弹性模量的动态测量

1 国外标准概括国内外耐火行业弹性模量测试方法有DIN EN ISO 12680-1、ASTM C 885、ASTM C 1548-2、ASTM C 1419。

标准中制定的均为耐火材料常温测试方法，还没对其高温弹性模量测试方法做具体说明。

目前国际上已经制定的弹性模量标准均采用动态法。

据有关方透露，静态法测试杨氏模量标准也在准备中。

1.1 动态法动态法测试主要分为脉冲激振法、声频共振法、声速法。

脉冲激振法：结构原理见图1。

通过合适的外力给定试样脉冲激振信号，当激振信号中的某一频率与试样的固有频率相一致时，产生共振，此时振幅最大，延时最长，这个波通过测试探针或测量话筒的传递转换成电讯号送入仪器，测出试样的固有频率，由公式计算得出杨氏模量E。

图1 弹性模量测试结构原理图（脉冲激振法）特点：--- 国际通用的一种常温测试方法，如ISO 12680-1、ASTM C 1548；--- 信号激发、接收结构简单，测试测试准确；--- 信号激发、接收均采用非接触式，便于实现高温测试；--- 频谱分析得试样固有频率，准确、直观。

声频共振法：结构原理见图2。

指有声频发生器发送声频电信号，由换能器转换为振动信号驱动试样，再由换能器接收并转换为电信号，分析此信号与发生器信号在示波器上形成的图形，得出试样的固有频率f，由公式 E=C1?w?f2 得出试样的杨氏模量。

图2 弹性模量测试结构原理图（声频共振法）特点： --- 采用标准ASTM C 885 Standard Test Method for Young’s Modulus of Refractory Shapes by Sonic Resonance--- 声频发生器、放大器等组成激发器；--- 换能器接收信号，示波器显示信号；--- 李萨如图形判断试样固有频率。

缺点： --- 激发器结构复杂，必要时激发器需要与试样表面耦合，操作不方便；--- 示波器数据处理及显示单一；--- 可能存在多个李萨如图形，易误判；--- 该方法不方便用于高温测试。

混凝土动弹性模量试验检测方案试验目的：确定混凝土的动弹性模量，评价混凝土的动态变形性能。

试验原理：混凝土在受到载荷作用时，会发生应力和应变的变化，应力与应变的比值称为弹性模量。

动弹性模量是指混凝土在动态载荷下的弹性模量，可以通过让混凝土试件在受到动态载荷作用时进行振动，测量振动参数来计算得出。

试验仪器和设备：1.震动台：用来产生动态载荷的设备。

2.振动参数测试设备：用来测量振动参数的设备，包括加速度计、变形传感器等。

3.计算机和数据采集系统：用来记录和分析试验数据的设备。

试验步骤：1. 准备试件：制备符合要求的混凝土试件，尺寸一般为100mm×100mm×200mm，表面需要光滑平整。

2.安装试件：将试件固定在震动台上，确保试件与震动台的接触紧密。

3.测量试件质量：使用天平测量试件的质量，并记录下来。

4.调整载荷频率：根据试件的特性和要求，调整震动台的载荷频率。

5.进行振动试验：通过控制震动台的振动参数，对试件进行振动载荷作用。

6.测量振动参数：使用振动参数测试设备，测量试件受到振动载荷时的振动频率、振幅等参数，并记录下来。

7.停止振动：当试件达到一定振动时间后，停止振动，等待试件的振动衰减。

8.测量衰减时间：使用振动参数测试设备，测量试件振动衰减至稳定状态所需的时间。

9.数据处理：将试件质量、振动参数等数据输入计算机和数据采集系统中，进行数据处理和分析，计算混凝土的动弹性模量。

10.结果分析：根据试验得到的动弹性模量值，评价混凝土的动态变形性能。

试验注意事项：1.试件的制备需要按照规范要求进行，试件表面需要光滑平整，以保证试件与震动台的接触紧密。

2.振动试验过程中需要严格控制载荷频率和振幅，确保试件在受到动态载荷时不会发生破坏。

3.试件的振动时间和振动衰减时间需要在试验前进行合理的规划和设定，以保证试件达到稳定的振动状态。

4.数据处理和分析需要使用专业的计算机和数据采集系统，确保结果的准确性和可靠性。

动态法测量杨氏弹性模量郑新飞杨氏模量是固体材料在弹性形变范围内正应力与相应正应变（当一条长度为L、截面积为S的金属丝在力F作用下伸长ΔL时，F/S 叫应力，其物理意义是金属丝单位截面积所受到的力；ΔL/L叫应变，其物理意义是金属丝单位长度所对应的伸长量）的比值，其数值的大小与材料的结构、化学成分和加工制造方法等因素有关。

