弹性模量的测定整理

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弹性模量的测定实验报告

弹性模量的测定实验报告

弹性模量的测定实验报告弹性模量的测定实验报告引言:弹性模量是材料力学性质的一个重要参数,用于描述材料在受力后的变形程度。

本实验旨在通过测定金属材料的拉伸变形,计算其弹性模量,并探讨不同因素对弹性模量的影响。

实验装置与方法:实验中使用的装置主要包括拉伸试验机、测量仪器和金属试样。

首先,选择一根长度为L、直径为d的金属试样,并对其进行表面处理以确保试样表面光滑。

然后,在拉伸试验机上夹住试样的两端,使其处于拉伸状态。

通过加载装置施加拉力,同时使用测量仪器记录试样的变形程度。

实验步骤:1. 准备工作:清洁金属试样表面,确保试样无明显缺陷。

2. 安装试样:将试样放入拉伸试验机夹具中,调整夹具使试样两端固定。

3. 测量初始长度:使用游标卡尺等测量工具测量试样的初始长度L0。

4. 施加拉力:通过加载装置施加逐渐增加的拉力,同时记录下相应的拉伸变形量。

5. 测量最终长度:当试样断裂时,使用测量工具测量试样的最终长度L1。

6. 数据处理:根据测得的拉伸变形量和试样的几何参数,计算弹性模量。

结果与讨论:根据实验数据,我们计算得到了金属试样的弹性模量。

在本实验中,我们选择了不同材料的试样进行测试,包括铜、铝和钢等。

通过对比不同材料的弹性模量,我们可以发现不同材料具有不同的弹性特性。

此外,我们还探究了温度和应变速率对弹性模量的影响。

实验结果表明,随着温度的升高,金属材料的弹性模量会发生变化。

这是因为温度的变化会导致材料内部晶格结构的改变,进而影响材料的弹性性质。

另外,应变速率也会对弹性模量产生影响。

较高的应变速率会导致材料内部的位错运动增加,从而使材料的弹性模量降低。

结论:通过本实验,我们成功测定了金属材料的弹性模量,并探究了不同因素对弹性模量的影响。

实验结果表明,不同材料具有不同的弹性特性,且温度和应变速率对弹性模量有一定的影响。

这对于材料科学和工程应用具有重要的意义,可为材料选择和设计提供参考依据。

总结:本实验通过测定金属材料的拉伸变形,计算其弹性模量,并探讨了不同因素对弹性模量的影响。

弹性参数测定实验报告(3篇)

弹性参数测定实验报告(3篇)

第1篇一、实验目的1. 熟悉弹性参数测定的基本原理和方法;2. 掌握测定材料的弹性模量、泊松比等弹性参数的实验步骤;3. 培养实验操作技能和数据分析能力。

二、实验原理弹性参数是描述材料在受力后发生形变与应力之间关系的物理量。

本实验采用拉伸试验方法测定材料的弹性模量和泊松比。

1. 弹性模量(E):在弹性范围内,应力(σ)与应变成正比,比值称为材料的弹性模量。

其计算公式为:E = σ / ε其中,σ为应力,ε为应变成分。

2. 泊松比(μ):在弹性范围内,横向应变(εt)与纵向应变(εl)之比称为泊松比。

其计算公式为:μ = εt / εl三、实验仪器与材料1. 仪器:材料试验机、游标卡尺、引伸计、应变仪、万能试验机、数据采集器等;2. 材料:低碳钢拉伸试件、标准试样、引伸计、应变仪等。

四、实验步骤1. 准备工作:将试样安装到材料试验机上,调整好试验机夹具,检查实验设备是否正常;2. 预拉伸:对试样进行预拉伸,以消除试样在安装过程中产生的残余应力;3. 拉伸试验:按照规定的拉伸速率对试样进行拉伸,记录拉伸过程中的应力、应变等数据;4. 数据处理:根据实验数据,计算弹性模量和泊松比;5. 结果分析:对比实验结果与理论值,分析误差产生的原因。

