北京理工大学科技成果——超声弹性模量测量仪

弹性模量的测量实验报告一、实验目的1、掌握测量弹性模量的基本原理和方法。

2、学会使用相关实验仪器，如拉伸试验机等。

3、加深对材料力学性能的理解，培养实验操作能力和数据处理能力。

二、实验原理弹性模量是描述材料在弹性变形阶段应力与应变关系的比例常数，通常用 E 表示。

对于一根长度为 L、横截面积为 S 的均匀直杆，在受到轴向拉力 F 作用时，其伸长量为ΔL。

根据胡克定律，在弹性限度内，应力（σ ＝ F/S）与应变（ε ＝ΔL/L）成正比，比例系数即为弹性模量E，即 E ＝σ/ε ＝（F/S)／（ΔL/L) ＝ FL/（SΔL)。

在本实验中，通过测量施加的拉力 F、试件的初始长度 L、横截面积 S 和伸长量ΔL，即可计算出弹性模量 E。

三、实验仪器1、拉伸试验机：用于施加拉力并测量力的大小。

2、游标卡尺：测量试件的直径，以计算横截面积。

3、钢尺：测量试件的长度。

四、实验材料选用圆柱形的金属试件，如钢材。

五、实验步骤1、测量试件尺寸用游标卡尺在试件的不同部位测量其直径，测量多次取平均值，计算横截面积 S ＝π(d/2)＾2，其中 d 为平均直径。

用钢尺测量试件的初始长度 L。

2、安装试件将试件安装在拉伸试验机的夹头上，确保试件与夹头同轴，且夹持牢固。

3、加载测量缓慢启动拉伸试验机，逐渐施加拉力 F，记录下不同拉力下试件的伸长量ΔL。

加载过程应均匀缓慢，避免冲击。

4、数据记录记录每次施加的拉力 F 和对应的伸长量ΔL，至少测量 5 组数据。

5、实验结束实验完成后，缓慢卸载拉力，取下试件。

六、实验数据处理1、计算应变根据测量得到的伸长量ΔL 和初始长度 L，计算应变ε ＝ΔL/L 。

2、计算应力由施加的拉力 F 和横截面积 S，计算应力σ ＝ F/S 。

3、绘制应力应变曲线以应力为纵坐标，应变为横坐标，绘制应力应变曲线。

4、计算弹性模量在应力应变曲线的弹性阶段，选取线性较好的部分，计算其斜率，即为弹性模量 E 。

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北京理工大学科技成果——医疗机器人成果简介
医疗机器人作为当今最活跃的研究领域之一，在微创手术、高效处理手术过程的量化信息、增强医生对手术现场的感知、决策和操控能力、提高手术安全、避免医生受到射线伤害、大大减轻医生劳动强度、降低手术成本等多方面具有不可替代的作用。

多年来，北京理工大学研制了多套医疗机器人系统，在机器人定位与穿刺、机器人导航、医学图像与机器人结合等多个方面取得显著成绩，研发了多种医疗机器人平台。

超声导航下的微波消融辅助手术机器人能够实现术前肝脏特征组织图像获取及治疗规划；术中实体状态与三维超声图像的配准，并根据治疗规划路径控制机器人进行穿刺针定位；同时利用实时超声图像对治疗规划路径进行更新和监控。

高端微创血管介入手术机器人，能够实现在远离辐射环境下快速、准确地控制导管到达病灶，缩短了手术时间，减少了放射损伤。

项目来源863计划
技术领域先进制造业
应用范围医疗外科手术
现状特点技术成熟，构建了多种医疗机器人平台。

具有技术先进，可靠性高，性能稳定等特点。

所在阶段样品
成果知识产权发明专利申请
成果转让方式技术合作、合资。

北京理工大学科技成果——发动机缸孔自动测量分组机
项目简介
该自动分组测量机是为发动机生产线开发的缸孔测量分组专用设备，也可用于其它大批量生产零件的内孔自动测量分组。

该测量机由机械主机和测控系统组成，工件由生产线传输滚道进入本机预定位置后，测量机的控制系统自动将工件运送至测量位置，测量并分组后，自动送至标记位置，自动或手动涂漆（或打印）标记。

测量系统采用电子式测微传感器，具有极高的分辨力和重复精度。

该测量机的主要技术指标：
测头分辨力：0.1微米
测量重复精度：0.8微米
其中工件运送行程、测头运动行程及速度由交流伺服电机或步进电机控制，可根据测量工艺要求编程。

