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【弹性模量】弹性模量测定的意义?影响弹性模量的因素?

作者:LIGAO来源:力高检测仪器发布日期:2015-03-27 16:31:38

材料在弹性变形阶段,其应力和应变成正比例关系(即符合胡克定律),其比例系数称为弹性模量。

弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标,其值越大,使材料发生一定弹性变形的应力也越大,即材料刚度也越大,亦即在一定应力作用下,发生弹性变形越小。弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。他所反应材料抵抗弹性变形能力的指标,相当于普通弹簧中的刚度。试验机等检测设备的工作原理就是利用弹簧的拉伸压缩性能产生位移进一步来测定试样的拉伸压缩等的性能。可见弹性模量的测定在试验设备当中有着重要意义。

对试验检测设备弹性模量的影响因素有很多。例如:仪器的位移精度、力传感器的精度、引伸计的精度、夹具的夹持打滑影响、样品的放置是否垂直、样品制作是否合乎要求(例如塑料样条经过注塑制作,是否受热不均;金属样条制作是否经过高温打磨等),对于这些因素,总结来说就是仪器的相关配件的质量问题方面,力传感器,引伸计等我们只要在选购时选择精度高一点的就可以了,但是对于夹具。特别是非标夹具,夹具通常都是根据试样来进行特殊定做的,这个影响是不如忽略的,那么夹具的施力不均匀会对弹性模量到底有什么不可忽略的影响呢?

通过多个方向分别装卡引伸计测定低碳钢和硬铝的弹性模量,通过拉伸试验,以台阶夹具为例进行验证。

首先在试样前后左右四个方向分别一次装引伸计,用试验机系统的程序进行控制进行试验,分别设置三组数据:设定等速位移为2.00mm/min,试验力15000kn;设定等速位移为2.00mm/min,试验力5000kn;设定等速位移为2.00mm/min,试验力17000kn。测试结果如下:


表1


表2

从数据可以看出,前后方向装卡引伸计时测试结果差异较大,而左右装卡结果较相近,并且前后的平均值与左右的平均值基本想等。从曲线叠加图分析,曲线起始阶段有向两侧弯的现象,而而试验采用WYU5/50引伸计属于单边测量变形的引伸计,单边引伸计测试样的轴向变开垦容易受载荷偏心的影响,就会造成F-L曲线初始段有微变现象,主要因为试样前后两侧受力不均匀,导致导致试样拉伸时产生附加弯矩,从而影响测试结果。

测试结果表明:在拉力相等,正应力相同的情况下,若试样受力无偏心,则引伸计在不同方向伸长量应相等;若试样受力有偏心现象,则附加弯矩产生。由于试验受偏心载荷引起附加弯矩在试验初期(4KN以内)试样的一侧会出现受压,变形为负伸长,而试样的另一侧会受拉,变形为正伸长,叠加在原有拉伸变形上就产生了前后变形量差异较大的现象。


图1


图2 试样前后变形差异

而台阶家具由前后两个台阶箱体铰联而成,其中后台阶箱体与施力轴相连,而试验力是通过台阶肩座传递给试样的,开始很短时间内试验力只作用于后半个夹具体,而前半个夹具体通过铰接连片受后半个夹具体牵引。导致试样前后受力不均匀。引伸计安装在左右两侧时,位置刚好与台阶箱体及台阶肩座平行,对两个台阶箱体及台阶肩座产生的偏心附加弯矩影响不大,所以差异较小,测试结果接近平均值。