内耗实验

一、实验名称

内耗实验

二、实验目的

学习用扭摆仪测量内耗的方法。

三、实验原理

一个固体材料棒即使是在真空中作弹性振动，它的振幅也会逐渐衰减，最后停止下来，这说明，振动能逐渐地被消耗掉了。固体材料这种内在的能量损耗称为内耗。内耗变化的最大值称为内耗峰。

从产生内耗的原因来看，固体材料中的内耗可分为三种类型：滞弹性内耗，静滞后内耗和位错阻尼型内耗。

金属的非弹性行为起源于应力感生原子的重排与磁重排，但原子重排的性质不同，要通过不同的机制进行。

点阵中原子有序排列引起内耗

置换原子应力感生有序引起内耗

由位错引起的内耗

与晶界有关的内耗

热弹性内耗与磁弹性内耗

测量内耗的方法，概括起来可分为三种： 扭摆法（低频）、共振法（中频）和超声脉冲法（高频）。

内耗的基本量度是振动一周在单位弧度上的相对能量损耗。

W

W ∆=π21tg δ δ – 应变和应力之间的相角差

ΔW – 振动一周的能量损耗

W – 最大振动能

物理学里，常以振动系统品质因子的倒数 Q -1 来表示内耗。

1

n 21ln π1)(1+-=+∆

=A A Q n ωτωτ ω - 角频率

τ - 弛豫时间 1n ln +A A n

- 相邻两次振幅比的对数缩减量

典型的振幅衰减曲线

实际金属及合金都是非理想的弹性体，在受到交变应力的情况下，表现出一定的滞弹性行为。根据滞弹性理论推导，当振动（交变应力）的角频率ω和金属内部某一过程的弛豫时间τ的乘积为1，即ωτ=1时便会出现内耗峰。我们知道，Arrhenius方程中，弛豫时间τ和温度T存在着如下的关系：

τ=τ0exp(1/RT)

这意味着，在一个固定不变的频率下，可以用改变测量温度的方法，测出不同弛豫过程所产生的内耗谱来。内耗峰的存在表明金属及合金内部存在着原子重排等所引起的弛豫过程。

四、实验装置图

扭摆仪示意图

1-上夹头2-试样3-下夹头4-摆锤5-反射镜6-光源7-灯尺8-电磁铁倒置扭摆仪示意图

1-测量热电偶2-导线抽头3-电磁铁4-真空系统5-动滑轮6-对重7-反射镜8-摆锤9-夹头10-试样11-加热炉12-炉壳

LMA-1低频力学谱仪

五、实验仪器

低频力学谱仪，计算机，循环水装置，螺丝刀，薄片试样

六、实验内容及步骤

1.装夹试样（薄片试样），使试样的中心线与上下夹头的中心同轴，并与地面垂直。

2.设定温度

3.接通电源，使线圈产生磁场，驱动试样产生扭摆

4.计算机自动记录数据

5.关闭电源并整理

七、实验注意事项

1.通常试样的尺寸取直径0.7～1.0mm，长为300mm的细丝。

2.摆动频率可用摆锤间的距离进行调整，一般可在0.1～15Hz的范围内作低频扭摆振动。

3.为了测定温度内耗曲线，应将金属试样置于加热炉中，加热炉要求在试样加热范围内温度分布均匀，测量出不同温度下的内耗，即可获得Q-1-T的关系曲线。

八、实验结果

内耗–温度谱

在220℃温度出现内耗峰，且升温过程峰值大于降温过程。