实验拉伸法测量杨氏模量

1、实验1拉伸法测畅氏模杨氏弹性模以下简称杨氏模是表征固材料性质重要力2参,它反映材料?弹性形变难易程度,在机械设及材料性他中有广泛应.其测方法有静态拉伸法、悬臂梁法、简支梁法、共振法、脉冲波传怯,后两种方法测精度高；本实验采静态拉伸法测金属杨氏模,因涉及多长度测,需要研究同测对如何选择同测器【实验目】1 .习静态拉申法测解杨氏模.2 .掌握钢卷、螺旋测微和读数显微镜使3 .习逐法和作图法理I数据.4 .掌握确度评方法杨氏模测包括祛码、待测金属螺旋测微、钢卷、读数显微镜【实验原理】1.杨氏模义本实验讨最简单形变-一拉伸形变,即棒状物献金属仅受轴向用后伸长或缩.根据胡克律：在弹性限度内,弹性应反响变

2、日冬正比.SL设有一根原长为l,横截面积为S金属或金属棒,在力作手下伸长L,那么根据胡克律有式中比F、金属系数称为杨正氏模,长处、横截面积F“L二ESL单位为Pa或Nm-2.实验证实,杨氏模与S大小无关,它只与制金属材料有关.(1-1)E力假设金属直径为d,那么S1,2,口=nd,代入1-1式中可得4(1-2)1-2式说明,在长度、直径和所杨氏模小金属伸长大.形变力.实验中,测出值2.静态拉伸法测方法力相同,皿下,杨氏模大金属伸张小,因此,杨氏模反映材料抗力引拉伸或压缩FL、d、也可以算出金属杨氏模E.测金属杨氏模方法是将金属悬挂于支架,端固,下端祛码对金属F,测出金属伸长6L,即可求出E.金

3、属长度_钢卷测,金属直径d螺旋测微测,力由祛码手重力F=mg求出.实验主要问题是测伸长6L,伸长一很小,约10-1mm数级,在本实验中读数显微镜测也可利枉怦法或其他方法测.为使测现更确些,采测多方法以L减少测脚!误,即在金属下端每一祛码测一次伸长位,逐累祛码,逐次记录长度；通过逐法参考绪求出比.考虑到读数显微镜物镜放大倍为*和祛码重力F=mg,拉伸法测杨氏模实验公式为1-3度算式4mgLXE二9二d、L3 .测结果确度根据间接测确度合法那么参考绪,杨氏模毛相对确为：22222(1-4)空=yum、+匹+/也、+也+也E卜mJ<LJddJ2LJIXJ4 .对实验条分析实验设目本实验利显微镜

4、测微/胀度变,根据1-3式测金属杨氏模测时须满足些实验条有些因将导致系误产请读者根据联系实际地讨高测结果E精确度方法和途径.【器介绍】1 .杨氏模测杨氏模测根本结勾如图7-1所示.主要包括以下两局部：金属支架和祛码：杨氏模底座是一水平底座,四角下有螺旋底12,于调节底座水平.在两根立之间有下两横梁.待测金属长约80Cm端被梁侧面板1牢,下端小板在连接方框,方框下旋一螺钉祛码盘7,框子侧面固一诙板6,下梁一侧有连即摆动装,只需将两螺5调到适当位,够限制第减祛码引连接框扭转和摆动.读数显微镜装：测微目镜和带有物镜镜筒、磁性底座带锁紧钮支架,支架纵向、横向、升降三方向可微调.2 .测微目镜测微目镜也

5、称测微头,常作为精器附,如在内调焦平行和测角土匀装有这种目镜；它也可单使,直接测域干预条纹宽度或由系所实像大小等.其主要特是程小08mm,但确度高.图1-1杨氏模测1.6.梁板2.梁水平调节镶钮3.金属4.立5.摆动装调节镶钮多叉板7.祛码盘8.读数显微镜锁紧镖钮9.读数显微镜10.支架锁紧镖钮11.磁性底座12.螺旋底图1-2是测微目镜结构示意图.目镜筒1与?本盒2相?连,禾I固螺8和接头套筒7可将测微目镜固在特心,亦可装在如内调焦平行、测角、物显微镜等器作可测目镜.目镜焦平面内侧装有T夬程为8mm线玻璃标3其分度值为1mm,在该下方01mm处平行地放一块由薄玻璃片制动分划板4,面有字线和一

