1、lCS lCS 7704010H 22a園中華人民共和國國家標準GBT 2231 52021代替GBI、21051 99I、GBT 86531988金屬材料彈性模量和泊松比試驗方法Metallic materials-Determination of modulus of elasticityandPoisson7S ratio2021-08-05發布2021040 1實施豐瞀鹛鬻瓣譬幞瞥簍發中國國家標準化管理委員會儀GBT GBT 223152021目次前言 1 范圍 - 2標準性引用文件 - 3術語和定義 。31靜態法 - 32動態法 - ，04符號及說明- - 05靜態法 051原理 0

2、52試樣 053試驗設備 054試驗條件 - -55性能測定 - 6動態法 。61原理 - 。62試樣 。63試驗設備 -64試驗條件及操作要求 -65數據處理- -7試驗報告 附錄A(資料性附錄) 電阻應變計測定彈性模量方法 A1試驗原理 - A2試驗儀器 - A3試樣 - A4試驗 - 一A5彈性模量的計算 - 0，n記弘孔馳馳孔孔踮GBT GBT 2231 52021刖舌本標準整合修訂國家標準GBT8653 1 988(金屬楊氏模量、弦線模量、切線模量和泊松比試 驗方法(靜態法)?和GBT2105 19 91?金屬材料楊氏模量、切變模量及泊松比測量方法(動力 學法)?。本標準靜態法局部參

3、照美國材料與試驗協會標準ASTME111一04?楊氏模量、切線模量和弦線模量 標準試驗方法?，動態法局部參照美國材料與試驗協會標準ASTME1875 oo?用聲共振測量動態楊氏模 量、切變模量和泊松比的標準試驗方法?。本標準與ASTME111-04、ASTME1875 00的一致性程度為 非等效。本標準代替GBT86531 988和GBT 21051 991。本標準靜態法局部與GBT 8653-1988相比，在技術內容上主要變化如下：修改了標準的適用范圍(本標準的第1章)；增加了標準性引用文件(本標準的第2章)；修改了術語和定義(GBT 86531988中的第2章，本標準的31)；修改了符號及

4、說明(GBT 86531988中的第3章，本標準的第4章)；修改了對試樣的要求(GBT86531988中的第3章，本標準的52)；修改了對引伸計的使用要求(GBT 86531988中的62，本標準的532、545)；增加了對試驗初試驗力的要求(本標準的542)；修改了對試驗環境溫度控制的要求(GBT8653一1988中的74，本標準的547)；刪除了繪制曲線時對力軸比例和放大倍數的要求(GBT 86531988中的811、821、831，本標準的5511、5521、5531)；增加了擬合法測定楊氏模量對應變范圍的要求(GBT86531988中的812，本標準的5512)；修改了對泊松比的有效位

5、數的規定(GBT86531 988中的第9章，本標準的556)。 本標準動態法局部與GBT 21051991相比，在技術內容上主要變化如下：修改了標準的適用范圍(GBT 21051991中的第1章，本標準的第1章)；修改了標準性引用文件(GBT 21051991中的第2章，本標準的第2章)；修改了術語和定義(GBT 21051991中的第3章，本標準的32)；刪除了根本公式(GBT 21051 991中的43)；增加了對熱電偶位置有關規定(GBT 21051 991中的514，本標準的6314)；修改r對音頻振蕩器I二限的規定(GBT 21051991中的521，本標準的6321)；增加了對試

6、樣支撐的規定(GBT21051991中的722，本標準的6422)；增加了動態泊松比擬大時對修正系數取值的規定(GBT 21051991中的811，本標準的6511)；修改了對矩形桿動態楊氏模量計算公式中系數的規定(GBT 21051991中的813，本標準的6513)。 本標準的附錄A為資料性附錄。 本標準由中國鋼鐵工業協會提出。 本標準由全國鋼標準化技術委員會歸口。GBT GBT 223152021本標準起草單位：上海材料研究所、北京北冶功能材料、鋼鐵研究總院。 本標準主要起草人：奚建法、李昕、王濱、李麗敏、黃旭東、梁新幫。 本標準所代替標準的歷次版本發布情況為：GBT 21051980，

7、GBT21051 991；GBT 8653r1 988。GBT 223GBT 223152021金屬材料彈性模量和泊松比試驗方法1范圍 本標準規定了用靜態法測定金屬材料楊氏模量、弦線模量、切線模量、泊松比，用動態法測定金屬材料動態楊氏模量、動態切變模量、動態泊松比的范圍、標準性引用文件、術語和定義、符號及說明、原理、 試樣、試驗設備、試驗條件、性能測定和試驗報告。本標準靜態法局部適用于室溫下測定金屬材料彈性狀態的楊氏模量、弦線模量、切線模量和泊松 比；動態法局部適用于 1 961200間測定材質均勻的彈性材料的動態楊氏模量、動態切變模量 和動態泊松比的測量。注1：其他溫度下金屬材料的拉伸楊氏模

8、量、弦線模量和切線模量的測定，也可參照本標準執行。 注2：其他材料的楊氏模量、弦線模量、切線模量、泊松比和動態楊氏模量、動態切變模量、動態泊松比的測定經協商也可參照本標準的相關局部執行。2標準性引用文件 以下文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。但凡注日期的引用文件，其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內容)或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據本標準達成協議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。但凡不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標準。GBT 2282002金屬材料室溫拉伸試驗方法(GBT2282002，eqv ISO 6892：1998)GBT2975鋼及鋼產品力學性能試驗