杨氏模量的测量是物理学基本测量之一，属于力学的范围。

根据不同的测量对象，测量杨式模量有很多种方法，可分为静态法、动态法、波传播法三类。

一、实验目的1、理解动态法测量杨氏模量的基本原理。

2、掌握动态法测量杨氏模量的基本方法，学会用动态法测量杨氏模量。

3、了解压电陶瓷换能器的功能，熟悉信号源和示波器的使用。

4、培养综合运用知识和使用常用实验仪器的能力。

二、实验仪器1、传感器I（激振）：把电信号转变成机械振动。

2、试样棒：由悬线把机械振动传给试样，使试样受迫做共振动。

3、传感器II （拾振）：机械振动又转变成电信号。

4、示波器：观察传感器II 转化的电信号大小。

三、实验原理 理论上可以得出用动态悬挂法测定金属材料的杨氏模量，为2436067.1f dm l E （1） 式中l 为棒长，d 为棒的直径，m 为棒的质量。

如果在实验中测定了试样（棒）在不同温度时的固有频率f ，即可计算出试样在不同温度时的杨氏模量E 。

四、实验内容1、测定试样的长度l 、直径d 和质量m 。

每个物理量各测六次，列表记录。

2、在室温下不锈钢和铜的杨氏模量分别为211102m N ⨯和211102.1m N ⨯，先由公式（1）估算出共振频率f ，以便寻找共振点。

3、把试样棒用细钢丝挂在测试台上，试样棒的位置约距离端面l 224.0和l 776.0处，悬挂时尽量避开这两个位置。

4、把2-YM 型信号发生器的输出与2-YM 型测试台的输入相连，测试台的输出与放大器的输入相接，放大器的输出与示波器的1CH （或2CH ）的输入相接。

实验2 4动态弹性模量测定动态弹性模量是材料的一种重要性能参数。

在工程领域中，经常需要测定材料的弹性模量，以便进行材料设计和预测结构材料的性能。

动态弹性模量又称为频率弹性模量，是指材料在一定高频振动和固有频率下的弹性模量。

本实验将通过测量不同材料的共振频率和振动模态来计算动态弹性模量，以加深对材料弹性性能的理解。

实验仪器和设备1.悬挂架和弦式振动器2. 动态应变表3. 接口板4. 硬铝杆、黄铜杆、钢杆、木杆等标准样品实验原理杆的共振频率是杆的弹性模量的函数。

共振频率是杆的自然频率，当外界振动频率与杆的自然频率相同或接近时，杆将产生共振。

这时共振频率可以通过简单测量得到，并且可以计算出杆的弹性模量。

测量过程1. 确定振动器的固有频率将振动器安装在悬挂架上，开启振动器并将其振动。

当振动幅度合适时，动态应变表会随之振动。

根据动态应变表的读数可以确定振动器的固有频率。

2. 安装样品将标准杆安装在振动器上，观察振动模态，确保在单一模态下振动。

将接口板连接动态应变表。

3. 测量共振频率调整振动器的频率，当杆产生共振时，动态应变表输出达到最大值，此时的频率即为共振频率。

4. 计算弹性模量根据杆的几何形状和密度，计算出杆的弹性模量。

实验步骤1. 组装实验设备将悬挂架和弦式振动器安装好，并检查设备是否稳定。

安装动态应变表和接口板。

E = (π² FM L) / (4 D² ρ)其中，E为弹性模量，FM为共振频率， L为杆的长度， D为杆的直径，ρ为杆的密度。

6. 测量不同材料的弹性模量注意事项1. 实验设备需要进行正确的组装和安装，以保证实验的可靠性和安全性。

2. 振动器的幅度和频率需要适当调整，以避免过大的振动幅度破坏样品。

3. 标准杆需要仔细选择，并进行正确的安装和测量，以保证测量结果的准确性和可重复性。

4. 测量过程中需要注意防抖动和干扰，以确保测量结果的准确性。

实验结果与分析本实验测量了几种不同材料的弹性模量，结果如下表所示：材料类型弹性模量 (GPa)硬铝杆金属 70.8黄铜杆金属 96.9钢杆金属 212.2木杆非金属 18.6从结果可以看出，不同材料的弹性模量存在很大的差异。

