共振法测定材料杨氏模量装置的改进.pdfVIP

维普资讯 中山大学学报论丛，2006年第26卷第5期 SUN YATSEN UNIVERSITYFORUM ，Vo1．26 Nn5 20D6 共振法测定材料杨氏模量装置的改进 高亚妮 ，梁海生，谢汇章 (华南理工大学物理科学与技术学院，广东广州510640) 摘 要：简述了共振法测量材料杨氏模量自§原理和基本方法，指出了用DY—D99型多功能动态杨 氏模量测量仪测量基频共振频率时存在的缺陷，并提出了改进的方法。 关键词：共振法；杨氏模量 基频共振频率 中图分类号：0343 文献标识码：A 文章编号：1007—1792(2006)05．00054)3 杨氏模量是固体材料的重要力学性质，它反映了固体材料抵抗外力产生拉伸 (或压缩) 形变的能力，是选择机械构件材料的依据之一。杨氏模量的测量方法有多种，如拉伸法、弯曲 法、共振法等等。其中共振法不仅适用于轴向均匀的杆 (管)状金属材料，也适用于脆性材 料的杨氏模量与共振参数的检测 。因此，共振法成为国家标准GB／T2105—91所推荐使用的 测量方法 。 一 、 共振法测杨氏模量的物理基础 振动法测杨氏模量是以自由梁的振动分析理论为基础的。两端 自由梁振动规律的描述要解 决两个基本问题 ：固有频率和固有振型函数。本实验只讨论前一个问题，并推导出杨氏模量的 计算公式为 E=1．6067 (1) 口 其中f，d和m分别为圆截面试件的长度、直径和质量，，为试件的基频共振频率。图1为 两端 自由梁的基频振动，如图l可见，试件在作基频振动时，其上有两个节点，它们的位置在 离试件端面的0．224l和0．776l处。 二、振动体共振频率的测量方法 从 (1)式可知，振动法测量杨氏模量的实质就是要测量振动体的基频共振频率foDY— D99型多功能动态杨氏模量测量仪测量基频共振频率的装置如图2所示。圆截面试件搁在两个 距离可调的刀口上。两刀口之间的距离大致为试件两个节点之间的距离。 实验时，将音频信号发生器输出的等幅电信号加到电动式激振器上，使电信号变成电动式 激振器的机械振动，通过激振器的刀口传到试件上，激励试件作受迫振动。在 自由梁的另一端 设置了一个电动式拾振器，它负责接收试件的机械振动，并将其转变为电信号。该信号经放大 后，传输到示波器，示波器用来显示振动波形和振动信号的大小。电动式激振器输入的电信号 · 收稿 日期：2006—02—22 作者简介：高亚妮 (1969一)，女，甘肃正宁人，讲师。 维普资讯 频率可以在音频信号发生器的数字频率表上读出。 试件 凸 刀 口 刀 口 i }．——-————--—--—一 ， - - — ● ● ， ／ —‘ ＼ ／／02241 0＼ 776＼ O．500／ ＼ 一 阶振 ff『I线 图1 两端自由梁的基频振动 试件的共振状态是通过调节电动激振器输入电信号的频率来实现的。当音频信号发生器的 输出信号频率尚未调到试件的固有频率时，试件不发生共振，示波器上几乎看不到电信号波形 或者波形幅度很小。当音频信号发生器的输出信号频率调到试件的固有频率时，试件发生共 振。共振时，示波器显示的振动波形幅度骤然增大，这时音频信号