9、取樣位置和試樣制備(GBT29751 998，eqv ISO 377：1997)GBT 73142005金屬材料室溫壓縮試驗方法(GBT 73142005，ASTM E9 1989a(2000)，MOD) GBT81 70數值修約規那么GBT】0623金屬力學性能試驗術語(GBT10623-2021，ISO23718：2007，MOD)GBT 12160單軸試驗用引伸計的標定(GBT 12160-2002，ISO9513：l 999，Metallicmateri alsCalibration of extensometers used in uniaxialtesting，IDT)GBT1 3

10、992電阻應變計GBT15014彈性合金領域內的物理特性和物理量術語與定義GBT 168251 靜力單軸試驗機的檢驗第1局部：拉力和(或)壓力試驗機測力系統的檢驗與校 準(GBT1682512002，lS()7500 1：1999，Metallic materialsVerificationof static uniaxial testing machinesPart1：Tensioncompressiontesting machinesVerificationand calibration of the force measuring systemIDT)JJG623電阻應變儀3術語和定義G

11、BT10623和GBT 1 5014確立的以及以下術語和定義適用于本標準。31靜態法311軸向引伸計標距axialextensometer gaugelengthL。l測量試樣軸向變形的引伸計標距。GBTGBT2231 52021312橫向引伸計標距transverseextensometergauge lengthL。t測量試樣橫向變形的引伸計標距。313軸向應變axialstrain 在平面內平行于試樣軸向方向的線應變。314橫向應變transversestrain 吼 在平面內垂直于試樣軸向方向的線應變。315拉伸楊氏模量Youngsmodulusin tension E 軸向拉應力與軸

12、向應變成線性比例關系范圍內的軸向拉應力與軸向應變的比值。316壓縮楊氏模量Youngsmodulus in compression E。 軸向壓應力與軸向應變成線性比例關系范圍內的軸向壓應力與軸向應變的比值。317弦線模量chord modulus E“ 在彈性范圍內軸向應力一軸向應變曲線上任兩規定點之間弦線的斜率。318切線模量tangentmodulus E山 在彈性范圍內軸向應力軸向應變曲線上任一規定應力或應變值處的斜率。 注：弦線模量和切線模量適用于呈非線彈性狀態的金屬材料。319泊松比Poissonratio p低于材料比例極限的軸向應力所產生的橫向應變與相應軸向應變的負比值。32動

13、態法321彎曲振動 flexuralvibration桿或管振動的方向與其長度方向垂直且處于垂直面內。在兩端自由的狀態下，試樣的基頻振動如 圖l所示。側視l蓍圖1兩端自由桿的彎曲基頻共振(側視圖)CBTCBT2231 52021322橫振動vibrationin level桿或管振動的方向與其長度方向垂直且處于水平面內。在兩端自由的狀態下，試樣的基頻振動如 圖2所示。頂視振動方向圖2兩端自由桿的橫向基頻共振(頂視圖)注：在彎曲振動與橫振動模式F，楊氏模量與試樣共振頻率問的關系是相同的，通常不予區分。323扭轉振動torsionalvibration桿或管中每一橫截面均做繞其長度軸線的相對扭轉振

14、動，見圖3。n矽圖3桿的扭轉基頻共振324 節點node 處于共振狀態的桿中，位移恒為零的位置。325共振頻率resonancefrequency 引致試樣產生共振的外加強迫力的振動頻率。 注：對于包括金屬材料在內的滯彈性固體，可忽略共振頻率與固有頻率之間的差異326動態楊氏模量dynamicYoungs modulus Ed 彈性變形范圍內測定的正應力與正應變的比值。327動態切變模量dynamicshear modulusGd 亦稱剛性模量，彈性變形范圍內的切應力與相應切應變的比值。328動態泊松比dynamic poisonsratio pd 由動態楊氏模量和動態切變模量所確定的泊松比稱

15、為動態泊松比。注：對于各向異性的材料，仿此定義的數值稱之為等效泊松比。329動態彈性模量dynamicelastic modulus 絕熱彈性模量，動態楊氏模量與動態切變模量(剛性模量)的統稱。 注：絕熱彈性模量由聲共振法測得。GBTGBT2231 520213210試樣厚度thicknessoftest piece h在彎曲(橫)共振狀態下，平行振動方向上的試樣尺寸，見圖4。3211試樣寬度width of test pieceb 在彎曲(橫)共振狀態下，垂直振動方向上的試樣尺寸，見圖4。振動方向圖4彎振試樣的厚度與寬度4符號及說明 本標準適用的符號及說明見表1。表1符號及說明符號說明單位

16、靜態法矩形試樣原始厚度bo 矩形試樣平行長度局部的原始寬度 礬 圓形試樣平行長度局部的原始直徑 L。 試樣平行長度L。 試樣原始標距 L“軸向引伸計標距 L。橫向引伸計標距L“試樣軸向變形L。試樣橫向變形l軸向變形變化量橫向變形變化量Sn試樣平行長度局部的原始橫截面積F軸向力NF軸向力變化量N S軸向應力 MPa S軸向應力的平均值 MPa F楊氏模量 MPa+拉伸楊氏模量MPaGBT GBT 2231 52021表1(續)符號說BYl單位 靜態法E。 壓縮楊氏模量 MPa El、 弦線模量 MPa E。、 切線模量 MPa軸向應變 橫向應變 泊松比軸向應變的平均值橫向應變的平均值 動態法f