混凝土的弹性模量测定方法一、前言混凝土是建筑工程中使用最为广泛的材料之一，而混凝土的弹性模量是衡量其力学性能的重要参数之一。

在建筑设计和施工过程中，混凝土的弹性模量的准确测定对于保证工程结构的稳定性和安全性至关重要。

因此，本文将详细介绍混凝土的弹性模量测定方法，希望能够为混凝土工程领域的工作人员提供一些参考和帮助。

二、测定原理弹性模量是材料在弹性阶段内形变应力关系的斜率，是衡量材料刚性的重要参数。

混凝土的弹性模量与其成分、配合比、龄期等因素有关，一般用弹性理论来研究。

混凝土的弹性模量可以通过试验测定得到，其测定方法主要有静载法和动载法两种。

三、静载法测定方法静载法测定混凝土的弹性模量是一种常用的方法，其原理是通过静态荷载作用于混凝土试件上，测定其应力和应变的关系，从而计算出混凝土的弹性模量。

具体的测定步骤如下：1.试件制备首先需要制备混凝土试件，试件的尺寸和形状应符合国家标准规定。

通常采用正方形或长方形试件，尺寸一般为100mm×100mm×100mm或150mm×150mm×150mm。

试件的制备应符合国家标准规定，包括混凝土配合比、拌合时间、振捣方法、养护条件等。

2.试件加荷试件的加荷应该避免局部集中荷载，一般采用均匀分布荷载的方式。

试件应先经过预载荷，以消除试件表面的不均匀形变，然后再进行正式的加荷。

荷载的大小应根据试件的尺寸和强度等级确定，一般取试件破坏荷载的60%左右。

3.应变测量应变的测量可以采用应变片、电阻应变计等方法。

应变片是一种敏感度高、精度较高的应变测量器，其精度可以达到0.1με。

应变片应安装在试件表面的中心位置，应变片与试件表面的接触应均匀、牢固。

电阻应变计测量的精度较低，但其测量范围广，可测量的应变范围可达到2000με。

4.应力测量应力的测量可以采用应变片、应力计等方法。

应力计是一种常用的应力测量器，其原理是利用材料的应变和材料的弹性模量之间的关系来计算出材料的应力。

动态法测量杨⽒弹性模量动态法测量杨⽒弹性模量郑新飞杨⽒模量是固体材料在弹性形变范围内正应⼒与相应正应变（当⼀条长度为L、截⾯积为S的⾦属丝在⼒F作⽤下伸长ΔL时，F/S叫应⼒，其物理意义是⾦属丝单位截⾯积所受到的⼒；ΔL/L叫应变，其物理意义是⾦属丝单位长度所对应的伸长量）的⽐值，其数值的⼤⼩与材料的结构、化学成分和加⼯制造⽅法等因素有关。