五、实验结果与分析1. 弹性模量(E)的计算结果:E1 = 2.05×105 MPaE2 = 2.00×105 MPaE3 = 2.03×105 MPa平均弹性模量E = (E1 + E2 + E3) / 3 = 2.01×105 MPa2. 泊松比(μ)的计算结果:μ1 = 0.296μ2 = 0.293μ3 = 0.295平均泊松比μ = (μ1 +μ2 + μ3) / 3 = 0.2943. 结果分析:实验结果与理论值较为接近,说明本实验方法能够有效测定材料的弹性参数。

实验过程中,由于试样安装、试验机夹具等因素的影响,导致实验结果存在一定的误差。

弹性模量的测量实验报告

弹性模量的测量实验报告

弹性模量的测量实验报告一、实验目的1、掌握测量弹性模量的基本原理和方法。

2、学会使用相关实验仪器,如拉伸试验机等。

3、加深对材料力学性能的理解,培养实验操作能力和数据处理能力。

二、实验原理弹性模量是描述材料在弹性变形阶段应力与应变关系的比例常数,通常用 E 表示。

对于一根长度为 L、横截面积为 S 的均匀直杆,在受到轴向拉力 F 作用时,其伸长量为ΔL。

根据胡克定律,在弹性限度内,应力(σ = F/S)与应变(ε =ΔL/L)成正比,比例系数即为弹性模量E,即 E =σ/ε =(F/S)/(ΔL/L) = FL/(SΔL)。

在本实验中,通过测量施加的拉力 F、试件的初始长度 L、横截面积 S 和伸长量ΔL,即可计算出弹性模量 E。

三、实验仪器1、拉伸试验机:用于施加拉力并测量力的大小。

2、游标卡尺:测量试件的直径,以计算横截面积。

3、钢尺:测量试件的长度。

四、实验材料选用圆柱形的金属试件,如钢材。

五、实验步骤1、测量试件尺寸用游标卡尺在试件的不同部位测量其直径,测量多次取平均值,计算横截面积 S =π(d/2)^2,其中 d 为平均直径。

用钢尺测量试件的初始长度 L。

2、安装试件将试件安装在拉伸试验机的夹头上,确保试件与夹头同轴,且夹持牢固。

3、加载测量缓慢启动拉伸试验机,逐渐施加拉力 F,记录下不同拉力下试件的伸长量ΔL。

加载过程应均匀缓慢,避免冲击。

4、数据记录记录每次施加的拉力 F 和对应的伸长量ΔL,至少测量 5 组数据。

5、实验结束实验完成后,缓慢卸载拉力,取下试件。

六、实验数据处理1、计算应变根据测量得到的伸长量ΔL 和初始长度 L,计算应变ε =ΔL/L 。

2、计算应力由施加的拉力 F 和横截面积 S,计算应力σ = F/S 。

3、绘制应力应变曲线以应力为纵坐标,应变为横坐标,绘制应力应变曲线。

4、计算弹性模量在应力应变曲线的弹性阶段,选取线性较好的部分,计算其斜率,即为弹性模量 E 。

弹性模量的测量实验方法3

弹性模量的测量实验方法3

1.弹性模量的测量3.2.1 试验仪器与方法试验采用平板圆柱压头测定PV A-HA-Silk 复合水凝胶的压缩弹性模量。

测试装置与应力松弛装置相同,在UMT-Ⅱ多功能微摩擦试验机上,压头尺寸为Ф4mm ,试验中试样厚度为1.5mm ,试样压缩位移为试样厚度的5/8,加载速度为5mm/min ,采样间隔为0.02s 。

过程中初期产生的变形视作线弹性变形。

UMT-Ⅱ多功能微摩擦试验机直接采集压痕深度和压力随时间变化的数据,而压痕法测弹性模量所关注的是压力随压痕深度的变化关系,因此对从试验机上获得的数据做以下处理:将试验机中的“test file”转换为文本文档,根据压痕深度和压力的变化选取瞬时冲击的数据段,导入origin 软件后绘出压力随压痕变化的图像,将该图像进行线性拟合得到一条直线,进而使用origin 中的微分功能求出该直线的斜率,由弹性模量的定义式(3-4)可以求出PV A-HA-Silk 复合水凝胶的弹性模量值。

k Ap Fh E ===εσ (3-4)式中E :弹性模量;σ:应力; ε:应变; F :作用载荷;h :试样厚度 A :试样横截面积;p :试样压缩变形 k :应力应变曲线斜率2.渗透率的测量3.5.1 试验原理 (Testing Principle)渗透率是指完全充满孔隙空间的、单位压力梯度下粘度为1cP 的流体通过单位横截面积孔隙介质的体积流量,是多孔介质允许流体通过能力的量度。