技术水平
技术成熟，生产线上成功使用。

市场前景
实现测量分组的自动化，提高产品质量。

鉴定情况科研成果
发展阶段定型生产
适合生产或合作的企业
发动机生产或孔类加工企业。

合作方式合作开发或产品销售。

北京理工大学科技成果——材料微、细观力学性能原位观察系统成果简介对于各种颗粒、纤维增强复合材料，目前主要采用大规模的宏观力学实验寻找力学性能变化规律，进而为提高材料力学性能提供支持，实验繁杂，周期长，投入大。

采用显微镜原位力学性能测试方法，对复合材料在各种外力作用下的破坏过程进行细观观测，有助于对填料、纤维的增强效果及其对复合材料力学性能的影响进行研究，进而探寻影响材料力学性能的主要因素，可大大节约开发成本，提高开发效率。

但目前国内所具有的细观力学性能观测条件主要利用带有原位加载台的扫描电镜技术，该实验系统成本昂贵，国内仅有少数几家科研院所拥有此设备，主要适于科学研究，不适于企业、应用型研究单位的平时性能调配试验，不利于本实验技术的推广普及。

用于材料细观力学性能测试的原位观测系统本课题组与分析设备企业联合开发，设计研制了满足企业、科研单位日常生产、研究所需的立体显微镜-原位细观力学观测-数据评价系统。

利用此系统，可对材料在不同温度下（200℃到-70℃），在一定的外力作用下的细观破坏过程进行原位观测、数据分析和评价，发现影响材料力学性能的主要因素，进而对材料的力学性能的调整提供技术支持。

此系统以立体显微镜代替扫描电镜，同时创新性地开发了原位拉伸系统的数据分析、评价功能，大大提高了分析研究水平。

目前，此设备已完成了开发及试用，使用效果受到好评。

在合作中，可根据企业、研究单位的具体测试需求进行设计与加工。

项目来源973项目，横向项目等技术领域新材料技术应用范围该技术可应用于各种颗粒、显微增强复合材料的细观力学性能观测与评价，大大提高复合材料力学性能调节效率，促进企业、研发单位相关技术的提高。

现状特点国内领先所在阶段样机成果知识产权发明专利申请成果转让方式合作开发/技术服务/技术转让/技术许可/合作办厂等市场状况及效益分析该实验系统包括立体显微镜（材料表面细观变化的观测系统）-原位加载台及控制系统（实现准静态、可控、可测量加载）-数据分析及评价系统（对实验结果进行判定，指导力学性能调节）。

院企风采NRfl北京理工大学检测与控制研究所---------------2020年度进展------------北京理工大学检测与控制研究所以北京理工大学一级国家重点学科（机械工程）和部级重点实验室（先进加工技术国防重点学科实验室）为依托，多年来一直从事无损检测与控制理论与技术的教学和科研工作。

研究所主要面向国防科技工业和国民经济发展的前沿及生产需求，重点开展残余应力超声无损检测与调控技术、（单双）机械手超声检测技术、超声显微扫查检测技术、复杂回转类零件激光测量技术、材料弹性参数与涂层厚度测量技术、机器 视觉检测技术等研究工作。

研究所现有教职工10人，其中博导教授1人、副教 授5人、高级实验师1人、技师3人，在读博士研究生12名，在读硕士研究生30余名。

实验室面积400余平 方米，拥有残余应力超声检测与高能声束调控系统、高频超声显微镜、（单双）机械手超声自动检测系统、嗦栓紧固应力检测系统等多种检测设备。

一年来，研究所承担和完成了国家自然基金重点项目、装备预先研究、国防基础科研、企业横向等科研顶目，取得了多顶科研成果。

本年 度共获授权专利11顶，专著2部，牵头制定国家标准3顶，EI收录论文7篇，SCI收录论文4篇。

1残余应力超声检测与调控技术1.1加工残余应力的检测与调控针对TC4钛合金难加工和薄壁构件因加工残余应力导致的变形问题，对TC4框架薄壁构件进行超声残余应力无损检测与高能声束调控，研究线切割残余应力对构件变形的影响。

