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泊松比测量方法

发布时间:2022-03-14 22:42:44

如何测量材料的弹性模量和泊松比

主要的方法有 试验机应力应变曲线拉伸法(用的最广泛,但精确度最低),纳米压痕法(结果只代表表面测试点),超声回波法(精度稍高些,只适用于大体积各向同性材料),超声共振法(可以测量各向异性材料,有限尺寸材料,精度最高。但是要求材料样品要规则几何形状,有设备RUSpec可以做),激光超声表面波法(适合微纳米薄膜材料,设备SAWSpec)

② 泊松比系数及测量方法

4.6.1 认识泊松比系数的历史过程[40]

文献[40]对认识泊松比系数的历史过程及岩石变形的有关情况进行了综述,略作介绍如下。

Thomas Young(1773~1829)1807年出版的Course of Lectures 指出,杆在拉伸和压缩过程中,纵向变形总是伴随着侧向变形。Siméon Denis Poisson(1781~1840)1828年在巴黎科学院宣读并在次年出版的研究报告中,基于少量均匀各向同性圆柱杆的拉伸试验,提出了现在称之为泊松比系数的弹性常数,其试验数值为0.25。根据一个并不确切的分子模型,也得到泊松比系数为1/4。Guillame Wertheim(1815~1861)也支持泊松比系数为单一常数,但所作的试验与泊松的理论预测并不一致,1848年他推荐1/3 作为泊松比系数的取值;1857年给出具有圆、椭圆、矩形柱体以及管状试样的扭转结果,认为泊松比系数不是1/4,而接近于1/3。试验涉及的材料有铁、玻璃、木材等。

Kupffer A T(1799~1865)、Neumann F E(1798~1895)基于各自的实验结果,认为泊松比系数随材料而变化,并非常数。Gustav Robert Kirchhoff(1824~1887)于1859年在圆柱状的金属悬臂梁自由端作用偏心载荷,使之同时产生扭转和弯曲,利用附着在悬臂梁端面上的反射镜测量其扭角和倾角;结果表明,钢的泊松比系数为 0.297,黄铜为0.387。Barré de Saint-Venant(1797~1886)进行的矩形梁纯弯曲试验,建立了泊松比系数的测定方法。矩形梁纯弯曲时,其宽度方向将产生泊松效应:受拉应力的凸边宽度减小,受压应力的凹边宽度增加。测量矩形梁端面和侧面中心线的弯曲半径,其比值就是泊松比系数。其后许多人对多种材料进行了泊松比系数的实验测定。

Woldemar Voigt(1850~1919)在1887~1889年从单一晶体不同方向切出柱状试样进行扭转弯曲试验,最终确定对于各向同性材料的弹性变形,需要用两个参数来描述,即弹性模量和柏松比系数。1908年Eard August Grüneisen(1877~1949)进行单向拉伸试验,首次利用直接测定试样纵向和横向变形的方法确定泊松比系数。这已成为现在标准的静态测定方法。更为详尽的历史进程可以参见文献[41,42]。

4.6.2 负值泊松比系数

文献[43]对动态泊松比为负值的岩心进行了单轴压缩试验,在加载初期试样侧向也出现了收缩,即泊松比为负值。笔者进行的重复试验表明,产生这种现象是试验方法欠妥所致[44]。不过,确实发现了一些材料具有负值泊松比系数,如具有内凹结构的孔状金属、各向异性的纤维复合体、方石英-a晶体等。Lakes R S及其合作者对具有负值泊松比系数的材料进行了一系列研究,http://silver.neep.wisc.e/~lakes/Poisson.html 列出了详细的文献,给出了动画展示的力学模型[45,46]。现在这些具有负值泊松比系数的材料通常称为“细胞增大或孔隙增大的材料(auxetic materials or auxetics)”。高度各向异性的岩石出现负值泊松比系数也偶有报道;此外热效应引起花岗岩内部微破裂后,降温过程产生的残余应力,可以使试样出现负值泊松比系数;而单向拉伸时晶粒间微裂纹将引起的岩石结构变化,使侧向变形出现明显的膨胀[47]。但这些都是异常现象(abnormal behaviour),而且也不是弹性变形。

4.6.3 岩石的体积应变和扩容

在完全线弹性阶段,材料的应力-应变关系服从广义虎克定律。常规三轴应力状态σ23下,有

11-2νσ3 (4.21)

33-ν(σ13) (4.22)

式中:σ1为轴向应力;ε1为轴向应变;σ3为围压;ε3为环向或侧向应变;E和ν是材料参数杨氏模量和泊松比。在围压恒定时有

ν=-E·dε3/dσ1=-dε3/dε1 (4.23)

这也是材料参数泊松比的定义。通常都是利用围压为零的试验,即岩样单轴压缩的侧向变形和轴向变形来确定泊松比系数。利用公式(4.23)确定的称为切线泊松比,而利用下式求得的称为割线泊松比。