17、共振頻率 Hz 基頻共振頻率 HZL 基頻共振時的修正系數Fd 動態楊氏模量 MPa G 動態切變模量 MPa 動態泊松比 試樣厚度 b 試樣寬度 l 試樣長度 d 試樣直徑試樣質量 試樣密度 gcm35靜態法51原理 試樣施加軸向力，在其彈性范圍內測定相應的軸向變形和橫向變形，以便測定本局部所定義的一項或幾項力學性能。52試樣521樣坯的切取與試樣制備5211樣坯切取的部位、方向和數量應按有關標準或協議的規定。如無特殊規定，應按照GBT 2975的要求進行。5212切取樣坯和機加工試樣時，應防止因冷加工或受熱而影響金屬的力學性能。如果由于試樣制 備的需要而將材料展平時，必須在試驗結果中注明采

18、用了后續消除剩余應力的熱處理過程。注：本試驗方法的目的是為了揭示材料固有的性質。因此試樣不應存在剩余應力，材料需要在丁m73的溫度退火處 理30 rain以消除應力(1。是材料的熱力學熔點溫度)，這個過程需要在報告局部注明。如果試驗目的是為了檢 驗產品性自E，那么熱處理過程可以省略。試驗報告中應記錄測試材料的狀況，包括熱處理工藝。5213完成最后機加工的試樣，應平直、無毛刺、外表無劃傷及其他人為或機械損傷。GBTGBT2231 520215214從帶卷切取的薄板試樣，允許帶有不影響性能測定的輕度彎曲。522試樣形狀和尺寸5221圓形和矩形拉伸試樣按GBT 2282002附錄A、附錄B和附錄C的

19、規定，試樣夾持端與平 行段問的過渡局部半徑應盡量大，試樣平行長度應至少超過標距長度加上兩倍的試樣直徑或寬度。5222圓形和矩形壓縮試樣按GBT73142005中61的規定，試樣端部要平整、平行，并垂直于側面。5223通過協商可以采用其他類形的試樣。5224試樣頭部形狀和尺寸應適合于試驗機夾頭的夾持。5225頭部帶承載銷孔的矩形拉伸試樣，銷L應外表光滑，銷L中心與標距局部的寬度的中心線偏 離應不大于標距局部寬度的0005倍。5226兩面和四面機JJ口S的矩形試樣，其機加工面的外表粗糙度Ra值應不大于16 Ixm。假設采用兩 面機jJq-的矩形試樣，其未加工面的尺寸公差和形狀公差也應符合加工面的公

20、差要求。5227對于板材的矩形試樣，可在斌樣寬度兩側制備小凸耳供裝卡引伸計用。帶凸耳的矩形試樣見GBT73142005圖4。53試驗設備531試驗機5311試驗機應按GBT 168251進行檢驗，其準確度應為l級或優于l級。5312壓縮試驗用的試驗機，除了要滿足5311中的準確度要求外，其他輔助裝置，例如力導向裝 置、調平墊塊和約束裝置等的要求，應符合GBT 73142005中7274的規定。532引伸計引伸計應按GBT1 2160進行檢驗，其準確度應為05級或優于05級。54試驗條件541試樣尺寸的測量 測量試樣原始橫截面尺寸的量具應滿足GBT228的要求。5411圓形試樣應在標距兩端及中間

21、處相互垂直的方向上測量直徑，各取其算術平均值，按式(1)計 算橫截面積。將3處測得橫截面積的算術平均值作為斌樣原始橫截面積并至少保存4位有效數字。S。一丟n硪“1)5412矩形試樣應在標距兩端及中間處測量厚度和寬度，按式(2)計算橫截面積。將三處測得橫截 面積的算術平均值作為試樣原始橫截面積并至少保存4位有效數字。S。一n b(2) 注：帶凸耳的試樣不應在靠近凸耳根部處測量其寬度。542初試驗力 對于大多數試驗機和試樣，由于問隙、試樣弧度和原始夾頭對中等效果，當對試樣施加很小的試驗力時會對引伸計的輸出量產生較大的偏差。試驗時須對試樣施加能夠消除這些影響的初試驗力，測量 應從初試驗力開始，到彈性

22、范圍內的更大的試驗力為止。543試驗速度 為了防止發生絕熱膨脹或絕熱收縮的影響，并能夠準確測定軸向力和相應的變形，試驗速度不應過高，但為了防止蠕變影響，速度不應太低。對于拉伸試驗，彈性應力增加速率應符合GBT 228的規定，推薦取下限；對于壓縮試驗，彈性應力增加速率應符合GBT7314的規定，推薦取下限。速度應盡可能 保持恒定。544力的同軸度 試驗機夾持裝置應能使試樣承受軸向力，在初軸向力與終軸向力之間，在各個方向上在試樣相對兩側測定的應變變化量與其平均值之差的最大值(即最大彎曲應變)不超過平均值的3。GBTGBT223152021壓縮試驗應使用GBT 7314中規定的調平臺和力的導向裝置以

23、及約束裝置。545引伸計的使用5451軸向引伸計 測量試樣軸向變形時，使用能測量試樣相對兩側平均變形的軸向均值引伸計，或在試樣相對兩側分別固定兩個軸向引伸計。注：測量模量的準確度取決于測量應變的精度。增加標距長度可以提高測量應變的精度，但前提是必須保證加工 試樣平行段的公差要求。使用帶凸耳的矩形試樣，引伸計裝卡于同側兩凸耳的外側或內側。其引伸計標距應為兩凸耳寬度中心線之間的距離。5452橫向引伸計 測量試樣橫向變形時，橫向引伸計應裝卡在試樣標距范圍內的直徑(寬度)上。以此處的直徑(或寬度)尺寸作為橫向引伸計標距。546壓縮試驗的其他試驗條件均按GBT 7314執行。547試驗應在室溫(1035

