金屬的彈性模量運(yùn)用拉伸法測(cè)量的原理

zui簡(jiǎn)單的形變是線狀或棒狀物體受到長(zhǎng)度方向上的拉力作用，發(fā)生長(zhǎng)度伸長(zhǎng)。設(shè)金屬絲(或桿)的原長(zhǎng)為L(zhǎng)，橫截面積為S，在彈性限度內(nèi)的拉力F作用下，伸長(zhǎng)了L。比值F/S為金屬絲單位橫截面積上所受的力，叫做脅強(qiáng)(或應(yīng)力)，相對(duì)伸長(zhǎng)量 L/L叫脅變(或應(yīng)變)。據(jù)虎克定律，脅強(qiáng)和脅變成正比，即： (1) 比例系數(shù)： (2) E叫做物體的彈性模量(或稱楊氏模量)。E的大小與物體的粗細(xì)、長(zhǎng)短等形狀無(wú)關(guān)，只決定于材料的性質(zhì)，它是表示各種固體材料抗拒形變能力的重要物理量，是各種機(jī)械設(shè)計(jì)和工程技術(shù)選擇構(gòu)件用材必須考慮的重要力學(xué)參量。 任何固體在外力作用下都會(huì)改變固體原來(lái)的形狀大小，這種現(xiàn)象叫做形變。一定限度以內(nèi)的外力撤除之后，物體能*恢復(fù)原狀的形變，叫彈性形變。 楊氏彈性模量的測(cè)量方法有靜態(tài)測(cè)量法、共振法、脈沖傳輸法等，其中以共振法和脈沖法測(cè)量精度較高。楊氏彈性模量的靜態(tài)測(cè)量法就是在物體加載以后，測(cè)出物體的應(yīng)力和應(yīng)變，根據(jù)一定的計(jì)算式得到E值，主要有拉伸法、梁彎曲法等。 用力F作用在一立方形物體的上面，并使其下面固定(如圖一)，物體將發(fā)生形變成為斜的平行六面體，這種形變稱為切變，出現(xiàn)切變后，距底面不同距離處的形變不同(AA'>BB')，而相對(duì)形變則相等,即 (6-3) 式中 稱為切變角，當(dāng) 值較小時(shí)，可用 代替 ，實(shí)驗(yàn)表明，一定限度內(nèi)切變角 與切應(yīng)力 成正比，此處S為立方體平行于底的截面積，現(xiàn)以符號(hào) 表示切應(yīng)力 ，則 (6-4) 比例系數(shù)G稱切變模量。 測(cè)量切變模量的方法有靜態(tài)扭轉(zhuǎn)法、擺動(dòng)法。 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1． 掌握測(cè)量固體楊氏彈性模量的一種方法。 2． 掌握測(cè)量微小伸長(zhǎng)量的光杠桿法原理和儀器的調(diào)節(jié)使用。 3． 學(xué)會(huì)一種數(shù)據(jù)處理方法——逐差法。 實(shí)驗(yàn)儀器 楊氏模量?jī)x、尺讀望遠(yuǎn)鏡、光杠桿、水準(zhǔn)儀、千分尺、游標(biāo)卡尺(精度0.02mm)及1kg砝碼9個(gè)。 實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)裝置如圖1所示。其中尺讀望遠(yuǎn)鏡由望遠(yuǎn)鏡和標(biāo)尺架組成，望遠(yuǎn)鏡的仰角可由仰角螺釘調(diào)節(jié)，望遠(yuǎn)鏡的目鏡可以調(diào)節(jié)，還配有調(diào)焦手輪。楊氏模量?jī)x是一個(gè)較大的三腳架，裝有兩根平行的立柱，立柱上部橫梁中央可以固定金屬絲，立柱下部架有一個(gè)小平臺(tái)，用于架設(shè)光杠桿。小平臺(tái)的位置高低可沿立柱升降、調(diào)節(jié)、固定。三腳架的三個(gè)腳上配有三個(gè)螺絲，用于調(diào)節(jié)小平臺(tái)水平。 光杠桿如圖2所示，將一個(gè)小反射鏡裝在一個(gè)三腳架上，前兩腳和鏡子同面，后腳(或叫主桿、主腳)垂直鏡架，其長(zhǎng)度a可以調(diào)節(jié)。