在液体流动过程中,渗透率是衡量流体通过多孔材料的阻力或者摩擦力。

根据达西定律[136],液体流动速率与施加于多孔材料的压力梯度成正比,与液体粘度成反比,故→→∆=P kv μ (3-2)其中,k 是多孔材料的渗透率,→∆P 是驱动液体流动的压力梯度,μ是液体粘度,→v 是通过整个多孔介质的体积流量速率。

对于一维的流动方向来说,式(3-2)可以改为 dxdP k V A Q x μ== (3-3)其中,Q 是不可压缩液体的体积流量速率,A 为液体通过多孔材料的截面积。

材料弹性模量的测定实验报告

材料弹性模量的测定实验报告

材料弹性模量的测定实验报告材料弹性模量的测定实验报告引言:弹性模量是材料力学性质的重要指标之一,它反映了材料在受力时的变形能力。

本实验旨在通过测定材料在不同受力状态下的应力和应变关系,计算出材料的弹性模量。

实验仪器与原理:本实验使用了弹性模量测定仪,该仪器由弹簧、测量装置和数据采集系统组成。

实验原理基于胡克定律,即应力与应变成正比。

实验步骤:1. 准备工作:清洁实验仪器,确保其工作正常。

2. 安装试样:将待测材料样品固定在测量装置上,确保其受力均匀。

3. 施加载荷:通过调节弹簧的拉伸或压缩,使试样受到一定的力。

4. 测量应变:使用应变计测量试样在受力状态下的应变值。

5. 记录数据:记录不同受力状态下的应力和应变数值。

6. 数据处理:根据记录的数据,绘制应力-应变曲线,并计算出材料的弹性模量。

实验结果与分析:根据实验数据计算得出的应力-应变曲线如下图所示:[插入应力-应变曲线图]从图中可以看出,材料在受力状态下呈现线性关系,符合胡克定律。

根据线性段的斜率,即弹性模量的定义式E=σ/ε,可以计算出材料的弹性模量。

实验误差分析:在实验过程中,存在一定的误差来源。

首先,由于测量仪器的精度限制,测量结果可能存在一定的偏差。

其次,试样的制备和安装也可能引入误差。

此外,实验环境的温度和湿度变化也可能对测量结果产生一定的影响。

结论:通过本实验测定得到的材料弹性模量为XMPa。

实验结果表明,该材料具有较高的弹性,能够在受力时保持较小的变形。

实验的局限性与改进:本实验仅考虑了单一材料的弹性模量测定,未考虑材料的温度和湿度等因素对弹性模量的影响。

进一步的研究可以考虑引入多种材料的对比实验,以及对温度和湿度等因素进行更加详细的控制和分析。

总结:本实验通过测定材料的应力和应变关系,计算出了材料的弹性模量。

实验结果表明,该材料具有较高的弹性,能够在受力时保持较小的变形。

实验过程中存在一定的误差来源,需要进一步改进实验设计和控制条件。

普通实验室弹性模量的几种测定方法总结

普通实验室弹性模量的几种测定方法总结

普通实验室弹性模量的几种测定方法总结围相当广泛涉及的行业也很多,在新材料机械性能测定中,弹型模量模也是重要的内容。

弹性模量几乎贯穿于材料力学的全部计算之中,而对于结构力学而言其计算过程中弹性模量也是必不可少的基本物理量。

对普通理工科高校实验教学,针对弹性模量测量的几点方法和注意事项,希望能有利于广大师生。

关键词】弹性模量;普通高校实验教学:科研弹性模量E,又称弹性系数,杨氏模量,是材料的弹性常数,其值表征材料抵抗弹性变形的能力单位为Pa。

E的数值随材料而异,是通过实验测定的。

可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标,其值越大,材料发生一定弹性变形的应力也越大,即材料刚度越大,亦即在一定应力作用下,发生弹性变形越小。

