弹性模量和泊松比的测定实验
二) 、弹性模量和泊松比的测定实验
弹性模量和泊松比的测定实验大纲
1. 通过材料弹性模量和泊松比的测定实验,使学生掌握测定材料变形的基本方法,学会拟定实验加载方案,验证虎克定律。
2. 机测材料 的弹性模量,使学生学会用引伸计 (球铰式引伸计)测量试样的变形,并通过实验加强实验中的协作及配合精神。主要设备:材料试验机;主要耗材:低碳钢拉伸弹性模量试样,每次实验1根。
3. 电测材料的弹性模量和泊松比,使学生学会用电阻应变计和电阻应变仪测量材料的变形。主要设备:材料试验机或多功能电测实验装置;主要耗材:低碳钢拉伸弹性模量试样,每次实验1根。
拉伸弹性模量(E)及泊松比(?)的测定指导书
一、实验目的
1 、用电测法测量低碳钢的弹性模量 E 和泊 松比 ?
2 、在弹性范围内验证虎克定律
二、实验设备
1 、多功能电测实验装置。
2 、智能全数字式静态应变仪
3 、游标卡尺
三、实验原理和方法
测定材料的弹性模量 E ,通常采用比例极限内的拉伸试验,材料在比例极限内服从虎克定律,其关系式为 :
( 3-12 )
由此可得
( 3-13 )
式中: E :弹性模量
P :载荷
S0 :试样的截面积
ε: 应变
Δ P 和Δε分别为载荷和应变 的增量。
由公式( 3 - 13 )即可算出弹性模量 E 。
实验方法如图 3 - 9 所示,采用矩形截面的拉伸试件,在试件上沿轴向和垂直于轴向的两面 各贴两片 电阻应变计,可以用半桥和 全桥两种方式进行实验。
1 ) 、半桥接法:把试件两面 各粘贴的沿轴向(或垂直于轴向)的两片电阻应变计(简称工作片)的两 端分别接在应变仪的 A 、 B 接线端上,温度补偿片接到应变仪的 B 、 C 接线端上,然后给试件缓慢加载,通过电阻应变仪即可测出对应载荷下的轴向应变值
横向应变值 (或 )。再将实际测得的值代入( 3-13 )式中,即可求得弹性模量 E 之值。 2 ) 、全桥接法:把两片轴向(或两片垂直于轴向)的工作片和两片温度补偿片按图 3 - 9中( a)( 或( b)) 的接法接入应变仪的 A 、 B 、 C 、 D 接线柱中,然后给试件缓慢加
载,通过电 阻应变仪即可测出对应载荷下的轴向应变值 (或垂直于轴向 ),
)因为应变仪所显示的应变是两片应变计的应变之和 ,所以试件轴向(或垂直于轴向
的应变是应变仪所显示值的一半,即
( 3-14 )
将所测得的ε值代入( 3-13 )式中,即可求得弹性模量 E 之值。
在实验中,为了尽可能减少测量误差,一般采用等增量加载法,逐级加载,分别测得各相同载荷增量 △P 作用下产生的应变增量 △ ε,并求出 △ ε的平均值,这样由( 3-13 )式可以 写成
( 3-15 )
式中, 为实验中轴向应变增量的平均值。这就是等量加载法测 E 的计算公式。
图 3-9 测定 的贴片及接线方案
等量加载法可以验证力与变形间的线性关系。若各级 载荷的增量 △P 均相等,相应的由应变仪读出的应变增量 △ ε也应大致相等,这就验证了虎克定律。
测定泊 松比 ? 值。受拉试件 的轴向伸长,必然引起横向收缩。在弹性范围内,横向线应变ε横和轴向应变ε轴的比值为一常数,其比值的绝对值即为材料的泊 松比,通常用 ? 表示。
( 3-16 )
四、实验步骤
1 、测量试件的尺寸,将试件两面沿纵向和横向各贴一片 电阻应变计的 试件安装在多功能电测实验装置上。
2 、根据采用半桥或 全桥的测试方式,相应地把要测的电阻应变计和 温度补偿片接在智能全数字式静态应变仪的 A 、 B 、 C 、 D 接线柱上。
3 、打开智能全数字式静态应变仪电源,预热五分钟,设定好参数。
4 、实验采用手动加载,先对试件预加初载荷 100N 左右,用以消除连接间隙等初始因素的影响,按下应变仪面板上的“测量”按钮(调零),然后分级递增相等的载荷 △P = 20N ,分 5 级进行实验加载,从 0 荷载开始,依次按 20N 、 40N 、 60N 、 80N 、 100N 进行加载,记录下每级加载后应变仪上相应的读数。
实验至少进行两次,取线性较好的一组作为本次实验的数据。
五、实验结果处理
根据实验数据,分别算出算术平均值,再由式 ( 3-15 )和式( 3-16 )算出相应的弹性模量和泊松比值。