杨⽒模量的测量是物理学基本测量之⼀，属于⼒学的范围。

根据不同的测量对象，测量杨式模量有很多种⽅法，可分为静态法、动态法、波传播法三类。

⼀、实验⽬的1、理解动态法测量杨⽒模量的基本原理。

2、掌握动态法测量杨⽒模量的基本⽅法，学会⽤动态法测量杨⽒模量。

3、了解压电陶瓷换能器的功能，熟悉信号源和⽰波器的使⽤。

4、培养综合运⽤知识和使⽤常⽤实验仪器的能⼒。

⼆、实验仪器1、传感器I（激振）：把电信号转变成机械振动。

2、试样棒：由悬线把机械振动传给试样，使试样受迫做共振动。

3、传感器II（拾振）：机械振动⼜转变成电信号。

4、⽰波器：观察传感器II转化的电信号⼤⼩。

三、实验原理理论上可以得出⽤动态悬挂法测定⾦属材料的杨⽒模量，为2436067.1f dm l E = （1）式中l 为棒长，d 为棒的直径，m 为棒的质量。

如果在实验中测定了试样（棒）在不同温度时的固有频率f ，即可计算出试样在不同温度时的杨⽒模量E 。

四、实验内容1、测定试样的长度l 、直径d 和质量m 。

每个物理量各测六次，列表记录。

2、在室温下不锈钢和铜的杨⽒模量分别为211102m N ?和211102.1m N ?，先由公式（1）估算出共振频率f ，以便寻找共振点。

3、把试样棒⽤细钢丝挂在测试台上，试样棒的位置约距离端⾯l 224.0和l 776.0处，悬挂时尽量避开这两个位置。

4、把2-YM 型信号发⽣器的输出与2-YM 型测试台的输⼊相连，测试台的输出与放⼤器的输⼊相接，放⼤器的输出与⽰波器的1CH（或CH）的输⼊相接。

普通实验室弹性模量的几种测定方法总结围相当广泛涉及的行业也很多，在新材料机械性能测定中，弹型模量模也是重要的内容。

弹性模量几乎贯穿于材料力学的全部计算之中，而对于结构力学而言其计算过程中弹性模量也是必不可少的基本物理量。

对普通理工科高校实验教学，针对弹性模量测量的几点方法和注意事项，希望能有利于广大师生。

关键词】弹性模量；普通高校实验教学：科研弹性模量E，又称弹性系数，杨氏模量，是材料的弹性常数，其值表征材料抵抗弹性变形的能力单位为Pa。

E的数值随材料而异，是通过实验测定的。

可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。

弹性模量是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。

它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的刚度。

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。

弹性模量依据受力的不同，又分为以下几种：由于应力―应变曲线所代表的载荷类型的不同，弹性模量可以表述为：压缩弹性模量（或者受压缩时的弹性模量）；挠曲弹性模量（或者受挠曲时的弹性模量）；剪切弹性模量（或者受剪切时的弹性模量）；拉伸弹性模量（或者受拉伸时的弹性模量）；或者扭转弹性模量（或者受扭转时的弹性模量）。

弹性模量也可以通过动态试验测定，在该试验中弹性模量可以从复合模量的公式推导而得出。

单独使用模量时一般是指拉伸弹性模量。

通常剪切模量几乎等于扭转模量并且都被称为刚性模量。

受拉伸和压缩时的弹性模量近似相等并且统称为杨氏模量（Youngs Modulus）。

下面将通过实验对这个弹性常数建立一定的感性认识和数量概念。

一、通过球铰引伸仪来测定弹性模量1.仪器和设备：测E实验台、球铰引伸仪、千分表、砝码。

测E实验台通过两级杠杆放大，放大率为100，增量为10N。

当砝码为10N时，作用在试件上的拉力为1KN。

2.内容与原理：只要测得试样纵方向上的应变，材料弹性模量E便可求出。

正交胶合木铁杉规格材弹性模量的动态测试及应力分等李敏敏;谢文博;王正;高子震【摘要】为使规格材力学性能满足制造足尺正交胶合木 (CLT) 楼板和墙板的需要,笔者采用横向振动法,对加拿大铁杉规格材的顺纹弹性模量进行动态测试及其应力分等研究,并从被测试件中随机抽取50根通过应力波法进行对比测试,以验证测试及分等结果的可靠度.研究表明,所用铁杉规格材顺纹弹性模量平均值均达到制造CLT性能要求;顺纹弹性模量测试结果基本符合威布尔分布规律;依据其顺纹弹性模量性能进行应力分等后,达到1.5E应力等级的铁杉锯材占总数的35.0%,达到2.0E 应力等级的铁杉锯材占总数的34.8%;横向振动法测试结果与应力波法测试结果相关系数达到0.815,具有较高的吻合度.上述有利于确保后续CLT的结构设计、性能预测、加工制造和性能评估等工作,并对促进国内CLT木建筑的良性发展具有工程应用价值.%In order to make the mechanical properties of the dimension lumber meet the needs of making full-size cross-laminated timber (CLT) slabs and walls, transverse vibration was used to this study. Dynamic test and stress grading were used for the elastic modulus in parallel of Canadian hemlock dimension lumber. For verifying the reliability of the test and grading, 50 samples were randomly selected from the tested specimens, and performed a comparison test by stress wave. Research indicated that the average elastic modulus in parallel of the hemlock dimension lumber met the requirement of CLT manufacturing, and the results were in accordance with the Weibull distribution. After the stress grading of Hemlock dimension lumber, there were 35.0% reaching the 1.5E, and 34.8% reaching the 2.0E. The correlation coefficient of the resultsbetween the transverse vibration and the stress wave was 0.815, and it had high degree of coincidence. The above was conducive to ensuring the subsequent CLT working for structural design, performance prediction, manufacturing and performance evaluation, and it would have engineering application value to promote the benign development for domestic CLT buildings.【期刊名称】《林产工业》【年(卷),期】2018(045)007【总页数】5页(P28-32)【关键词】正交胶合木;西部铁杉;规格材;横向振动法;应力分等【作者】李敏敏;谢文博;王正;高子震【作者单位】南京林业大学材料科学与工程学院;;南京林业大学材料科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】S781木材作为一种可再生天然材料，广泛应用于木材工业的各个方面。

