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泊松比的測(cè)量方法詳解

返回列表來(lái)源:天氏庫(kù)力 發(fā)布日期 2019-09-20 瀏覽:

泊松比是指材料在單向受拉或受壓時(shí),橫向正應(yīng)變與軸向正應(yīng)變的絕對(duì)值的比值,也叫橫向變形系數(shù),它是反映材料橫向變形的彈性常數(shù)。平常我們采用材料試驗(yàn)機(jī),拉力試驗(yàn)機(jī)的儀器來(lái)測(cè)試材料的泊松比,本文我們就來(lái)介紹一下室溫下泊松比的測(cè)試方法。
 
泊松比測(cè)量專用試驗(yàn)機(jī)
泊松比測(cè)量專用試驗(yàn)機(jī)

1.概述
1.1 本測(cè)試方法是在室溫下,通過(guò)結(jié)構(gòu)材料的張力測(cè)試測(cè)定泊松比。這種測(cè)試方法局限于矩形截面試件且材料應(yīng)力的蠕動(dòng)與載荷引起的應(yīng)變相比是忽略不計(jì)的。
 
1.2 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的單位采用英尺-磅。
 
1.3 這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)目的不是專注于安全事項(xiàng),目的不是專注于安全事項(xiàng),而是和它的用途有關(guān)。本標(biāo)準(zhǔn)的使用者在使用本標(biāo)準(zhǔn)時(shí),應(yīng)先制定適當(dāng)?shù)陌踩A(yù)防措施和健康保護(hù)措施,并判斷調(diào)整具體的限制,這是使用者的責(zé)任。
 
2. 參考文獻(xiàn)
2.1 美國(guó)試驗(yàn)材料學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn):
E4 載荷測(cè)量器械的方法措施。
E6 力學(xué)測(cè)試方法的相關(guān)術(shù)語(yǔ)。
E8 金屬材料的張力測(cè)試的測(cè)量方法。
E82 伸長(zhǎng)計(jì)分類的確認(rèn)方法。
E111 楊氏模量,切線模量和弦線模量的測(cè)試方法。
E1012 張力載荷下,樣品對(duì)齊的確定方法。
 
3. 術(shù)語(yǔ)
3.1 定義:
3.1.1 泊松比:在材料的比例極限內(nèi),由均勻分布的縱向應(yīng)力所引起的橫向應(yīng)變與相應(yīng)的縱向應(yīng)變之比的絕對(duì)值。
 
3.1.2 討論—在比例極限內(nèi),橫向應(yīng)變與相應(yīng)的縱向應(yīng)變之比決定于平均應(yīng)力且測(cè)試的應(yīng)力范圍內(nèi),不應(yīng)該視為泊松比。如果這個(gè)比例已經(jīng)有了,無(wú)論如何,這個(gè)泊松比數(shù)值已經(jīng)超過(guò)了比例極限,應(yīng)力范圍應(yīng)當(dāng)給出。
 
3.1.3 討論—如果材料不是各向同性,那么泊松比有好幾個(gè)數(shù)值。如果泊松比由以下方法測(cè)出,當(dāng)楊氏模量與剪切模量之比 E/G,由下列等式代替時(shí),會(huì)有很大的不同。由各向同性材料推導(dǎo)的泊松比應(yīng)當(dāng)懷疑其準(zhǔn)確性。
m=(E / G2 )- 1              (1)
 
其中 E 和 G 的測(cè)量精度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于泊松比的期望精度。
 
4. 重要性及應(yīng)用
4.1 當(dāng)單軸力作用于一個(gè)物體,它會(huì)在力的方向產(chǎn)生變形。但是側(cè)向的擴(kuò)張或收縮取決于張力還是壓力。如果物體是均質(zhì)且各向同性,在力的作用下,物體保持彈性。橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變保持恒定的關(guān)系,這個(gè)恒定值叫做泊松比。它是材料的內(nèi)在性質(zhì),就像楊氏模量和剪切模量一樣。
 
4.2 泊松比用來(lái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),所有維向因?yàn)槭芰Πl(fā)生變化都要考慮在內(nèi)。應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析的通用理論。
 
