弹性模量的测定 数据处理

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静态拉伸法测弹性模量实验报告

静态拉伸法测弹性模量实验报告
3调节望远镜的目镜,使镜筒十字叉丝清晰,再调节望远镜的调焦手轮,使标尺在望远镜中成像清晰无视差。
4仔细调ห้องสมุดไป่ตู้光杠杆小镜的倾角以与标尺的高度,使尺像的零线(在标尺的中间)尽可能落在望远镜十字叉丝的横线上。
2.3
1轻轻依次将1 kg的砝码加到砝码托上,共9次。记录每次从望远镜中测得的标尺像的读数Ri。
2将所加的9 kg砝码轻轻地依次取下,记录每减少1 kg砝码时的Ri。
1
胡克定律指出,对于有拉伸压缩形变的弹性形体,在弹性围,应力 与应变 成正比,即
式中比例系数E称为材料的弹性模量,它是描写材料自身弹性的物理量.改写上式则有、
(1)
可见,只要测量外力F、材料(本实验用金属丝)的长度L和截面积S,以与金属丝的长度变化量 ,就可以计算出弹性模量E。其中,F、S和L都是比较容易测得的,唯有 很小,用一般的量具不易准确测量。本实验采用光杠杆镜尺组进行长度微小变化量 的测量,这是一种非接触式的长度放大测量的方法。
K±UK=45.5±0.5mm
3.2
螺旋测微器的初始读数=-0.056mm
螺旋测微器的仪器误差
表1金属丝直径d
测量次数
钢丝直径d/(10-3m)
1
0.742
2
0.745
3
0.732
4
0.738
5
0.740
6
0.740
平均值
0.740
修正初读数后
0.796
d的标准差Sd
d的A类不确定度UA
d的B类不确定度UB
2.18
2.14
N的平均值
1.22
N的标准偏差SN
N的A类不确定度UA
N的B类不确定度UB

金属弹性模量实验报告

金属弹性模量实验报告

一、实验目的1. 了解金属弹性模量的概念及其在工程中的应用。

2. 掌握使用拉伸法测定金属丝杨氏弹性模量的原理和方法。

3. 学会使用光杠杆法测量微小长度变化,提高实验精度。

4. 培养实验操作技能,提高数据处理和分析能力。

二、实验原理1. 弹性模量(杨氏模量)的定义:弹性模量是衡量材料在弹性范围内抵抗形变能力的物理量。

对于金属丝,在拉伸过程中,其长度与受力成正比,即满足胡克定律。

2. 杨氏弹性模量的计算公式:E = F / (S ΔL / L),其中E为杨氏弹性模量,F 为拉伸力,S为金属丝截面积,ΔL为金属丝长度变化量,L为金属丝原始长度。

3. 光杠杆法:利用光杠杆原理,通过测量物体微小长度变化,放大测量结果,提高测量精度。

三、实验仪器与材料1. 实验仪器:杨氏模量测定仪、光杠杆、望远镜及标尺、螺旋测微器、米尺、砝码等。

2. 实验材料:金属丝(如钢丝)。

四、实验步骤1. 准备实验装置:将金属丝固定在杨氏模量测定仪的拉伸装置上,调整金属丝垂直于地面。

2. 测量金属丝原始长度L:使用米尺测量金属丝的原始长度,精确到毫米。

3. 测量金属丝截面积S:使用螺旋测微器测量金属丝的直径d,计算截面积S =π (d/2)^2。

4. 加载拉伸力F:将砝码放置在杨氏模量测定仪的拉伸装置上,逐渐增加砝码质量,使金属丝受到拉伸力。

5. 观察金属丝长度变化:通过光杠杆法观察金属丝长度变化,记录下长度变化量ΔL。

6. 计算杨氏弹性模量E:根据实验数据,代入公式E = F / (S ΔL / L)计算金属丝的杨氏弹性模量。

五、实验结果与分析1. 实验数据:金属丝原始长度L:L1 = 50.0 mm,L2 = 50.2 mm(平均值L = 50.1 mm)金属丝直径d:d = 0.5 mm金属丝截面积S:S = π (0.5/2)^2 = 0.19635 mm^2砝码质量m:m = 0.5 kg拉伸力F:F = m g = 0.5 kg 9.8 m/s^2 = 4.9 N金属丝长度变化量ΔL:ΔL = 0.1 mm2. 杨氏弹性模量计算:E =F / (S ΔL / L) = 4.9 N / (0.19635 mm^2 0.1 mm / 50.1 mm) ≈ 251.8 GPa3. 结果分析:实验测得的金属丝杨氏弹性模量E约为251.8 GPa,与理论值相符。