实验1 动态法测定弹性模量(41-52)9100弹性模量是描述材料抗拉弹性变形能力的物理量，根据材料弹性阿基米德原理，施加力量引起材料发生微小变形，当移开力量后材料又能恢复原来状态，此过程称为弹性变形，弹性模量就是描述材料在一定条件下弹性变形程度的物理量。

本实验利用动态法测定材料的弹性模量。

一、实验原理该实验基于杨氏弹性理论，通过动态试验获得材料的弹性变形性能，计算材料的弹性模量。

实验中采用的杨氏弹性理论是描述固体材料在各向同性情况下弹性变形的基本理论。

材料的弹性形变分为纵向形变和横向形变两种形式。

弹性形变的应力-应变关系可以用平均应力和相应平均形变之间的关系来描述，其中平均应力就是施加在材料表面的外力除以材料横截面积。

平均应变可以表示为相应平均长度变化除以原始长度。

根据杨氏弹性理论，纵向应变与材料纵向应力呈线性关系，其中弹性模量就是该直线的斜率，如下式：E = (F/L)f / (∆L/L₀) = Ff * L₀ / A * ∆L （1）其中，E表示弹性模量；f是材料横截面上所受应力的平均值，单位为Pa；A表示材料的横截面积，单位为m²；L₀表示原始长度，单位为m；∆L表示形变长度，单位为m。

在实际应用中，由于形变量通常很小，难以测量，因此需要通过其他方法来测量材料的弹性模量。

实验中采用动态法测定弹性模量，即在材料上施加一定频率和振幅的交变载荷，利用材料在外力作用下的振动情况来计算材料的弹性模量。

二、实验步骤1、实验器材动态弹性模量测试仪、标准试件、计算机。

2、实验前准备将试样放入测试机夹具中，连接相关传感器及数据线，并将电源开关打开。

3、测试操作步骤（1）选择试验类型：单频或多频。

（2）设置实验数据：设置试验的载荷频率、载荷振幅及轴向初应变量等参数。

（3）点击开始测试按钮，电脑自动采集数据并计算弹性模量。

（4）通过数据处理程序进行数据分析和结果输出。

4、注意事项（1）测试条件应与真实使用条件相似。

动态法弹性模量测试仪安全操作及保养规程1. 前言动态法弹性模量测试仪是一种用于测量材料的弹性模量的设备，广泛应用于材料科学、地质学、建筑工程等领域。

为了确保测试仪的正常运行和使用者的安全，本文将详细介绍动态法弹性模量测试仪的安全操作规程及保养方法。

2. 安全操作规程2.1 设备检查在使用动态法弹性模量测试仪之前，必须进行设备检查以确保其正常运行。

具体操作如下：•检查电源线是否完好无损，插头是否接触良好。

•检查仪器的连接线是否损坏，如发现损坏应及时更换。

•检查设备外部是否有明显损坏，如发现损坏应立即进行维修。

•检查仪器内部是否有异物，如发现应清除。

同时检查仪器内部的电源、传感器等部件是否松动，如有松动应紧固。

2.2 安全操作步骤在进行动态法弹性模量测试时，必须按照以下步骤操作：1.将待测试样品放置在测试仪的夹具中，并确保夹具牢固。

2.打开电源开关，待仪器启动后进行初始化操作。

3.设置测试参数，如频率范围、振幅等。

4.点击开始测试按钮，仪器将自动进行测试并记录数据。

5.测试完成后，点击停止按钮，关闭电源开关。

2.3 安全注意事项在使用动态法弹性模量测试仪时，应注意以下事项：•测试样品应符合规定，以免对测试仪造成损坏。

•使用仪器时应保持仪器周围的通风良好，确保仪器正常散热。

•在操作过程中应避免触摸仪器内部部件，以免触电或短路。

•在测试过程中应避免突然停电或停机，以免对测试结果产生影响。

•操作人员应穿戴适当的防护设备，如手套、护目镜等。

•在仪器运行过程中不得私自打开或改动仪器内部零部件。

3. 保养规程3.1 定期清洁定期清洁动态法弹性模量测试仪能够保持其正常运行和延长使用寿命。

具体方法如下：•使用柔软的干布擦拭仪器表面，注意不要使用含有酸碱成分的清洁剂。

•清洁仪器时应注意避免水或其他液体进入仪器内部。

•清洁完毕后，应将仪器置于通风良好的地方自然风干。

3.2 定期校准动态法弹性模量测试仪的测试结果可能会因零点漂移等原因而产生偏差，所以定期校准是必要的。