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如何测试金属材料的弹性模量和泊松比(动态法)?

 更新时间:2023-02-11 点击量:1124

金属是人们日常生活生产中常用到的材料,更是人类社会进步的关键所在,上文我们为大家分享了金属材料弹性模量和泊松比静态法)的原理、试样制备、实验步骤、计算方式等。本文【科准测控】小编就来分享另一种测试方法,金属材料弹性模量和泊松比(动态法),同样按照试验原理、试验要求、计算方式、实验报告、夹具等方面来为大家介绍!

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试验原理

依据声共振原理测定试样机械共振频率,以便测定本部分一项或几项物理性能。

推荐采用悬丝耦合共振测定方法,其优点是试样的振幅较大,共振易判别,支撑的影响易排除,振动长度易精确判定,且有较宽的温度适用范围。

使试样分别处于弯曲、纵向及扭转共振状态并测定其共振频率,可计算出动态弹性模量、动态切变模量及动态泊松比。

 

试验设备

1量具

1.1 游标卡尺测量试样长度,最小分度不大于0.05mm

1.2 千分尺测量试样的直径或宽度、厚度,最小分度不大于0.002mm

1.3 天平称量试样质量,感量不大于0.001g

1.4 测温装置在不同温度下试验中用来测量试样的环境温度,用校准后的热电偶测量,测温装置的准确度应达到士0.5℃,其位置应接近试样中部,注意与试样的距离应不大于5mm,同时不要触及试样。


科准测控高温金属材料试验机:

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试样要求

1按设备条件、材料的密度及模量的估计值选择试样的尺寸。试样的最小质量由拾振系统的检测灵敏度决定,一般不小于5g;试样尺寸和质量的最大值由激励系统供给的能量和所允许的空间大小决定。

2推荐的试样长度为120mm180mm。对于圆杆、管,直(外)径为4mm8mm,长度约为直径的30倍;只检测弯曲共振频率时,直径可至2mm。对于矩形杆,厚度为1mm4mm,宽度为5mm10 mm

3试样材质均匀,平直;横向尺寸的轴向不均匀性应不大于0.7%;表面无缺陷,粗糙度Ra不大于1.6 μm,相对表面的平行度应在0.02mm以内。

4检测高温下圆杆、管试样的扭转共振频率时,若共振信号微弱,可采用哑铃状试样或以销钉固定悬丝的办法进行扭共振频率的相对测量。


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表一 基频弯曲共振圆杆、管的修正系数


计算方式

1室温动态杨氏模量

1.1圆杆的室温动态杨氏模量

将测得的试样的质量m、长度1、平均直径d、反复检测的弯振基频共振频率均值f,及修正系数T;代入式(11),即可求得动态杨氏模量Ea;修正系数T,可从表4查出

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1.2圆管的室温动态杨氏模量

将测得的试样质量m、长度I、管外径d;和内径d;的平均值、经反复检测的弯振基频共振频率均值f,及修正系数T;代入式(12),即可求得动态杨氏模量E;;修正系数T;可从表4中查出

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当以试样一次谐波的共振频率进行计算时,应遵照1.1条所述进行。

T'随泊松比μ呈显著变化时,应以叠代法完成E。值的最终计算,即先以初始的EG1)、G值求出μ1),据表4求出T1),进而求出E2),继求出p2),从而据表4求得T2)依次进行,至E。值无显著变化为止。


1.3 矩形杆的室温动态杨氏模量

将测得的试样质量m、长度l、平均厚度h、经反复检测的弯振基频共振频率值f;及修正系数T;代入式(13),即可算出动态杨氏模量E;;修正系数T

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2、室温动态切变模量

2.1 圆杆的动态切变模量

将测得的试样密度p、长度l、平均直径d、经反复检测的基频共振频率均值f1代入式(14),即可得动态切变模量Gd

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当模量GaGPa为单位时

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式中右端各物理量的含义与单位同式(14)。当密度未知时

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2.2 圆管的动态切变模量

如果密度已知,由式(15)可得到圆管的切变模量值。如果密度未知

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2.3 矩形杆的动态切变模量

当密度已知时,可得到动态切变模量。当模量以GPa为单位时

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当密度未知时,对于基频

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式中

R1——基频扭共振时矩形杆的形状因子,无量纲;

矩形杆的形状因子可由式(20)计算,式中n为振动级次

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变温过程中的弹性模量由式(21)计算

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5.3 动态泊松比

任一温度下试样的动态泊松比由同一温度下的动态杨氏模量、动态切变模量值确定

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亦可由测得的试样同一温度下的弯曲与扭转的共振频率直接求得该温度下的动态泊松比。对于圆杆

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对于圆管

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对于矩形杆

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试验报告

试验报告一般应包括以下内容

1本国家标准编号及所采用的方法(静态法或动态法);100

2试样标识

3材料名称及相关信息;

4试样形状和尺寸;

5试验仪器相关信息;

6试验温度

7所测性能结果。

 

动态法的试验报告还应包括以下内容

1试样的制备方法及表面状况,如果材料是各向异性的,则应列出试样取样方向;

2所采用的试验方法的特征;

3测试过程中的干扰情况等;

4精度估算。

 

以上就是金属材料的弹性模量和泊松比(动态法)试验原理、技术参数、试验要求、计算方式以及试验报告的介绍了。关于金属材料拉伸试验机、扭转试验机、弯曲试验机、冲击试验机、疲劳试验机如果你还有其它想了解的,欢迎给我们私信或留言,【科准测控】会持续给大家更新拉力试验机相关知识!