材料弹性常数E、

材料弹性常数Eμ的测定——电测法测定弹性模量E和泊松比μ材料的弹性常数是描述材料在受力作用下的变形性能的指标，常用的弹性常数有弹性模量E和泊松比μ。

弹性模量E是材料受力后单位应力引起的单位变形量，而泊松比μ是指材料沿一个方向的单位变形引起的另一个方向单位变形的比值。

在实际工程中，需要准确测定材料的弹性常数，以便设计和计算工程结构的变形和应力分布。

其中，弹性模量E的测定是相对简单和常用的，主要有拉伸试验、压缩试验和弯曲试验等方法。

而泊松比μ则需要通过更复杂的测试方法进行测定。

本文主要介绍电测法测定材料的弹性模量E和泊松比μ的原理和应用。

一、电测法测定弹性模量E电测法是通过测量材料受力后的电阻变化来间接计算材料的弹性模量。

根据导体的电阻与其长度、横截面积和电阻率之间的关系，当材料受到力作用后，其长度和横截面积都会发生变化，从而导致电阻发生变化。

由此可以利用电阻与长度和横截面积的关系，计算出材料的弹性模量。

电测法测定弹性模量E的步骤如下：1.制备测量样品：首先制备出符合测量要求的样品，通常为长条形状，并且长度和横截面积要容易测量。

2.安装测量装置：将样品安装在测量装置上，一般采用四点法或截面法进行测量。

在四点法中，两对电极分别用来传输电流和测量电压。

在截面法中，材料上有两组电极，用来传输电流和测量电压。

3.施加载荷：施加拉力或压力载荷到样品上，使其发生变形。

4.记录电阻变化：通过测量电阻的变化，可以得到材料受力后的长度变化。

5.计算弹性模量E：利用导线的电阻与线长、横截面积和电阻率的关系，结合样品的长度变化，可以计算出材料的弹性模量。

电测法测定弹性模量E的优点是测量简便、快速，对试样的要求相对较低，可以测量各种类型的材料。

但是该方法的准确性受到试样的尺寸和形状的限制，并且测量结果受到试样固定约束的影响。

二、电测法测定泊松比μ泊松比μ描述了材料在沿一个方向的拉伸或压缩应力下，垂直于该方向的单位变形的比值。

1、（中）材料的三个弹性常数是什么？它们有何关系？材料的三个弹性常数是弹性模量E，剪切弹性模量G和泊松比μ，它们的关系是G=E/2(1+μ)。

2、何谓挠度、转角？挠度：横截面形心在垂直于梁轴线方向上的线位移。

转角：横截面绕其中性轴旋转的角位移。

3、强度理论分哪两类？最大应切力理论属于哪一类强度理论？Ⅰ.研究脆性断裂力学因素的第一类强度理论，其中包括最大拉应力理论和最大伸长线应变理论；Ⅱ. 研究塑性屈服力学因素的第二类强度理论，其中包括最大切应力理论和形状改变能密度理论。

4、何谓变形固体？在材料力学中对变形固体有哪些基本假设？在外力作用下，会产生变形的固体材料称为变形固体。

变形固体有多种多样，其组成和性质是复杂的。

对于用变形固体材料做成的构件进行强度、刚度和稳定性计算时，为了使问题得到简化，常略去一些次要的性质，而保留其主要性质。

根据其主要的性质对变形固体材料作出下列假设。

1.均匀连续假设。

2.各向同性假设。

3.小变形假设。

5、为了保证机器或结构物正常地工作，每个构件都有哪些性能要求？强度要求、刚度要求和稳定性要求。

6、用叠加法求梁的位移，应具备什么条件？用叠加法计算梁的位移，其限制条件是，梁在荷载作用下产生的变形是微小的，且材料在线弹性范围内工作。

具备了这两个条件后，梁的位移与荷载成线性关系，因此梁上每个荷载引起的位移将不受其他荷载的影响。

7、列举静定梁的基本形式？简支梁、外伸梁、悬臂梁。

8、列举减小压杆柔度的措施？（1）加强杆端约束（2）减小压杆长度，如在中间增设支座（3）选择合理的截面形状，在截面面积一定时，尽可能使用那些惯性矩大的截面。

9、欧拉公式的适用范围？只适用于压杆处于弹性变形范围，且压杆的柔度应满足：λ≥λ1= 10、列举图示情况下挤压破坏的结果？一种是钢板的圆孔局部发生塑性变形，圆孔被拉长；另一种是铆钉产生局部变形，铆钉的侧面被压扁。

