本實(shí)用新型涉及教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，屬于物理實(shí)驗(yàn)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種楊氏模量測(cè)定儀。
背景技術(shù)：
楊氏模量是固體材料的重要力學(xué)參量，它標(biāo)志著材料抵抗力產(chǎn)生拉伸(或壓縮)形變的能力，是選擇機(jī)械構(gòu)件材料的依據(jù)之一。楊氏模量是材料力學(xué)性質(zhì)的重要參數(shù)，對(duì)于線性材料，有公式δ＝E·ξ成立。式中σ為正應(yīng)力，ξ為正應(yīng)變，E為彈性模量，是與材料有關(guān)的常數(shù)。
設(shè)鋼絲的橫截面積為S，長(zhǎng)為L(zhǎng)，若沿長(zhǎng)度方向施以拉力F，鋼絲伸長(zhǎng)為L(zhǎng)，根據(jù)楊氏模量定義可求得楊氏模量E。
目前常用的測(cè)量材料楊氏模量的方法有光杠桿放大法和懸線藕合共振法。光杠桿放大法屬于靜態(tài)加載方法，由于載荷大、加載速度慢、存在弛豫過程，不僅不能真正反映材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，且不適于測(cè)量脆性材料。懸線耦合共振法屬于動(dòng)態(tài)測(cè)量法，它雖然克服了上述缺點(diǎn)，但需要配專用儀器，成本較高，測(cè)量方法繁瑣，而且在示波器上不能很好地判斷出共振頻率，以及共振發(fā)生后，如何判斷是對(duì)稱型基頻率的振動(dòng)還是反對(duì)稱型基頻率的振動(dòng)。
因此，亟需提供一種新的技術(shù)方案解決上述楊氏模量測(cè)量中存在的問題，即一種楊氏模量測(cè)定儀。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
1、要解決的問題
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本實(shí)用新型提供一種楊氏模量測(cè)定儀，不但具有懸線耦合共振法的優(yōu)點(diǎn)，而且既可以測(cè)量圓柱形的鋼絲的楊氏模量，還可以測(cè)量截面為矩形的鋼片的楊氏模量，不存在松弛現(xiàn)象，測(cè)出材料的楊氏模量準(zhǔn)確。
2、技術(shù)方案
為了解決上述問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下：
所述的一種楊氏模量測(cè)定儀，包括機(jī)架、設(shè)于所述機(jī)架一端的固定端口、線圈、豎直固定于所述機(jī)架上的“F”形永久磁鐵、標(biāo)尺和與所述線圈通過接線柱電連接的信號(hào)發(fā)生器，所述線圈設(shè)于固定端口和永久磁鐵之間，且所述固定端口、線圈和永久磁鐵在同一直線上，所述標(biāo)尺橫向固定于所述機(jī)架上并與所述直線平行；所述線圈內(nèi)孔所延伸的方向與標(biāo)尺平行。
優(yōu)選地，所述固定端口、線圈內(nèi)孔和“F”形永久磁鐵的開口均在同一橫截面內(nèi)。
3、有益效果
相比于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的有益效果為：
本實(shí)用新型所述楊氏模量的測(cè)量?jī)x不但具有懸線耦合共振法的優(yōu)點(diǎn)，而且裝置簡(jiǎn)單，只需配有常用的信號(hào)發(fā)生器即可完成實(shí)驗(yàn)，它的裝置簡(jiǎn)單、操作方便、現(xiàn)象明顯，不受溫度和材料構(gòu)成的限制，而且該方案不但可以測(cè)量圓柱形的鋼絲，還可以測(cè)量截面為矩形的鋼片，不存在松弛現(xiàn)象，能夠較準(zhǔn)確地測(cè)出材料的楊氏模量。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型所述的一種楊氏模量的測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步進(jìn)行描述。
實(shí)施例