弹性模量是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。

它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标,相当于普通弹簧中的刚度。

弹性模量是表征晶体中原子间结合力强弱的物理量,故是组织结构不敏感参数。

弹性模量依据受力的不同,又分为以下几种:由于应力―应变曲线所代表的载荷类型的不同,弹性模量可以表述为:压缩弹性模量(或者受压缩时的弹性模量);挠曲弹性模量(或者受挠曲时的弹性模量);剪切弹性模量(或者受剪切时的弹性模量);拉伸弹性模量(或者受拉伸时的弹性模量);或者扭转弹性模量(或者受扭转时的弹性模量)。

弹性模量也可以通过动态试验测定,在该试验中弹性模量可以从复合模量的公式推导而得出。

单独使用模量时一般是指拉伸弹性模量。

通常剪切模量几乎等于扭转模量并且都被称为刚性模量。

受拉伸和压缩时的弹性模量近似相等并且统称为杨氏模量(Youngs Modulus)。

下面将通过实验对这个弹性常数建立一定的感性认识和数量概念。

一、通过球铰引伸仪来测定弹性模量1.仪器和设备:测E实验台、球铰引伸仪、千分表、砝码。

测E实验台通过两级杠杆放大,放大率为100,增量为10N。

当砝码为10N时,作用在试件上的拉力为1KN。

2.内容与原理:只要测得试样纵方向上的应变,材料弹性模量E便可求出。

弹性模量测试标准

弹性模量测试标准

弹性模量测试标准弹性模量是材料的重要物理性质之一,它反映了材料在受力时的变形能力。

弹性模量测试标准是对材料弹性模量测试的规范,它的制定和执行对于保证材料性能测试的准确性和可比性具有重要意义。

本文将对弹性模量测试标准进行详细介绍,包括测试方法、设备要求、样品制备、实验步骤等内容。

首先,弹性模量测试的方法主要有拉伸试验、压缩试验和弯曲试验。

拉伸试验是最常用的方法之一,它通过在材料上施加拉力来测定材料的弹性模量。

压缩试验则是施加压力来测试材料的弹性模量,而弯曲试验则是通过在材料上施加弯曲力来测定材料的弹性模量。

这些测试方法在实际应用中有着各自的适用范围,需要根据具体情况选择合适的测试方法。

其次,弹性模量测试需要使用一定的设备来进行。

常见的设备包括拉伸试验机、压缩试验机和弯曲试验机等。

这些设备需要具备一定的精度和稳定性,以保证测试结果的准确性。

同时,设备的选择也需要考虑到被测试材料的特性和测试方法的要求,以确保测试的有效性和可靠性。

样品制备是弹性模量测试中至关重要的一环。

样品的制备质量直接影响着测试结果的准确性。

在制备样品时,需要注意样品的尺寸、形状和表面质量,以及必要时的热处理和表面处理等工艺。

只有在样品制备过程中严格按照标准要求进行,才能保证测试结果的可比性和准确性。

实验步骤是弹性模量测试的关键环节。

在进行测试时,需要严格按照标准规范执行测试步骤,确保测试过程的可追溯性和可重复性。

同时,实验中还需要注意测试环境的控制、数据的采集和处理等细节工作,以保证测试结果的准确性和可靠性。

总之,弹性模量测试标准是对材料弹性模量测试的重要规范,它的制定和执行对于保证测试结果的准确性和可比性具有重要意义。

在实际测试中,需要严格按照标准要求进行,包括测试方法、设备要求、样品制备、实验步骤等方面,以确保测试结果的可靠性和有效性。

只有在严格执行测试标准的前提下,才能得到具有参考价值的测试结果,为材料性能的评价和应用提供可靠的依据。

杨氏弹性模量实验总结

杨氏弹性模量实验总结

杨氏弹性模量实验总结杨氏弹性模量是描述材料抵抗变形的能力的物理量,是材料力学性质的重要参数之一。

为了准确测定杨氏弹性模量,我们进行了一系列实验,并在此对实验过程和结果进行总结。

首先,我们准备了实验所需的材料和设备,包括试样材料、拉伸试验机、测微计等。

然后,我们按照实验流程进行了操作。

在实验过程中,我们需要注意保持试样的稳定性,避免外界因素对实验结果的影响。

在拉伸试验中,我们逐渐增加外力,记录相应的应变和应力数据。

通过对应变和应力的测量,我们可以得到材料的应力-应变曲线。

根据应力-应变曲线的斜率,即可计算出杨氏弹性模量。

在实验过程中,我们发现了一些问题。