11、简述疲劳破坏的特征？（1）构件的最大应力在远小于静应力的强度极限时，就可能发生破坏；（2）即使是塑性材料，在没有显著的塑性变形下就可能发生突变的断裂破坏；（3）断口明显地呈现两具区域：光滑区和粗糙区。

北京航空航天大学、材料力学、实验报告实验名称：材料弹性常数E 、μ的测定——电测法测定弹性模量E 和泊松比μ学号姓名实验时间：2010年11月17日 试件编号试验机编号 计算机编号 应变仪编号百分表编号成绩实验地点：主楼南翼116室12 11 11 11 11教师年 月 日一、实验目的1. 测量金属材料的弹性模量E 和泊松比μ；2. 验证单向受力虎克定律；3. 学习电测法的基本原理和电阻应变仪的基本操作。

二、实验仪器和设备1. 微机控制电子万能试验机；2. 电阻应变仪；3. 游标卡尺。

三、试件中碳钢矩形截面试件，名义尺寸为b ⨯t = (30⨯7.5)mm 2。

材料的屈服极限MPa s 360=σ。

四、实验原理和方法1、实验原理材料在比例极限内服从虎克定律，在单向受力状态下，应力与应变成正比：εσE = （1）上式中的比例系数E 称为材料的弹性模量。

由以上关系，可以得到：PE A σεε== （2）材料在比例极限内，横向应变ε'与纵向应变ε之比的绝对值为一常数：εεμ'=（3） 上式中的常数μ称为材料的横向变形系数或泊松比。

本实验采用增量法，即逐级加载，分别测量在各相同载荷增量∆P 作用下，产生的应变增量∆εi 。

于是式（2）和式（3）分别写为：ii A PE ε∆∆=0 （4） ii i εεμ∆'∆= （5）根据每级载荷得到的E i 和μi ，求平均值：n E E ni i∑==1（6）nni i∑==1μμ （7）以上即为实验所得材料的弹性模量和泊松比。

上式中n 为加载级数。

2、实验方法2.1电测法电测法基本原理：电测法是以电阻应变片为传感器，通过测量应变片电阻的改变量来确定构件应变，并进一步利用胡克定律或广义胡克定律确定相应的应力的实验方法。

试验时，将应变片粘贴在构件表面需测应变的部位，并使应变片的纵向沿需测应变的方向。

当构件该处沿应变片纵向发生正应变时，应变片也产生同样的变形。

弹性模量计算公式弹性模量，也被称为弹性常数或杨氏模量，用E表示，是描述材料弹性特性的一个参数。

其计算公式如下：E=(F/A)/(ΔL/L)其中，E为弹性模量，F为施加在材料上的力，A为材料的横截面积，ΔL为材料在力作用下变形的长度，L为材料的初始长度。

这个公式是由英国科学家杨恩发现的，用于计算线弹性范围内的材料应力与应变之间的关系。

弹性模量可以用来评估材料的刚性和弹性，是设计工程中重要的参数。

在实际应用中，弹性模量的单位通常是帕斯卡（Pa）或兆帕斯卡（MPa）。

弹性模量的计算公式基于胡克定律，即力和位移之间的线性关系。

胡克定律表明，在小应力下，材料的应变是与施加在它上面的力成正比的。

通过弹性模量的计算公式，我们可以计算材料在承受外力时的弹性变形情况。

这对于设计和工程应用非常重要，例如在建筑结构中确定材料的强度和稳定性、材料选择以及计算材料的变形和应力分布等。

弹性模量在实际应用中具有广泛的用途。

例如，在材料工程中，杨氏模量常用来评估不同材料的刚性和强度，从而指导材料的选择和设计。

在制造业中，弹性模量的准确测量和控制是确保产品质量和性能的重要指标之一、在地震工程中，弹性模量被用来计算建筑结构的稳定性和耐震性能。

此外，弹性模量还可以通过其他参数来计算，例如剪切模量（G）和泊松比（ν）。

剪切模量是描述材料抗剪切变形能力的参数，计算公式为：G=(F/A)/(Δx/h)其中，G为剪切模量，F为施加在材料上的剪切力，A为材料的剪切截面积，Δx为材料在剪切力作用下变形的长度，h为材料的厚度。