如圖1所示，一種楊氏模量測(cè)定儀，包括機(jī)架1、設(shè)于所述機(jī)架1一端的固定端口5、線圈6、豎直固定于所述機(jī)架1上的“F”形永久磁鐵3、標(biāo)尺7和與所述線圈6通過接線柱4電連接的信號(hào)發(fā)生器，所述線圈6設(shè)于固定端口5和永久磁鐵3之間，且所述固定端口5、線圈6和永久磁鐵3在同一直線上，所述標(biāo)尺7橫向固定于所述機(jī)架1上并與所述直線平行；所述線圈6內(nèi)孔所延伸的方向與標(biāo)尺7平行。
值得注意的是，所述固定端口5、線圈6內(nèi)孔和“F”形永久磁鐵3的開口均在同一橫截面內(nèi)。
一種楊氏模量測(cè)定儀的測(cè)量方法，其包括如下步驟：
(1)取一被測(cè)鋼絲或鋼鋸條，一端用螺絲固定于固定端口5上，另一端依次穿過線圈6和“F”形永久磁鐵3的開口，并保持自由；
(2)接線柱4接入信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生交變信號(hào)，并調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出幅度和頻率，使鋼絲產(chǎn)生受迫振動(dòng)；
(3)當(dāng)信號(hào)發(fā)生器的頻率和鋼絲或鋼鋸條的固有頻率一致時(shí)，鋼絲或鋼鋸條產(chǎn)生共振，形成穩(wěn)定駐波，并在固定的位置上形成了穩(wěn)定的波節(jié)和波腹，記錄下共振頻率，然后用標(biāo)尺測(cè)出相鄰波節(jié)的之間的距離，代入楊氏模量公式即可算出楊氏模量。
在本實(shí)施例中，步驟(3)中所述楊氏模量公式的建立，包括如下步驟：
A1：根據(jù)材料的振動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，可得鋼絲的振動(dòng)方程：
式S1中為橫向加速度；K是截面回轉(zhuǎn)半徑，當(dāng)橫截面是半徑為h的圓形時(shí)，E為楊氏模量，ρ為物質(zhì)密度，η為棒上各點(diǎn)離開平衡位置的距離；
A2：確定邊界方程，對(duì)于一端自由，一端鉗定的鋼絲，并設(shè)鋼絲的橫截面積為S，長(zhǎng)為l，有邊界條件：
A3：將邊界條件S2代入振動(dòng)方程S1可得頻率方程S3和節(jié)點(diǎn)位置方程S4：
coshμn·cosμn＝-1 S3
其中ω＝2π·f，簡(jiǎn)正值μn(n＝1、2、3……)代表滿足上述方程的的一系列根值；
A4：由上述公式S1、S2、S3及S4，得
A5：由公式S5，確定楊氏模量公式，即：
在本實(shí)施例中，步驟A1中當(dāng)橫截面是厚度為h的矩形時(shí)，
使用時(shí)，取一根被測(cè)鋼絲或鋼鋸條，一端用螺絲固定在固定端口上，另一端保持自由，然后接入信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)發(fā)生器輸入交流信號(hào)，并調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出幅度和頻率，永久磁鐵使鋼絲受到電磁力作用，使鋼絲產(chǎn)生受迫振動(dòng)。然后線圈通電產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，使待測(cè)鋼絲磁化，當(dāng)信號(hào)發(fā)生器的頻率和鋼絲的固有頻率一致時(shí)，鋼絲產(chǎn)生共振，同時(shí)形成穩(wěn)定的駐波。在固定的位置上形成波節(jié)和波腹，測(cè)出波節(jié)的位置和其他相關(guān)物理量、共振頻率，代入相關(guān)公式即可算出楊氏模量。
基于上述，本實(shí)用新型所述楊氏模量的測(cè)量?jī)x及其測(cè)量方法不但具有懸線耦合共振法的優(yōu)點(diǎn)，而且裝置簡(jiǎn)單，只需配有常用的信號(hào)發(fā)生器即可完成實(shí)驗(yàn)，它的裝置簡(jiǎn)單、操作方便、現(xiàn)象明顯，不受溫度和材料構(gòu)成的限制，而且該方案不但可以測(cè)量圓柱形的鋼絲，還可以測(cè)量截面為矩形的鋼片，不存在松弛現(xiàn)象，能夠較準(zhǔn)確地測(cè)出材料的楊氏模量。
以上示意性的對(duì)本實(shí)用新型及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本實(shí)用新型創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。