首先,试样的制备和安装过程需要非常小心,以保证实验的准确性和可靠性。

其次,在拉伸过程中,试样可能会出现颈缩现象,这会影响实验结果的准确性。

因此,在实验中我们需要对试样的形变情况进行及时观察和记录,以便后续数据处理和分析。

通过实验,我们得到了杨氏弹性模量的测量结果。

在对数据进行统计和分析后,我们得出了结论,杨氏弹性模量的测量结果与试样的材料性质、形状等因素密切相关。

同时,我们还发现了一些影响杨氏弹性模量测量准确性的因素,如试样制备的精度、试验过程中的外界干扰等。

总的来说,通过本次实验,我们对杨氏弹性模量的测量有了更深入的理解。

在今后的实验中,我们将进一步优化实验流程,提高实验数据的准确性和可靠性。

同时,我们也将继续研究材料力学性质的相关问题,为材料科学研究和工程应用提供更多有益的数据和信息。

通过本次实验,我们对材料的弹性性能有了更深入的了解。

希望本次实验总结对大家有所帮助,也希望大家在今后的学习和科研中能够继续深入探讨材料的力学性质,为科学研究和工程实践做出更大的贡献。

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弹性模量的定义及其相互关系材料在弹性变形阶段,其应力和应变成正比例关系(即符合胡克定律),其比例系数称为弹性模量(Elastic Modulus )。

弹性模量的单位是GPa 。

“弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量,是一个总称,包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等。

所以,“弹性模量”和“体积模量”是包含关系。

一般地讲,对弹性体施加一个外界作用(称为“应力”)后,弹性体会发生形状的改变(称为“应变”),“弹性模量”的一般定义是:应力除以应变。

线应变:对一根细杆施加一个拉力F ,这个拉力除以杆的截面积S ,称为“线应力”,杆的伸长量dL 除以原长L ,称为“线应变”。

线应力除以线应变就等于杨氏模量E=( F/S)/(dL/L)。

剪切应变:对一块弹性体施加一个侧向的力f (通常是摩擦力),弹性体会由方形变成菱形,这个形变的角度a 称为“剪切应变”,相应的力f 除以受力面积S 称为“剪切应力”。

剪切应力除以剪切应变就等于剪切模量G=( f/S)/a 。

体积应变:对弹性体施加一个整体的压强P ,这个压强称为“体积应力”,弹性体的体积减少量(-dV)除以原来的体积V 称为“体积应变”,体积应力除以体积应变就等于体积模量: K=P/(-dV/V)。

意义:弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标,其值越大,使材料发生一定弹性变形的应力也越大,即材料刚度越大,亦即在一定应力作用下,发生弹性变形越小。

弹性模量E 是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。

它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标,相当于普通弹簧中的刚度。

说明:弹性模量只与材料的化学成分有关,与其组织变化无关,与热处理状态无关。

各种钢的弹性模量差别很小,金属合金化对其弹性模量影响也很小。

泊松比(Poisson's ratio ),以法国数学家 Simeom Denis Poisson 为名,是横向应变与纵向应变之比值它是反映材料横向变形的弹性常数。

在材料的比例极限内,由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值。

比如,一杆受拉伸时,其轴向伸长伴随着横向收缩(反之亦然),而横向应变 e' 与轴向应变 e 之比称为泊松比ν。

泊松比ν与杨氏模量E 及剪切模量G 之间的关系()()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+==ννν1G 2orE 12E orG 1-G 2E材料弹性模量的测试方法弹性模量的测试有三种方法:静态法、波传播法、动态法。

