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    如何測試金屬材料的彈性模量和泊松比(動(dòng)態(tài)法)?

     更新時(shí)間:2023-02-11 點(diǎn)擊量:2342

    金屬是人們?nèi)粘I钌a(chǎn)中常用到的材料,更是人類社會(huì)進(jìn)步的關(guān)鍵所在,上文我們?yōu)榇蠹曳窒砹?/span>金屬材料彈性模量和泊松比靜態(tài)法)的原理、試樣制備、實(shí)驗(yàn)步驟、計(jì)算方式等。本文【科準(zhǔn)測控】小編就來分享另一種測試方法,金屬材料彈性模量和泊松比(動(dòng)態(tài)法),同樣按照試驗(yàn)原理、試驗(yàn)要求、計(jì)算方式、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、夾具等方面來為大家介紹!

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    試驗(yàn)原理

    依據(jù)聲共振原理測定試樣機(jī)械共振頻率,以便測定本部分一項(xiàng)或幾項(xiàng)物理性能。

    推薦采用懸絲耦合共振測定方法,其優(yōu)點(diǎn)是試樣的振幅較大,共振易判別,支撐的影響易排除,振動(dòng)長度易精確判定,且有較寬的溫度適用范圍。

    使試樣分別處于彎曲、縱向及扭轉(zhuǎn)共振狀態(tài)并測定其共振頻率,可計(jì)算出動(dòng)態(tài)彈性模量、動(dòng)態(tài)切變模量及動(dòng)態(tài)泊松比。

     

    試驗(yàn)設(shè)備

    1量具

    1.1 游標(biāo)卡尺測量試樣長度,最小分度不大于0.05mm。

    1.2 千分尺測量試樣的直徑或?qū)挾?、厚度,最小分度不大?/span>0.002mm。

    1.3 天平稱量試樣質(zhì)量,感量不大于0.001g。

    1.4 測溫裝置在不同溫度下試驗(yàn)中用來測量試樣的環(huán)境溫度,用校準(zhǔn)后的熱電偶測量,測溫裝置的準(zhǔn)確度應(yīng)達(dá)到士0.5℃,其位置應(yīng)接近試樣中部,注意與試樣的距離應(yīng)不大于5mm,同時(shí)不要觸及試樣。


    科準(zhǔn)測控高溫金屬材料試驗(yàn)機(jī):

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    試樣要求

    1、按設(shè)備條件、材料的密度及模量的估計(jì)值選擇試樣的尺寸。試樣的最小質(zhì)量由拾振系統(tǒng)的檢測靈敏度決定,一般不小于5g;試樣尺寸和質(zhì)量的最大值由激勵(lì)系統(tǒng)供給的能量和所允許的空間大小決定。

    2、推薦的試樣長度為120mm180mm。對(duì)于圓桿、管,直(外)徑為4mm8mm,長度約為直徑的30倍;只檢測彎曲共振頻率時(shí),直徑可至2mm。對(duì)于矩形桿,厚度為1mm4mm,寬度為5mm10 mm。

    3試樣材質(zhì)均勻,平直;橫向尺寸的軸向不均勻性應(yīng)不大于0.7%;表面無缺陷,粗糙度Ra不大于1.6 μm,相對(duì)表面的平行度應(yīng)在0.02mm以內(nèi)。

    4檢測高溫下圓桿、管試樣的扭轉(zhuǎn)共振頻率時(shí),若共振信號(hào)微弱,可采用啞鈴狀試樣或以銷釘固定懸絲的辦法進(jìn)行扭共振頻率的相對(duì)測量。


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    表一 基頻彎曲共振圓桿、管的修正系數(shù)


    計(jì)算方式

    1、室溫動(dòng)態(tài)楊氏模量

    1.1圓桿的室溫動(dòng)態(tài)楊氏模量

    將測得的試樣的質(zhì)量m、長度1、平均直徑d、反復(fù)檢測的彎振基頻共振頻率均值f,及修正系數(shù)T;代入式(11),即可求得動(dòng)態(tài)楊氏模量Ea;修正系數(shù)T,可從表4查出

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    1.2圓管的室溫動(dòng)態(tài)楊氏模量

