材料静态弹性模量测试仪操作说明

一、概 述

本仪器采用计算机技术，智能仪表（单片机）技术对样品物理量位移、压力进行实验全过程的检测与控制，联机实现自动测试。测控系统运行于中文(英文)Windows xp/sp2环境，具有友好的中（英）文用户操作界面；本仪器具有易于测试、易操作、实验数据分析、数据打印输出、实验数据存档等特点；为工厂、科研院所检测材料制品的物理性能和科研教学提供了现代化的测试手段。

二、主要技术系数

1、压力：20000N

2、电源电压：220V±10﹪

3、大功耗：≤1KW

4、测量精度：相对误差 <± 0.15%

5、变形量测量范围：± 10mm

6、变形测量精度：相对误差 <± 0.5%

7、加荷变形速率：0～1mm/min 可任意调节

8、测试温度:常温状态环境

9、根据用户要求可以提供计算机接口。 配接计算机测试应力应变曲线

三、仪器原理介绍

杨氏模量（即杨氏弹性模量）是材料在外力作用下，在弹性变形区域内应力与压缩或伸长形变之间关系的量度，其数值为试样横截面所受正应力（α）与所产生的应变（ε）之间的比值，以E表示，可以用于表征材料抵抗纵向弹性变形能力。碳素材料负荷后在弹性变形阶段服从虎克定律，即碳素材料在弹性变化限度内，应力与应变的关系为直线，所受的应力与它所产生的应变会成正比。根据这一定律，采用平稳缓慢地增加载荷，施加压力于试样一段时间后，测得直线阶段（应力-变形弹性区域内）试样所受的负荷及相应长度的变化量，通过公示（1）计算出杨氏模量，见公式：

E=α/ε……………………………(1)

式中：

E—材料的杨氏模量，单位为吉帕（GPa）；

α—材料在外力作用下单位面积上所受的作用力，单位为吉帕（GPa）；

ε—材料因受外力作用而产生的相对伸长量（即形变），以百分数表示（%）。

抗压抗折数据计算：

按下式计算每个试样三点或四点弯曲强度：

               3 F L                 

P₃ =  ------------------        

2 b h²

    3 F（L-l）

P₄ =  ------------------

               2 b h²

式中：

P₃------三点弯曲强度，  MPa

P₄------四点弯曲强度，  MPa

F------试样断裂时的最大负荷，N

L--------试样支座间的距离，mm

l--------压头间的距离，mm

b--------试样宽度，mm

h--------试样高度，mm

弯曲强度计算根椐GB6569-86附录C数字修约到整数位，当测定值小于100MPa时，有效数字修约到三位。

按下式算出标准偏差，有效数字修约到三位：

ΣP²-（ΣP）²/n

S =［---------------］  ^1/2

             n - 1

S为标准偏差，MPa

N为被测数量

P为压缩强度，MPa

四、仪器介绍

试验设备：能测量材料应力与应变的设备，一般主要由加力设备、测压仪、测变形仪器、数据处理器（如计算机、微处理器等）组成，由加力设备施加压力于样品，使用测压仪测量压力，通过侧变形仪器测量样品的形变，数据处理器负责测量、收集、计算数据，并得到测试结果，其中加力设备是要能提供适合于静载荷的压力加载系统（根据最大载荷确定相适应的量程）：测压仪是能反映出作用于试样上载荷的数值的测力，示值系统（根据最终载荷确定测力最大刻度）；测变形仪器是能测量试样在弹性范围内微小变形量的仪器（量程与最终变形量相适应，测量精度为：1um）。

五、样品测试步骤

1、将试样放在受压中心的位置上。

2、打开电源开关，把电位器调至最小位置。

3、把扭字开关拨向“上升"位置。

4、双击测试软件的图标进入测试界面。

5、选择测试方法，比如：双击“弹性模量"进入测试界面。

6、单击“实验开始"，电机即启动，可听见电机工作的声音。

7、在加压过程中，软件会全程记录数据。直至试样压碎。(如压力达到预定的压力，也可点击试验结束来停止实验)

8、单击“停止按钮"电机停止工作。

10、单击“退出"即完成一次实验。

11、其余的抗折强度、抗压强度全部按以上步骤来进行试验。

六、测试数据计算处理

根据第2次加压测得的压力与试样的变形量按公司（2）计算杨氏模量E：

……………………(2)

式中：

—材料的杨氏模量，单位为吉帕（GPa）;

—测试开始后，测量点t的压力，单位为千牛（KN）；

—测试前试样的初始长度，单位为毫米（mm）；

—试样的截面积，单位为平方毫米（mm2）

—测试开始后，相应于时的试样的初始长度与测量点t的试样长度的差值，单位为毫米（mm），计算结果修约至小数点后1位数字。

三点弯曲计算杨氏模量E：

            3 L （P₂-P₁）                

E = --------------- X 10^-3         

2 b h² (￡₂-￡₁)

式 中 :

E — 三点弯曲加载方式测量的弹性模量，单位吉帕(GPa);

P1 、P2— 分别为材料在线性范围内加载的初载荷和末载荷，单位牛顿(N);

L— 试 样 支 座间的距离，单位毫米(mm);

b— 试 样 宽 度，单位毫米(mm);

h— 试 样 厚 度，单位毫米(mm);

￡₂、￡₁— 分别为与 P1和 P2对应的试样跨中的应变，无量纲。