[發明專利]圓環徑向彎曲彈性模量的測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201410134466.0
• 申請日: 2014-04-02
• 公開（公告）號: CN103940678A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 黃大維;李曉龍;陳翰;周順華
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N3/20
• 分類號: G01N3/20
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明屬于彈性模量的測量領域，涉及一種彈性模量的測量裝置及測量方法。

背景技術

彈性模量測量方法有靜態測量法、共振法、脈沖法等。其中，共振法和脈沖法測量精度較高，但測量較復雜，對測量儀器要求高；而靜態測量法比較簡單。

靜態測量法就是在物體加載以后測出物體的應力和應變，根據特定的公式計算出彈性模量（E），主要有拉伸法和直梁彎曲法等。

最常見的測量材料彈性模量的實驗是低碳鋼的拉伸實驗。低碳鋼在比例極限內應服從胡克定律，通過測量桿狀低碳鋼受拉后的伸長量，從而計算出彈性模量。低碳鋼在比例極限內形變與載荷之間的關系為：

Δl=Pl0EA0]]>

式中，Δl為桿狀構件軸向伸長量；P為桿件所受拉伸荷載；A₀為桿件初始截面積；l₀為桿件初始長度。然而，雖然靜態測量法比較簡單，但是卻普遍受到待測材料幾何形狀限制，至今沒有一種簡單可靠并且易于操作的圓環徑向彎曲彈性模量的測量裝置能夠較容易地獲得圓環徑向彎曲彈性模量。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，目的在于提供一種易于操作并且計算方法簡單的圓環徑向彎曲彈性模量的測量裝置以及測量方法。

為達到上述目的，本發明的解決方案是：

一種圓環徑向彎曲彈性模量的測量裝置，包括夾緊被測圓環拱底處的下部夾具、夾緊被測圓環拱頂處的上部夾具、設置在上部夾具下方的豎向位移計、分別設置在被測圓環兩側拱腰處的兩個水平位移計以及可移除地置于上部夾具頂部并且質量相同的多個質量塊。

上述下部夾具包括底板、下圓弧塊以及四根貫穿下圓弧塊并且與底板連接的下部夾緊螺栓，下圓弧塊的弧形面內切于被測圓環的內圓面。進一步地，上述上部夾具包括水平置于拱頂處的頂板、上圓弧塊以及四根貫穿上圓弧塊并且與頂板連接的上部夾緊螺栓，上圓弧塊的弧形面內切于被測圓環的內圓面。更進一步地，上述下圓弧塊的弧形面和上圓弧塊的弧形面的曲率相同，并且上圓弧塊的弧形面的曲率半徑和下圓弧塊的弧形面的曲率半徑均為被測圓環的內圓面半徑的0.6～0.8倍。

一種圓環徑向彎曲彈性模量的測量方法，使用了上述的測量裝置，包括如下步驟：

（1）、將下部夾具置于平整地面上并夾緊被測圓環的拱底處；

（2）、將上部夾具固定在被測圓環的拱頂處并夾緊拱頂處；

（3）、將豎向位移計安裝在上部夾具的下方并將兩個水平位移計分別安裝在被測圓環兩側拱腰處；

（4）、在上部夾具上逐級加載等質量的質量塊并分別獲取每級加載下的豎向位移計和水平位移計的讀數值；

（5）、利用有限元分析法計算出每級加載下被測圓環的豎向位移與其頂部加載重量的關系系數；

（6）、根據關系系數及計算公式計算出各級加載下的被測圓環的徑向彎曲彈性模量，取各級加載下被測圓環的徑向彎曲彈性模量的平均值作為彈性模量實測值。

在上述步驟（2）中，上部夾具的頂板與被測圓環外圓面的切點以及上部夾具的上圓弧塊與被測圓環內圓面的切點均位于被測圓環圓心的正上方。

在上述步驟（3）中，豎向位移計設置在上部夾具的上圓弧塊的下方并且其測點位于被測圓環圓心的正上方，水平位移計的測點高度與被測圓環的圓心高度相同。

在上述步驟（4）中，質量塊的個數大于等于6。

由于采用上述方案，本發明的有益效果是：

在本發明的圓環徑向彎曲彈性模量的測量裝置及測量方法中，測量裝置僅由下部夾具、上部夾具、豎向位移計、水平位移計和多個質量相同的質量塊構成，故該測量裝置結構簡單，易于生產、儲存和運輸；另外，在測量過程中僅需要在上部夾具上逐級放置質量塊以及在豎向位移計和水平位移計獲取相應的讀數值，便可根據計算公式計算出待測圓環的徑向彎曲彈性模量，因此該測量裝置操作簡單、測量準確、大大減化了圓環彎曲彈性模量測量的方法并提高了測量的效率。

附圖說明

圖1為本發明實施例的圓環徑向彎曲彈性模量的測量裝置的結構示意圖。

圖2為本發明實施例的下部夾具的結構示意圖。

圖3為本發明實施例的測量方法流程圖。