    將測得的試樣質(zhì)量m、長度I、管外徑d;和內(nèi)徑d;的平均值、經(jīng)反復(fù)檢測的彎振基頻共振頻率均值f,及修正系數(shù)T;代入式(12),即可求得動(dòng)態(tài)楊氏模量E;;修正系數(shù)T;可從表4中查出

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    當(dāng)以試樣一次諧波的共振頻率進(jìn)行計(jì)算時(shí),應(yīng)遵照1.1條所述進(jìn)行。

    當(dāng)T'隨泊松比μ呈顯著變化時(shí),應(yīng)以疊代法完成E。值的最終計(jì)算,即先以初始的EG1)、G值求出μ1),據(jù)表4求出T1),進(jìn)而求出E2),繼求出p2),從而據(jù)表4求得T2)依次進(jìn)行,至E。值無顯著變化為止。


    1.3 矩形桿的室溫動(dòng)態(tài)楊氏模量

    將測得的試樣質(zhì)量m、長度l、平均厚度h、經(jīng)反復(fù)檢測的彎振基頻共振頻率值f;及修正系數(shù)T;代入式(13),即可算出動(dòng)態(tài)楊氏模量E;;修正系數(shù)T

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    2、室溫動(dòng)態(tài)切變模量

    2.1 圓桿的動(dòng)態(tài)切變模量

    將測得的試樣密度p、長度l、平均直徑d、經(jīng)反復(fù)檢測的基頻共振頻率均值f1代入式(14),即可得動(dòng)態(tài)切變模量Gd

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    當(dāng)模量GaGPa為單位時(shí)

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    式中右端各物理量的含義與單位同式(14)。當(dāng)密度未知時(shí)

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    2.2 圓管的動(dòng)態(tài)切變模量

    如果密度已知,由式(15)可得到圓管的切變模量值。如果密度未知

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    2.3 矩形桿的動(dòng)態(tài)切變模量

    當(dāng)密度已知時(shí),可得到動(dòng)態(tài)切變模量。當(dāng)模量以GPa為單位時(shí)

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    當(dāng)密度未知時(shí),對(duì)于基頻

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    式中

    R1——基頻扭共振時(shí)矩形桿的形狀因子,無量綱;

    矩形桿的形狀因子可由式(20)計(jì)算,式中n為振動(dòng)級(jí)次

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    變溫過程中的彈性模量由式(21)計(jì)算

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    5.3 動(dòng)態(tài)泊松比

    任一溫度下試樣的動(dòng)態(tài)泊松比由同一溫度下的動(dòng)態(tài)楊氏模量、動(dòng)態(tài)切變模量值確定

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    亦可由測得的試樣同一溫度下的彎曲與扭轉(zhuǎn)的共振頻率直接求得該溫度下的動(dòng)態(tài)泊松比。對(duì)于圓桿

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    對(duì)于圓管

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    對(duì)于矩形桿

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    試驗(yàn)報(bào)告

    試驗(yàn)報(bào)告一般應(yīng)包括以下內(nèi)容

    1、本國家標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)及所采用的方法(靜態(tài)法或動(dòng)態(tài)法);100

    2試樣標(biāo)識(shí)

    3、材料名稱及相關(guān)信息;

    4、試樣形狀和尺寸;

    5、試驗(yàn)儀器相關(guān)信息;

    6、試驗(yàn)溫度

    7所測性能結(jié)果。

     

    動(dòng)態(tài)法的試驗(yàn)報(bào)告還應(yīng)包括以下內(nèi)容

    1試樣的制備方法及表面狀況,如果材料是各向異性的,則應(yīng)列出試樣取樣方向;

    2、所采用的試驗(yàn)方法的特征;

    3、測試過程中的干擾情況等;

    4、精度估算。

     

    以上就是金屬材料的彈性模量和泊松比(動(dòng)態(tài)法)試驗(yàn)原理、技術(shù)參數(shù)、試驗(yàn)要求、計(jì)算方式以及試驗(yàn)報(bào)告的介紹了。關(guān)于金屬材料拉伸試驗(yàn)機(jī)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、彎曲試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)、疲勞試驗(yàn)機(jī)如果你還有其它想了解的,歡迎給我們私信或留言,【科準(zhǔn)測控】會(huì)持續(xù)給大家更新拉力試驗(yàn)機(jī)相關(guān)知識(shí)!