拉伸法测弹性模量 实验报告

拉伸法测弹性模量 实验报告

大连理工大学大 学 物 理 实 验 报 告院(系) 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间 2008 年 11 月 11 日,第12周,星期 二 第 5-6 节实验名称 拉伸法测弹性模量教师评语实验目的与要求:1. 用拉伸法测定金属丝的弹性模量。

2. 掌握光杠杆镜尺法测定长度微小变化的原理和方法。

3. 学会处理实验数据的最小二乘法。

主要仪器设备:弹性模量拉伸仪(包括钢丝和平面镜、直尺和望远镜所组成的光杠杆装置), 米尺, 螺旋测微器实验原理和内容: 1. 弹性模量一粗细均匀的金属丝, 长度为l , 截面积为S , 一端固定后竖直悬挂, 下端挂以质量为m 的砝码; 则金属丝在外力F=mg 的作用下伸长Δl 。

单位截面积上所受的作用力F/S 称为应力, 单位长度的伸长量 Δl/l 称为应变。

有胡克定律成立:在物体的弹性形变范围内,应力F/S 和Δl/l 应变成正比, 即ll∆=E S F 其中的比例系数ll SF E //∆=称为该材料的弹性模量。

性质: 弹性模量E 与外力F 、物体的长度l 以及截面积S 无关, 只决定于金属丝的材料。

实验中测定E , 只需测得F 、S 、l 和l ∆即可, 前三者可以用常用方法测得, 而l ∆的数量级很小, 故使用光杠杆镜尺法来进行较精确的测量。

2. 光杠杆原理光杠杆的工作原理如下: 初始状态下, 平面镜为竖直状态, 此时标尺读数为n 0。

当金属丝被拉长l ∆以后, 带动平面镜旋转一角度α, 到图中所示M ’位置; 此时读得标尺读数为n 1, 得到刻度变化为01n n n -=∆。

Δn 与l ∆呈正比关系, 且根据小量忽略及图中的相似几何关系, 可以得到n Bbl ∆⋅=∆2 (b 称为光杠杆常数) 将以上关系, 和金属丝截面积计算公式代入弹性模量的计算公式, 可以得到nb D FlBE ∆=28π(式中B 既可以用米尺测量, 也可以用望远镜的视距丝和标尺间接测量; 后者的原理见附录。

