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0 引言

材料受外力作用時(shí)必須發(fā)生形變，其內(nèi)部脅強(qiáng)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(gè)重要參量。對該物理量的測量已有過很多探究性實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)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?yàn)橛玫蕉喾N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(gè)基本測量實(shí)驗(yàn)，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(xiàng)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(jī)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(jī)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(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)上以ADC12壓鑄鋁合金金屬材料作為試樣，進(jìn)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(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

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

1.2 實(shí)驗(yàn)方法及步驟

拉伸彈性模量反映試樣彈性階段的整個(gè)試驗(yàn)特征，一般情況下采用標(biāo)線間的應(yīng)力應(yīng)變來計(jì)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(jì)算彈性模量。

采用精密線切割機(jī)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(shí)驗(yàn)試樣厚度為5.03 mm）。

將試樣與拉力試驗(yàn)機(jī)軸線成一直線裝到夾具中。試樣在試驗(yàn)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(yàn)機(jī)，觀察計(jì)算機(jī)上的試驗(yàn)曲線，得到拉力- 變形曲線圖及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其曲線圖如圖1所示。

圖1 拉力- 變形曲線

1.3 實(shí)驗(yàn)分析及結(jié)論

為了消除試樣在裝夾時(shí)產(chǎn)生的影響，取入口點(diǎn)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(jìn)入強(qiáng)化階段。F=0～3.067kN 時(shí)，曲線的斜率基本為一條直線，當(dāng)F≥3.067kN時(shí)，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(jì)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(shí)的曲線進(jìn)行計(jì)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(jì)算金屬材料拉伸彈性模量時(shí)的局限。

2 結(jié)論

利用微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)，合理分析計(jì)算機(jī)中記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及拉力曲線特點(diǎn)，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(qiáng)，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 ***