纳米压痕深度对低碳钢弹性模量测试精度的影响--《第十三届全国实验力学学术会议论文摘要集》2012年
纳米压痕深度对低碳钢弹性模量测试精度的影响
【摘要】：纳米压痕方法是采用纳米压头压入试件表面,测量压入深度与载荷的关系,根据载荷——深度曲线及接触面积推算材料的力学性能。准确测量压痕深度及接触面积是正确获得材料性能的关键。通过压缩试验方法和纳米压痕试验方法对低碳钢弹性模量进行测定,分析了影响纳米压痕测试精度的影响因素,在实验的基础上提出了压入深度对弹性模量测试精度影响的修正方法。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TG142.3【正文快照】：
纳米压痕深度对低碳钢弹性模量测试精度的影响@姜益军$东南大学土木工程学院!四牌楼2号,南京,210096
@何小元$东南大学土木工程学院!四牌楼2号,南京,210096
@顾成军$东南大学土木工程学院!四牌楼2号,南京,210096纳米压痕方法是采用纳米压头压入试件表面,测量压入深度与载
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杨氏模量是固体材料的重要物性参数之一，在材料的实际应用中是个非常重要数据。
测量杨氏模量的常用方法有弯曲法、伸长法和动力学法等几种，测量过程中一般都需要用到多种长度/位移测量工具，数据处理（包括不确定度估算）的过程也很有代表性，是一个很经典的实验。
本实验旨在让学生了解杨氏模量的物理含义，能熟练使用几种常用的长度测量工具，掌握弯曲法测杨氏模量的实验方法和相关的数据处理（包括不确定度估算）。
具体内容请参看补充讲义。
根据虎克定律，固体材料的伸缩形变正比于拉压外力的大小，其比例系数即为材料的杨氏模量。测出材料在不同拉压外力作用下的伸缩形变，即可求出其杨氏模量。
测量黄铜（或人造骨）横梁的杨氏模量：
学会根据不同的测量对象，选择合适的测量仪器；
掌握游标卡尺、千分尺、读数显微镜的使用方法；
掌握弯曲法测杨氏模量的原理和实验方法；
掌握数据处理方法及实验误差分析。
尝试用霍尔位置传感器代替读数显微镜来测量被测材料在不同负载下的形变；
测量第二种材料的杨氏模量；
测量负载不对称时的杨氏模量；
移动被测材料，使其一端靠近支点，而负载仍放在两个支点的中间位置；
被测材料仍对称放置，负载位置偏离两个支点的中间位置；
FD-HY-MT型霍尔位置传感器杨氏模量实验仪——复旦天欣仪器厂
千分尺（0–25mm）——上海量具刀具厂
（0–150mm）—上海量具刀具厂
不锈钢直尺 （0–300mm）—上海量具刀具厂
黄铜片和人造骨（PEEK）–复旦天欣仪器厂
了解固体材料杨氏模量的定义和计算公式（并尝试推导该公式），以及相关物理量的测量方法；
什么是切应力？什么是切向模量？
分析被测对象的受力情况（建议考察半段被测对象的受力情况），说明为什么弯曲法可以测杨氏模量？
如何正确使用读数显微镜？什么是视差？什么是螺距误差？建议在实验过程中估测一下我们所用的读数显微镜的螺距误差是多大！
游标卡尺、千分尺该如何正确使用？如何正确读数？它们的最小分度分别是多少？
本实验中用到的几种长度测量工具的测量不确定度分别是多少？
本实验的测量误差有哪些主要来源？哪个量的测量不确定度对实验结果的影响最大？
如何设计测量过程，使结果尽量准确？
用米尺测量横梁上两刀口间的距离;
用游标卡尺、千分尺分别横梁的宽度和厚度；
对称地将衡梁放置在两刀口上，将铜挂件放到横梁上两刀口的中间位置；
在铜挂件上放置一个砝码以后，调节读数显微镜，读取初始位置；
依次加载砝码，用读数显微镜读出相应的位置坐标；
若时间充分，在使用了所有砝码以后，逐次减少砝码，再记录一组砝码质量与横梁形变之间的关系；
用逐差法求结果。
还有什么方法可以测量本实验中的ΔZ?
