電測法測定彈性模量和泊松比(共6頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上一、實驗?zāi)康?. 測量金屬材料的彈性模量E和泊松比； 2. 驗證單向受力虎克定律；3. 學(xué)習(xí)電測法的基本原理和電阻應(yīng)變儀的基本操作。二、實驗儀器和設(shè)備1. 微機(jī)控制電子萬能試驗機(jī)；2. 電阻應(yīng)變儀；3. 游標(biāo)卡尺。三、試件中碳鋼矩形截面試件，名義尺寸為b´t = (30´7.5)mm2。材料的屈服極限。四、實驗原理和方法1、實驗原理材料在比例極限內(nèi)服從虎克定律，在單向受力狀態(tài)下，應(yīng)力與應(yīng)變成正比： （1）上式中的比例系數(shù)E稱為材料的彈性模量。由以上關(guān)系，可以得到： （2） 材料在比例極限內(nèi)，橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比的絕對值為一常數(shù)： （3）上式中的常

2、數(shù)m稱為材料的橫向變形系數(shù)或泊松比。本實驗采用增量法，即逐級加載，分別測量在各相同載荷增量DP作用下，產(chǎn)生的應(yīng)變增量Dei。于是式（2）和式（3）分別寫為： （4） （5）根據(jù)每級載荷得到的Ei和mi，求平均值： （6） （7）以上即為實驗所得材料的彈性模量和泊松比。上式中n為加載級數(shù)。2、實驗方法2.1電測法電測法基本原理：電測法是以電阻應(yīng)變片為傳感器，通過測量應(yīng)變片電阻的改變量來確定構(gòu)件應(yīng)變，并進(jìn)一步利用胡克定律或廣義胡克定律確定相應(yīng)的應(yīng)力的實驗方法。試驗時，將應(yīng)變片粘貼在構(gòu)件表面需測應(yīng)變的部位，并使應(yīng)變片的縱向沿需測應(yīng)變的方向。當(dāng)構(gòu)件該處沿應(yīng)變片縱向發(fā)生正應(yīng)變時，應(yīng)變片也產(chǎn)生同樣的變形。

3、這時，敏感柵的電阻由初始值R變?yōu)镽+R。在一定范圍內(nèi)，敏感柵的電阻變化率R/R與正應(yīng)變成正比，即： 上式中，比例常數(shù)k為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。故只要測出敏感柵的電阻變化率，即可確定相應(yīng)的應(yīng)變。 構(gòu)件的應(yīng)變值一般都很小，相應(yīng)的應(yīng)變片的電阻變化率也很小，需要用專門的儀器進(jìn)行測量，測量應(yīng)變片的電阻變化率的儀器稱為電阻應(yīng)變儀，其基本測量電路為一惠斯通電橋。 電橋B、D端的輸出電壓為：當(dāng)每一電阻分別改變時，B、D端的輸出電壓變?yōu)椋弘娮钁?yīng)變儀的基本測量電路略去高階小量，上式可寫為：在測試時，一般四個電阻的初始值相等，則上式變?yōu)椋旱玫剑?如果將應(yīng)變儀的讀數(shù)按應(yīng)變標(biāo)定，則應(yīng)變儀的讀數(shù)為： 2.2加載方法增量法與重

4、復(fù)加載法ePP0P10PnDeDP圖三 增量法示意圖 增量法可以驗證力與變形之間的線性關(guān)系，若各級載荷增量P相同，相應(yīng)的應(yīng)變增量De也應(yīng)大致相等，這就驗證了虎克定律，如圖三所示。 利用增量法，還可以判斷實驗過程是否正確。若各次測出的應(yīng)變不按線性規(guī)律變化，則說明實驗過程存在問題，應(yīng)進(jìn)行檢查。采用增量法擬定加載方案時，通常要考慮以下情況：（1）初載荷可按所用測力計滿量程的10%或稍大于此值來選定；(本次實驗試驗機(jī)采用50KN的量程)（2）最大載荷的選取應(yīng)保證試件最大應(yīng)力值不能大于比例極限，但也不能小于它的一半，一般取屈服載荷Ps的70%80%，即；（3）至少有4-6級加載，每級加載后要使應(yīng)變讀數(shù)有

