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泊松比的測量方法詳解

返回列表來源:天氏庫力 發布日期 2019-09-20 瀏覽:

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

1.概述
1.1 本測試方法是在室溫下,通過結構材料的張力測試測定泊松比。這種測試方法局限于矩形截面試件且材料應力的蠕動與載荷引起的應變相比是忽略不計的。
 
1.2 標準數值的單位采用英尺-磅。
 
1.3 這個標準目的不是專注于安全事項,目的不是專注于安全事項,而是和它的用途有關。本標準的使用者在使用本標準時,應先制定適當的安全預防措施和健康保護措施,并判斷調整具體的限制,這是使用者的責任。
 
2. 參考文獻
2.1 美國試驗材料學會標準:
E4 載荷測量器械的方法措施。
E6 力學測試方法的相關術語。
E8 金屬材料的張力測試的測量方法。
E82 伸長計分類的確認方法。
E111 楊氏模量,切線模量和弦線模量的測試方法。
E1012 張力載荷下,樣品對齊的確定方法。
 
3. 術語
3.1 定義:
3.1.1 泊松比:在材料的比例極限內,由均勻分布的縱向應力所引起的橫向應變與相應的縱向應變之比的絕對值。
 
3.1.2 討論—在比例極限內,橫向應變與相應的縱向應變之比決定于平均應力且測試的應力范圍內,不應該視為泊松比。如果這個比例已經有了,無論如何,這個泊松比數值已經超過了比例極限,應力范圍應當給出。
 
3.1.3 討論—如果材料不是各向同性,那么泊松比有好幾個數值。如果泊松比由以下方法測出,當楊氏模量與剪切模量之比 E/G,由下列等式代替時,會有很大的不同。由各向同性材料推導的泊松比應當懷疑其準確性。
m=(E / G2 )- 1              (1)
 
其中 E 和 G 的測量精度要遠遠大于泊松比的期望精度。
 
4. 重要性及應用
4.1 當單軸力作用于一個物體,它會在力的方向產生變形。但是側向的擴張或收縮取決于張力還是壓力。如果物體是均質且各向同性,在力的作用下,物體保持彈性。橫向應變與軸向應變保持恒定的關系,這個恒定值叫做泊松比。它是材料的內在性質,就像楊氏模量和剪切模量一樣。
 
4.2 泊松比用來結構設計,所有維向因為受力發生變化都要考慮在內。應用結構分析的通用理論。
 
4.3 在本測試中,泊松比的數值來源于單軸應力引起的應變。
 
5.一般考慮
5.1 泊松比精度的確定常常決定于橫向應變測量的精度,因為,這些測量的錯位百分比常常大于軸向應變測量,因為測量的是一個比例而不是絕對值,僅僅需要精確知道伸長計校準系數的相對值。而且,一般來說,施加力的數值不需要精確。經常很方便的同時地確定泊松比楊氏模量和比例極限。
 
說明 1:圖中每個符號表示了在每個試件的兩邊,一對伸長計的位置
 
圖1 伸長計的三種可能位置
圖1 伸長計的三種可能位置
 
6.儀器
6.1 力—力的施加通過重力或通過 E4 校準的測量機械。
 
6.2 伸長計—應當使用在文獻 E83 中提到的 B1 級或更好,除非在產品說明書中另有說明。
 
說明 1—如果產品說明書中有例外,那么不要使用 E83 中提到的伸長計型號,使用另外的型號,也許有必要修正,例如,橫向敏感度的修正。
 
6.2.1 建議最好使用兩對伸長計。一對測量軸向應變,一對測量橫向應變。每對伸長計相互平行且位于試件的對邊。其他的伸長計用來檢查對齊,或在不可避免存在厚度變化的情況下,獲得更好的平均應變值。試件上的伸長計的放置遵循下面原則:伸長計和最近的圓角邊緣保持至少一個試件寬度的距離;伸長計和夾具之間至少兩個試件的寬度。
 
