如何测量材料的弹性模量和泊松比
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发布时间:2022-04-29 21:39
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热心网友
时间:2022-05-13 12:24
主要的方法有 试验机应力应变曲线拉伸法(用的最广泛,但精确度最低),纳米压痕法(结果只代表表面测试点),超声回波法(精度稍高些,只适用于大体积各向同性材料),超声共振法(可以测量各向异性材料,有限尺寸材料,精度最高。但是要求材料样品要规则几何形状,有设备RUSpec可以做),激光超声表面波法(适合微纳米薄膜材料,设备SAWSpec)
热心网友
时间:2022-05-13 13:42
1 国外标准概括
国内外耐火行业弹性模量测试方法有DIN EN ISO 12680-1、ASTM C 885、ASTM C 1548-2、ASTM C 1419。标准中制定的均为耐火材料常温测试方法,还没对其高温弹性模量测试方法做具体说明。
目前国际上已经制定的弹性模量标准均采用动态法。据有关方透露,静态法测试杨氏模量标准也在准备中。
1.1 动态法
动态法测试主要分为脉冲激振法、声频共振法、声速法。
脉冲激振法:结构原理见图1。通过合适的外力给定试样脉冲激振信号,当激振信号中的某一频率与试样的固有频率相一致时,产生共振,此时振幅最大,延时最长,这个波通过测试探针或测量话筒的传递转换成电讯号送入仪器,测出试样的固有频率,由公式 计算得出杨氏模量E。
图1 弹性模量测试结构原理图(脉冲激振法)
特点:--- 国际通用的一种常温测试方法,如ISO 12680-1、ASTM C 1548;
--- 信号激发、接收结构简单,测试测试准确;
--- 信号激发、接收均采用非接触式,便于实现高温测试;
--- 频谱分析得试样固有频率,准确、直观。
声频共振法:结构原理见图2。指有声频发生器发送声频电信号,由换能器转换为振动信号驱动试样,再由换能器接收并转换为电信号,分析此信号与发生器信号在示波器上形成的图形,得出试样的固有频率f,由公式 E=C1•w•f2 得出试样的杨氏模量。
图2 弹性模量测试结构原理图(声频共振法)
特点: --- 采用标准ASTM C 885 Standard Test Method for Young’s Molus of Refractory Shapes by Sonic Resonance
--- 声频发生器、放大器等组成激发器;
--- 换能器接收信号,示波器显示信号;
--- 李萨如图形判断试样固有频率。
缺点: --- 激发器结构复杂,必要时激发器需要与试样表面耦合,操作不方便;
--- 示波器数据处理及显示单一;
--- 可能存在多个李萨如图形,易误判;
--- 该方法不方便用于高温测试。
声速法:其结构原理见图3、4。由信号发生器给出超声信号,测试信号在试样中的传播时间,得出该信号在试样中的传播速度ν,由公式E=ρ•ν2计算得试样杨氏模量。
图3 声速法测试结构原理图 图4 声速测定原理图
特点: --- 采用标准ASTM C 1419 Standard Test Method for Sonic Velocity in Refractory Materials at Room Temperature And Its Use In Obtaining an Approximate Young’s Molus;
--- 超声波发生器及换能器组成激发系统;
--- 换能器转换信号;
--- 测试超声波在试样两平行面的传播时间差,计算声速。
缺点: --- 激发器结构复杂,必要时激发器需要与试样表面耦合,操作不方便;
--- 时间差的信号处理点容易引入误差,只能得出近似杨氏模量;
--- 该方法不方便用于高温测试。
1.2 静态法
静态法是指在试样上施加一恒定的弯曲应力,测定其弹性弯曲挠度,或是在试样上施加一恒定的拉伸(或压缩)应力,测定其弹性变形量;或根据应力和应变计算弹性模量。
特点: --- 国内采用的方法,国内外耐火行业目前还没制定相应的标准;
--- 获得材料的真实变形量 应力---应变曲线。
缺点:试样用量大;准确度低;不能重复测定。
1.3 小结
--- 国际上仅制定了常温动态弹性模量测试方法;
--- 脉冲激振法可同时用于常温、高温弹性模量测试,其它标准均不易实现高温条件;
--- 脉冲激振法结构较为简单,测试准确,更适于标准制定;
--- 静态法可用于常温、高温杨氏模量测试,但目前还没有相关标准;
--- 标准中仅简单提示可用于高温情况下的测量,但没有详细说明。