材料的内耗测定ppt课件.ppt

实验十材料内耗的测定 1 实验目的 2 实验原理 3 实验设备及材料 4 实验内容与步骤 5 实验报告要求 6 思考题 实验目的 1 掌握测量材料的弹性模量和内耗的方法 悬丝法 2 了解内耗和晶体缺陷的关系 3 了解内耗在材料组织结构研究中的应用 实验原理 概述弹性 主要取决于原子间结合力的强弱 对组织不敏感 弹性模量与熔点 德拜温度 硬度等参量相关联 在机械结构的设计和性能计算时 弹性模量是必须要考虑的性能指标 内耗 内耗代表材料对振动的阻尼能力 它与材料内部的原子重排与磁重排有关 因而 内耗是结构敏感参量 它常被用于研究材料内部的结构 溶质原子与位错的交互作用等问题 是材料研究的一种重要方法 实验原理 弹性 外力去除后 物体恢复到变形前的形状和尺寸的能力 材料的弹性模量是材料的一个基本属性 对于材料的应用非常重要 弹性模量定义 在静弹性变形阶段 应力与应变成正比 其比例系数为弹性模量 广义虎克定律 弹性范围内虎克定律 Hook E 其中 应力 应变 E弹性模量 实验原理 弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力 它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标 当受到外力时 外应力将部分克服原子间的相互作用力 使原子发生相对位移而改变原子间距 产生弹性应变 由于弹性应力不足以完全克服相邻原子间的相互作用力 当外力去除后 原子间相互作用力又使其恢复到原来的平衡位置 即弹性应变消失 1 弹性模量的物理本质是原子间结合力大小的标志 2 因为弹性取决于原子间结合力 故弹性模量是一个组织不敏感参数 3 弹性模量随着温度升高而降低 由于温度升高 原子热振动加剧 原子间距增大 导致原子结合力下降 实验原理 弹性模量是工程材料重要的性能参数 从宏观角度来说 弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度 从微观角度来说 则是原子 离子或分子之间键合强度的反映 一般工程应用中都把弹性模量作为常数 用E表示 单位为 N mm2 单位面积上承受的力 弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标 其值越大 使材料发生一定弹性变形的应力也越大 即材料刚度越大 亦即在一定应力作用下 发生弹性变形越小 实验原理 弹性模量的测量 1 静态法 从应力和应变曲线确定弹性模量E的方法 缺点 精度底 载荷大小 加载速度影响大 脆性材料有困难 2 动态法 在试样承受交变应力产生很小应变的条件下测量弹性模量E的方法 优点 速度快 准确 试样承受极小的应力应变 10 5 10 7 适用于高温和交变复杂负荷条件下工作的金属零部件 比较常用的是悬挂共振法测量弹性模量 验原理 一个自由振动的固体 即使和外界完全隔离 它的机械能也会因为内部存在各种类型的缺陷而最终转化为热能 从而使振动逐渐停止 对于强迫振动 外界必须不断地提供能量才能维持振动 这种由于内部原因而使机械能消耗的现象叫内耗 用 1表示 当前材料内耗测量方法主要有 扭摆法 低频 共振法 声频 和超声波脉冲法 高频 三种 本实验采用共振法测杨氏模量和内耗 测量装置如图1所示 图1共振法测量装置示意图 由信号发生器输出的等幅正旋波信号加在换能器的A 激振 上 通过A把电信号转换成机械振动 使振动由悬丝传给长度为L的圆棒状试样 使试样也发生振动 再由悬丝将试样的振动传给转换器B 拾振 这时机械振动又转换为电信号 该信号放大后送到示波器中显示 试样有自己的固有频率f0 当信号发生器输出的频率不等于f0时 试样不发生共振 示波器上没有信号或信号很小 而当信号发生器输出的频率等于f0时 试样会产生共振 此时示波器上的波形会突然增大 此时的频率就是试样的固有频率f0 共振法测内耗就是在改变激发频率的过程中建立共振曲线 如下图所示 而试样的弹性模量可以在实验中一并得到 E 1 6067 L3m d4 f02 其中m为实验的质量 d为横截面直径 计算相关 内耗为 1 f2 f1 f0 f f0 f1 f2为f f0时Am0减小到Am0 An0 时所对应得两个频率 在测量f0的过程中有两点需要注意 在0 224L和0 776L位置为试样的节点 如果在节点处悬挂试样 将不会有共振发生 因此 悬挂试样时应避免开此位置 而共振效果最好的位置又在节点附近 实验设备及材料 GD SG动态杨氏模量实验仪示波器卡尺等测量工具金属试样 黄铜 不锈钢 镁合金等 实验内容与步骤 1 按实验原理图连接好频率计 测试台 示波器和指示仪表 经实验指导教师允许后可以进行下一步实验 2 先估算并粗略调整信号发生器的频率 使信号的指示为接近共振点 之后继续调整到两个 最大指示值的0 707倍 3 记下相应的频率点位置和信号幅度 将试样升高温度到200 继续测量 4 换试样 重复上述实验步骤 实验报告要求 1 简述实验目的和实验原理 2 对曲线进行处理 得到材料的弹性模量 比较不同材料的弹