静态法测试的是材料在弹性变形区间的应力-应变,静态法指在试样上施加一恒定的弯曲应力,测定其弹性弯曲挠度,根据应力和应变计算弹性模量。

静态法属于对试样具有破坏性质的一种方法,不具有重复测试的机会,且测试精度低,测试结果波动大。

另外,静态法只能对材料的杨氏模量进行测定,不能测试材料的剪切模量及泊松比。

其主要缺点是:1.应力加载的速度会影响弹性模量的数值2.脆性材料如陶瓷无法测量3.不能在高温下测试.在高温下,材料发生蠕变,使得应变测试值增大。

超声波法:测试超声波在试样中的传播时间及试样长度得到纵向或横向传播速度,然后计算求得弹性模量数值。

这种方法所用设备复杂、换能器转变温度低且价格昂贵,普遍应用受到限制。

动态法(又称共振法或声频法):动态法是指利用很小的外力使试样振动,通过测试试样的基频求得弹性模量,或者通过测试超声波或声波在试样中的传播速度计算得出材料弹性模量。

动态法由于施加于试样上是作周期性变化力非常小,测试后材料无任何损伤,可进行反复测试,也可用于其它性能测试,故为无损检测。

测试试样的共振频率,材料的固有频率近似于共振频率,而根据固有频率可以计算出弹性模量。

该法适用于各种金属及非金属(脆性)材料的测量,测定的温度范围可从液氮温度至3000℃左右。

动态法可对一个试样在不同温度下连续测定,获得完整的温度与弹性模量曲线,这使得测试工作大大简便。

各种测量方法原理如下:(1)静态法测量弹性模量原理方法:对于棒状物体(或金属丝)仅受轴向外力作用而发生伸长的形变(称拉伸形变)。

设一均匀金属丝截面积是S 、长度是L ,沿长度方向受一个外力F 后金属丝伸长ΔL 。

单位面积上的垂直作用力F/S 称为正应力,金属丝的相对伸长L L ∆称为线应变。

实验结果指出,在弹性形变范围内,正应力与线应变成正比,即LL E S F ∆= 这个规律称为胡克定律。

适中的比例系数LL SF E ∆=称作材料的弹性模量。

它表征材料本身的性质,E 越大的材料,要使它发生一定的相对形变所需的单位横截面积上作用力也越大。

本实验测量的是金属丝或棒材的弹性模量,如果测得金属丝或棒材的直径为d ,则可将上式进一步写为Ld FL4E 2∆=π测量金属丝或棒材的弹性模量的方法是将钢丝悬挂于支架上,上端固定,下端加砝码对钢丝施加力F ,测出其相应的伸长量ΔL ,即可求出E 。

由于的值很小于是要用到光杠杆原理来放大达到测量的目的。

光杠杆的原理见下图。

增(减)砝码时,金属丝将伸长(或缩短)ΔL ,光杠杆的后足尖也随着圆柱体C 一道下降(或上升)ΔL ,而前面两足保持不动,于是主杆转过一角度θ,同时平面镜的法线也转过相同δLθ≈tan θ=lL ∆DS -S D2tan 2o==≈δθθ 注意:F 必须不能过大以确保形变在弹性限度内,且角θ必须很小,tan θ ≈θ,tg2θ ≈2θ,才能成立。

最终()D2S -S L 0l =∆ ()02d FLD 8E S S l -=π静态法测量材料弹性模量的局限性①不能很真实地反映材料内部结构的变化; ②对于脆性材料不能用拉伸法测量;③不能测量材料在不同温度下的杨氏模量。

(2)动态法测量弹性模量原理方法:“动态法”就是使待测试材料棒(如铜棒、钢棒)产生弯曲振动,并使其达到共振,通过共振测量出该种材料的杨氏模量值。

如果实验中测出一定温度下(如室温)测试棒的固有频率、尺寸、质量、并知道其几何形状,就可以计算测试棒在此温度时的杨氏模量。

公式中J 表示测试棒的惯量距,主要与金属杆的几何形状有关, 其惯量距公式为:ds y J 2S ⎰=圆形棒的杨氏模量:圆管棒的杨氏模量:矩形棒的杨氏模量:公式中l 为金属杆的长度;m 为金属杆的质量;d 为金属棒的直径,都较容易测量,f 是2436067.1f dml E =2424136067.1f d d ml E -=23)(9464.0fbmh l E =金属杆的固有频率。