本实验中杨氏模量测量误差的传递公式是什么？主要测量误差有哪些？请估算各测量量的不确定度。
最小二乘法拟合求结果是如何实现的？
材料杨氏模量的大小和形状有关吗？跟材料的哪些性质有关？
人造骨的杨氏模量大小和什么常用材料相近？杨氏模量最大的材料是什么？
随着拉伸外力的增大，材料的形变会经历哪些阶段？在本实验中最需要保证的实验条件是什么？为什么要有限制地增加砝码？
什么是应力？对固体材料，有哪几种基本应力？材料有哪几类基本形变？什么是体积模量？什么是泊松系数？为什么泊松系数一定大于2？
伸长法和动力学法分别是如何测量材料的杨氏模量的？请讨论三种方法分别适用于什么样的被测对象？各有什么优缺点？
实验前：认真预习，写出预习报告。应包括以下内容：实验目的、原理（请画出实验原理示意图）、简要说明实验内容和步骤，并画出数据记录表格；
实验中：记录必要的实验条件，简要描述观察到的主要实验现象，认真记录实验数据；及时记录实验中出现的问题和自己的想法等；完成测量后记录实验仪器的规格和型号。
实验后：解释实验现象、分析实验数据、得出实验结论，针对实验中出现的问题和想法给予分析讨论；欢迎针对实验教材、实验内容本身或教师的带教方式提出各种意见或建议等。
请在实验报告的最后注明自己完成本次实验报告所花的时间，并写下自己对本次实验评分的预期：优、良、中、及格、不及格五挡之一。
在规定时间内将报告交至指定信箱。
沈元华、陆申龙 基础物理实验 高等教育出版社 2003
实验补充讲义
那个仪器好像我们做实验的时候没有用到的
那台电子设备使用于选做实验的内容的。
请问老师逐差法的不确定读估计是不是和算uA的一样啊？我的理解是m不考虑uA和uB1，Z用uA的算法？—
本实验中，m的不确定度不考虑，ΔZ的不确定度由两部分合成：对相同的Δm，我们在实验中测得四到五个ΔZ，可以求出uA，然后和读数显微镜的uB2合成。
请问老师测刀口间距离是不是测一次就可以了？我们的大多数实验中用直尺测量的数据是不是都只需测一次？在用游标卡尺测量筒的内径、外径时为什么不取最大值而是取平均值？
实验中，两刀口之间的距离也要求多次测量。筒的内径、外径本身可能又不均匀性，且单次测量总会有一定的不确定度。所以用平均值更合理。
实际上，用某一测量工具测量某个物理量时，该单次测量或多次测量要考虑多方面的因素：一方面是测量方法和测量工具决定的相对不确定度；另一方面，被测量量本身的不均匀性（如黏度测量实验中盛油的量筒的直径）；如果同一实验中有多个相似的量的测量（如多个长度测量），为了让同学们练习不同的不确定的计算方法，也会考虑尽量将单次测量和多次测量都能用刀。 —
exp/platform/wqf2.txt & 最后更改:
08:09 由 jimin01
除额外注明的地方外，本维基上的内容按下列许可协议发布：利用客观散斑场测量固体材料杨氏模量的研究--《昆明理工大学》2011年硕士论文
利用客观散斑场测量固体材料杨氏模量的研究
【摘要】：散斑最初是作为一种无用的噪声而被人们所认识的,直到20世纪70年代,散斑才作为一种新的有用的方法被人们用于测量中。目前的散斑测量方法有传统的散斑照相技术、散斑干涉技术、散斑相关测量技术。随着计算机和CCD的发展,数字散斑技术被广泛的应用于无损检测、变形测量、位移测量、表面粗糙度测量,振动分析等领域中。本论文在综合分析各种散斑测量法的优缺点的基础上,提出了一种基于数字图像处理技术,并结合三点弯测量方法,利用客观散斑场测量固体材料的杨氏模量的新方法。
根据散斑场的性质,即散射物体平移前后,如果平移量很小,则平移前后的散斑场是两套间距等于平移距离、分布完全相同的散斑场,这些等距、成对的散斑对,又称为“杨氏双孔”。用CCD记录不同载荷下加载杆表面的客观散斑图像,并存入计算机中,进一步利用数字图像处理技术将记录下的客观散斑图像两两相加,再进行快速傅里叶变换,就可以获得明暗相间的等距的平行条纹频谱图,也就是“杨氏双孔”的夫琅和费衍射图像,类似于双缝的夫琅和费衍射图像,根据条纹数目和像素尺寸,可以测量散斑场的位移大小即散射物的位移量,这是本论文的一个创新点之一；三点弯法测杨氏模量的关键是测量出试件在一定载荷条件下,试件中点位置向下的弯曲量即挠度值。经仔细分析,由于试件在载荷作用下发生了弯曲变形,即试件侧面各点的位移并不相等,因此不能用试件侧面的散斑场来测量挠度值,而加载杆的位移量恰好等于试件的挠度值,且加载杆整体向下做平移运动,因此可以应用加载杆的表面的客观散斑场来测量试件的挠度,这是本论文的另一个创新点。