24、)下進行，整個試驗過程中的環境溫度波動應小于2。55性能測定551楊氏模量的測定5511圖解法 試驗時，用自動記錄方法繪制軸向力軸向變形曲線，見圖5。在記錄的軸向力軸向變形曲線上，確定彈性直線段，在該直線段上讀取相距盡量遠的A、B兩點之間的軸向力變化量和相應的軸向變形變化 量，按式(3)計算楊氏模量。E一(百AF)(等)(3)也可采用附錄A的電阻應變計直接測量軸向應變的方法計算E。圖5圖解法測定楊氏模量5512擬合法 試驗時，在彈性范圍內記錄軸向力和與其相應的軸向變形的一組數字數據對。數據對的數目一般不少于8對。用最小二乘法將數據對擬合軸向應力軸向應變直線，擬合直線的斜率即為楊氏模量，按 式(

25、4)計算。E一(P。s)一kE虧(2e?ki2)(4)GBTGBT2231 52021式中：J。一了。一Ts一妻虧一學為數據對數目。注：當模量是在應變超過025之后得到的，建議采用瞬時截面積和瞬時標距長度代替原始截面積和原始標距長 度來計算應力與應變。如無其他要求，按式(5)計算擬合直線斜率變異系數，其值在2以內，所得楊氏模量為有效。，V-一(嘉1)(22loo(5)式中：嚴一齜，s，一學蹦孚S2罕 ce，7為相關系數。5513有關標準或協議在規定楊氏模量時，應說明拉伸楊氏模量或壓縮楊氏模量，分別用E和E。 表示。如無說明，一般采用拉伸方法測定，報告為E值。552弦線模量的測定5521圖解法

26、試驗時，用自動記錄方法繪制軸向力一軸向變形曲線，見圖6。在記錄的軸向力軸向變形曲線上，通過與所規定的上、下兩應力點(例如規定非比例延伸強度R。一的10和50兩應力點)或兩應變點相 對應的A、上；兩點畫弦線。在所畫出的弦線上讀取軸向力變化量和相應的軸向變形變化量，按式(7)計 算弦線模量。E。h(百AF)(含)(7)也可采用附錄A的電阻應變計直接測量軸向應變的方法計算E。圖6圖解法測定弦線模量8GBT 223152021GBT 22315202155 22擬合法 試驗時，在彈性范圍內記錄軸向力和相應的軸向變形的一組數字數據對。將該組數據對擬合一數學表達式(例如多項式)，得到擬合的軸向應力軸向應變

27、曲線。在擬合的軸向應力軸向應變曲線的彈 性范圍內計算兩規定應力或應變值之間所對應弦線的斜率，即為弦線模量。注：對于非線彈性金屬材料，有關標準或協義在規定弦線模量時，應說明確定弦線的上、下兩點的應力或應變值。553切線模量的測定5531圖解法 試驗時，用自動記錄方法繪制軸向力一軸向變形曲線，見圖7。在記錄的軸向力一軸向變形曲線上，通過規定應力或應變值對應的R點作曲線的切線。在所畫出的切線上讀取相距盡量遠的A、B兩點之問 的軸向力變化量和相應的軸向變形變化量，按式(8)計算切線模量。(等)(含)(8)也可采用附錄A的電阻應變計直接測量軸向應變的方法計算E。圖7圖解法測定切線模量553 2擬合法 試

28、驗時，在彈性范圍內記錄軸向力和相應的軸向變形的一組數字數據對，將該組數據對擬合一數學表達式(例如多項式)，得到擬合的軸向應力軸向應變曲線。在擬合的軸向應力一軸向應變曲線的彈性 范圍內計算曲線在規定應力或應變值處的斜率，即為切線模量。注：對于非線彈性金屬材料，有關標準或協議在規定切線模量時，應說明切點的應力或應變值。554泊松比的測定5541圖解法l試驗肘，用自動記錄方法繪制橫向變形一軸向變形曲線，見圖8a)。在記錄的橫向變形一軸向變形曲 線上，確定彈性直線段，在直線段上讀取相距盡量遠的c、D兩點之間的橫向變形變化量和相應的軸向 變形變化量。按式(9)計算泊松比。(含)(含)當在同一試驗中，泊松

29、比與楊氏模量一起進行測定時，推薦同時繪制軸向力軸向變形曲線和橫向 變形一軸向變形曲線，見圖8B)。GBT GBT 2231 52021b圖8圖解法1測定泊松比55，42圖解法2 試驗時，用自動記錄方法同時繪制橫向變形軸向力曲線和軸向變形軸向力曲線，見圖9。在橫向變形一軸向力曲線和軸向變形軸向力曲線的彈性直線段上，分別讀取相距盡量遠而且相同軸向力變化 量的c、D兩點之間的橫向變形變化量，和A、B兩點之間的軸向變形變化量。按式(8)計算泊松比。圖9圖解法2測定泊松比注：如分別在不同軸向力變化量上讀取橫向變形變化量和軸向變形變化量，那么不能直接使用式(8)計算。可分別計 算出橫向應變變化量與軸向應力