6、平行双线.人眼贴近目镜笥观察时,即可在明距离处看到玻璃标放大度线和动分划板字线和的双线见图1-3.动分划板框架与由读数鼓轮带动杆5!过弓t图中未画出相连.当读数鼓轮顺时针旋转时,杆便推动分划板7&导轨垂直于轴向左移动,通过目镜观察到线交和平行双线向左平移,此时连接弹伸长；当鼓轮逆时针旋转时,分划板在弹恢复力作下,向右移动,线交和平行双线亦平移.读数鼓轮每转动一圈,线交及平行双线便平移1mro在鼓轮轮均匀地有100条线,即分10小格,所以鼓轮每转过1小格,平行双线及线交相立地平移001mm.当线交或平行双线中某一条待测物某一标歙口长度始或终时,该标位读数等于皴璃标整数毫值鼓轮力啜位读数值

7、,以mm为单位时,应读到小数后3位.由于测得邳为初读数和末读数之,因此,在实际测中,为方便,常常以平行双线中某一条为测线.使测微目镜时应注意加几：(1)测时先调节目镜与冽划板间距,看清楚线和平行双线.(2)调节整目镜筒与被测媾间距,使在场中得被测像最清楚,且与线无,即二者处在同一平面,当测者下或左右微改变线方向时,两者间没有相对位移,这是测微目镜已调整标.只有无才保证测精度.(3)测过程中,应缓慢转动鼓轮,且沿一方向转动,中途要反向.由于杠与螺母纹间有空隙,称为螺距(也称空程1当反向旋转时,必须转过此间隙后动分划板(线)才跟螺旋移动.因此假设旋过头,必须退回一圈,再从原方向岷推,重测.(4)要

8、求线交得移出度所示度范,如线已到度一端,那么再行旋转测微鼓轮.图1-2测微目镜结构图图1-2分划板1.目镜2.本盒3.玻璃标4.动分划板5杆6.读数鼓轮7.接头套筒8.固螺3.螺旋测微(千分)螺旋测微结构如图-4所示,它程是25mm,分度值是0.01mm,当转动棘轮8使砧台3和测螺杆4端面接触时,微分套筒左端面应与固套筒60线对齐,同时微分套筒“0线也应与固套筒水平线对齐:否那么将有误),这时读数是0.000mm.图1-4螺旋测微结构图L.绝热板；2.架；3.测砧台；4.测螺杆；5.锁紧装；6.固套简；7.微分套筒；8.棘轮当微分套筒7旋转一时与之相连测螺杆沿轴线方向(或后退)0.5mm,微分

9、套筒附有沿圆度,共有50?今格,当微分套筒度转分格时测螺杆沿轴线方向竺mm=0.01mm,所以螺旋测微最小分度(精度)值为0.0lmm.50使螺旋测微时,必须先检螺旋测微是否有读数:转动棘轮使占台和测螺杆端面接触,此时,如果微分套筒“0度线与固套筒水平线没有对齐,那么说明螺旋测微具有读数,测值D.需作正,正后测值D为：D=D1(1-5)可为正,也可为,当微分套筒"O"度线位于固套筒水平线之下:图1-4a)时,那么为正,反之,那么为(图1-4b)o读数属于系误.固套筒标度分于水平线下两端,面度线是毫数,下面度线是半毫数.读数时,如果微分套筒沿未过半毫线,那么读出整毫数再微分套

10、筒读数即可；如果微分套筒沿过半毫线,那么需读出整毫数值后0.5mm,再微分套筒读1攵才是完整测数据.图0-3螺旋测微读数(a)读数为H0.005mm(b)读数为-Q005mn测物线度时,应手持螺旋测微绝热板局部,先将测螺杆退开,把彳f测物放在砧台和测螺杆端面之间,然后轻轻转动棘轮旋,使测螺杆和砧台测面与物接触,当听到喀喀声口矶,表示待测物已被,即停止转动棘轮.读数时,以微分套筒沿为读数线,读出固套筒分度数,读到0.5mm,再以固套筒水平线为基线,读出微分套筒圆度数,读到最小分度分之一,即毫千分位,如图1-3读数为6.282mm.毕复原器时,应将螺杆退回几转,留出空隙,以免热胀使螺杆变形.【实验

