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泊松比的测量方法详解

返回列表来源:天氏库力 发布日期 2019-09-20 浏览:

泊松比是指材料在单向受拉或受压时,横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值,也叫横向变形系数,它是反映材料横向变形的弹性常数。平常大家采用材料试验机,拉力试验机的仪器来测试材料的泊松比,本文大家就来先容一下室温下泊松比的测试方法。
 
泊松比测量专用试验机
泊松比测量专用试验机

1.概述
1.1 本测试方法是在室温下,通过结构材料的张力测试测定泊松比。这种测试方法局限于矩形截面试件且材料应力的蠕动与载荷引起的应变相比是忽略不计的。
 
1.2 标准数值的单位采用英尺-磅。
 
1.3 这个标准目的不是专注于安全事项,目的不是专注于安全事项,而是和它的用途有关。本标准的使用者在使用本标准时,应先制定适当的安全预防措施和健康保护措施,并判断调整具体的限制,这是使用者的责任。
 
2. 参考文献
2.1 美国试验材料学会标准:
E4 载荷测量器械的方法措施。
E6 力学测试方法的相关术语。
E8 金属材料的张力测试的测量方法。
E82 伸长计分类的确认方法。
E111 杨氏模量,切线模量和弦线模量的测试方法。
E1012 张力载荷下,样品对齐的确定方法。
 
3. 术语
3.1 定义:
3.1.1 泊松比:在材料的比例极限内,由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值。
 
3.1.2 讨论—在比例极限内,横向应变与相应的纵向应变之比决定于平均应力且测试的应力范围内,不应该视为泊松比。如果这个比例已经有了,无论如何,这个泊松比数值已经超过了比例极限,应力范围应当给出。
 
3.1.3 讨论—如果材料不是各向同性,那么泊松比有好几个数值。如果泊松比由以下方法测出,当杨氏模量与剪切模量之比 E/G,由下列等式代替时,会有很大的不同。由各向同性材料推导的泊松比应当怀疑其准确性。
m=(E / G2 )- 1              (1)
 
其中 E 和 G 的测量精度要远远大于泊松比的希望精度。
 
4. 重要性及应用
4.1 当单轴力作用于一个物体,它会在力的方向产生变形。但是侧向的扩张或收缩取决于张力还是压力。如果物体是均质且各向同性,在力的作用下,物体保持弹性。横向应变与轴向应变保持恒定的关系,这个恒定值叫做泊松比。它是材料的内在性质,就像杨氏模量和剪切模量一样。
 
4.2 泊松比用来结构设计,所有维向因为受力发生变化都要考虑在内。应用结构分析的通用理论。
 
4.3 在本测试中,泊松比的数值来源于单轴应力引起的应变。
 
5.一般考虑
5.1 泊松比精度的确定常常决定于横向应变测量的精度,因为,这些测量的错位百分比常常大于轴向应变测量,因为测量的是一个比例而不是绝对值,仅仅需要精确知道伸长计校准系数的相对值。而且,一般来说,施加力的数值不需要精确。经常很方便的同时地确定泊松比杨氏模量和比例极限。
 
说明 1:图中每个符号表示了在每个试件的两边,一对伸长计的位置
 
图1 伸长计的三种可能位置
图1 伸长计的三种可能位置
 
6.仪器
6.1 力—力的施加通过重力或通过 E4 校准的测量机械。
 
6.2 伸长计—应当使用在文献 E83 中提到的 B1 级或更好,除非在产品说明书中另有说明。
 
说明 1—如果产品说明书中有例外,那么不要使用 E83 中提到的伸长计型号,使用另外的型号,也许有必要修正,例如,横向敏感度的修正。
 
6.2.1 建议最好使用两对伸长计。一对测量轴向应变,一对测量横向应变。每对伸长计相互平行且位于试件的对边。其他的伸长计用来检查对齐,或在不可避免存在厚度变化的情况下,获得更好的平均应变值。试件上的伸长计的放置遵循下面原则:伸长计和最近的圆角边缘保持至少一个试件宽度的距离;伸长计和夹具之间至少两个试件的宽度。
 
