动态法测试弹性模量

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。

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。

dma动态热机械测试案例
DMA（Dynamic Mechanical Analysis）动态热机械测试是一种用于评估材料的力学性能和热机械行为的实验方法。

以下是一些DMA动态热机械测试的案例：
1. 弹性模量测定：DMA可以用于测定材料的弹性模量。

通过施加一个小振幅的力，测量材料的应变和应力，可以得到材料在不同温度下的弹性模量变化曲线。

2. 玻璃化温度测定：DMA可以用于测定材料的玻璃化温度。

玻璃化温度是指在降低温度时，材料从高温液态转变为低温玻璃态的过渡温度。

通过在不同温度下对材料进行往复振动，可以测量材料的损耗模量及其在不同温度下的变化，从而确定玻璃化温度。

3. 固化反应评估：DMA可以用于评估材料的固化反应进程。

通过对材料进行往复应变或应力施加，可以观察材料在固化过程中的硬化速率、玻璃化转变和交联反应等行为，从而评估材料的固化特性。

4. 界面粘附性评估：DMA可以用于评估不同材料界面的粘附性。

通过对界面处材料进行往复应变测试，可以测量界面应变能的变化情况，从而评估材料之间的粘附性能。

5. 弯曲性能测试：DMA可以用于评估材料的弯曲性能。

通过在不同温度下对材料进行弯曲测试，可以测量材料的弯曲模量、弯曲强度和塑性变形等性能，从而评估材料在实际应用中的弯曲性能。

以上是一些常见的DMA动态热机械测试案例，通过这些测试可以获得材料的力学性能、热机械行为等重要信息，为材料的设计和应用提供参考。

实验一动态法测定弹性模量弹性模量是反映材料抵抗形变的能力、也是进行热应力计算、防热和隔热层计算、选用构件材料的主要依据。

精确测试弹性模量对强度理论和工程技术都具有重要意义。

弹性模量测定方法主要有三类：1．静态法<拉伸、扭转、弯曲）：该法通常适用于金属试样，在大形变及常温下测定。

该法载荷大，加载速度慢伴有弛豫过程，对脆性材料<石墨、玻璃、陶瓷）不适用、也不能完成高温状态下测定；2．波传播法<含连续波及脉冲波法）：该法所用设备虽较复杂，但在室温下很好用，由于换能器转变温度低及切变换能器价格昂贵，不易获得而受限制；3．动态法<又称共振法、声频法）：包括弯曲<横向）共振、纵向共振以及扭转共振法，其中弯曲共振法由于其设备精确易得，理论同实践吻合度好，适用各种金属及非金属<脆性材料）以及测定温度能在-180℃～3000℃左右进行而为众多国家采用。

本实验就是采用动态弯曲共振法测定弹性模量。

【实验目的】1.了解动态法测定弹性模量的原理，掌握实验方法；2.掌握外推法，会根据不同径长比进行修正，正确处理实验数据；3.掌握判别真假共振的基本方法及实验误差的计算；4.了解压电体、热电偶的功能，熟悉信号源及示波器和温控器的使用；5.培养综合使用知识和实验仪器的能力。

【实验仪器】动态弹性模量测定仪、功率函数信号发生器(5位数显、频率宽5～500KHz>、数显调节仪、悬挂测定支架及支撑测定支架、悬线、试样五根、激发-接收换能器、加热炉、高温悬线、声频放大器、听诊器、示波器。

【实验原理】对长度直径条件的细长棒，当其作微小横振动<又称弯曲振动）时，其振动方程为：<13-1）式中为竖直方向位移，长棒的轴线方向为，为试棒的杨氏模量，为材料密度，为棒横截面，为其截面的惯性矩，。

用分离变量法求解方程<13-1）的解，令<13-2）<13-2）式代入<13-1）式得，该等式两边分别是变量和的函数，只有等于一常数时才成立，设此常数为，则<13-3）<13-4）设棒中各点均作谐振动，这两个线性常微分方程的通解为：<13-5）(13-6>式<13-2）横振动方程的通解为：(13-7> 式中<13-8）该式通称频率公式。

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。

动态拉伸试验检测项目
动态拉伸试验检测项目主要包括以下几个方面：
1.拉伸强度：在拉伸试验中，对试样施加动态载荷，测量试样在拉伸过程中所承受的最大力，以此确定其拉伸强度。

2.弹性模量：通过测量试样在拉伸过程中的应变和应力关系，可以计算出其弹性模量。

弹性模量是反映材料抵抗弹性变形能力的重要参数。

3.泊松比：泊松比是反映材料横向变形与纵向变形之比的一个参数，可以通过拉伸试验进行测量。

4.延伸率：延伸率是指在拉伸过程中，试样断裂时的最大伸长量与原始长度之比，用来评估材料在受力情况下塑性变形的程度。

5.疲劳性能：通过在循环载荷下进行拉伸试验，可以测量材料的疲劳性能，评估其在长时间受到动态载荷作用下的失效行为。

6.动态响应：在动态拉伸试验中，还可以通过测量试样的动态响应，如振动频率、阻尼等参数，来评估材料的动力学特性。

这些检测项目可以帮助评估材料的力学性能和动态行为，为产品设计、材料选择和质量控制提供重要的参考依据。

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。

材料的弹性模量的测试一、实验目的1、掌握拉伸法和动态法测弹性模量的原理。

2、掌握动态弹性模量测定方法与实验步骤及对试样的要求。

3、掌握测量结果的计算与数据处理。

二、实验原理弹性性能主要指材料在弹性变形范围内的物理量，包括弹性模量（E，又称杨氏模量）、切变模量（G）和泊松比（ν），其中弹性模量和切变模量是表征固体材料弹性性质的重要力学参数，反映了固体材料抵抗外力产生形变的能力。

弹性模量也是进行热应力计算、防热与隔热层计算、选用机械构件材料的主要依据之一。

因此，精确测量弹性模量对理论研究和工程技术都具有重要意义。

弹性模量是固体材料在弹性形变范围内正应力与相应正应变的比值，其表达式为：（1）式中为材料弹性形变范围内的正应力，为相应的正应变。

E大小标志了材料的刚性，与物体的几何外形以及外力的大小无关，仅与材料的结构、化学成分和加工制造方法等有关。

对于一定的材料而言，E是一个常量。

测量弹性模量有多种方法，可分为静态法和动态法两种：①静态法（包括拉伸法、扭转法和弯曲法）通常适用于在大形变及常温下测量金属试样。

静态法测量载荷大、加载速度慢并伴有弛豫过程，对脆性材料（如石墨、玻璃、陶瓷等）不适用，也不能在高温状态下测量。

②动态法（又称共振法或声频法）包括弯曲（横向）共振法、纵向共振法和扭转共振法，其中弯曲共振法所用设备精确易得，理论同实验吻合度好，适用于各种金属及非金属（脆性）材料的测量，测定的温度范围极广，可从液氮温度至3000℃左右。

由于在测量上的优越性，动态法在实际应用中已经被广泛采用，也是国家标准（GB/T2105-91）推荐使用的测量弹性弹性模量的一种方法。

目前，测量材料的弹性模量主要有拉伸法和动态法。

1.拉伸法测量原理拉伸法是用拉力拉伸试样来研究其在弹性限度内受到拉力的伸长变形。

由式（1）有：（2）式中各量的单位均为国际单位。

可见，在弹性限度内，对试样施加拉伸载荷F，并测出标距L的相应伸长量，以及试样的原始横截面积，即可求得弹性模量E。