泊松比是描述材料在拉伸或压缩时横向变形与纵向变形的比值，计算公式为：ν=-(ΔW/W)/(ΔL/L)其中，ν为泊松比，ΔW为材料在力作用下横向变形的宽度变化，W 为材料的初始宽度。

这些公式提供了不同角度下计算材料性能的方法，使得弹性模量可以从不同角度进行评估和应用。

总之，弹性模量的计算公式是E=(F/A)/(ΔL/L)，它是描述材料弹性特性的一个重要参数。

材料的弹性模量
弹性模量，又称弹性常数、线弹性系数或弹性系数，是一种力学参数，它表示了物体
对力作用时变形量和应力大小之间的相关关系，可以用来衡量两种或多种材料之间的弹性
特性和刚度，通常以牛顿每米（N / m2）为单位。

弹性模量是描述物体弹性特性和刚度的重要物理参数，它可以了解物质的无损力学性
能和破坏的机械性能。

它的公式表达为：
E=\frac{\sigma}{\varepsilon}，
其中E代表弹性模量；σ（sigma）是应力；δ（delta）是应变。

弹性模量有三种：竖直弹性模量（E1）、侧向弹性模量（E2）和横向弹性模量（E3），它们反映物体在竖直抗压、侧向抗拉或压缩、以及横向抗弯方面的弹性性能，因此，它们
可以用来比较不同材料的刚度和弹性。

不同材料的弹性模量具有不同的值，对它们的估计和测定也有不同的方法。

例如，金
属材料的弹性模量一般通过静态加载实验定值，木质材料的弹性模量可以通过动态法和静
力学加载法定值，而橡胶材料的弹性模量则可以通过热疲劳法定值。

弹性模量对于材料工程学家而言，是材料设计中重要而有用的参数，它可以帮助他们
更准确地预测材料在受到不同外力作用时，所发生的应变和强度变化，从而改善部件的性
能和安全性。

实验名称：弹性常数E 、μ的测定一、实验目的1. 测量金属材料的弹性模量E 和泊松比μ；2. 验证单向受力胡克定律；3. 学习电测法的基本原理和电阻应变仪的基本操作。

二、实验仪器和设备1. 微机控制电子万能试验机；2. 电阻应变仪；3. 游标卡尺。

三、试件中碳钢矩形截面试件，名义尺寸为b ⨯t = (16⨯6)mm 2； 材料的屈服极限MPa s 360=σ。

四、实验原理和方法1、实验原理：材料在比例极限内服从虎克定律，在单向受力状态下，应力与应变成正比：εσE = （1）上式中的比例系数E 称为材料的弹性模量。

由以上关系，可以得到：PE A σεε==（2） 材料在比例极限内，横向应变ε'与纵向应变ε之比的绝对值为一常数：εεμ'=（3） 上式中的常数μ称为材料的横向变形系数或泊松比。

本实验采用增量法，即逐级加载，分别测量在各相同载荷增量∆P 作用下，产生的应变增量∆εi 。

于是式（2）和式（3）分别写为：ii A PE ε∆∆=0 （4） ii i εεμ∆'∆=（5） 根据每级载荷得到的E i 和μi ，求平均值：n E E ni i∑==1（6）nni i∑==1μμ （7）以上即为实验所得材料的弹性模量和泊松比。

上式中n 为加载级数。

2、实验方法（1）、电测法 电测法基本原理：电测法是以电阻应变片为传感器，通过测量应变片电阻的改变量来确定构件应变，并进一步利用胡克定律或广义胡克定律确定相应的应力的实验方法。