混凝土弹性模量的测量方法

混凝土弹性模量的测量方法

混凝土弹性模量的测量方法一、前言混凝土是建筑中常用的材料之一,其性能的好坏对建筑的质量和稳定性有着至关重要的影响。

混凝土的弹性模量是描述其弹性行为的重要参数之一,测量混凝土弹性模量可以为建筑设计和施工提供重要的参考数据。

本文将介绍混凝土弹性模量的测量方法。

二、测量原理和方法混凝土的弹性模量是描述其弹性行为的参数之一,表示混凝土在受到力的作用下的变形程度。

混凝土弹性模量的测量方法有多种,下面将分别介绍常用的三种方法。

1. 静载荷法静载荷法是一种简单、实用的测量混凝土弹性模量的方法。

其原理是通过施加不同大小的荷载,测量混凝土的变形量和荷载之间的关系,从而计算出混凝土的弹性模量。

具体步骤如下:(1)在混凝土试件上标定平面和轴线。

(2)将试件放在弹性台架上,用调整螺栓进行调整,使其符合标准规定的要求。

(3)将荷载施加在试件上,并记录荷载和试件的变形量。

(4)根据荷载和试件的变形量计算出弹性模量。

2. 激励反应法激励反应法是一种通过激励混凝土试件,测量其反应来计算出混凝土弹性模量的方法。

具体步骤如下:(1)在混凝土试件上标定平面和轴线。

(2)将试件放在弹性台架上,用调整螺栓进行调整,使其符合标准规定的要求。

(3)用激励器在试件上施加一定频率和振幅的激励信号。

(4)用加速度计测量试件的振动响应,然后根据振动响应和激励信号计算出弹性模量。

3. 时间域反射法时间域反射法是一种通过测量混凝土试件中超声波的传播时间和反射强度来计算混凝土弹性模量的方法。

具体步骤如下:(1)在混凝土试件上标定平面和轴线。

(2)将试件放在弹性台架上,用调整螺栓进行调整,使其符合标准规定的要求。

(3)将超声波信号发送到试件中,测量信号的传播时间和反射强度。

(4)根据超声波信号的传播时间和反射强度计算出混凝土的弹性模量。

三、实验注意事项1. 实验环境实验室环境应符合标准规定的要求,温度和湿度应控制在合适的范围内。

实验过程中应保持室内的平稳,避免外界干扰。

金属弹性模量的测定

金属弹性模量的测定

力。但是,与伸长应变有关的伸长量是微小的变
化量,仅为10 -2 mm量级,因此,拉伸法测定金属 丝弹性模量的实验关键是借助光学放大法,即利
用光杠杆将微小伸长量放大后进行测量的方法。
实验目的
(1)学习测量弹性模量的方法。
(2)学习调整铅直、水平、望远镜聚焦以及光学
共轴等高调节等方法。
(3)学习用逐差法、作图法及图解法处理数据。
注意事项
1.实验系统调好后,一旦开始测量,即不能对系统任
一部分进行调整。否则,所有数据重新测量。
2.加减砝码时,要轻拿轻放,让砝码开口均匀的朝向 各个方向,使重心在金属丝所在的铅垂线上。 3.切勿用手触摸反射镜面和望远镜镜头。 4.测量钢丝直径时,注意不要将金属丝硬性弯折
5.实验完成后将砝码取下,将金属丝托架上升,使金
度变化量,很难用普通的侧长仪器测量。因而,
本实验采用光杠杆的光学放大原理来解决。
光杠杆原理
用光学转换放大的方法来测量微小长度变化, L 即将很难测量的 ,转换为易于测量的标尺 度 n 。
由于 L 远远小于b,所以ɑ也很小,固有
L tan b
又因n远远小于D固有
b L n 2D
实验仪器
弹性模量测定仪一套、光杠杆反射镜、望远 镜及标尺、砝码、外径千分尺、游标卡尺、钢卷 尺。
实验原理
胡克定律:在弹性限度内,应力与应变成正 比 ,即
应力
F L E S L
应变
1 S d πd 2 ΔL 其中F、L、d较容易测定而 L 是一个微小的长
ni n 0 tan2 2 D
两式相除得:
只要测得b、n 、D、即可测出 L 。光杠杆 的作用在于将微小长度变化值 L 放大为标尺 上的位移量 n ,2D/b称为光杠杆的放大倍数。

剪切弹性模量测定

剪切弹性模量测定

实验二剪切弹性模量测定一、实验目的1.测定低碳钢材料的剪切弹性模量G ;2.验证材料受扭时在比例极限内的剪切胡克定律。

二、实验装置和仪器1.扭转试验装置; 3.游标卡尺;2.百分表。

低碳钢在弹性范围内,两截面间的相对扭转角是非常微小的,不容易直接精确测读的。

假设百分表指针走动的距离为δ,百分表推杆顶针处到试件的轴线的距离为R ,则两截面的相对扭转角为(扭转角单位为弧长):Rδϕ=式中:δ——百分表杆移动的距离;R ——百分表触点至试件轴线的距离为。

三、实验原理圆轴受扭时,材料处于纯剪切应力状态,在比例极限范围内,材料的剪应力τ与剪应变γ成正比,即满足剪切胡克定律:γτG =由此可得出圆轴受扭时的胡克定律表达式:pGI Tl∆=∆ϕ 式中:T ——扭矩;l ——试件的标距长度;I p ——圆截面的极惯性矩。

