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0 引言

材料受外力作用時必須發(fā)生形變，其內(nèi)部脅強和脅變(即相對形變)的比值稱為楊氏彈性模量，它是物體的一個重要參量。對該物理量的測量已有過很多探究性實驗，對金屬楊多模量的測量通常是把一根長約lm，直徑0.25～0.5 mm的鋼絲懸掛于支架上，上端固定，下端加砝碼對鋼絲施加力F以使其產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，通過測量原長度L以及加砝碼后的伸長量△L 以定出應(yīng)變，然后根據(jù)定義

E=(△F/S)/(△L/L)

確定楊氏模量E(式中S是截面積)。在此實驗中通常是用光杠桿或測量顯微鏡(或測微目鏡)測伸長量△L,用砝碼測力。因為用到多種常用的長度測量方法以及測力方法，因此通常把它作為一個基本測量實驗，但是此方法間接測量物理量較多，偶然誤差較大。

 

楊氏彈性模量是金屬材料的一項重要物理性能指標(biāo)，結(jié)構(gòu)材料均須測定這一參數(shù)。鑄鐵、不銹鋼、純銅和各種塑性良好的有色合金和輕合金等非線彈性金屬材料在機車車輛工業(yè)中應(yīng)用比較普遍，而這類材料的應(yīng)力一應(yīng)變曲線初始段部分沒有線彈性金屬材料那樣明顯彈性直線段。目前許多測試機械性能的軟件所配置的彈性模量測試方法不理想，也無法判斷結(jié)果的好壞。筆者在ETM205D微機控制電子萬能試驗機上以ADC12壓鑄鋁合金金屬材料作為試樣，進行楊氏彈性模量的測試，建立了新的數(shù)據(jù)處理模型，取得良好的效果。

 

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

目前，一般的智能電子拉力機都配有計算機及配套軟件，可以實時顯示拉伸曲線，并能記錄實驗過程中的檢測數(shù)據(jù)。在進行拉伸彈性模量檢測時，一般還需配備引伸計。本文使用三晶電阻應(yīng)變片式引伸計來測量拉伸彈性模量的方法。

 

1.2 實驗方法及步驟

拉伸彈性模量反映試樣彈性階段的整個試驗特征，一般情況下采用標(biāo)線間的應(yīng)力應(yīng)變來計算彈性模量。故本方法考慮用試樣標(biāo)線間的應(yīng)力應(yīng)變來計算彈性模量。

采用精密線切割機裁出200mm×25 mm 的無缺陷長條形試樣，用精度為0.01 mm 的游標(biāo)卡尺測量出試樣厚度（本次實驗試樣厚度為5.03 mm）。

將試樣與拉力試驗機軸線成一直線裝到夾具中。試樣在試驗前應(yīng)處于基本不受力狀態(tài)，設(shè)定拉伸速度為2 mm/min。啟動試驗機，觀察計算機上的試驗曲線，得到拉力- 變形曲線圖及實驗數(shù)據(jù)，其曲線圖如圖1所示。

 

圖1 拉力- 變形曲線

 

1.3 實驗分析及結(jié)論

為了消除試樣在裝夾時產(chǎn)生的影響，取入口點力為5N左右。從圖中可以看出，鑄鋁材料明顯無屈服階段，在力F=3.7067kN進入強化階段。F=0～3.067kN 時，曲線的斜率基本為一條直線，當(dāng)F≥3.067kN時，曲線表現(xiàn)一條無明顯線性關(guān)系的曲線。按材料力學(xué)及工程計算要求，拉伸曲線初始部分的曲線斜率作為材料彈性模量，故取F＝1.59～3706.70 N 時的曲線進行計算。取相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)間：σ＝0.289471～26.58716MPa,ε＝0.000003 ～0.000369 ，利用ORIGIN中的線性回歸法擬合曲線，可得出如圖2 所示結(jié)果。從圖2 可知，擬合曲線為y =72422.32x+0.75811，試樣的拉伸彈性模量為72.42232GPa。

 

圖2 應(yīng)力- 應(yīng)變曲線及擬合曲線方程

 

圖3 Test_Pilot軟件彈性模量測

 

與ETM205D配置軟件Test_Pilot所帶軟件所作彈性模量測試分析測試結(jié)果（E=35.9428GPa）圖3比較可以看出分析軟件Test_Pilot在計算金屬材料拉伸彈性模量時的局限。

 

2 結(jié)論

利用微機控制電子萬能試驗機，合理分析計算機中記錄的實驗數(shù)據(jù)及拉力曲線特點，配合ORIGIN的數(shù)據(jù)分析功能，可以比較精準(zhǔn)地測量金屬材料的拉伸彈性模量。該方法操作性強，解決了GB/T22315-2008中測量金屬材料拉伸彈性模量的問題。

 

*** 結(jié)束 ***