4.3 在本測(cè)試中,泊松比的數(shù)值來(lái)源于單軸應(yīng)力引起的應(yīng)變。
 
5.一般考慮
5.1 泊松比精度的確定常常決定于橫向應(yīng)變測(cè)量的精度,因?yàn)椋@些測(cè)量的錯(cuò)位百分比常常大于軸向應(yīng)變測(cè)量,因?yàn)闇y(cè)量的是一個(gè)比例而不是絕對(duì)值,僅僅需要精確知道伸長(zhǎng)計(jì)校準(zhǔn)系數(shù)的相對(duì)值。而且,一般來(lái)說(shuō),施加力的數(shù)值不需要精確。經(jīng)常很方便的同時(shí)地確定泊松比楊氏模量和比例極限。
 
說(shuō)明 1:圖中每個(gè)符號(hào)表示了在每個(gè)試件的兩邊,一對(duì)伸長(zhǎng)計(jì)的位置
 
圖1 伸長(zhǎng)計(jì)的三種可能位置
圖1 伸長(zhǎng)計(jì)的三種可能位置
 
6.儀器
6.1 力—力的施加通過(guò)重力或通過(guò) E4 校準(zhǔn)的測(cè)量機(jī)械。
 
6.2 伸長(zhǎng)計(jì)—應(yīng)當(dāng)使用在文獻(xiàn) E83 中提到的 B1 級(jí)或更好,除非在產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中另有說(shuō)明。
 
說(shuō)明 1—如果產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中有例外,那么不要使用 E83 中提到的伸長(zhǎng)計(jì)型號(hào),使用另外的型號(hào),也許有必要修正,例如,橫向敏感度的修正。
 
6.2.1 建議最好使用兩對(duì)伸長(zhǎng)計(jì)。一對(duì)測(cè)量軸向應(yīng)變,一對(duì)測(cè)量橫向應(yīng)變。每對(duì)伸長(zhǎng)計(jì)相互平行且位于試件的對(duì)邊。其他的伸長(zhǎng)計(jì)用來(lái)檢查對(duì)齊,或在不可避免存在厚度變化的情況下,獲得更好的平均應(yīng)變值。試件上的伸長(zhǎng)計(jì)的放置遵循下面原則:伸長(zhǎng)計(jì)和最近的圓角邊緣保持至少一個(gè)試件寬度的距離;伸長(zhǎng)計(jì)和夾具之間至少兩個(gè)試件的寬度。
 
說(shuō)明 2—圖一顯示了三種常用的布局形式:布局(a)的使用條件是軸對(duì)稱載荷,且伸長(zhǎng)計(jì)長(zhǎng)度方向的橫截面恒定。布局(b)使用了一對(duì)附加的伸長(zhǎng)計(jì),用來(lái)補(bǔ)償軸向厚度統(tǒng)一變化的作用。布局(c)采用了三對(duì)伸長(zhǎng)計(jì)用來(lái)檢查對(duì)齊。
 
6.3 對(duì)準(zhǔn)裝置—夾具和其他裝置,保持試件軸向?qū)?zhǔn),在測(cè)試方法E8中有所介紹。
 
7. 試件測(cè)試
7.1 選擇和準(zhǔn)備試件—選擇和準(zhǔn)備測(cè)試試件在厚度方向筆直的,能代表被測(cè)試材料的特性。
 
7.2 尺寸—建議試件尺寸測(cè)試長(zhǎng)度是測(cè)試寬度的五倍。夾具之間的長(zhǎng)度是寬度的七倍。測(cè)試的寬度至少等于測(cè)試厚度。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)矩形試件圓角的半徑不小于試件的最小寬度。沿著伸長(zhǎng)計(jì)放置的長(zhǎng)度方向,試件寬度保持恒定。末端的附加長(zhǎng)度至少等于它的寬度,除非產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中另有說(shuō)明。
 
7.3 應(yīng)力消除—這個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的是獲得材料的內(nèi)在特性。因此,試件要消除殘余應(yīng)力,需要在 Tm/3 溫度下退火 30 分鐘(Tm 是材料的熔點(diǎn))。如果測(cè)試的目的是確定產(chǎn)品的性能,熱處理過(guò)程可以省去。在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中記錄材料測(cè)試的條件,包括任何熱處理過(guò)程也要記錄。
 