通过对试件采用“增量法”逐级增加同样大小的扭矩ΔT ,相应地由百分表测出相距为l 的两个截面之间的相对扭转角增量Δφ。

根据测得的各级扭转角增量的Δφ,可用δRϕ图1 实测ϕ 的示意图1下式算出每一级荷载作用下的剪切弹性模量:PI l T G ⋅∆⋅∆=ϕ四、试件尺寸扭矩力臂长度:L =240mm百分表触点至试件轴线的距离为:R=100mm 试件长度:l =100mm 试件直径:d =10mm 五、实验数据及处理实测数据处理荷载 扭矩 百分表读数扭矩增量百分表读数增量扭转角增量剪切弹摸F T = FL r △Tδ △φG (N ) (N.mm )(mm/100)(N.mm )(mm/100)(rad )(GP a )0 0 9.8 2352 2352 19.6 4704 2352 29.4 7056 2352 39.294082352求出每一级荷载作用下的剪切弹性模量平均值作为该材料的剪切弹性模量G 。

∑==ni G n G 11 GP a六、思考题1.用引伸计百分表测定低碳钢的剪切弹性模量实际上是通过测定试件相距为l 的两个截面之间的 来计算剪切弹性模量的。

剪切弹性模量G的测定实验


进行剪切实验
在剪切仪上施加剪切力, 记录试样的剪切变形量。
数据记录和处理
记录实验数据
包括各级剪切力、对应的剪切变形量以及试样破坏时 的最大剪切力和变形量。
数据处理
根据实验数据,计算剪切弹性模量g,并分析实验结 果。
绘制应力-应变曲线
将实验数据整理成应力-应变曲线,分析材料的剪切 性能。
04 实验结果分析
剪切弹性模量g的测定实验
目录
• 实验目的 • 实验原理 • 实验步骤 • 实验结果分析 • 实验结论
01 实验目的
了解剪切弹性模量的定义和意义
01
剪切弹性模量g是指在剪切应力作 用下,材料抵抗剪切形变的能力 ,是材料的重要力学性能指标之 一。
02
了解剪切弹性模量的定义和意义 有助于理解材料的力学行为,为 工程设计和材料选择提供依据。
注意事项包括确保测量系统的准确性 和稳定性、控制实验环境条件、正确 处理实验数据等。
02 实验原理
剪切弹性模量的定义和计算公式
剪切弹性模量g是衡量材料抵抗剪切形变能力的物理量,其计算公式为:g=σ/γ,其 中σ为剪切应力,γ为剪切应变。
剪切弹性模量g反映了材料在剪切力作用下的刚度,其值越大,材料抵抗剪切形 变的能力越强。
实验结果
得出了剪切弹性模量g的数值,与理论值进行了比较,并进行了误 差分析。
对实验的反思和改进建议
反思
对实验过程中可能存在的误差来源进 行了分析,如测量误差、样品不均匀 等。
改进建议
提出了减少误差的方法,如提高测量 精度、优化样品制备等。
对实际应用的启示和展望
启示
实验结果对实际工程中土体稳定性分析 、地基处理等具有一定的参考价值。

测定弹性模量时数据处理方法比较

山 东 化 工 收稿日期:2018-11-28基金项目:青岛科技大学教学改革项目(2018YC12);国家大学生创新创业训练项目(201310426019)作者简介:张 攀,副教授,从事工程力学教学和研究工作。

测定弹性模量时数据处理方法比较张 攀,张选利,袁向丽,刘文秀(青岛科技大学机电工程学院,山东青岛 266069)摘要:测量金属材料的弹性模量是材料力学实验教学的重要内容之一,多数参考文献采用平均应变增量法来处理实验数据。

本文针对平均应变增量法和几种常用平均法在计算弹性模量时的特征进行分析,指出了平均应变增量法在测量低碳钢弹性模量过程的主要缺陷,明确了最小二乘法拟合在处理弹性模量时的作用和意义。