11、内容与要求1 .杨氏模测调整(1)调节金属铅直：首先调节底螺,使器底座水平(可水器)；在祛码盘100g祛码,使金属被效直；再调节梁微调旋钮使梁板水平,直到穿过板金属靠贴小内壁；然后调节下梁一侧恸装,将两螺分另嗾铅属下连接框两侧“V形槽,并与框之间形两很小间隙,以便够下自由移动,又防止扭转和摆测.(2)调节读数显微镜：将读数显微镜装到支架,插入磁性底座,紧靠位板也.先粗调显微镜高度,使之与图7-1字叉板6根本等高,再细调显微镜显微镜.细调步骤是?先调节目镜看清读数显做分划板叉和额娜分度再移动镜筒看t字叉板6放大字叉像,使字叉像与分划板和平行双线无(即当线微下移动时,字叉与无划板线之间无相对移动.

12、详见附录),最后锁磁性底座.因读数显微镜倒像,所以待测金属受力伸长时,场内字叉像向移动,金属回缩时,字叉向下移动.2 .测金属杨氏模E(1)观察并测金属伸缩变：通过读数显微镜观察下拉金属字叉板,记录祛码盘100g祛码时字叉像位读数x(一情况下雌x1=4mm附近),以后在祛码盘每增L200g祛码,测读一次诙像数据x(i=2,3,11),一直到2100g；然后逐一减掉祛码,再测读出一儆据x；(i=11,10,2).并钢卷测金属长度,只测一次.将所得数据记在以下数据表格中,并逐法处理数据.金属长度L=mm,重力速度(T州)g=9.7833ng,读数显微镜物镜放大X=序号mi(g)xi(mm)x：(m

13、m)一xi+x；xi=(mm)2xi-t5xidLi-x(mm)5增祛码减祛码1100230035004700590061100况=713008150091700101900112100算伸长L确度时由于是间接1测,必须考虑误传递,但由于使逐法行处理数据,可将看作一Lj(i=1,2,5)组等精度测歹U,那么确度评"(L-L)2A类分：uLA如下处理:n(n-1)B类分xi5-xi由函数关系式iLi=5(xi5x5)一(xixi)可得1044ulb=77u10误限)；xB20.0047T广44.710mm(其中0.004mri?为读数显微镜器10、3那么总确度为u&=qu序号1

14、23456测值Di(mm)正值di=Di-A(mm)d=(mm)测;测后;平均值=2螺旋测微在金属同部位测直径d,测6次,并在测测微读数各3次.?后记录螺旋测螺旋测微名单位为mr?：mm.2并算其确度Ud2+UdB,其中UdA%(di-d)2【丁,螺旋测微n(n-1)器误?为Q004mr?,那么UdB0.004nFmm(3)根据1-3算杨氏模根据1-4算确度uE,写出测结果E=E±u.其中实验给出Um0.1%.=0.3%XuL=3mm.(5)作图法验证胡克律?将1-3改写Xi=Kmj=Km.mo是未放祛码时金属所受到重力对应质；坐标纸作勿-mi图线,从3.找出K或最小二乘法算,并分析

15、和讨实验结果.【注意事】1 .在增减祛码时,应该轻拿轻放,等金属2 .注意维护金属平直跳,在螺旋测后测.现金属有弯折,可在祛码盘先?微测其直径时勿将其扭折,如果作实验?本底跌码约几百克,使它在伸直状态下开始做实验.3 .正确使和维护读数显做.调节读数显微镜要轻、慢,要手触摸物镜和目镜表面.调后,在整测过程中得再碰动显微镜.4 .测时注意消除目镜论程带误.整测过程中读数鼓轮中途反转,从增祛码变到减祛码时返注意消除空程影响.【思考问题】1 .杨氏弹性模物理意3是什么它反映材料什么性质2 .材料相同,但粗细、长同两根金属?,它们杨氏模是否相同3 .实验装使得易测.,可在毫位欠,这会为影响测主E要因吗4 .逐法处理数据有什么处逐法使条是什么5 .在行实验时,如果出现下列情况,将分别对实验I何影响?是否要从头WIXi?如何从测数