材料靜態彈性模量測試儀

一、概 述

本儀器采用計算機技術，智能儀表（單片機）技術對樣品物理量位移、壓力進行實驗全過程的檢測與控制，聯機實現自動測試。測控系統運行于中文(英文)Windows xp/sp2環境，具有友好的中（英）文用戶操作界面；本儀器具有易于測試、易操作、實驗數據分析、數據打印輸出、實驗數據存檔等特點；為工廠、科研院所檢測材料制品的物理性能和科研教學提供了現代化的測試手段。

二、主要技術系數

1、壓力范圍：20000N

2、電源電壓：220V±10﹪

3、功耗：≤1KW

4、測量精度：相對誤差 <± 0.15%

5、變形量測量范圍：± 10mm

6、變形測量精度：相對誤差 <± 0.5%

7、加荷變形速率：0～1mm/min 可任意調節

8、測試溫度:常溫狀態環境

9、根據用戶要求可以提供計算機接口。 配接計算機測試應力應變曲線

三、儀器原理介紹

楊氏模量（即楊氏彈性模量）是材料在外力作用下，在彈性變形區域內應力與壓縮或伸長形變之間關系的量度，其數值為試樣橫截面所受正應力（α）與所產生的應變（ε）之間的比值，以E表示，可以用于表征材料抵抗縱向彈性變形能力。碳素材料負荷后在彈性變形階段服從虎克定律，即碳素材料在彈性變化限度內，應力與應變的關系為直線，所受的應力與它所產生的應變會成正比。根據這一定律，采用平穩緩慢地增加載荷，施加壓力于試樣一段時間后，測得直線階段（應力-變形彈性區域內）試樣所受的負荷及相應長度的變化量，通過公示（1）計算出楊氏模量，見公式：

E=α/ε……………………………(1)

式中：

E—材料的楊氏模量，單位為吉帕（GPa）；

α—材料在外力作用下單位面積上所受的作用力，單位為吉帕（GPa）；

ε—材料因受外力作用而產生的相對伸長量（即形變），以百分數表示（%）。

抗壓抗折數據計算：

按下式計算每個試樣三點或四點彎曲強度：

               3 F L                 

P₃ =  ------------------        

2 b h²

    3 F（L-l）

P₄ =  ------------------

               2 b h²

式中：

P₃------三點彎曲強度，  MPa

P₄------四點彎曲強度，  MPa

F------試樣斷裂時的大負荷，N

L--------試樣支座間的距離，mm

l--------壓頭間的距離，mm

b--------試樣寬度，mm

h--------試樣高度，mm

彎曲強度計算根椐GB6569-86附錄C數字修約到整數位，當測定值小于100MPa時，有效數字修約到三位。

按下式算出標準偏差，有效數字修約到三位：

ΣP²-（ΣP）²/n

S =［---------------］  ^1/2

             n - 1

S為標準偏差，MPa

N為被測數量

P為壓縮強度，MPa

四、儀器介紹

試驗設備：能測量材料應力與應變的設備，一般主要由加力設備、測壓儀、測變形儀器、數據處理器（如計算機、微處理器等）組成，由加力設備施加壓力于樣品，使用測壓儀測量壓力，通過側變形儀器測量樣品的形變，數據處理器負責測量、收集、計算數據，并得到測試結果，其中加力設備是要能提供適合于靜載荷的壓力加載系統（根據大載荷確定相適應的量程）：測壓儀是能反映出作用于試樣上載荷的數值的測力，示值系統（根據終載荷確定測力大刻度）；測變形儀器是能測量試樣在彈性范圍內微小變形量的儀器（量程與終變形量相適應，測量精度為：1um）。

五、樣品測試步驟

1、將試樣放在受壓中心的位置上。

2、打開電源開關，把電位器調至小位置。

3、把扭字開關撥向“上升”位置。

4、雙擊測試軟件的圖標進入測試界面。

5、選擇測試方法，比如：雙擊“彈性模量”進入測試界面。

6、單擊“實驗開始”，電機即啟動，可聽見電機工作的聲音。

7、在加壓過程中，軟件會全程記錄數據。直至試樣壓碎。(如壓力達到預定的壓力，也可點擊試驗結束來停止實驗)

8、單擊“停止按鈕”電機停止工作。

10、單擊“退出”即完成一次實驗。

11、其余的抗折強度、抗壓強度全部按以上步驟來進行試驗。

六、測試數據計算處理

根據第2次加壓測得的壓力與試樣的變形量按公司（2）計算楊氏模量E：

……………………(2)

式中：

—材料的楊氏模量，單位為吉帕（GPa）;

—測試開始后，測量點t的壓力，單位為千牛（KN）；

—測試前試樣的初始長度，單位為毫米（mm）；

—試樣的截面積，單位為平方毫米（mm2）

—測試開始后，相應于時的試樣的初始長度與測量點t的試樣長度的差值，單位為毫米（mm），計算結果修約至小數點后1位數字。

三點彎曲計算楊氏模量E：

            3 L （P₂-P₁）                

E = --------------- X 10^-3         

2 b h² (￡₂-￡₁)

式 中 :

E — 三點彎曲加載方式測量的彈性模量，單位吉帕(GPa);

P1 、P2— 分別為材料在線性范圍內加載的初載荷和末載荷，單位牛頓(N);

L— 試 樣 支 座間的距離，單位毫米(mm);

b— 試 樣 寬 度，單位毫米(mm);

h— 試 樣 厚 度，單位毫米(mm);

￡₂、￡₁— 分別為與 P1和 P2對應的試樣跨中的應變，無量綱。