8. 過(guò)程
8.1 試件測(cè)試—矩形試件所有表面是光滑的。穿過(guò)寬度和厚度的兩個(gè)對(duì)面平行誤差分別為 0.001 英尺(0.025mm)和 0.0001 英尺(0.0025mm)。厚度測(cè)量誤差在 0.001 英尺范圍內(nèi),寬度測(cè)量誤差在 0.0001 英尺范圍內(nèi),且取三次不同位置測(cè)量的平均值。
 
說(shuō)明 3—對(duì)于薄的薄片,厚度變化的測(cè)量通過(guò)靈敏的裝置,例如氣動(dòng)測(cè)量工具或電子測(cè)量工具,也許可以達(dá)到厚度測(cè)量所需的精度。
 
8.2 對(duì)準(zhǔn)—對(duì)準(zhǔn)過(guò)程在 E1012 中有詳細(xì)介紹,允許誤差不超過(guò) 5%。
 
8.3 同時(shí)記錄施加的載荷和對(duì)應(yīng)的應(yīng)變。
 
8.4 測(cè)試速度—測(cè)試速度足夠快使絕熱擴(kuò)展或收縮的熱效應(yīng)以及蠕動(dòng)忽略不計(jì),在重力作為施加載荷的時(shí)候,要避免由于慣性引起的瞬間過(guò)載。
 
8.5 施加載荷—施加的載荷對(duì)應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)當(dāng)處在應(yīng)力—應(yīng)變曲線的直線部分,也就是說(shuō),在比例極限范圍內(nèi)。泊松比值的精確度取決于縱向和橫向應(yīng)變對(duì)的數(shù)量(如圖 2)。
 
8.6 應(yīng)變讀數(shù)—讀取所以伸長(zhǎng)計(jì)在施加載荷下的值。
 
8.7 溫度—記錄溫度,避免在測(cè)試過(guò)程中溫度改變。
 
圖2 為確定泊松比的平均應(yīng)變施加載荷圖
圖2 為確定泊松比的平均應(yīng)變—施加載荷圖
 
9. 數(shù)據(jù)計(jì)算
9.1 畫(huà)出平均縱向應(yīng)變e L 和平均橫向應(yīng)變eT 與施加載荷的關(guān)系圖,如圖 2。其中,eL 和eT 由伸長(zhǎng)計(jì)測(cè)得。通過(guò)每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)畫(huà)一條直線,確定斜率 d / t e dp 和d / l e dp 。通過(guò)下列公式計(jì)算泊松比:
m = (det /dp) (/ edl d/p)   (2)
 
9.2 畫(huà)直線引起的誤差可通過(guò)最小二乘法減少,在應(yīng)力低于比例極限的范圍內(nèi),泊松比值與載荷增量同步。
 
說(shuō)明 4—對(duì)于最小二乘法,數(shù)據(jù)上的任意改變都被看做是應(yīng)變的變化。為確定用來(lái)計(jì)算的應(yīng)力范圍,應(yīng)用E111中的應(yīng)變偏差方法測(cè)試這些數(shù)據(jù)是很有幫助的。
 
10. 報(bào)告 
10.1 讀以下信息: 
10.1.1 試件材料—合金,熱處理,磨機(jī)配料數(shù),紋理方向,和其他相關(guān)材料信息。
10.1.2 試件形狀—試件形狀草圖或者參考試件繪圖。 
10.1.3 試件尺寸—實(shí)際測(cè)試試件尺寸。 
10.1.4 測(cè)試夾具—測(cè)試夾具的說(shuō)明書(shū)或參考夾具圖。
10.1.5 測(cè)量器具和伸長(zhǎng)計(jì)—制造商,模型,批號(hào),測(cè)量器和伸長(zhǎng)計(jì)的測(cè)力范圍。
10.1.6 測(cè)試速度—測(cè)試速率和和控制模式。 
10.1.7 溫度—測(cè)試溫度。
10.1.8 應(yīng)力—應(yīng)變圖表—圖表展示了縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變包含比例尺,樣品編號(hào),測(cè)量數(shù)值,速率以及其他相關(guān)參數(shù)。
10.1.9 泊松比—方法和值的確定請(qǐng)參考第九部分。
 

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