试验时，将应变片粘贴在构件表面需测应变的部位，并使应变片的纵向沿需测应变的方向。

当构件该处沿应变片纵向发生正应变时，应变片也产生同样的变形。

这时，敏感栅的电阻由初始值R 变为R+ΔR 。

在一定范围内，敏感栅的电阻变化率ΔR/R 与正应变ε成正比，即：Rk Rε∆= 上式中，比例常数k 为应变片的灵敏系数。

故只要测出敏感栅的电阻变化率，即可确定相应的应变。

电阻应变仪测点桥的原理： 电桥B 、D 端的输出电压为：14231234()()BD R R R R U U R R R R -∆=++当每一电阻分别改变1234,,,R R R R ∆∆∆∆时，B 、D 端的输出电压变为：1144223311223344()()()()()()R R R R R R R R U U R R R R R R R R +∆+∆-+∆+∆∆=+∆++∆+∆++∆略去高阶小量，上式可写为：3121242121234()()BD R R R R R R U UR R R R R R ∆∆∆∆∆=--++在测试时，一般四个电阻的初始值相等，则上式变为：31241234()4BD R R R R U U R R R R ∆∆∆∆∆=--+ 得到：1234()4BD kUU εεεε∆=--+ 如果将应变仪的读数按应变标定，则应变仪的读数为： 12344()BDU kUεεεεε∆==--+ 电阻应变仪的基本测量电路（2）、加载方法——增量法与重复加载法增量法可以验证力与变形之间的线性关系，若各级载荷增量ΔP 相同，相应的应变增量∆ε也应大致相等，这就验证了虎克定律，如右图所示。

材料的各种模量(转帖）lsy002010-03-10 16:14模量：模量”可以理解为是一种标准量或指标。

材料的“模量”一般前面要加说明语，如弹性模量、压缩模量、剪切模量、截面模量等。

这些都是与变形有关的一种指标。

杨氏模量(Young's Modulus)：杨氏模量就是弹性模量,这是材料力学里的一个概念。

对于线弹性材料有公式σ(正应力)＝Eε(正应变)成立，式中σ为正应力，ε为正应变，E为弹性模量，是与材料有关的常数，与材料本身的性质有关。

杨（ThomasYoung1773～1829）在材料力学方面，研究了剪形变，认为剪应力是一种弹性形变。

1807年，提出弹性模量的定义，为此后人称弹性模量为杨氏模量。

(有点类似虎克定律^_^)弹性模量（Elastic Modulus）E：弹性模量E是指材料在弹性变形范围内(即在比例极限内)，作用于材料上的纵向应力与纵向应变的比例常数。

也常指材料所受应力如拉伸，压缩，弯曲，扭曲，剪切等）与材料产生的相应应变之比。

弹性模量是表征晶体中原子间结合力强弱的物理量，故是组织结构不敏感参数。

在工程上，弹性模量则是材料刚度的度量，是物体变形难易程度的表征。

弹性模量E在比例极限内，应力与材料相应的应变之比。

对于有些材料在弹性范围内应力-应变曲线不符合直线关系的，则可根据需要可以取切线弹性模量、割线弹性模量等人为定义的办法来代替它的弹性模量值。

根据不同的受力情况，分别有相应的拉伸弹性模量modulus of elasticity for tension (杨氏模量)、剪切弹性模量shear modulus of elasticity (刚性模量)、体积弹性模量、压缩弹性模量等。

柔量J：一个弹性常数，它等于应变（或应变分量）对应力（或应力分量）之比。

对一个完善的弹性材料来说，它是弹性模量的倒数，即材料每单位应力的变形率。

常见的实验测定的柔量有拉伸柔量、剪切柔量、蠕变柔量等。

1、（中）材料的三个弹性常数是什么？它们有何关系？材料的三个弹性常数是弹性模量E，剪切弹性模量G和泊松比μ，它们的关系是G=E/2(1+μ)。

2、何谓挠度、转角？挠度：横截面形心在垂直于梁轴线方向上的线位移。

转角：横截面绕其中性轴旋转的角位移。

3、强度理论分哪两类？最大应切力理论属于哪一类强度理论？Ⅰ.研究脆性断裂力学因素的第一类强度理论，其中包括最大拉应力理论和最大伸长线应变理论；Ⅱ.研究塑性屈服力学因素的第二类强度理论，其中包括最大切应力理论和形状改变能密度理论。