关键词:弹性模量;平均应变增量法;最小二乘法;误差中图分类号:TG115.5-33;O341 文献标识码:A 文章编号:1008-021X(2019)08-0126-02ComparisionDataProcessingMethodforMeasuringElasticModulusZhangPan,ZhangXuanli,YuanXiangli,LiuWenxiu(QingdaoUniversityofScienceandTechnology,Qingdao 266069,China)Abstract:Tomeasuretheelasticmodulusofmetalmaterialsisoneoftheimportantcontentsintheteachingontheexperimentofmaterialstrength,andtheaveragestrainincrementmethodisusedtoprocesstheexperimentaldata.Inthiswork,thecharacteristicsoftheaveragestrainincrementmethodandseveralkindsofaveragemethodscommonlyusedtocalculatetheelasticmoduluswereanalyzed.Itpointsoutthemaindefectsoftheaveragestrainincrementmethodinthemeasurementprocessofelasticmodulus,andalsoclarifythefunctionandsignificanceoftheleastsquaremethodtocalculateelasticmodulus.Keywords:elasticmodulus;averagestrainincrementmethod;leastsquaresmethod;error 弹性模量(ElasticityModulus,常简写为E)是表征固体材料抵抗变形的重要物理常数。

材料力学弹性模量E测定试验报告

材料力学弹性模量E测定试验报告实验目的:测定不同材料的弹性模量E,了解材料的刚性和弹性性质。

实验原理:弹性模量E是材料在外力作用下产生弹性变形的能力衡量指标。

弹性模量E的计算公式为:E=(F/A)/((dL/L0),其中F是作用力,A是横截面面积,dL是拉伸量,L0是原始长度。

实验中,通过施加外力,测量材料的拉伸量和变形力来计算材料的弹性模量E。

实验器材和材料:1.弹性体样品2.弹簧秤3.测量尺4.弹力计5.电子天平实验步骤:1.准备好实验器材和材料。

2.制备不同材料的弹性体样品。

3.将弹性体样品固定在拉伸装置上。

4.使用测量尺测量弹性体样品的原始长度L0。

5.通过拉伸装置施加一个作用力F,记录施加力F的数值。

6.使用测量尺测量拉伸之后的长度L。

7.使用电子天平测量弹性体样品的质量m。

8.根据公式E=(F/A)/((dL/L0)计算弹性模量E。

实验结果与分析:在进行实验过程中,我们选取了不同材料的弹性体样品,依次测量了原始长度L0、施加力F和拉伸后的长度L,并使用电子天平测量了弹性体样品的质量m。

根据计算公式,我们得到了材料的弹性模量E。

通过对实验结果的分析,我们可以发现不同材料的弹性模量E具有很大的差异。

这是因为材料的成分、结构和制备方法都会影响材料的弹性性质。

例如,金属材料通常具有较高的弹性模量E,而弹性体材料则具有较低的弹性模量E。

结论:通过本次实验,我们成功测定了不同材料的弹性模量E。

实验结果表明,不同材料具有不同的弹性性质,对于不同的应用领域具有不同的适用性。

熟悉材料的弹性模量E可以在工程设计和材料选择中提供重要的参考依据。

0212实验二 杨氏弹性模量的测定实验报告(0002)

实验二杨氏弹性模量的测定杨氏弹性模量是描述材料形变能力的重要物理量,是选定机械零件材料的依据之一,是工程技术没计中常用的参数.杨氏模量的测量方法很多,本实验采用光杠杆测量金属丝的杨氏弹性模量。

测量中需综合运用多种测量长度的量具,确保一定的精确度要求,学习从误差分析的角度,选用最合适的量具,并要求用不确定度表示完整的测量结果。

用一般测量长度的工具不易精确测量长度的微小变化,也难保证其精度要求。

光杠杆是一种应用光放大原理测量被测物微小长度变化的装置,它的特点是直观、简便、精度高。

目前光杠杆原理已被广泛地应用于其他测量技术中,光杠杆装置还被许多高灵敏度的测量仪器(如灵敏电流计、冲击电流计和光点检流计等)用来显示微小角度的变化。

【实验目的】1.学会用拉伸法测定杨氏弹性模量;2.掌握光杠杆测量微小长度变化的原理和力法;3.学会用逐差法处理实验数据,学会用不确定度的计算方法,结果的正确表达;【实验仪器】杨氏模量测定仪、千分尺、游标卡尺、钢卷尺等【实验原理】在外力作用下,固体所发生的形状变化,称为形变。