說明 2—圖一顯示了三種常用的布局形式:布局(a)的使用條件是軸對稱載荷,且伸長計長度方向的橫截面恒定。布局(b)使用了一對附加的伸長計,用來補償軸向厚度統一變化的作用。布局(c)采用了三對伸長計用來檢查對齊。
 
6.3 對準裝置—夾具和其他裝置,保持試件軸向對準,在測試方法E8中有所介紹。
 
7. 試件測試
7.1 選擇和準備試件—選擇和準備測試試件在厚度方向筆直的,能代表被測試材料的特性。
 
7.2 尺寸—建議試件尺寸測試長度是測試寬度的五倍。夾具之間的長度是寬度的七倍。測試的寬度至少等于測試厚度。一個標準矩形試件圓角的半徑不小于試件的最小寬度。沿著伸長計放置的長度方向,試件寬度保持恒定。末端的附加長度至少等于它的寬度,除非產品說明書中另有說明。
 
7.3 應力消除—這個實驗的目的是獲得材料的內在特性。因此,試件要消除殘余應力,需要在 Tm/3 溫度下退火 30 分鐘(Tm 是材料的熔點)。如果測試的目的是確定產品的性能,熱處理過程可以省去。在實驗報告中記錄材料測試的條件,包括任何熱處理過程也要記錄。
 
8. 過程
8.1 試件測試—矩形試件所有表面是光滑的。穿過寬度和厚度的兩個對面平行誤差分別為 0.001 英尺(0.025mm)和 0.0001 英尺(0.0025mm)。厚度測量誤差在 0.001 英尺范圍內,寬度測量誤差在 0.0001 英尺范圍內,且取三次不同位置測量的平均值。
 
說明 3—對于薄的薄片,厚度變化的測量通過靈敏的裝置,例如氣動測量工具或電子測量工具,也許可以達到厚度測量所需的精度。
 
8.2 對準—對準過程在 E1012 中有詳細介紹,允許誤差不超過 5%。
 
8.3 同時記錄施加的載荷和對應的應變。
 
8.4 測試速度—測試速度足夠快使絕熱擴展或收縮的熱效應以及蠕動忽略不計,在重力作為施加載荷的時候,要避免由于慣性引起的瞬間過載。
 
8.5 施加載荷—施加的載荷對應的應力應當處在應力—應變曲線的直線部分,也就是說,在比例極限范圍內。泊松比值的精確度取決于縱向和橫向應變對的數量(如圖 2)。
 
8.6 應變讀數—讀取所以伸長計在施加載荷下的值。
 
8.7 溫度—記錄溫度,避免在測試過程中溫度改變。
 
圖2 為確定泊松比的平均應變施加載荷圖
圖2 為確定泊松比的平均應變—施加載荷圖
 
9. 數據計算
9.1 畫出平均縱向應變e L 和平均橫向應變eT 與施加載荷的關系圖,如圖 2。其中,eL 和eT 由伸長計測得。通過每個坐標點畫一條直線,確定斜率 d / t e dp 和d / l e dp 。通過下列公式計算泊松比:
m = (det /dp) (/ edl d/p)   (2)
 
9.2 畫直線引起的誤差可通過最小二乘法減少,在應力低于比例極限的范圍內,泊松比值與載荷增量同步。
 
說明 4—對于最小二乘法,數據上的任意改變都被看做是應變的變化。為確定用來計算的應力范圍,應用E111中的應變偏差方法測試這些數據是很有幫助的。
 
10. 報告 
10.1 讀以下信息: 
10.1.1 試件材料—合金,熱處理,磨機配料數,紋理方向,和其他相關材料信息。
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—實際測試試件尺寸。 
10.1.4 測試夾具—測試夾具的說明書或參考夾具圖。
10.1.5 測量器具和伸長計—制造商,模型,批號,測量器和伸長計的測力范圍。
10.1.6 測試速度—測試速率和和控制模式。 
10.1.7 溫度—測試溫度。
10.1.8 應力—應變圖表—圖表展示了縱向應變和橫向應變包含比例尺,樣品編號,測量數值,速率以及其他相關參數。
10.1.9 泊松比—方法和值的確定請參考第九部分。
 

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【本文標簽】:泊松比的測量方法

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