0 引言

材料受外力作用时必须发生形变，其内部胁强和胁变(即相对形变)的比值称为杨氏弹性模量，它是物体的一个重要参量。对该物理量的测量已有过很多探究性实验，对金属杨多模量的测量通常是把一根长约lm，直径0.25～0.5 mm的钢丝悬挂于支架上，上端固定，下端加砝码对钢丝施加力F以使其产生内部应力，通过测量原长度L以及加砝码后的伸长量△L 以定出应变，然后根据定义

E=(△F/S)/(△L/L)

确定杨氏模量E(式中S是截面积)。在此实验中通常是用光杠杆或测量显微镜(或测微目镜)测伸长量△L,用砝码测力。因为用到多种常用的长度测量方法以及测力方法，因此通常把它作为一个基本测量实验，但是此方法间接测量物理量较多，偶然误差较大。

 

杨氏弹性模量是金属材料的一项重要物理性能指标，结构材料均须测定这一参数。铸铁、不锈钢、纯铜和各种塑性良好的有色合金和轻合金等非线弹性金属材料在机车车辆工业中应用比较普遍，而这类材料的应力一应变曲线初始段部分没有线弹性金属材料那样明显弹性直线段。目前许多测试机械性能的软件所配置的弹性模量测试方法不理想，也无法判断结果的好坏。笔者在ETM205D微机控制电子万能试验机上以ADC12压铸铝合金金属材料作为试样，进行杨氏弹性模量的测试，建立了新的数据处理模型，取得良好的效果。

 

1 实验部分

1.1 实验仪器

目前，一般的智能电子拉力机都配有计算机及配套软件，可以实时显示拉伸曲线，并能记录实验过程中的检测数据。在进行拉伸弹性模量检测时，一般还需配备引伸计。本文使用三晶电阻应变片式引伸计来测量拉伸弹性模量的方法。

 

1.2 实验方法及步骤

拉伸弹性模量反映试样弹性阶段的整个试验特征，一般情况下采用标线间的应力应变来计算弹性模量。故本方法考虑用试样标线间的应力应变来计算弹性模量。

采用精密线切割机裁出200mm×25 mm 的无缺陷长条形试样，用精度为0.01 mm 的游标卡尺测量出试样厚度（本次实验试样厚度为5.03 mm）。

将试样与拉力试验机轴线成一直线装到夹具中。试样在试验前应处于基本不受力状态，设定拉伸速度为2 mm/min。启动试验机，观察计算机上的试验曲线，得到拉力- 变形曲线图及实验数据，其曲线图如图1所示。

 

图1 拉力- 变形曲线

 

1.3 实验分析及结论

为了消除试样在装夹时产生的影响，取入口点力为5N左右。从图中可以看出，铸铝材料明显无屈服阶段，在力F=3.7067kN进入强化阶段。F=0～3.067kN 时，曲线的斜率基本为一条直线，当F≥3.067kN时，曲线表现一条无明显线性关系的曲线。按材料力学及工程计算要求，拉伸曲线初始部分的曲线斜率作为材料弹性模量，故取F＝1.59～3706.70 N 时的曲线进行计算。取相应的数据区间：σ＝0.289471～26.58716MPa,ε＝0.000003 ～0.000369 ，利用ORIGIN中的线性回归法拟合曲线，可得出如图2 所示结果。从图2 可知，拟合曲线为y =72422.32x+0.75811，试样的拉伸弹性模量为72.42232GPa。

 

图2 应力- 应变曲线及拟合曲线方程

 

图3 Test_Pilot软件弹性模量测

 

与ETM205D配置软件Test_Pilot所带软件所作弹性模量测试分析测试结果（E=35.9428GPa）图3比较可以看出分析软件Test_Pilot在计算金属材料拉伸弹性模量时的局限。

 

2 结论

利用微机控制电子万能试验机，合理分析计算机中记录的实验数据及拉力曲线特点，配合ORIGIN的数据分析功能，可以比较精准地测量金属材料的拉伸弹性模量。该方法操作性强，解决了GB/T22315-2008中测量金属材料拉伸弹性模量的问题。

 

*** 结束 ***