30、變化量之比和軸向應變變化量與軸向應力變化量之比。然后計算前者比值與 后者比值之比，即為泊松比。5543擬合法 試驗時，在彈性范圍內，在同一軸向力下記錄橫向變形和軸向變形的一組數字數據對。數據對的數目一般不小于8對。用最小二乘法將該組數據對擬合橫向應變軸向應變直線，直線的斜率即為泊松 比。按式(10)計算。p一(F。“)kiZ(e；一et 2)(10)0GBT 223GBT 223152021 式中：L。l。一1EeloTL。“一1Ee。“一T注：如果分別記錄橫向變形軸向力和軸向變形軸向力的兩組數字數據對，那么應用最小二乘法將每組數據對擬合橫 向應變軸向應力和軸向應變一軸向應力直線，并計算擬合直

31、線斜率。前者斜率與后者斜率之比即為泊松比。5544按式(5)計算擬合直線斜率變異系數，其值在2以內，所得泊松比為有效。555推薦每個試樣至少測試3次，并計算其平均值。必須特別注意測定楊氏模量時施加的應力不要 超過試樣的比例極限，測定切線模量、弦線模量時施加的應力不要超過試樣的彈性極限。也可以通過一次加載確定試樣的屈服強度、抗拉強度的同時確定楊氏模量、切線模量、弦線模量或 泊松比。如果模量或泊松比是通過這種方法確定的，需在報告中注明采用的是一次加載方法。556楊氏模量、弦線模量和切線模量一般保存3位有效數字，泊松比一般保存2位有效數字，修約的 方法按GBT 8170執行。6動態法61原理 依據聲

32、共振原理測定試樣機械共振頻率，以便測定本局部一項或幾項物理性能。 推薦采用懸絲耦合共振測定方法，其優點是試樣的振幅較大，共振易判別，支撐的影響易排除，振動長度易精確判定，且有較寬的溫度適用范圍。 使試樣分別處于彎曲、縱向及扭轉共振狀態并測定其共振頻率，可計算出動態彈性模量、動態切變模量及動態泊松比。62試樣621 按設備條件、材料的密度及模量的估計值選擇試樣的尺寸。試樣的最小質量由拾振系統的檢測 靈敏度決定，一般不小于5 g；試樣尺寸和質量的最大值由鼓勵系統供應的能量和所允許的空間大 小決定。622推薦的試樣長度為120 nill180 Illm。對于圓桿、管，直(外)徑為4 mm8mm，長度

33、約為直徑 的30倍；只檢測彎曲共振頻率時，直徑可至2mill。對于矩形桿，厚度為】mm4mm，寬度為5 mm10mm。623試樣材質均勻，平直；橫向尺寸的軸向不均勻性應不大于07；外表無缺陷，粗糙度Ra不大于18 p-m，相對外表的平行度應在002mm以內。624檢測高溫下圓桿、管試樣的扭轉共振頻率時，假設共振信號微弱，可采用啞鈴狀試樣或以銷釘固定 懸絲的方法進行扭共振頻率的相對測量。63試驗設備631量具6311游標卡尺：測量試樣長度，最小分度不大于005 mill。6312千分尺：測量試樣的直徑或寬度、厚度，最小分度不大于0002mm。6313天平：稱量試樣質量，感量不大于0001 g。6

34、314測溫裝置：在不同溫度下試驗中用來測量試樣的環境溫度，用校準后的熱電偶測量，測溫裝置的 準確度應到達o5，其位置應接近試樣中部，注意與試樣的距離應不大于5Fllnl，同時不要觸及試樣。GBTGBT2231 52021632共振測量裝置 可完成不同溫度下性能檢測的裝置如圖10所示。用數字頻率計來完成引致試樣共振的振蕩器輸出頻率的精準測量；按功能的不同，換能器分為鼓勵器與拾振器兩種；以選頻放大器內附的交流電壓表 檢測共振信號。假設需要以李沙育圖形來判斷虛假共振，應將振蕩器與放大器的輸出分別供應示波器的 水平與垂直偏轉板。6321音頻振蕩器在100 Hz到不小于30 kHz范圍內有連續町變的頻率

35、輸出；在一般測量中，在任一確定位置上的 頻率漂移應低于01Hzmin，其輸出功率應可保證所用鼓勵換能器能夠激發質量在規定范圍內的任何 試樣。6322數字頻率計可用于振動周期測量的計數式頻率計。測量誤差不大于001 Hz，其晶振穩定度應不低于10“d量級。6323換能器63231依耦合方式和被測試樣的質量、共振頻率的不同而選擇不同類型的換能器。在所檢測的試 樣頻率變化的范圍內，鼓勵的輸出功率損失應不大于3 dB，拾振器應有盡可能好的頻率響應。用于李沙育圖形選頻一氳一f奢L一一J變溫裝置圖10共振檢測裝置方框圖63232 一般可用壓電式換能器，如盒式的壓電陶瓷換能器；如果試樣質量較小(一般為5 g