基于北京理工大学自主研发的残余应力检测系统RSM2001,结合接触式三坐标测量仪，分别对由初始胚料第一次线切割成型的薄壁导引头和经高能声束去应力处理二次线切割的框架薄壁构件进行残余应力分布检测和变形尺寸测量。

通过对比两次线切割后构件的平面距离尺寸误差及加工半径尺寸误差，分析了高能超声波的去应力工艺效果及不同线切割残余应力分布状态下的变形规律，为后续控制导引头的孔类垂直度加工精度奠定了基础。

北京理工大学科技成果——微小型精密零件检测技
术与装备
成果简介所研制的微小型零件显微视觉检测系统，适用于各种块类、板类微小型零件及小模数微小型直齿轮的任意边缘的微米级精度测量和微结构在线快速测量。

微小型零件显微视觉测量装备及软件
技术指标
X/Y方向测量范围：0.01mm-50mm；
Z方向测量范围：0.01mm-100mm；
X/Y方向位置检测分辨率：0.05μm；
X/Y方向测量精度：（1+1000/L）μm；
可进行模数≤0.2mm微小型模数直齿轮的基本参数、几何尺寸、主要单项误差和综合误差测量。

专利获奖情况荣获国防科技进步三等奖1项，兵器科技进步一等奖1项，申请发明专利1项。

项目来源自行开发
技术领域先进制造
应用范围可以推广到航空航天领域精密微小型零件以及光学器件的制造之中。

对微小型零件的检测性能优于市场同类产品，成本相对较低，具有推广应用的经济性。

成果转让方式合作开发。

北京理工大学科技成果——振弦式应变温度测量仪成果简介8个振弦式传感器的应变及温度测量通道，同步采集，每通道测量时间<0.7s。

测量频率精度0.1Hz，温度精度0.1℃，标准可插拔3.50mm接线端子，并提供标准的RS485接口和CAN接口可实现本地及远程测量。

仪器采用微功耗设计，供电电源6-12VDC，功耗<1W。

项目来源横向项目技术领域先进制造技术应用范围用于水电站、公路、桥梁、边坡、地铁等多种场合岩土安全的自动化监测。

现状特点国内先进技术创新（1）高速采集功能：所有采集通道同步采集，提高了多通道采集效率。

（2）具有远程控制和数据采集功能：用户无需亲临现场即可实现对测量模块的控制并获取相关数据，降低了对操作者的测试专业知识的要求。

（3）现场操作功能：测量模块预留有RS485通讯接口，可实现现场标定、调试及数据的采集等功能。

（4）抗电磁干扰：模块采用金属壳封装、在电路上机上对通信接口采用了光电隔离技术，是系统具有很强的抗电磁干扰能力。

（5）扩展功能：测量模块间可相互组合使用，方便的组建网络。

（6）混合式测量功能：任意一个通道均可链接一支带有温度传感器的振弦式传感器。

（7）分布式组网测量功能：每个模块均设置有独立的地址，通过CAN总线组网方式将多台测量单元进行组网控制及测量。

所在阶段小批量生产成果知识产权发明专利申请成果转让方式合作开发，技术转让，技术许可市场状况及效益分析伴随我国基础建设的高速增长，在水利水电、公路、桥梁、隧道、地铁、核工业设施的岩土施工及长期结构体安全健康检测上对应变测量要求越来越多。

振弦式应变测量具有输出频率信号，抗干扰性强，信号稳定，长期使用无零漂的特点，适合远距离数据传输和长期使用。

振弦式传感器和振弦式应变温度测量仪必将大量使用。

目前市场多通道振弦式应变温度测量仪多为进口仪器，价格昂贵，并且不具备同步采集功能，在多通道采集时测量时间长，效率低。

本产品采用高性能集成电路和优化测试技术，在测量精度和进口产品相同情况下，测量时间短，并具有远距离数据可靠传输的功能，价格仅为进口产品的1/2。

北京理工大学科技成果——声发射传感器特性
校准系统
成果简介声发射传感器二级校准系统由宽带声发射源、标准声发射传感器、声信号激励和接收电子装置及信号采集和处理软件组成，可实现声发射传感器灵敏度测量。

测量时，声源换能器与待测声发射传感器面对面放置，首先，采用扫频信号激励宽带声源换能器来产生声信号，再测量待测传感器的频率响应曲线，并通过比较标准传感器（通过一级校准方法标定的传感器）和待校传感器的频率相应来标定被测传感器的灵敏度。

