一种弹性模量的校准方法与流程

本发明属于本发明涉及材料物理参数测量领域，特别是一种弹性模量的校准方法。

背景技术：

万能试验机是材料物理参数测量的常用设备，使用年限较长及使用频率较高的万能试验机，在检定测试时发现,仪器在经常使用的较小量程范围往往超出规定误差范围。万能试验机长时间没有经过专业校准，会出现系列误差。

首先，试验机的主体部分：如果主体不水平安装，工作活塞和工作气缸壁会产生摩擦，造成误差。其次是测功机部分：测功器部分的安装不是水平的，这将导致摆轴承之间的摩擦。不经常使用的侧壁部分容易沉积污垢,及测力摆锤轴与测力活塞连接倒挂件槽内沉积污垢也增大摩擦力而引起量程点的测得力值偏低。

我们在进行大量实验时，应保证实验数据的准确性，避免这些实验误差以及人为的误差。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种弹性模量的校准方法，对万能试验机测得的弹性模量进行校准。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种弹性模量的校准方法，包括如下步骤：

步骤一、实验的标准试件置于万能试验机夹头处，万能试验机和高速相机同时启动监测，直到试件断裂停止实验；

步骤二、根据万能试验机数据以及高速相机拍摄的照片确定校准倍率；

步骤三、根据拉伸实验数据确定待校准弹性模量；

步骤四、根据校准倍率得到校准后的弹性模量。

优选的方案中，所述步骤二中，根据万能试验机数据，定位应力最大的数据，根据从启动到最大应力时所用时间t，确定高速相机此时间拍摄的拉伸图片形变，校准倍率k＝ε2/ε1，ε1为高速相机在t时的应变，ε2为万能试验机在最大应力时的应变。

优选的方案中，所述步骤二中，根据高速相机拍摄速率v与时间t计算从启动到最大应力时图片张数n，n＝t/v，测量第n张图片形变量△l，ε1＝△l/l，l为试件两夹距之间的距离，△l为试件拉伸前后的两夹距之间的距离变化值。

优选的方案中，所述步骤三中，根据万能试验机的拉伸实验数据绘制应力应变曲线图，根据应力应变曲线图确定应力应变曲线的斜线段，根据斜线段的两个端点的应力和应变值确定待校准的弹性模量。

优选的方案中，取总应变量为2％和4％时应力应变曲线的点连线斜率确定待校准弹性模量，

式中：e'为不准确的弹性模量，σ4％和σ2％分别为总应变量为2％和4％时的应力，ε4％和ε2％分别为总应变量为2％和4％时的应变。

优选的方案中，所述步骤四中，校准后的弹性模量e计算公式为：式中：e为正确弹性模量，n为实验次数。

本发明提供的一种弹性模量的校准方法，能够根据校准倍差对万能试验机的弹性模量进行校准，避免由于测量设备、测量环境变化引起的系统误差，提高实验数据的有效性、科学性。

附图说明

下面结合附图和实施实例对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例中试件未进行拉伸前的高速相机显示图片；

图2为本发明实施例中试件形变量最大时的高速相机显示图片；

图3为本发明实施例中试件的应力应变曲线示意图。

具体实施方式

一种弹性模量的校准方法，包括如下步骤：步骤一、实验的标准试件标记上合适夹距,置于万能试验机夹头处，万能试验机和高速相机同时启动监测，直到试件断裂停止实验，万能试验机和高速相机两台设备分别连接两台不同电脑，对高速相机拍摄速率进行合理设置。

步骤二、根据万能试验机数据以及高速相机拍摄的照片确定校准倍率,根据万能试验机数据，定位应力最大的数据，根据从启动到最大应力时所用时间t，确定高速相机此时间拍摄的拉伸图片形变。根据高速相机拍摄速率v与时间t计算从启动到最大应力时图片张数n，n＝t/v，测量第n张图片形变量△l，ε1＝△l/l，l为试件两夹距之间的距离，△l为试件拉伸前后的两夹距之间的距离变化值。

校准倍率k＝ε2/ε1，ε1为高速相机在t时的应变，ε2为万能试验机在最大应力时的应变。

步骤三、根据拉伸实验数据确定待校准弹性模量，根据万能试验机的拉伸实验数据绘制应力应变曲线图，根据应力应变曲线图确定应力应变曲线的斜线段，根据斜线段的两个端点的应力和应变值确定待校准的弹性模量，根据斜线段两个端点的点连线斜率确定待校准弹性模量。

步骤四、根据校准倍率得到校准后的弹性模量，校准后的弹性模量e计算公式为：式中：e为正确弹性模量，n为实验次数。

本实施例以9400树脂材料作为实验材料进行方法验证，该材料用3d打印技术制成标准试件，并标记夹距线。

步骤一、将两夹距线分别夹于万能试验机的两端夹头处，对高速相机视野进行调整，让试件出现在屏幕中央位置，且调整拍摄速率，在本实施例中拍摄速率v＝2s/张。万能试验机的型号为：cmt4104g，高速相机的型号为：osg030-815um。拍摄试件未拉伸前图片，如图1所示，测量其夹距l，l＝8.1cm。同时启动万能试验机和高速相机，直到试件断裂停止实验。

步骤二、根据万能试验机数据，定位应力最大的数据，根据从启动到最大应力时所用时间t，确定应力最大时所用时间t＝152s，应力最大时的应变ε2＝0.0731，确定高速相机此时间拍摄的拉伸图片形变。根据高速相机拍摄速率v与时间t计算从启动到最大应力时图片张数n，n＝t/v，n＝152/2＝76，测量第76张图片形变量△l,如图2所示，△l＝l1-l＝0.3cm，ε1＝△l/l＝0.037。校准倍率k＝ε2/ε1＝1.973。

步骤三、根据拉伸实验数据确定待校准弹性模量，根据万能试验机的拉伸实验数据绘制应力应变曲线图，如图3所示，取总应变量为2％和4％时应力应变曲线的点连线斜率确定此时待校准弹性模量：

表1总应变量为2％和4％时相关物理参数表

e′＝0.883。

步骤四、根据校准倍率和待校准弹性模量计算得出校准后的弹性模量e＝1.973*0.883＝1.74。

为保证实验测量准确性，排除人为及系统误差，取五组实验，最后根据校准倍率得到正确的弹性模量。

五次实验，校准倍率为：1.973，待校准弹性模量为0.88、0.89、0.94、0.91和0.93。

根据计算得出平均弹性模量为e＝1.80，而该试件材料供应商提供的标准弹性模量为1.80，校准的弹性模量的误差在1％范围内，证明该校准方法可行。