5、明顯的變化。 本實驗采用增量法加載。重復(fù)加載法為另一種實驗加載方法。采用重復(fù)加載法時，從初載荷開始，一級加至最大載荷，并重復(fù)該過程三到四遍。初載荷與最大載荷的選取通常參照以下標(biāo)準(zhǔn)：(1) 初載荷可按所用測力計量程的10%或稍大于此值來選定；(2) 最大載荷的選取應(yīng)保證試件的最大應(yīng)力不大于試件材料的比例極限，但也不要小于它的一半，一般取屈服載荷的7080%。(3) 每次實驗重復(fù)遍數(shù)至少應(yīng)為34遍。重復(fù)加載法不能驗證力與變形之間的線性關(guān)系。五、實驗步驟1. 設(shè)計實驗所需各類數(shù)據(jù)表格；2. 測量試件尺寸；分別在試件標(biāo)距兩端及中間處測量厚度和寬度，將三處測得橫截面面積的算術(shù)平均值作為試樣原始橫截面積

6、。3. 擬定加載方案；4. 試驗機(jī)準(zhǔn)備、試件安裝和儀器調(diào)整；5. 確定組橋方式、接線和設(shè)置應(yīng)變儀參數(shù)；6. 檢查及試車：檢查以上步驟完成情況，然后預(yù)加載荷至加載方案的最大值，再卸載至初載荷以下，以檢查試驗機(jī)及應(yīng)變儀是否處于正常狀態(tài)。7. 進(jìn)行試驗：加初載荷，記下此時應(yīng)變儀的讀數(shù)或?qū)⒆x數(shù)清零。然后逐級加載，記錄每級載荷下各應(yīng)變片的應(yīng)變值。同時注意應(yīng)變變化是否符合線性規(guī)律。重復(fù)該過程至少兩到三遍，如果數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性好即可。8. 數(shù)據(jù)經(jīng)檢驗合格后，卸載、關(guān)閉電源、拆線并整理所用設(shè)備。J5六、試驗結(jié)果處理1. 試件尺寸：試驗機(jī)編號試件編號板寬(b/ mm)板厚(h/ mm)板面積(S=bh/ mm2

7、)小孔面積(f/ mm2)大孔面積(F/ mm2)111228.617.41212.00137.52168.08通道號12345678應(yīng)變12345678-20-16764872832092409101112131415162橫片平均2縱片平均泊松比E/GPa應(yīng)力集中系數(shù)J5J6J7J8-18620.292111.161.342.472.322. 實驗數(shù)據(jù)記錄iF/kN通道號123456786.000-16-21546972942092418.998-19-206164698720924712.00-18-176661738921625415.00-19-17685972882182575.9

8、98-17-22556970902102468.998-17-176264729121625511.97-18-196559708721325215.00-20-17695974902202615.996-18-21547072932092428.999-20-2059626886211248i通道號F/kN1234567812.00-18-196661738621525615.00-17-17665772862162403. 取三次結(jié)果平均值F/kN變道應(yīng)通123456783000000006-17-21.3354.3369.3371.3492.33209.332439-35.67-40.3

9、3115132.67141180.33421.3349312-53.67-58.67180.67193213267.67632.6774715-72-75.67248.33244.67285.67355.67854999.67A0=S=h×b=28.61×7.41mm2=212mm24. 泊松比載荷橫向應(yīng)變i×106縱向應(yīng)變i×106泊松比i（|i/i|）3KN003-6KN-19.16561.830.3106-9KN-18.835620.3049-12KN-18.17630.28812-15KN-17.6759.6650.296=0.29955. 彈性

10、模量E載荷 × 106 ×1065× 1066× 1067× 1068× 106（Pa）3KN0000003-6KN-19.16561.8371.3392.33209.332432.29×10116-9KN-18.8356273882122502.28×10119-12KN-18.17637287.33214.672542.25×101112-15KN-17.6759.66572.6788218252.672.37×1011平均值-18.4661.6272.2588.915213.5242.91752.30×1011E=230GPa6. 在坐標(biāo)紙上，在坐標(biāo)系下描出實驗點，然后擬合成直線，以驗證虎克定律；應(yīng)力應(yīng)變001.42× 1076.18× 10-52.84× 1071.24× 10-44.26× 1071.86× 10-45.68&#