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动态法测量固体材料的杨氏弹性模量
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2008-11-24
张强
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【教学目的】
1．理解动态法测量杨氏模量的基本原理。
2．掌握动态法测量杨氏模量的基本方法，学会用动态法测量杨氏模量。
3．了解压电陶瓷换能器的功能，熟悉信号源和示波器的使用。
4．培养综合运用知识和使用常用实验仪器的能力。
【教学要求】
1．了解测量杨氏模量的主要方法，理解动态法测量杨氏模量的基本原理。
2．掌握动态法测量杨氏模量的基本方法，学会用动态法测量杨氏模量。
3．了解压电换能器的功能，学习信号源和数字存储示波器的使用。
4．理解共振频率的基本概念，掌握利用示波器观测共振频率的基本方法。
5．了解基频共振的基本概念，学会判断基频共振的基本方法。
6．理解外延法测量物理量的基本思想，掌握外延法测量基频共振频率的基本原理和实现方法。
7．学会直接测量量和间接测量量不确定度的估算，完整表示实验结果。
【实验设计思想与实现方法】
1．杨氏模量
杨氏模量的定义与物理意义，测量杨氏模量的理论研究和工程应用意义，测量杨氏模量的基本方法――静态法和动态法。
静态法的基本原理，拉伸法测量钢材的杨氏模量，压缩法测量金属材料的杨氏模量。静态法的优缺点，为什么要用动态法？
2．动态法的基本思想
动态法――动――振动，振动规律，数学语言描述，四阶偏微分方程，求解出杨氏模量与样品参数和振动频率的关系，对圆棒试样，直径与长度满足d<直径d、长度L、质量m的测量，分别提供了直尺、游标卡尺、千分尺和电子天平。实验的关键是测量振动频率。即如何使样品振动，怎样检测振动状态是基频振动，测出基频共振频率。
3．动态法的实现
功率函数信号发生器作为激励振动的电源，采用压电换能器实现试样的振动和振动状态的接收，通过数字存储示波器观测共振状态，鉴定基频共振，测量共振频率。
4．实验装置与使用
【课堂讨论问题】
1．掌握杨氏模量的基本概念，了解测量杨氏模量的主要方法。
2．掌握固有频率和共振频率的概念，了解用示波器观察共振现象的基本方法。
3．了解外延测量法及其适用条件。
4．了解动态法测量杨氏模量的基本原理。
5．了解动态法测量杨氏模量的基本过程及其注意事项。
【注意事项】
1．千万不能用力拉悬丝，否则会损坏膜片或换能器。悬挂试样或移动悬丝位置时，应轻放轻动，不能给予悬丝冲击力。
2．换能器由厚度约为0.1～0.3mm的压电晶体用胶粘接在0.1mm左右的黄铜片上构成，故极其脆弱。测定时一定要轻拿轻放，不能用力，也不能敲打。
3．试样棒不能随处乱放，要保持清洁；拿放时应特别小心，避免弄断悬丝摔坏试样棒。
4．安装试样棒时，应先移动支架到既定位置后再悬挂试样棒。
5．实验时，悬丝必须捆紧，不能松动，且在通过试样轴线的同一截面上，一定要等试样稳定之后才可正式测量。
6．尽可能采用较小的信号激发，激振器所加正弦信号的峰－峰值幅度限制在6V内，这时发生虚假信号的可能性较小。
7．信号源、换能器、放大器、示波器等测试仪器均应共“地”。
8．悬挂点或支撑点如在节点时极难进行测量；全放在端点，测量虽很方便但易引入系统误差。
9．如试样材质不均匀或呈椭圆形，就会有多个共振频率出现，这时只能通过更换合格试样来解决。
1．理解动态法测量杨氏模量的基本原理。
2．掌握动态法测量杨氏模量的基本方法，学会用动态法测量杨氏模量。
3．了解压电陶瓷换能器的功能，熟悉信号源和示波器的使用。
4．培养综合运用知识和使用常用实验仪器的能力。
【教学要求】
1．了解测量杨氏模量的主要方法，理解动态法测量杨氏模量的基本原理。
2．掌握动态法测量杨氏模量的基本方法，学会用动态法测量杨氏模量。
3．了解压电换能器的功能，学习信号源和数字存储示波器的使用。
4．理解共振频率的基本概念，掌握利用示波器观测共振频率的基本方法。
5．了解基频共振的基本概念，学会判断基频共振的基本方法。
6．理解外延法测量物理量的基本思想，掌握外延法测量基频共振频率的基本原理和实现方法。
7．学会直接测量量和间接测量量不确定度的估算，完整表示实验结果。
【实验设计思想与实现方法】
1．杨氏模量
杨氏模量的定义与物理意义，测量杨氏模量的理论研究和工程应用意义，测量杨氏模量的基本方法――静态法和动态法。
静态法的基本原理，拉伸法测量钢材的杨氏模量，压缩法测量金属材料的杨氏模量。静态法的优缺点，为什么要用动态法？
2．动态法的基本思想
动态法――动――振动，振动规律，数学语言描述，四阶偏微分方程，求解出杨氏模量与样品参数和振动频率的关系，对圆棒试样，直径与长度满足d<
3．动态法的实现
功率函数信号发生器作为激励振动的电源，采用压电换能器实现试样的振动和振动状态的接收，通过数字存储示波器观测共振状态，鉴定基频共振，测量共振频率。
4．实验装置与使用
【课堂讨论问题】
1．掌握杨氏模量的基本概念，了解测量杨氏模量的主要方法。
2．掌握固有频率和共振频率的概念，了解用示波器观察共振现象的基本方法。
3．了解外延测量法及其适用条件。
4．了解动态法测量杨氏模量的基本原理。
5．了解动态法测量杨氏模量的基本过程及其注意事项。
【注意事项】
1．千万不能用力拉悬丝，否则会损坏膜片或换能器。悬挂试样或移动悬丝位置时，应轻放轻动，不能给予悬丝冲击力。
2．换能器由厚度约为0.1～0.3mm的压电晶体用胶粘接在0.1mm左右的黄铜片上构成，故极其脆弱。测定时一定要轻拿轻放，不能用力，也不能敲打。
3．试样棒不能随处乱放，要保持清洁；拿放时应特别小心，避免弄断悬丝摔坏试样棒。
4．安装试样棒时，应先移动支架到既定位置后再悬挂试样棒。
5．实验时，悬丝必须捆紧，不能松动，且在通过试样轴线的同一截面上，一定要等试样稳定之后才可正式测量。
6．尽可能采用较小的信号激发，激振器所加正弦信号的峰－峰值幅度限制在6V内，这时发生虚假信号的可能性较小。
7．信号源、换能器、放大器、示波器等测试仪器均应共“地”。
8．悬挂点或支撑点如在节点时极难进行测量；全放在端点，测量虽很方便但易引入系统误差。
9．如试样材质不均匀或呈椭圆形，就会有多个共振频率出现，这时只能通过更换合格试样来解决。
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