形变可分为弹性形变与塑性形变两大类。

外力撤除后物体能完全恢复原状的形变,称为弹性形变,如外力撤除后物体不能完全恢复原状,而留下剩余形变,就称为塑性形变。

本实验只研究弹性形变,因此,应当控制外力的大小,以保证外力撤除后物体能恢复原状。

一根均匀的金属丝(或棒),长为L ,截面面积为S ,在受到沿长度方向的外力F 的作用时发生形变,伸长L ∆。

根据胡克定律,在弹性限度内,其应力F S 与应变L L ∆成正比,即LL E S F ∆=(1)这里的E 称为该金属丝的杨氏模量。

它只决定于材料的性质,而与其长度L 、截面面积S 无关。

它的单位为2N/m 。

设金属丝的直径为d ,则截面面积214S d π=,其杨氏模量为24FL E d Lπ=∆(2)这里F 、L 、d 可以直接测得,L ∆采用光杠杆法测量。

光杠杆和标尺是光杠杆法测量L ∆的主要仪器,光杠杆是由一块直立的平面镜装在三足支架的一端构成,其放置方法如下图所示。

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实验十 弹性模量的测定
实验数据记录和处理
一、 L0 、D、 C的测量仪器条件和数据记录
直测测量 L0 D C
测量工具 卷尺 卷尺 直尺
分度值 0.1cm 0.1cm 0.1cm
读数误差 0.05cm 0.05cm 0.05cm

测量工具Δ值
0.05cm 0.05cm 0.05cm

测量结果 96.50cm 119.50cm 7.10cm

二、 钢丝直径的测量条件和测量数据记录
1.测量仪器:千分尺 ; 分度值:0.01mm;读数误差:0.001mm;Δ:0.004mm
2.测量数据记录
次数i 1 2 3 4 5 6
零位读数
d0(mm)
-0.002mm

测量读数d
i

(mm)
0.498 0.495 0.502 0.505 0.499 0.504

测量结果
di= di′- d0 (mm) 0.500 0.497 0.504 0.507 0.501 0.506

计算器统计功能得:mmd004.0 mmd502.0
mmUddd006.0004.0004.02222

%2.1%100502.0006.0%100duE
d
d

d的结果表示:d= 0.502±0.006mm Ed=1.2%

L0 =96.50±0.05cm ; EL =0.05% ;
D=119.50±0.05cm; ED= 0.04%
C=7.10±0.05cm; Ec=0.7%

CUEDUEL
U
EUCDL;;;
22

三、钢丝受力与光杠杆读数关系的测量记录
1.测量仪器:光杠杆标尺分度值:0.1cm 读数误差:0.02cm △=0.02cm
2.测量记录:钢丝受力与光杠杆标尺读数关系

i mi(Kg) h’i(cm) h’’i(cm) hi=(hi’+hi’’)/2(cm) hi+1-hi(cm)
1 0.0 4.10 4.12 4.12 0.42
2 0.5 4.52 4.54 4.54 0.38
3 1.0 4.90 4.92 4.92 0.42
4 1.5 5.34 5.32 5.34 0.38
5 2.0 5.72 5.70 5.72 0.40
6 2.5 6.10 6.14 6.12 0.42
7 3.0 6.52 6.56 6.54 0.38
8 3.5 6.90 6.94 6.92 -----
9 4.0 7.34 ----- -----

四、计算机计算结果及数据处理
用y=a+bx进行线性拟合( y表示hi ; x表示mi ; cydgDLb208 )

211
226220/10010.2107995.01010.710502.01416.3794.99650.01950.188mNcbdgDLY

027.001.0)012.02(007.00005.00005.0)2(22222222220
bdcLDYEEEEEE

YEU
YY
1110010.2×0.027=5.4×1092
/mN

a、 b结果表示:
a=4.128±0.018cm Ea=0.43%
b=0.7995±0.0084cm/Kg Eb=1.0%

计算机上机结果记录:
a=4.128334
ua=1.765326E-2
b= 0.7995238 ub=8.439874E-3
r =0.999943

Y的结果表示:
Y=1110054.0010.2 2/mN EY=2.7%
五、结论:用静态拉伸法测得钢丝的弹性模量为 1110010.22/mN , 相对不确定度为百分之2.7。

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