CN109187180B - 一种基于双轴拉伸试验的材料泊松比测量方法 - Google Patents

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    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces

Abstract

本发明公开了一种基于双轴拉伸试验的材料泊松比测量方法，该方法包括以下步骤：沿双轴试验件某一拉伸方向粘贴应变片，并与应变仪连接好，将双轴试验件连接紧固于双轴试验装置，操作双轴试验装置，按给定加载轨迹进行弹性加载并卸载，获得应变片应变数值随时间的变化曲线，确定其零点和该时刻加载曲线对应位置，根据该位置数值，按公式计算所述材料的泊松比μ，该方法步骤简单，易于实施，只需通过单片即可测量泊松比，适用于复杂材料或新材料的泊松比测量。

Description

一种基于双轴拉伸试验的材料泊松比测量方法
技术领域
本发明属于工程材料物理性能试验技术领域，尤其涉及一种基于双轴拉伸试验的材料泊松比测量方法。
背景技术
泊松比是材料的基本力学参数之一，是力学分析必不可少的一个参数，对于一般材料可以通过查询手册来获取，对于复杂材料或新材料，如不同成分的复合材料或合金，则需要试验来测定，目前GB/T 22315-2008中给出了金属材料弹性模量和泊松比的试验方法，包括静态法测泊松比、动态法测动态泊松比，其中静态法需要贴两个应变片进行试验、并且通过数据后处理才能得到泊松比，虽然多次试验后统计偏差较少，但整体操作复杂，不适用于简单情形。李海星等人设计了一种四点弯曲弹性参数测量方法及测量系统(CN103698225)，可以通过应变片测应变进而计算得到泊松比，同样需要横纵两个方向的应变数据。
这类处理方式对于大批量材料的测定是可以的，但实际生产和研究中，往往存在实际材料尺寸限制或者不能对研究对象切割等问题，或者对于非金属材料如生物材料不能完全适用，因此不能够完全按照现有标准的试验流程测量泊松比。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提供一种基于双轴拉伸试验的材料泊松比测量方法，该方法基于广义胡克定律，利用单个应变片即可测量材料的泊松比。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于双轴拉伸试验的材料泊松比测量方法，包括以下步骤：
(1)沿双轴试验件某一拉伸方向粘贴应变片，将所述应变片与应变仪连接，将所述双轴试验件连接紧固于双轴试验装置；
(2)操作所述双轴试验装置，按给定加载轨迹进行弹性加载并卸载；
(3)获得所述应变片应变数值随时间的变化曲线，若所述应变曲线不存在零点，则按新的加载轨迹加载，若存在零点，则确定该时刻所述加载曲线对应位置点；
(4)根据所述该位置点数值，按公式计算目标材料的泊松比μ。
其中，所述双轴试验件至少保证其双向应力区完全由目标材料构成，所述应变片粘贴位置应位于应变分布均匀区域。
其中，所述给定加载轨迹应满足连续可导函数，并且0～μ为该函数导数值的子区间。
其中，所述步骤(4)中的材料泊松比μ根据以下方法计算得到：
μ＝Fy/Fx＝tanθ
式中，Fx、Fy分别为该时刻所述加载轨迹上各方向加载力的大小，θ为该点切线与x轴正方向夹角。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
本发明提供了一种基于双轴拉伸试验的材料泊松比测量方法，该方法步骤简单，易于实施，只需通过单片即可测量泊松比，适用于复杂材料或新材料的泊松比测量。
附图说明
图1为根据本发明的实施例的试验方法流程图；
图2为根据本发明的一种较佳实施例的贴片示意图；
图3为根据本发明的一种实施例的泊松比确定过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
参照图1～图3，根据本发明的一个实施例，一种基于双轴拉伸试验的材料泊松比测量方法，包括以下步骤：
(1)将单个应变片1沿双轴试验件2的x拉伸方向粘贴，贴在双向应力区，并与应变采集装置等连接调试好；
(2)该双轴试验件2可以为同一块材料，也可以由不同材料焊接或连接获得，但其双向应力区，即应变片1所粘贴位置，应为目标材料且该区域内应力水平在弹性范围内尽可能均匀，弹性范围在正负5％之内。
(3)将双轴试验件2连接并夹紧于双轴试验装置，按给定载荷轨迹3进行弹性加载并卸载，即加载力始终保证目标材料处于弹性范围内；
(4)本实施例中加载曲线3为二次函数，在任意点的切线斜率可根据该二次函数导函数确定，并且0～μ为该函数导数值的子区间，建议按存在解析表达式的加载轨迹进行加载，方便计算求解，若受加载测量装置限制，可通过切线角度量取计算；
(5)获得应变片的应变随时间的变化曲线4，若曲线不出现零点5，则按新的加载轨迹加载，直到出现零点5，并且根据加载时间确定曲线3上5对应的位置；
(6)根据加载轨迹3，确定点5位置发生时的加载比，则材料的泊松比可根据下式计算：
μ＝Fy/Fx＝tanθ
式中，Fy、Fx分别为曲线3上点5加载时刻各方向加载力的大小，可由加载装置的力学传感器获取，θ为该点切线与x轴正方向夹角，优先采用Fy/Fx进行计算。
以上详细描述了本发明的较佳实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的技术试验，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于双轴拉伸试验的材料泊松比测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)沿双轴试验件某一拉伸方向粘贴应变片，将所述应变片与应变仪连接，将所述双轴试验件连接紧固于双轴试验装置；
(2)操作所述双轴试验装置，按给定加载轨迹进行弹性加载并卸载；
(3)获得所述应变片应变数值随时间的变化曲线，若所述应变曲线不存在零点，则按新的加载轨迹加载，若存在零点，则确定该时刻所述加载曲线对应位置点；
(4)根据所述位置点数值，按公式计算目标材料的泊松比μ；
所述步骤(4)中的材料泊松比μ根据以下方法计算得到：
μ＝Fy/Fx＝tanθ
式中，Fx、Fy分别为该时刻所述加载轨迹上各方向加载力的大小，θ为该点切线与x轴正方向夹角。
2.根据权利要求1所述的一种基于双轴拉伸试验的材料泊松比测量方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述双轴试验件至少保证其双向应力区完全由目标材料构成，所述应变片粘贴位置应位于应变分布均匀区域。
3.根据权利要求1所述的一种基于双轴拉伸试验的材料泊松比测量方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述给定加载轨迹应满足连续可导函数。
4.根据权利要求3所述的一种基于双轴拉伸试验的材料泊松比测量方法，其特征在于，0～μ为该函数导数值的子区间。
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