拉伸法测钢丝杨氏模量

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1、拉伸法测钢丝杨氏模量杨氏模量（又称弹性模量）是工程材料的重要参数，它是表征固体材料抗形变能力的一个重要物理量，杨氏模量越大，材料越不易发生形变。杨氏模量是选定机械构件材料的依据之一。目前，实验室测量杨氏模量的方法主要有拉伸法、弯梁法、振动法等。本实验采用拉伸法测量铜及钢丝的杨氏模量。实验的关键是要测出金属丝的微小形变，应根据不同测量对象，选择不同的测量仪器。如读数显微镜配以CCD成像系统测量钢丝微小的伸长量。【实验目的】1．学会用拉伸法测量金属丝的杨氏模量。2．学会用逐差法处理实验数据。3．学习CCD成像系统的使用方法，了解其特性。【实验仪器】金属丝支架

2、、读数显微镜、CCD成像显示系统、螺旋测微计、直尺、砝码等。【实验原理】1．设一根钢丝的截面积为A，原长为L，沿其长度方向加一拉力F后，钢丝的伸长量为△L。根据胡克定律，材料在弹性限度内，钢丝的相对伸长量△L/L（应变）与单位横截面积上的受力F/S（应力）成正比：(1)式中的比例系数E称为该材料的杨氏模量。钢丝的截面积为,d为钢丝的直径。因此(2)式中是一个很小的长度变化，可用读数显微镜配CCD（ChargeCoupleDevice）成象系统直接测量，把原来从显微镜中看到的图象通过CCD呈现监视器的屏幕上，便于观测。CCD是电荷耦合器件的简称，是目前较实

3、用的一种图象传感器，它有一维和二维的两种。一维用于位移、尺寸的检测，二维用于平面图形、文字的传递。现在的二维的CCD器件已作为固态摄象器应用于可视电话和无线电传真领域，在生产过程监视和检测上的应用也日渐广泛。本实验采用二维CCD器件作为固态摄像机，它将光学图象转变为视频电信号，由视频电缆接到监视器，在电视屏幕上显示出来，对伸长量进行直接测量。-4-【实验仪器及装置】用伸长法测杨氏模量装置如图1所示，包括以下几部分：1.金属丝支架S为金属丝支架，高约1.32m，置于实验桌上，支架顶端设有金属丝悬挂装置，金属丝长度可调，约95cm，金属丝下端连接一小圆柱，圆

4、柱中部方形窗中有细横线供读数用，小圆柱下端附有砝码托。支架下方还有一钳形平台，设有限制小圆柱转动的装置，支架底脚螺丝可调。2.读数显微镜读数显微镜M用来观测金属丝下端小圆柱中部方形窗中细横线位置及其变化，目镜前方装有分划板，分划板上有刻度，其刻度分度值0.01mm，每隔1mm刻一数字，H1为读数显微镜支架。3.CCD成像、显示系统CCD黑白摄像机：灵敏度：最低照≤0.2Lux；CCD专用12V直流电源。黑白视频监视器：屏幕尺寸14寸，420线，【实验内容】A必做实验：测量钢丝材料的杨氏模量。1.调节仪器-4-（1）调节仪器。(A)调节支架S铅直（用底脚螺

5、丝调节），使金属丝下端的小圆柱与钳形的平台无摩擦地上下自由移动，旋转金属丝上端夹具，使圆柱两侧刻槽对准钳形平台两侧的限制圆柱转动的小螺丝；两侧同时对称地将旋转螺丝旋入刻槽中部，力求减小摩擦。(B)先调显微镜目镜用眼睛看到清晰的分划板象。再将物镜对准小圆柱平面中部，调节显微镜前后距离，然后微调显微镜旁螺丝直到看清小圆柱平面中部上细横刻线的象，并消除视差。（判断无视差的方法是当左右或上下稍微改变视线方向时，两个像之间没有相对移动，这是读数显微镜已调节好的标志。只有无视差的调焦，才能保证测量精度。(C)将CCD摄像机装上镜头，把视频电缆线的一端接摄像机的视频输

6、出端子（Videoout）,另一端接监视器的视频输入端（Videoin）.将CCD专用12V直流电源接到摄像机后面板“Power”孔，并将直流电源和监视器分别接220V交流电源。仔细调整CCD位置及镜头焦距，直到监视器屏幕上看到清晰的图象。2.观测伸长变化。为使砝码托平稳可在金属丝下端先加一块砝码，此时监视器屏幕上显示的小圆柱上的细横刻线指示的刻度为Y0，记录其数值，然后在砝码托盘上逐次加50g砝码，对应的读数为Yi（i=1,2，…10）.再将所加的砝码逐个减去。记下对应的读数为并将两对应读数与求平均。3.用直尺测量金属丝长度L；用千分尺测量金属丝直径d

7、（测10次），注意记下外径千分尺的零读数。4.用逐差法对进行处理，计算及的值由公式（2）及F=Mg(△M为砝码质量，由于采用逐差法，此处，，可得：（3）5.将测量结果与公认值进行比较。-4-B、选做实验：测量其它钢丝材料的杨氏模量及其受相同力的伸长量。以了解不同材料对杨氏模量的影响。【数据记录】表1钢丝直径测量序号直径12345678910平均d/mm测L=表2受力后钢丝伸长量测量长度位置砝码m/g逐差法计算平均值=不确定度50.0ΔL1=-=100.0150.0ΔL2=-=200.0250.0ΔL3=-=300.0350.0ΔL4=-=400.0450

8、.0ΔL5=-=500.0将数据代入-4-钢丝的杨氏模量公认值为20.0×101