预测具有重要的参考价值。
2.3 超声波测厚法超声波测厚法利用超声波在材料内部传播的特性来测量材料的厚度和声速，从而间接评估材料的动态性能。
超声波测厚法常应用于金属、塑料和复合材料等材料的检测和评价，可以判断材料的质量和损伤程度，对于材料的质量控制和故障检测具有重要作用。
3. 动态力学性能分析的方法除了测试材料的动态力学性能外，对测试结果的分析和解读也是不可忽视的环节。
采用合适的分析方法可以更好地理解和评估材料的性能。
3.1 应力-应变分析应力-应变分析是评估材料动态力学性能的常用方法之一。
理论力学中的动态力学分析
理论力学中的动态力学分析动态力学是理论力学的重要组成部分，它研究物体在运动过程中所受到的力和力的作用效果。
本文将从牛顿第二定律、动量守恒、能量守恒以及角动量守恒四个方面进行阐述，以全面分析理论力学中的动态力学。
一、牛顿第二定律牛顿第二定律是理论力学中最基本的定律之一，它描述了物体运动状态的变化与外力之间的关系。
根据牛顿第二定律，物体所受的合外力等于其质量乘以加速度，即F=ma。
这个定律体现了力对物体运动的影响，根据物体所受的力的大小和方向的不同，物体将产生加速度或减速度，从而改变其运动状态。
二、动量守恒动量守恒是指在一个封闭系统内，当外力不作用时，系统的总动量保持不变。
动量是物体质量和速度的乘积，用p表示。
根据动量守恒定律，如果一个物体在运动过程中受到的合外力为零，则该物体的动量保持不变。
在碰撞过程中，动量守恒定律可以用来分析物体的运动状态以及碰撞后的速度和方向变化。
三、能量守恒能量守恒是指在一个封闭系统内，当外力不作用时，系统的总能量保持不变。
能量是物体所具有的做功能力，包括动能和势能两个部分。
根据能量守恒定律，物体的总能量在运动过程中保持恒定。
根据动能和势能的变化，可以分析物体的运动轨迹、速度和加速度等动力学问题。
四、角动量守恒角动量是物体的转动惯量和角速度的乘积，用L表示。
角动量守恒是指在一个封闭系统内，当外力不作用时，系统的总角动量保持不变。
根据角动量守恒定律，物体在转动过程中的角动量保持恒定。
通过分析角动量的变化，可以研究物体的旋转轴、角速度和角加速度等动力学问题。
综上所述，动态力学在理论力学中扮演着重要的角色，通过牛顿第二定律、动量守恒、能量守恒以及角动量守恒四个方面的分析，我们可以深入理解物体在运动过程中所受到的力和力的作用效果。
这些分析方法不仅适用于经典力学，也可以推广到其他领域，拓展我们对自然界和宇宙的认识。
在实际应用中，动态力学分析对于工程设计、运动模拟和天体力学等方面都具有重要的价值。
动态力学分析技术的使用注意事项
动态力学分析技术的使用注意事项动态力学分析技术是一种用于研究物体在外力作用下的运动规律的分析方法。
它利用运动学和动力学原理，通过对物体的运动状态和受力情况进行测量和分析，帮助我们了解物体的力学特性以及相应的工程应用。
然而，在使用动态力学分析技术进行研究时，我们需要特别注意一些事项。
首先，我们应该充分了解和掌握所使用的动态力学分析设备的原理和使用方法。
不同的设备有不同的测量方式和精度，我们需要逐步熟悉并掌握它们。
另外，我们也需要了解这些设备的使用限制和适用范围，以便在实际应用中能够正确选择合适的设备和测量方法。
其次，我们需要在实验或测试时保证所研究对象的安全。
动态力学分析技术通常涉及到对物体的运动过程进行测量和分析，而这些运动过程可能存在一定的风险。
因此，在进行实验或测试前，我们需要对实验过程中可能出现的危险情况进行评估，并采取相应的安全措施，以确保实验过程的安全性。
另外，我们还要注意数据的准确性和可靠性。
动态力学分析技术是依靠测量和分析数据来揭示物体的力学特性的，因此，数据的准确性和可靠性对于研究结果的可信度至关重要。
为了确保数据的准确性，我们应该在实验前仔细检查测量设备的状态，进行校准和调试，以减小测量误差。
同时，我们还要注意数据的采集过程中是否有外界干扰，如振动、电磁辐射等，以避免对数据采集的影响。
此外，数据的分析和解释也是一个重要的环节。
在进行结果分析时，我们应该根据具体问题合理选择适当的分析方法。
同时，我们还要对分析结果进行合理解释，并将其与实际应用相结合，以得出有意义的结论。
在进行数据分析过程中，我们还需要注意排除一些可能存在的误差源，如实验设备的误差、测量误差等。
最后，我们在使用动态力学分析技术时应该保持合理的科学态度。
动态力学分析技术是一种复杂而精细的研究方法，对于初学者来说可能有一定的难度。
因此，我们需要保持耐心和恒心，在研究过程中遇到问题时，要主动思考、求助他人，并善于总结经验。
dma动态力学原理
dma动态力学原理
DMA（Dynamic（Mechanical（Analysis，动态力学分析）是一种材
料测试方法，用于测量材料在受到振动或周期性应力加载时的动态力学性能。
DMA（能够提供关于材料的弹性、刚性、黏弹性、损耗等信息，并允许工程师和研究人员了解材料在不同温度、频率和应变条件下的行为。
DMA（基于施加周期性变形 例如正弦或方波形变形）到材料上，并测量材料的响应。
其原理基于震动力学和弹性理论。
关键原理包括：
1.（应变施加：（DMA（使用精确的机械装置施加周期性变形或应变到样品上，例如正弦形变，使材料在一定范围内产生可控的应变。
2.（响应测量：（在施加应变的同时，DMA（测量材料的响应。
这通常包括测量力、位移或应变的变化。
根据施加的应变和材料的响应，可以得出材料的力学特性。
3.（温度和频率控制：（DMA（可以在不同的温度下进行测试，从室温到高温，以研究材料性能随温度变化的情况。
同时，还可以在不同的频率下进行测试，研究材料在不同应变速率下的响应。
4.（分析数据：（通过收集并分析施加应变和材料响应的数据，可以得出诸如弹性模量、刚度、损耗因子（损耗模量）等参数，以了解材料的动态力学性能。
DMA（在材料科学、工程领域以及产品研发中具有广泛的应用，特别是在聚合物、橡胶、复合材料等方面。
它能够帮助研究人员理解材料的变形行为和性能，在材料设计、工程应用和质量控制方面提供重
要的信息。
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