注:f 不是金属棒的共振频率,而是金属棒的固有频率。

固有频率只与测试棒本身有关;共振频率不仅与测试棒本身有关,还与振动时的阻尼有关。

由公式得知,阻尼越小,共振频率与固有频率之间的将越接近。

当阻尼为零时,共振频率刚好和固有频率相等。

当支撑点指在节点位置时,测量得到的共振频率就是我们所要的找的固有频率值。

但是现实情况是,当支撑点真的指到节点处时,金属棒却无法继续激发测试棒振动,即使能振动亦无法接收到振动信号(即观察不到共振现象),最终也无法得到节点处共振频率。

常用的处理方法:近似法和推理法。

近似法:阻尼越小,共振频率与固有频率之间的偏移将越小。

虽然阻尼为零的情况在现实不能存在,但尽可能减小阻尼是可以存在的。

因此只要实验中找到节点位置,然后在节点附近测量其共振频率即可近似为固有频率。

推理法:如果在节点附近等间距分别测量不同位置的共振频率,那么这些测得的共振频率将遵循某个规律,然后根据该规律通过作图法获得节点处的共振频率(即固有频率)。

通过以上两种方法测量获得基频固有频率之后,代入到原理公式即可获得杨氏模量。

但原理公式的成立时有条件的,即在一定条件下(l >>d ),试样振动的固有频率取决于它的几何形状、尺寸、质量以及它的杨氏模量。

现实情况不太可能达到l >>d 的条件,故对原理公式需要作些适当的修正,即原理公式基础上再乘以一个修正量。

T 的大小由查表获得:“动态法”通常采用悬挂法或支持法。

222β-= f f 222β-=固共f f 2436067.1f d ml E =Tf dml E 2436067.1=悬挂法的原理图:支持法两种方法都是为了测定材料的固有频率。

动态法测量材料弹性模量的优点:①能准确反映材料在微小形变时的物理性能: ②测得值精确稳定;③对软脆性材料都能测定;④温度范围极广(−196 ℃ ~ +2600℃)。

(3)超声波法超声共振频谱分析法(Ruspec )测定材料的弹性常数是一种快速、低成本测定弹性常数、掌握材料力学性能的新技术。

Ruspec 技术是与传统的电测方法有着本质的区别的测量固体弹性常数的技术,该方法主要是通过分析超声共振频率得到固体材料样品的弹性常数。

该技术是用于测量材料力学性能的所有方法中精度较高的方法之一,它的最独特之处在于该技术能在尺寸、体积较小的样品上也能迅速、同步、高精度的测出每一个独立弹性常数,而且测试结果具有可重复性。

它另外一个主要优势是可实现无损测量(试件无需加载)。

测量原理:根据弹性波在固体中的传播理论, 不同模式的声波在固体中的传播 速度与材料的相应弹性模量和密度相关。

无限长圆形截面杆中,纵波传播速度 B c 和扭转波传播速度l c 。

分别为ρE c B =;ρG c l =式中 E 为材料杨氏模量;G 为材料切变模量;p 为材料密度。

超声波弹性模量测定系统如上图所示,在超声弹性模量测量系统中,换能元件、耦合杆一体式磁致伸缩超声传感器激发的纵波或扭转波脉冲经耦合界面在试样中传播,测量由同一传感器接收的试样前后端面的反射脉冲之间的时间间隔t 和试样长度l ,计算得到声速t l c 2= 。

进而测定被测材料的弹性模量222244BBtl ml d c E •==πρ222244l lt l ml d c G •==πρ式中m 和d 分别为被测试样的质量和直径。

还有一种方法:利用超声波在固体材料中的传播特性,在各向同性的固体材料中,根据应力和应变满足的虎克定律, 可以求得超声波传播的特征方程:222221tc ∂Φ∂=Φ∇其中Φ为势函数,c 为超声波传播速度。

当介质中质点振动方向与超声波的传播方向一致时,称为纵波;当介质中质点的振动方向与超声波的传播方向相垂直时,称为横波。

在气体介质中,声波只是纵波。

在固体介质内部, 超声波可以按纵波或横波两种波型传播。

无论是材料中的纵波还是横波, 其速度可表示为:tdc =其中, d 为 声波传播距离, t 为声波传播时间。

对于同一种材料, 其纵波波速和横波波速的大小一般不一样,但是它们都由弹性介质的密度、杨氏模量和泊松比等弹性参数决定, 即影响这些物理常数的因素都对声速有影响。

相反, 利用测量超声波速度的方法可以测量材料有关的弹性常数。

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