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动态法测量固体材料的杨氏弹性模量

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  • 日期: 2013-09-21
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标签: 动态法测量固体材料的杨氏弹性模量

【教学目的】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。【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――动――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参数和振动频率的关系,对圆棒试样,直径与长度满足d<<L时  ,测量杨氏模量,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【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。5.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.换能器由厚度约为0.1~0.3mm的压电晶体用胶粘接在0.1mm左右的黄铜片上构成,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。

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