36、15 g)，可用晶體唱頭。對于矩形桿，亦可以動圈式揚聲器作為鼓勵器，以耳塞機作為抬振器。6324選頻放大器 其輸入阻抗應與拾振換能器的阻抗匹配，頻率范圍應可滿足測試需要，對共振信號的測試靈敏度應不低于1 pV。推薦采用鎖定放大器或配有帶通濾波器的傳聲放大器。6325示波器 頻響范圍及靈敏度應能滿足測試需要的通用示波器。633變溫裝置6331加熱爐：所用加熱爐的升、降溫應是可控制的；在所測的溫度范圍內，均溫區應大于試樣長度， 一般為180 miTt，均溫區的均勻性應小于5。6332低溫槽：所用低溫槽的溫度應可控制并町保證不結霜；在所檢測的溫度范圍內，試樣長度范圍 內的溫度均勻性應小于5。64試驗

37、條件及操作要求641幾何尺寸與質量的測量 將試樣清洗后進行測量。長度取兩次測量的均值。檢測楊氏模量時，試樣的直徑或厚度取沿艮度方向十等分后分別測量的均值；檢測切變模量時，橫向尺寸取五等分后分別測量的均值。質量測至1 mg。2GBTGBT2231 52021642能量耦合方法6421依測試需要，可采用機械、靜電、電磁任一種能量耦合方法。6422無論采用哪一種耦合方法，都應該盡可能保證試樣處于水平位置及其自由振動狀態，以排除 由支撐阻尼造成的試樣共振頻率的可發覺的變化。6423本標準推薦的懸絲耦合是機械耦合中常用的一種，耦合方法如圖1所示。無論采用圖中哪一種懸吊方法，都需滿足試樣一次懸吊進行后彎振

38、頻率相繼測量的需要；對于圓桿、管狀試樣，采用圖11b)所示方法效果更好。假設只檢測試樣的彎曲共振頻率，建議使兩根懸線與試樣的中軸線處于同一平 面內。要求所用的懸絲柔軟且有必要的強度，懸吊試樣后能張緊。在100以下的檢測中，推薦采用 棉線作為懸絲，以保證懸絲與試樣外表問有較大的摩擦力。鼓勵器二高圖11用于彎曲共振與扭轉共振的懸絲耦合方法 在高溫測量中，推薦采用石英玻璃纖維，亦可在爐子的內、外分別采用兩種不同材質的懸絲。在測量質量較大的試樣時，可采用直徑015 mm以下的銅絲或鎳鉻絲。推薦的懸吊位置為(02000215)l或0238l，z為試樣的長度；由此引致的彎曲共振基頻頻率測量的系統偏差不大于

39、001， 扭轉共振基頻頻率的系統誤差不大于01。假設共振信號微弱，可將懸吊位置外移，但此時測量的精 度相應降低。可采用變更懸吊點位置，將所得共振頻率值外推到節點的方法來消除由偏離節點所致 的系統偏差。在測量過程中，應注意防止由懸絲共振而產生的對試樣共振測量的干擾。6424靜電耦合方式可有效地排除系統共振的影響，易得到較高的測量精度。圖12a)適于彎曲共 振基頻頻率的檢測。圖12b)適于扭轉共振基頻頻率的檢測。在高溫測量中，應注意排除由氣體分子電 離所致噪音的影響。圖12靜電耦合方法6425采用電磁耦合方式可獲得較高的測量靈敏度，圖i3a)適于彎曲共振基頻頻率的檢測， 圖13b)適于扭轉共振基頻

40、頻率的檢測。這種測量可在鐵磁性材料居里點以下溫度進行。在精確測量 中，應對鐵磁性材料E效應的影響進行修正，對非鐵磁性材料那么應考慮到附加質量的影響。643共振調諧 按被測試樣模量的估計值和測得的靜態參數，借助651或652條所述關系式完成共振頻率估算；將試樣安裝好，啟動裝置，將適于鼓勵試樣的、盡可能低的功率輸給鼓勵換能器。選擇放大器的頻率GBTGBT2231 52021范圍和增益，使之足以檢測試樣的共振。調節示波器，使在試樣共振時能得到清晰的李沙育圖形。在預 定的頻率范圍內進行掃描，得到穩定的共振顯示。b)圖13電磁耦合方法644鑒頻方法 可用粉紋法和阻尼法分別完成對矩形桿和圓桿、管室溫下振動

41、模式和級次的鑒別。在利用粉紋圖法時，將硅膠粉末均勻地灑在試樣的外表上，在疑為試樣共振的頻率位置，增加振蕩器的輸出功率，試樣 共振時，會看到這些粉末聚集到試樣的節點(線)處。在利用阻尼法時，沿著試樣的長度方向輕輕觸及不 同部位，試樣共振時，會發現共振示值有明顯的不同反響：在波節(節點)處無反響，在波腹處有明顯的衰彎二二二二二二二二=工II減。兩端自由桿彎曲共振與扭轉共振節點的分布如圖14所示。節點位置(長度單位)i匪三三三三召。II覆口二二二二二二二二二s=二二二二二工二衛=二二二二工二二二二1扭二二=二二二二二z羹二亡二二二二二二二二。蕷丁二二二二二二二二工工二二工二二工二二二衛5圖14節點位

42、置分布示意圖 頻率比法亦是常用的鑒頻方法。假設測定的共振頻率，。與相繼測出的頻率，2之比符合表2，那么即為彎曲共振基頻頻率；表中r是試樣的回轉半徑，d是試樣直徑，h是試樣的厚度，z是試樣的長度。在測 量圓桿、管扭轉共振的基頻頻率時，常在預定的頻率觀測位置附近看到3個共振峰，其中兩個是試樣彎 曲共振的同一振動級次下的共振峰；由于試樣常有一定的橢圓度，使我們在頻響曲線上看到對應著同一 振動級次的兩個彎曲共振峰。此時需用頻率比法做進一步的鑒別：求所測頻率與試樣彎振基頻頻率的 比值，如果該值與表3中的某一數值相近，那么所測頻率就可能是彎振頻率。此時亦可檢測扭共振一次諧 波的頻率；不同振動級次的圓桿、管