本课题在掌握了散斑场的特性和数字图像处理技术的基础上,首先通过程序模拟验证了客观散斑图产生的位移量和频谱图上条纹数目的关系。接着进行了模拟实验,验证了用客观散斑法测量微小位移的可行性,通过实验测算出CCD上一个像素的大小,最后将该方法与三点弯测量方法相结合,测量了固体材料的杨氏模量,结果表明该方法具有较高的可靠性和测量精度,具有一定的实际应用价值。
【关键词】：
【学位授予单位】：昆明理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：O348.1【目录】：
摘要3-4Abstract4-8第一章 绪论8-12 1.1 散斑测量技术的发展8-9 1.2 课题任务背景及意义9-10 1.3 本文研究的主要内容及创新点10-12第二章 激光散斑理论基础12-21 2.1 散斑的成因及其类型12-13
2.1.1 散斑的成因12-13
2.1.2 散斑的类型13 2.2 散斑的大小13-15
2.2.1 客观散斑的大小13-14
2.2.2 主观散斑的大小14-15 2.3 散斑图像的统计特性15-21
2.3.1 散斑光场的一阶统计特性17-19
2.3.2 散斑光场的强度自相关函数(二阶统计特性)19-21第三章 光学散斑的测量方法21-35 3.1 传统的散斑照相技术21-25
3.1.1 逐点分析法21-22
3.1.2 全场分析法22-25 3.2 电子散斑干涉术25-29
3.2.1 单光束电子散斑干涉25-27
3.2.2 双光束电子散斑干涉27-28
3.2.3 电子散斑干涉术的应用28-29 3.3 数字相关测量技术29-33
3.3.1 数字散斑相关法的原理30-31
3.3.2 相关运算31
3.3.3 相关系数搜索法31-33 3.4 客观散斑场测量法33-35第四章 数字图像处理基础35-41 4.1 数字图像基本概念35-36 4.2 图像的傅里叶变换36-41
4.2.1 傅里叶变换(Fourier)的定义36-37
4.2.2 傅里叶变换存在的条件37
4.2.3 傅里叶变换的性质37-39
4.2.4 快速傅里叶变换(FFT)39-41第五章 杨氏模量的测量方法41-45 5.1 静态拉伸法41-42 5.2 三点弯梁弯曲法42-45第六章 实验过程及结果45-62 6.1 理论模拟45-51
6.1.1 理论模拟过程45-47
6.1.2 实验模拟过程47-51 6.2 三点弯实验51-58
6.2.1 实验光路的选择51-52
6.2.2 实验装置52-56
6.2.3 实验过程及记录结果56-58 6.3 实验数据处理58-59 6.4 计算结果59-61 6.5 结果分析61-62第七章 总结及展望62-64 7.1 论文总结62 7.2 未来工作展望62-64参考文献64-68致谢68-69附录A 攻读硕士学位期间公开发表论文69
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历史上的今天
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blogTitle:'共振法测定材料的杨氏模量',
blogAbstract:'&\r\n共振法测定材料的杨氏模量\r\n一. 实验目的\r\n1.&&&&& 了解共振法测量材料杨氏模量的原理和方法\r\n2.&&&&& 学会用作图外推求值法测量振动体基频共振频率和材料杨氏模量。\r\n3.&&&&& 培养综合运用知识和使用常用实验仪器的能力。\r\n&\r\n二 .实验原理\r\n实验中将被测材料做成细长棒状，我们使用的棒采用圆形截面．根据牛顿第二定律，当此棒作弯曲振动时，满足下列动力学方程：\r\n棒轴线沿x方向，式中η为棒x处截面的z方向位移(见图1)，E为该棒的杨氏模量，ρ为材料密度，S为棒的横截面积，I为某一截面的惯性矩 ．用分离变量法解此方程，设悬线置于节点处，边界条件也确定，则会得到：',
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三种杨氏模量测量方法比较
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