说明 2—图一显示了三种常用的布局形式:布局(a)的使用条件是轴对称载荷,且伸长计长度方向的横截面恒定。布局(b)使用了一对附加的伸长计,用来补偿轴向厚度统一变化的作用。布局(c)采用了三对伸长计用来检查对齐。
 
6.3 对准装置—夹具和其他装置,保持试件轴向对准,在测试方法E8中有所先容。
 
7. 试件测试
7.1 选择和准备试件—选择和准备测试试件在厚度方向笔直的,能代表被测试材料的特性。
 
7.2 尺寸—建议试件尺寸测试长度是测试宽度的五倍。夹具之间的长度是宽度的七倍。测试的宽度至少等于测试厚度。一个标准矩形试件圆角的半径不小于试件的最小宽度。沿着伸长计放置的长度方向,试件宽度保持恒定。末端的附加长度至少等于它的宽度,除非产品说明书中另有说明。
 
7.3 应力消除—这个实验的目的是获得材料的内在特性。因此,试件要消除残余应力,需要在 Tm/3 温度下退火 30 分钟(Tm 是材料的熔点)。如果测试的目的是确定产品的性能,热处理过程可以省去。在实验报告中记录材料测试的条件,包括任何热处理过程也要记录。
 
8. 过程
8.1 试件测试—矩形试件所有表面是光滑的。穿过宽度和厚度的两个对面平行误差分别为 0.001 英尺(0.025mm)和 0.0001 英尺(0.0025mm)。厚度测量误差在 0.001 英尺范围内,宽度测量误差在 0.0001 英尺范围内,且取三次不同位置测量的平均值。
 
说明 3—对于薄的薄片,厚度变化的测量通过灵敏的装置,例如气动测量工具或电子测量工具,也许可以达到厚度测量所需的精度。
 
8.2 对准—对准过程在 E1012 中有详细先容,允许误差不超过 5%。
 
8.3 同时记录施加的载荷和对应的应变。
 
8.4 测试速度—测试速度足够快使绝热扩展或收缩的热效应以及蠕动忽略不计,在重力作为施加载荷的时候,要避免由于惯性引起的瞬间过载。
 
8.5 施加载荷—施加的载荷对应的应力应当处在应力—应变曲线的直线部分,也就是说,在比例极限范围内。泊松比值的精确度取决于纵向和横向应变对的数量(如图 2)。
 
8.6 应变读数—读取所以伸长计在施加载荷下的值。
 
8.7 温度—记录温度,避免在测试过程中温度改变。
 
图2 为确定泊松比的平均应变施加载荷图
图2 为确定泊松比的平均应变—施加载荷图
 
9. 数据计算
9.1 画出平均纵向应变e L 和平均横向应变eT 与施加载荷的关系图,如图 2。其中,eL 和eT 由伸长计测得。通过每个坐标点画一条直线,确定斜率 d / t e dp 和d / l e dp 。通过下列公式计算泊松比:
m = (det /dp) (/ edl d/p)   (2)
 
9.2 画直线引起的误差可通过最小二乘法减少,在应力低于比例极限的范围内,泊松比值与载荷增量同步。
 
说明 4—对于最小二乘法,数据上的任意改变都被看做是应变的变化。为确定用来计算的应力范围,应用E111中的应变偏差方法测试这些数据是很有帮助的。
 
10. 报告 
10.1 读以下信息: 
10.1.1 试件材料—合金,热处理,磨机配料数,纹理方向,和其他相关材料信息。
10.1.2 试件形状—试件形状草图或者参考试件绘图。 
10.1.3 试件尺寸—实际测试试件尺寸。 
10.1.4 测试夹具—测试夹具的说明书或参考夹具图。
10.1.5 测量器具和伸长计—制造商,模型,批号,测量器和伸长计的测力范围。
10.1.6 测试速度—测试速率和和控制模式。 
10.1.7 温度—测试温度。
10.1.8 应力—应变图表—图表展示了纵向应变和横向应变包含比例尺,样品编号,测量数值,速率以及其他相关参数。
10.1.9 泊松比—方法和值的确定请参考第九部分。
 

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【本文标签】:泊松比的测量方法

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