与其它二级校准方法相比，该测量过程重复性好，且更快捷、方便、有效。

声发射传感器校准系统
项目来源自行开发技术领域先进制造
应用范围从事声发射和超声检测应用和研究的相关企业与科研院所
现状特点系统主要性能指标为：激励信号：扫频谐波，校准频率范围：100kHz-2000kHz，频率分辨率2.4kHz。

成果转让方式技术服务、产品销售。

超声弹性模量测量中声时测量精度的提高方法
周世圆;陈磊;肖定国;徐春广
【期刊名称】《传感器与微系统》
【年(卷),期】2005(024)004
【摘要】超声脉冲回波法是一种高精度的弹性模量声速测量法.实验测定由声耦合界面引起声时测量相对误差达0.3 %,延时相对误差在0.2 %左右.为减小声时测量误差,提高超声脉冲回波法弹性模量的测量精度,采用了台阶轴试样,避免了由声耦合界面引起的声时测量相对误差;利用试样后端面的二次回波,变相的改变声程,消除了由各种延时引起的声时测量误差.
【总页数】3页(P42-44)
【作者】周世圆;陈磊;肖定国;徐春广
【作者单位】北京理工大学,机械与车辆工程学院,北京,100081;北京理工大学,机械与车辆工程学院,北京,100081;北京理工大学,机械与车辆工程学院,北京,100081;北京理工大学,机械与车辆工程学院,北京,100081
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
【相关文献】
1.螺栓轴向压力超声检测中声时测量的EDA仿真原理 [J], 莫亚梅;袁国秋;李光
2.超声波首波波幅差异与声时测量值的关系 [J], 童寿兴;伍根伙
3.智能型与模拟型超声仪测量声时的对比试验 [J], 童寿兴
4.声时测量精度的主要影响因素分析 [J], 周艳;王润田;梁鸿翔
5.相控阵超声绝对声时法测量底面开口裂纹 [J], 刘书宏;郑晖;姜学平
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北京理工大学科技成果——高频群脉冲微细电解加
工机床
项目简介
具有对微小型、复杂型腔和孔、高硬超高强度钢、不锈钢、高强铝等金属结构件及其模具精密电解加工的能力；主频率20kHz、调制频率100-1000Hz，主轴进给分辨力0.001mm，加工精度可达0.01mm，粗糙度可达Ra0.03μm。

技术水平
处于国内领先、国际先进水平。

具有实用新型专利两项。

市场前景
在有关企业已有应用，效果显著，市场需求日益扩大。

鉴定情况
科研成果。

发展阶段
样品样机。

适合生产或合作的企业
该技术主要应用于精密微小型机械加工厂、刀模具制造厂。

合作方式
技术转让或技术服务。

基于Pentacam和Corvis ST测量近视患者角膜的弹性模量孟乔宇;王晓君;李晓娜;贺瑞;孟莹
【期刊名称】《太原理工大学学报》
【年(卷),期】2022(53)4
【摘要】通过三维眼前节分析仪地形数据建立近视眼角膜几何模型,模拟了可视化角膜生物力学分析仪的检测过程,并与临床实际检测结果进行了对比,逆向求解出20例近视眼角膜弹性模量,弹性模量均值为0.822 MPa±0.146 MPa.根据求解出的近视角膜弹性模量,可为建立近视角膜有限元模型提供一定的参考,以期为后续更准确地模拟角膜屈光手术及预测术后角膜力学性能提供理论基础。

【总页数】7页(P721-727)
【作者】孟乔宇;王晓君;李晓娜;贺瑞;孟莹
【作者单位】北京理工大学先进结构技术研究院;太原理工大学机械与运载工程学院;太原理工大学生物医学工程学院;山西省眼科医院准分子激光科;天津城建大学控制与机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】R318.01
【相关文献】
1.Covis ST 与 Pentacam 眼前节分析仪测量近视眼患者中央角膜厚度的差异
2.Corvis ST测量近视患者新型角膜生物力学参数的重复性及其影响因素
3.Corvis ST和Pentacam联合诊断系统测量角膜厚度及眼压的临床观察
4.近视患者Corvis
ST角膜生物力学参数与眼部其他生物测量参数的相关分析5.Corvis ST角膜生物力学分析仪测量近视眼角膜厚度
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