43、扭振頻率問成簡單整數比。變溫測量中的鑒頻可用頻率比法，區別虛假共振可用李沙育圖形法；在共振頻率。的附近進行頻 率掃描時，兩側的拾振信號的相位會有突然的變化，凼而導致李沙育圖形的擺動，據此可判別所確定 的共振頻率是否真實。14GBTGBT2231 52021 表2彎曲共振桿、管一次諧波與基頻波的頻率比K(2，1)z15o 20o 2535o 4527566 2 756 6 2 756 6 2 756 6 2 756 6 27566 2 756 6 002 5 27552 755 3 2 755 3 27553 2 755 27552 2 755 2 o 005 o 2 75l 6 2 751 5

44、 2 751 4 275l3 2 751 2 2 751 1 2 751 o 007 5 27454 2 745 2 27452 744 8 2 744 6 2 14 2 744 2010 2 7368 2 736 4 2736】 2 7358 2 735 4 2 7351 2 734 0 012 5 2 726o 2 725 2 7242 7244 2 723 9 2 723 3 27228 o0152 73 1 2 712 3 2 6 2 7108 2 710 1 2 709 3 27086 o0175 26982 26972 2 696 2 2 2 2 694 2 2 693 3 269

45、23 0202 6816 2 680 3 2 679 l 2 677 8 2 676 6 2 675 4 26742022 5 2 663 4 2 661 9 2 660 3 2 658 8 2 657 3 26558 2 654 3 o 025 o 2 643 9 2 642 2 640 2 2 638 4 26366 2 6348 2633l 027 5 2 6232 2 62】o 2 61 8 2 6168 2 6147 2 6127 2 6107 030 2 60】5 2599o 2 596 6 2 594 2 2 591 9 25896 2 587 3032 5 2 579 2576

46、3 2 573 6 25702 568 2 565 7 2 563 1 035 2 556 o 25529 2 5499 2 547o 2 1 25412 2538 4 037 5 25325 2 529 2 25259 2 522 7 2 515 2 516 4 25133o040o 25088 2 505 2 2 501 6 2 4982 2 494 8 2 4914 2 488 1 042 2 484 9 24812 477 3 2 473 6 2 469 2466 3 24628 045 2 461 2 456 9 24529 2 49 2 445 1 2 441 3 24376 04

47、7 2 437 2 433 242824246 2 420 5 24165 2 4126 0502 413 7 2 409 2 2 404 8 24005 2 396 2 2 392 2 387 9注：圓桿；一d；圓管；=斫=萬，矩形桿j一西。表3圓桿、管彎曲共振三次諧頻，l一、四次諧頻與基頻，t，的比值K(4，1)K(51)rH02030200308 933 8 933 0 89330 l 33451334513345 00 002 5 89147 8 914 8 913 3 13 302 6 13 30113 299 50 0058 860 5 8 857 9 8855 3 13 l 78

48、 2 13 172 13 165 90 0075 8 7728 8 7678 761 3 12979l 1 2 965 8 12 9528 o0100 8 655 0 8 645 l 8 635 5 127165 12 694 4 12 6728O0125 8 511 3 8 496 8 8 4826 12 4037 1 237112 341 0 015 8 3468 8 327 2 8 3082 1 2 0544 12 0128 11 972 01 5 8 1 2 8 141 6 8 117 7 l】68l 6 116307 1l 58l 5CBTCBT2231 52021表3(續)K(4，

49、1)K(5，1)rf0 200300 200300400 020 07 9747 94487 91 6 21l 296 911 237 51118030 022 57 7417 708 310 909 510，84291077880025075734535 1498 110 526 104542103845002757 371 37 329 27 288 810 l 54 61007610002803071 71 571263083 0796 171489 6372032 56 97626 928 3688259 454 1369 28990356 78666 73666 688 89 l 2

50、9804378 962037 56 604 6 552 3650298 82388 73668 653642896 37586 3254853618 4488 36530 042 56 261 76 207 76 156 4826648 17868 095 6004506 102 66 048 05 996 280147926578440004755 95l 65 896 6584477787691 27 609 0 050 05 808 65 753 5701 7 557 67 471 673908注：圓桿j一。；圓管j一刁可。645橫向尺寸較小試樣彎曲共振頻率的檢測 試樣平行振動方向的橫向

51、尺寸的減小伴隨著共振頻率的降低，當基頻共振頻率低于100 Hz時，檢測發生困難。此時，對于矩形桿，可將試樣沿其縱軸轉90。，將原來的寬度作為厚度重新檢測。即采用 棱相懸掛方法；對圓桿、管可檢測一次諧波的共振頻率。如果條件許可，亦可采用縮短試樣長度的方法 來完成檢測。646高溫下的測量 完成室溫下的全部測_最后，將試樣放進爐子，做好密封，同時做好換能器的熱絕緣，測定試樣在爐子腔體中的室溫頻率。以可控速率加熱爐子，升溫速率不得超過150h。在階梯式升溫中，以2025為測量間隔，保溫時間以得到可重現的頻率測量值來確定。亦可伴隨爐溫變化進行隨爐測量，時 間間隔一般取15 min。當對隨爐測量結果有爭議