ν=-ε31 (4.24)

在忽略高阶微量时,圆柱岩样的体积应变(以体积减小为正)

εv123=(1-2ν)ε1 (4.25)

不过岩石并非完全的线弹性材料,岩样实际压缩过程中应力与变形之间并不能很好地保持线性关系,岩样在侧向的变形也不总是具有对称性。图4-29是一个典型的单轴压缩试验结果[48]

图4-29 岩样单轴压缩过程中的变形特性

1—轴向应力;2—侧向应变ε2;3—侧向应变ε3;4—体积应变εv纵坐标为轴向应力;横坐标为岩样的各种应变

对图4-29中大理岩试样,轴向应力与轴向应变的曲线1,偏离直线关系的A点处轴向应力为抗压强度的86.5%,其他岩样的试验结果相应值在71.9%~86.5%之间,彼此差别不大。

试样在两个互相垂直方向的侧向变形曲线2和曲线3,在B点以下是相互重合的,表明试样变形均匀;而B点以上岩样的侧向膨胀不再同步。不同岩样的B点位置不同,其轴向应力最小达到抗压强度的27.6%,最大可达到抗压强度的62.2%,差别很大。

从图4-29中体积应变随轴向应力的变化过程可以看到,在轴向加载初期,岩样体积随压力增加而减小。当应力达到σC时(在岩样强度的1/3~1/2之间),体积变形偏离线弹性过程,偏离的部分称为非弹性增加。在应力达到σD(在岩样强度的1/2左右)之后,岩样的体积开始增大。在应力达到σE时,岩样已达到原始体积。通常认为,在初始扩容点C岩石内部出现微裂隙,在临界点D微裂隙开始发展成连续裂纹,E点之后预示着岩石即将破裂。这对单轴压缩和三轴压缩同样如此,只不过单轴压缩过程中岩样的体积膨胀更为明显。

③ 弹性模量e与泊松比的多种测量方法

可以用引申计,如果是自动纪录的话我们要做的就是计算了,自动引申计网上有卖,可以在网络查

④ 金属材料弹性模量和泊松比的测定实验的设定了那些假设前提

摘要 二)、弹性模量和泊松比的测定实验弹性模量和泊松比的测定实验大纲1. 通过材料弹性模量和泊松比的测定实验,使学生掌握测定材料变形的基本方法,学会拟定实验加载方案,验证虎克定律。2. 机测材料的弹性模量,使学生学会用引伸计(球铰式引伸计)测量试样的变形,并通过实验加强实验中的协作及配合精神。主要设备:材料试验机;主要耗材:低碳钢拉伸弹性模量试样,每次实验1根。3. 电测材料的弹性模量和泊松比,使学生学会用电阻应变计和电阻应变仪测量材料的变形。主要设备:材料试验机或多功能电测实验装置;主要耗材:低碳钢拉伸弹性模量试样,每次实验1根

⑤ 混凝土的泊松比如何测定,国内是否有测定混凝土泊松比的规范规程

混凝土要测泊松比?额,没侧过。不过泊松比指的是弹性阶段的横向变形和轴向变形之比吧。
看定义:
横向应变与纵向应变之比值称为泊松比µ,也叫横向变性系数,它是反映材料横向变形的弹性常数。
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。比如,一杆受拉伸时,其轴向伸长伴随着横向收缩(反之亦然),而横向应变 e' 与轴向应变 e 之比称为泊松比 V。材料的泊松比一般通过试验方法测定。
所以应该是弹性阶段的。

⑥ 测量橡胶材料泊松比的试验标准是什么

参照塑料的方法执行可以按照ISO527和ASTMD638,目前我们正进行这种测试

⑦ 测量材料弹性模量和泊松比的方法有很多,其中电测法有什么优点

一般地讲,对弹性体施加一个外界作用力,弹性体会发生形状的改变(称为“应变”),“弹性模量”的一般定义是:单向应力状态下应力除以该方向的应变。

⑧ 泊松比怎么测试

材料实验室(SGS工业部)关于高分子测试的400热线在线答疑:
——
泊松比是指材料横向应变与纵向应变之比值,也叫横向变形系数,它是反映材料横向变形的弹性常数。 结果为正值,用无量纲表示。按照相应的轴向,泊松比可用μb(宽度方向)和μh(厚度方向)表示。测试时需要对材料做纵向拉伸测试和横向拉伸测试然后计算出泊松比的值。
——
如需做泊松比测试,可与SGS工业部材料实验室的400电话(帐户名)联系。
——400 630 IB7B——

⑨ 岩石泊松比怎么测

泊松比的测试方法有:机械方法、声学方法、光学方法、其他方法。
目前地层或岩石的泊松比的测试大致有两种:
1.利用岩样或钻井岩芯在实验室测定纵横波速计算泊松比;
2.利用地震波资源计算泊松比

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