4、何谓变形固体？在材料力学中对变形固体有哪些基本假设？在外力作用下，会产生变形的固体材料称为变形固体。

变形固体有多种多样，其组成和性质是复杂的。

对于用变形固体材料做成的构件进行强度、刚度和稳定性计算时，为了使问题得到简化，常略去一些次要的性质，而保留其主要性质。

根据其主要的性质对变形固体材料作出下列假设。

1.均匀连续假设。

2.各向同性假设。

3.小变形假设。

5、为了保证机器或结构物正常地工作，每个构件都有哪些性能要求？强度要求、刚度要求和稳定性要求。

6、用叠加法求梁的位移，应具备什么条件？用叠加法计算梁的位移，其限制条件是，梁在荷载作用下产生的变形是微小的，且材料在线弹性范围内工作。

具备了这两个条件后，梁的位移与荷载成线性关系，因此梁上每个荷载引起的位移将不受其他荷载的影响。

7、列举静定梁的基本形式？简支梁、外伸梁、悬臂梁。

8、列举减小压杆柔度的措施？（1）加强杆端约束（2）减小压杆长度，如在中间增设支座（3）选择合理的截面形状，在截面面积一定时，尽可能使用那些惯性矩大的截面。

9、欧拉公式的适用范围？只适用于压杆处于弹性变形范围，且压杆的柔度应满足：λ≥λ1=10、列举图示情况下挤压破坏的结果？一种是钢板的圆孔局部发生塑性变形，圆孔被拉长；另一种是铆钉产生局部变形，铆钉的侧面被压扁。

11、简述疲劳破坏的特征？（1）构件的最大应力在远小于静应力的强度极限时，就可能发生破坏；（2）即使是塑性材料，在没有显著的塑性变形下就可能发生突变的断裂破坏；（3）断口明显地呈现两具区域：光滑区和粗糙区。

胡克定律在弹性限度内物体的形变跟引起形变的外力成正比胡克定律是力学基本定律之一。

适用于一切固体材料的弹性定律，它指出:在弹性限度内，物体的形变跟引起形变的外力成正比。

这个定律是英国科学家胡克发现的，所以叫做胡克定律。

表达式胡克定律的表达式为F=-kx或△F=-kΔx，其中k是常数，是物体的劲度(倔强)系数。

在国际单位制中，F的单位是牛，x的单位是米，它是形变量(弹性形变)，k的单位是牛/米。

倔强系数在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时的弹力。

弹性定律是胡克最重要的发现之一，也是力学最重要基本定律之一。

在现代，仍然是物理学的重要基本理论。

胡克的弹性定律指出:弹簧在发生弹性形变时，弹簧的弹力Ff和弹簧的伸长量(或压缩量)x成正比，即F=-kx。

k 是物质的弹性系数，它由材料的性质所决定，负号表示弹簧所产生的弹力与其伸长(或压缩)的方向相反。

为了证实这一定律，胡克还做了大量实验，制作了各种材料构成的各种形状的弹性体。

历史证明Hookelaw材料力学和弹性力学的基本规律之一。

由R.胡克于1678年提出而得名。

胡克定律的内容为:在材料的线弹性范围内，固体的单向拉伸变形与所受的外力成正比;也可表述为:在应力低于比例极限的情况下，固体中的应力ζ与应变ε成正比，即ζ=Εε，式中E为常数，称为弹性模量或杨氏模量。

把胡克定律推广应用于三向应力和应变状态，则可得到广义胡克定律。

胡克定律为弹性力学的发展奠定了基础。

各向同性材料的广义胡克定律有两种常用的数学形式:ζ11=λ(ε11+ε22+ε33)+2Gε11，ζ23=2Gε23，ζ22=λ(ε11+ε22+ε33)+2Gε22，ζ31=2Gε31，(1)ζ33=λ(ε11+ε22+ε33)+2Gε33，ζ12=2G ε12，及式中ζij为应力分量;εij为应变分量(i，j=1，2，3);λ和G为拉梅常量，G又称剪切模量;E为弹性模量(或杨氏模量);v为泊松比。

λ、G、E和v之间存在下列联系:式(1)适用于已知应变求应力的问题，式(2)适用于已知应力求应变的问题。