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测定材料弹性模量实验

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测定材料弹性模量实验

    一、 实验目的
    1、验证单向拉伸时的虎克定律并测定低碳钢的弹性模量E和泊松比μ。
    2、了解电测法的基本原理，学习电阻应变仪的操作。
    二、实验设备
    1、万能材料实验机
    2、CM—1C型型数字静态应变仪
    3、游标卡尺
    三、测试原理及装置
    测定钢材弹性常数时，一般采用在比例极限内的拉伸试验。本实验采用低碳钢矩形截面试件，试件形状如图3—1所示，截面名义尺寸为10mm×50mm；材料屈服极限σs=235.2MPa测试原理如下：

    钢材在比例极限内服从虎克定律，其表达式为：
                                   （1）
     或
                           （2）
     又由泊松比定义知：
                                   （3）
    给定试件的几何尺寸，在试件中线中部的两面，分别贴上两片纵向和两片横向电阻应变片，如图3—1所示。将应变片的引出线接于电阻应变仪（参见附录）。当试件受一定的拉伸载荷P而变形时，便可由电阻应变仪测得试件纵向应变ε及横向应变ε’，即可由（2）、（3）式计算出E、μ值。
    为了验证虎克定律，同时消除测量中可能可能的误差，加载方式采取等量增值法。即将欲加的最终载荷分成若干等份，逐级加载来测量试件的应变。实验时，每增加载荷，就由电阻应变仪读数一次，得到相应的纵向应变和横向应变的增量、，则（2）、    （3）式可改写为
             (i=1,2,3 … n)      （4）
                (i=1,2,3 … n)      （5）
    这就是用增量法测量的计算公式，当各次加载所对应的纵向应变基本相等时，说明力与变形之间是线性关系，由此验证虎克定律。

    四、试验步骤
    1.测取试件尺寸并记录在表3—1中。
    2.接线。依次将纵向和横向电阻应变片的引出线接在仪器的接线柱上，温度补偿片接在仪器的接线住上、（半桥测量的联接）。
    3.把功能选择开关置于较准位置，根据长值确定表头读数，表头具体读数按1000/K式计算。
    4.把功能选择开关置于较准位置，前面板通道选择的10点与前面板10各平衡电位器一一对应，并且与后面板的10个接线柱一一对应，调节平衡电位器，使各个点的表头读数为零。
    5.加载荷后，可通过测量点转换开关的转动来读取并记录数字面板的读数测量点指示由红色（绿色）灯泡对应测量点示数和旋钮指示共同表示。
    6.拟定加载方案。拟定是一般遵循下列原则：
    （1）据截面计算最大载荷值，并使不超过比例极限。一般低碳钢取为。
    （2）定初载荷，根据国家标准，可按所用测量读盘量程的10%选取。
    （3）至少应有4—5级加载，每级加载量应为使应变仪读数有明显变化。
    7．上述过程中指导教师检查后可加载进行正式试验：开动试验机，慢速加载之，从电阻应变仪读出个点初读数，记下值。然后缓慢逐级加载。每增加载荷，对个测点记录一次读数，直到加至终载荷值。实验过程中，应随时将各点先后两次读数之差计算出来，以检查和是否成线性关系。若某个读数差与其他各次之值相差较多时，则需重做实验。
    上述测试过程重复三次
    8．试验完毕后请教师检查实验记录，然后关闭电源，卸载，拆线。
    五、实验结果记录格式及数据处理
    1.读数纪录表格
试件尺寸  表3-1

平均横截面面积
横截面Ⅰ

横截面Ⅱ

横截面Ⅲ

平均值

实验记录       表3-2
测试次数
载荷值
纵向应变值
横向应变值
读数
读数差
读数
读数差
1
P1

P2

P3

P4

2
P1

P2

P3

P4

3
P1

P2

P3

P4

    2．数据处理及计算表格
    取三次实验数据中最好的一组，由公式（4）计算每次载荷增量对应的弹性模量
        （i=1,2,…n）      
    再按算术平均值     (i=1,2,….n)        （6）
    计算柏松比的实验结果                 （7）

    计算表格形式如下：
计 算 表 格               表3-3

kN

kN
Δεi
(με)

（MPa）

（με）

n＝

    六．讨论题
　　１．为什么要确定初载于最大载荷范围？　
　　２．为什么采用等量增量法分级加载？

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