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接到需求北京某大學(xué)需要分析測(cè)量超材料結(jié)構(gòu)的等效泊松比與等效楊氏模量。

客戶背景

客戶是北京一所大學(xué)，測(cè)試是課題研究。

客戶需求

目的主要是

1、測(cè)試尼龍母材的楊氏模量、泊松比。

2、測(cè)試2類點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件(點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)A與點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)B，每組兩個(gè)重復(fù)實(shí)驗(yàn))的等效泊松比、等效楊氏模量、相對(duì)楊氏模量。

3、驗(yàn)證每組結(jié)構(gòu)件實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性。

4、驗(yàn)證兩組點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的負(fù)泊松比變形特性。

解決方法

一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、 利用力學(xué)拉伸機(jī)對(duì)2個(gè)母材試件進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果按照實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB-T 1040進(jìn)行，利用DIC應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)變數(shù)據(jù)的采集。

2、 利用力學(xué)拉伸機(jī)對(duì)4個(gè)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)，完成拉伸過(guò)程的載荷、位移數(shù)據(jù)采集，利用DIC應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)完成縱向應(yīng)變、橫向應(yīng)變的數(shù)據(jù)采集。

3、 完成采集數(shù)據(jù)的處理，得到拉伸方向的楊氏模量與指定方向的泊松比。

二、實(shí)驗(yàn)儀器

1、力學(xué)拉伸機(jī)，力傳感器(母材實(shí)驗(yàn)建議使用5kN左右力傳感器，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)建議使用10kN或以上力傳感器)

2、DIC非接觸式全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)(二維或三維)

3、游標(biāo)卡尺，噴漆，油性筆，手套等

4、2個(gè)尼龍母材拉伸測(cè)試試件，4個(gè)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)模型(點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)A與點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)B各2個(gè))

三、實(shí)驗(yàn)原理

1、 基本力學(xué)原理

(1)圣維南原理

若將物體的一部分邊界上的面力變?yōu)榉植疾煌o力等效的面力 (主矢量相同, 對(duì)同一點(diǎn)的主矩也相同) , 其近處的應(yīng)力分布會(huì)受到顯著影響, 但遠(yuǎn)處所受影響可忽略不計(jì)。因此，在遠(yuǎn)離集中載荷作用的模型中段可視為受力形式固定，具有和模型對(duì)應(yīng)的周期性。

(2)泊松比效應(yīng)

在單向拉伸實(shí)驗(yàn)中，在材料的比例極限內(nèi)，除了在正應(yīng)力方向上產(chǎn)生拉伸正應(yīng)變外，還可觀察到在垂直于正應(yīng)力的方向上會(huì)產(chǎn)生橫向應(yīng)變，兩者之間的比例關(guān)系，稱為材料的泊松比。

2、應(yīng)變測(cè)量

利用DIC非接觸式全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量材料的應(yīng)變，實(shí)驗(yàn)前在試件上噴上大小合適的均勻散斑，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)相機(jī)獲取試件圖像信息，使用數(shù)字圖像相關(guān)法進(jìn)行圖像處理得到標(biāo)記點(diǎn)的位置變化，進(jìn)而得到位移、應(yīng)變等信息。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1、母材的力學(xué)性能測(cè)試(GB-T1040.2)

(1)在試件表面標(biāo)出標(biāo)距、夾頭間距。共2個(gè)試件。

(2)利用游標(biāo)卡尺測(cè)量試件寬度、厚度、標(biāo)距等尺寸。

(3)使用黑色噴漆在試件表面噴上散斑，盡量使黑色和白色的面積各占50%，對(duì)2個(gè)試件拍照。

(4)選定合適的拉伸機(jī)力傳感器(5kN)和拉伸夾頭，更換到拉伸機(jī)上。

(5)打開(kāi)DIC設(shè)備軟件，調(diào)整鏡頭視場(chǎng)，調(diào)整光源，使用標(biāo)定板進(jìn)行標(biāo)定。

(6)打開(kāi)拉伸機(jī)控制軟件，根據(jù)試件尺寸設(shè)置好標(biāo)距、橫截面積等，設(shè)置拉伸速率：2mm/min，采樣頻率：3-10Hz。

(7)將試件兩端夾在夾具上，使試件固定在拉伸機(jī)中。

(8)打開(kāi)DIC軟件對(duì)試件進(jìn)行長(zhǎng)度標(biāo)定，設(shè)置豎直和水平線探針。確認(rèn)散斑質(zhì)量。使拉伸機(jī)與DIC的采集頻率一樣。

(9)DIC設(shè)備軟件開(kāi)始記錄試件位移數(shù)據(jù)。拉伸機(jī)開(kāi)始進(jìn)行拉伸。

(10)對(duì)拉伸過(guò)程進(jìn)行錄像。

(12)在試件完全斷裂后，結(jié)束拉伸，結(jié)束DIC軟件采樣。

(12)導(dǎo)出拉伸機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、DIC實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和視頻錄像。

(13)對(duì)剩余試件重復(fù)(7)-(12)。

2、超材料結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能測(cè)試

(1)利用游標(biāo)卡尺或尺子測(cè)量試件各方向尺寸、桿徑。

(2)使用黑色噴漆在試件表明噴上散斑，盡量使黑色和白色的面積各占50%。

(3)選定合適的拉伸機(jī)傳感器(10kN或以上)和拉伸夾頭，更換到拉伸機(jī)上。

(4)打開(kāi)DIC設(shè)備軟件，調(diào)整鏡頭視場(chǎng)，調(diào)整光源，使用標(biāo)定板進(jìn)行標(biāo)定。

(5)打開(kāi)拉伸機(jī)控制軟件，根據(jù)試件尺寸設(shè)置好標(biāo)距、橫截面積等，設(shè)置拉伸速率：5mm/min，采樣頻率：3-10Hz。

(6)將試件兩端夾在夾具上，使試件固定在拉伸機(jī)中。

(7)打開(kāi)DIC軟件對(duì)試件進(jìn)行長(zhǎng)度標(biāo)定，選定豎直和水平探針，設(shè)定探針輸出縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變，如圖3.確認(rèn)散斑質(zhì)量。使拉伸機(jī)與dic的采集頻率一樣。

(8)DIC設(shè)備軟件開(kāi)始記錄試件位移數(shù)據(jù)。拉伸機(jī)開(kāi)始進(jìn)行拉伸。

(9)對(duì)拉伸過(guò)程進(jìn)行錄像，并觀察是否具有明顯的負(fù)泊松比效應(yīng)。

(10)在試件完全斷裂后，結(jié)束拉伸，結(jié)束DIC軟件采樣。

(11)導(dǎo)出拉伸機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、DIC實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和視頻錄像。

(12)剩余試件進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)，重復(fù)(6)-(11)。

(13)關(guān)閉拉伸機(jī)、DIC，將實(shí)驗(yàn)設(shè)備歸位，收拾實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

客戶反饋

最后給出了等效楊氏模量(Mpa)、相對(duì)楊氏模量、等效泊松比的分析數(shù)據(jù)，客戶收到原始數(shù)據(jù)和報(bào)告后對(duì)我們的周期和測(cè)試結(jié)果很滿意，并答應(yīng)下次相關(guān)測(cè)試還來(lái)聯(lián)系我們。