文档介绍：实验动态法测量固体材料的杨氏模]实验11动态法测量固体材料的杨氏模量,一-讲课提纲【教学H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。【教学要求】1(了解测量杨氏模量的主要方法,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(了解压电换能器的功能,学习信号源和数字存储示波器的使用。4(理解共振频率的基本概念,掌握利用示波器观测共振频率的基本方法。5(了解基频共振的基本概念,学会判断基频共振的基本方法。6(理解外延法测量物理量的基本思想,掌握外延法测量基频共振频率的基本原理和实现方法。7(学会直接测量量和间接测量量不确定度的估算,完整表示实验结果。【实验设计思想与实现方法】1(杨氏模量杨氏模量的定义与物理意义,测量杨氏模量的理论研究和工程应用意义,测量杨氏模量的基本方法静态法和动态法。静态法的基本原理,拉伸法测量钢材的杨氏模量,压缩法测量金属材料的杨氏模量。静态法的优缺点,为什么要用动态法,2(动态法的基本思想动态法一一动一一振动,振动规律,数学语言描述,四阶偏微分方程,求解出杨氏模量与样品3Lm2E,,对圆棒试样,直径与长度满足d〈〈L时,测量杨氏模量,4d需要测量直径d、长度L、质量m和振动频率f等4个物理量。直径d、长度L、质量m的测量,分别提供了直尺、游标卡尺、千分尺和电子天平。实验的关键是测量振动频率。即如何使样品振动,怎样检测振动状态是基频振动,测出基频共振频率。3(动态法的实现功率函数信号发生器作为激励振动的电源,采用压电换能器实现试样的振动和振动状态的接收,通过数字存储示波器观测共振状态,鉴定基频共振,测量共振频率。4(实验装置与使用1【课堂讨论问题】1(掌握杨氏模量的基本概念,了解测量杨氏模量的主要方法。2(掌握固有频率和共振频率的概念,了解用示波器观察共振现象的基本方法。3(了解外延测量法及其适用条件。4(了解动态法测量杨氏模量的基本原理。3(了解动态法测量杨氏模量的基本过程及其注意事项。【注意事项】1(千万不能用力拉悬丝,否则会损坏膜片或换能器。悬挂试样或移动悬丝位置时,应轻放轻动,不能给予悬丝冲击力。2(,,故极其脆弱。测定时一定要轻拿轻放,不能用力,也不能敲打。3(试样棒不能随处乱放,要保持清洁;拿放时应特别小心,避免弄断悬丝摔坏试样棒。4(安装试样棒时,应先移动支架到既定位置后再悬挂试样棒。5(实验时,悬丝必须捆紧,不能松动,且在通过试样轴线的同一截面上,一定要等试样稳定之后才可正式测量。6(尽可能采用较小的信号激发,激振器所加正弦信号的峰,峰值幅度限制在6V内,这时发生虚假信号的可能性较小。7(信号源、换能器、放大器、示波器等测试仪器均应共“地”。8(悬挂点或支撑点如在节点时极难进行测量;全放在端点,测量虽很方便但易引入系统误差。9(如试样材质不均匀或呈椭圆形,就会有多个共振频率出现,这时只能通过更换合格试样来解决。2,二〜实验报告弹性模量包括杨氏模量(E)和切变模量(G),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讣算、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。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的基本测量之一,属于力学的范围。测量杨氏模量有多种方法,可分为静态法、动态法和波传播法三类。静态法(包括拉伸法、扭转法由于等式两边分别是两个变量X和t的函数,所以只有当等式两边都等于同一个常数时等式才成4立。假设此常数为K,则可得到下列两个方程4dX4(3),KX,04dx24dTKEJ(4),T,02,Sdt如果棒中每点都作简谐振动,则上述两方程的通解分别为(),,,cos,sinXxachKxashKxaKxaKx,1234(5),(),cos(,)Ttb,t,,于是可以得出(6)y(x,t),(achKx,ashKx,acosKx,asinKx),bcos(,t,,)1234式中142,,KEJ,(7),,,,S,,,‘式(7)称为频率公式,适用于不同边界条件任意形状截面的试样。如果试样的悬挂点(或支撑点)在试样的节点,则根据边界条件可以得到cosKL,chKL,1(8)采用数值解法可以得出本征值K和棒长L应满足如下关系KL二0,,7.