52、時，以階梯式測量結果為準。在試驗過程中，應密切 跟蹤共振頻率隨溫度的變化，以排除干擾，保證結果的可靠性。為防止高溫下試樣氧化增重、脫碳等不 利因素，視需要可在真空或惰性氣體中完成測量；在真空中測量，有利于共振的觀測，但需注意修正溫度 滯后的影響；如有必要，亦可進行冷卻過程中的測量。在試驗過程中，如果試樣發生了嚴重翹曲，那么這種 測量結果是可疑心的，應及時中斷測量。647低溫下的測量 先在室溫下測量試樣在空氣中的質最、幾何尺寸和共振頻率，隨后置于低溫槽中并做好密封，測量試樣在低溫槽中的室溫共振頻率。使試樣降到所需要的最低溫度，在該溫度下保溫l5 rain以上；在降 溫過程中，應隨時監視共振頻率的

53、變化。測量加熱過程中的數據，加熱速率應不超過50h，每隔10 rain或1 5 oc完成一次測量。根據需要和設備條件，亦可在降溫過程中完成測量，降溫程序參照上述 制定。為防止低溫槽瀉出水蒸氣形成沉積于試樣上的霜，建議在制冷前用枯燥的氮氣沖刷低溫槽。GBTGBT2231 5202165數據處理651室溫動態楊氏模量6511圓桿的室溫動態楊氏模量 將測得的試樣的質量m、長度，、平均直徑d、反復檢測的彎振基頻共振頻率均值及修正系數了、代人式(11)，即可求得動態楊氏模量E修正系數7、。可從表4查出： 玩一1606 71【)。(號)。注：當T隨泊松比p呈顯著變化時應以疊代法完成E。值的最終計算，即：先

54、以初始的峨(1)、G值求出盧(1)，據 表4求出T，(1)，進而求出E。(2)，繼求出p(2)，從而據表3求得L(2)；依次進行，至E一值無顯著變化為止。當以試樣的一次諧波的共振頻率，。進行計算時，應以(，!,K(2，1)作為r，代入式(11)完成計算。 頻率比K(2，1)可由表1查出。表4基頻彎曲共振圓桿、管的修正系數rZ0 1 50 200 250 300 3504045000 10001 010001 000 01000100001 0000251 00051 000 51 00051 00051 000 51 00051 000 50 005 100201002110021l 002

55、11 002 11 002 11 002 2007 5100461 004 61 00471 004 81004810040010l_00811 008 21 00831 008 1 008 510086l_008 012 510127101281 013l 013 1101331 013 1 01360015l 018 3101851 018 7l 0】8 91019】l 01931 O】9 50 017 51 02491 025 2102551 025 71 026 10263102660 020 0l 032 5103291 033 2l 033 61 03401 0：34 410347

56、0022 51 041 l1 04161 042 11 042 61 04301 043 5104400251 0501 051 1 05191 052 51 053 105371 0543027 51 061 l 062 11 0628l 06361 064 3l 065 10650300107311 073 91 074 810756l 076 1 07731 07820 032 51 0857108681 08781 08881 089 8810917035 0l 0991 10061101 81 1031 04 11 10531 10640 037 51 11421 11 5 51 1

57、1 6111821 11951 1208l 122100401 1299l 131 1 13301 34 51 136 01 1 37 5l 13890425l 1 4S 61 148J】50ll 15l81】53 5l 15521 156904501 1 64 1 1664l】6831170 21 1 72 11 17401 1759047 5l 18321 18541 87 51 189 6l 91 81 193911959050203 1 20520781 21 0 2125121 81 217 注：圃iq-7=ld；圓管；一z干面。6512圓管的室溫動態楊氏模量 將測得的試樣質量，、長

58、度、管外徑d。和內徑以的平均值、經反復檢測的彎振基頻共振頻率均值，及修正系數7、，；代入式(12)，即可求得動態楊氏模量E一；修正系數丁，可從表4中查出：b16109耵(12)17CBTCBT2231 52021當以斌樣一次諧波的共振頻率進行計算時，應遵照6511條所述進行。注：當T隨泊松比口呈顯著變化時，應以疊代法完成Ea值的最終汁算，即：先以初始的E(1)、G值求出1(1)，據 表4求出T(1)，進而求出日(2)，繼求出產(2)，從而據表4求得71，(2)；依次進行，至日值無顯著變化為止。6513矩形桿的室溫動態楊氏模量 將測得的試樣質量m、長度z、平均厚度h、經反復檢測的彎振基頻共振頻率

59、值，及修正系數T，代人式(1 3)，即可算出動態楊氏模量Ed；修正系數丁町從表5中查出：Edo94651 O_9(丟)3詈，丁，(13)表5基頻彎曲共振矩形桿的修iE系數hl150 200250 3035450001000100001 000 01000010001 l 0 01l 000 71 000 7100071 000 7l 000 7100081 8002l 002 71 0028l 002 81 002 9l 0030100311 00320 031 006 11 0062l 006 3100651 006 71006 l_0071O041 010 81 0111 011 21 0

60、11 510118l 012 21 01260051 016 9101721 017 51 018 01 018 51 019 010196006102431024 7102521 025 810265l 027 1 028207l 033 0l 033 6103431035】l 036 010371103830081 043 1 043 1 044 6l 045 71 0471 048l_050 00 09105431 05521 056 41 057 7105931 061 11 063 10101 066 9106801 069 1 071 11 0730l 075 2107760111