[發明專利]基于虛擬純彎曲材料的彈性模量測試方法

有效

• 申請號: 201711187791.3
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN107991041B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 楊秋偉;王偉;李娜
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00
• 代理公司: 紹興市知衡專利代理事務所(普通合伙) 33277
• 代理人: 李敏

本申請涉及一種基于虛擬純彎曲材料的彈性模量測試方法，屬于施加穩定的張力或壓力測試固體材料的強度特性等物理或化學形狀來測試或分析材料技術領域。對材料制作的細長構件進行自由振動模態測試試驗，根據構件的支座約束條件構造出相應的虛擬力向量，由構件的柔度矩陣和虛擬力向量相乘來計算獲得虛擬純彎曲狀態下的位移參數，進而計算虛擬純彎曲段的曲率，最后根據虛擬純彎曲段橫截面的平衡條件列方程得出彈性模量。將本申請應用于各種支座約束條件和橫截面類型以及服役已久的既有構件，具有操作簡單、測試所需時間短、無破壞性、操作環境不受限制等優點。

技術領域

本申請涉及一種基于虛擬純彎曲材料的彈性模量測試方法，屬于施加穩定的張力或壓力測試固體材料的強度特性等物理或化學形狀來測試或分析材料技術領域。

背景技術

材料的彈性模量是其基本的力學參數之一，快速準確的測量材料的彈性模量對于工程設計具有十分重要的意義。目前測量彈性模量的方法，大多采用單軸壓縮或拉伸變形試驗，獲得材料的壓縮彈性模量和拉伸彈性模量。這種測試方法屬于靜力試驗，對構件的截面形狀和尺寸有標準的限制，且只能在實驗室才能開展，而且，由于尺寸效應的影響，實驗室測得的彈性模量和實際構件的真實彈性模量可能有一些差異，另外，對于服役時間已久的構件而言，其彈性模量會比原始狀態有較大變化，如果要獲得這些服役已久構件的真實彈性模量，則需要新的測量方法。而現有的公知方法并不能實現上述模量的測量。

基于此，做出本申請。

發明內容

針對現有模量測量中所存在的上述缺陷，尤其是對于拉壓彈性模量基本相等的材料，本申請提出一種基于虛擬純彎曲的測試材料彈性模量的方法，其利用構件自由振動的模態參數，并構造虛擬的純彎曲受力狀態，來計算獲得材料的彈性模量，該方法具有操作簡單、測試所需時間短、無破壞性、操作環境不受限制(既可以在實驗室也可以在工地現場進行)等優點，該方法不僅能適用于各種支座約束條件以及不同的橫截面類型，還特別適合于服役已久的既有構件真實彈性模量的測量。

為實現上述目的，本申請采取的技術方案如下：

基于虛擬純彎曲材料的彈性模量測試方法，包括以下步驟：(1)對構件進行自由振動模態測試試驗，測試得到構件自由振動的低階模態參數，即圓頻率ω_j和振型φ_j，由所得數據計算得出構件的近似柔度矩陣F；(2)根據構件的支座約束條件構造出相應的虛擬力向量l_v，使得構件中某區段在虛擬力向量的作用下處于兩端作用有外力偶M的虛擬純彎曲受力狀態；(3)由構件的柔度矩陣和虛擬力向量相乘來計算獲得虛擬純彎曲狀態下的位移參數d，再由所得數據d利用中心差分法計算虛擬純彎曲段的曲率(4)根據虛擬純彎曲段橫截面的平衡條件列方程得出彈性模量E的計算公式，將相應數據代入計算可得到彈性模量。

進一步的，作為優選：

所述的構件為細長構件，該構件由拉壓彈性模量基本相等(相差不超過5％)的材料制成，且構件的長寬比或長細比不小5。

所述的構件自由振動模態測試試驗，屬于常規的動力實驗，測試設備主要包括傳感器、動態數據采集儀器和模態分析軟件，它們均可由市場購買得到，傳感器等間距的安置于構件的上表面或者下表面對稱線上。設測試得到構件的前m階模態參數，即圓頻率ω_j和振型φ_j，可由所得數據計算得出構件的近似柔度矩陣F，計算公式為：