实验报告-共振法测量固体材料的杨氏模量.doc

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1、实验报告学生姓名：杨绍东学号：100204122班级：A10轮机1实验名称：共振法测杨氏模量实验指导老师：卢立娟实验时间：2011.12.12共振法测量固体材料的杨氏模量一、实验目的1学会用动态悬挂法测量材料的杨氏模量．2学会用外延法测量，处理实验数据．3了解换能器的功能，熟悉测试仪器的使用．4培养学生综合运用知识和使用常用实验仪器的能力．二、实验原理如图所示，一长为L的细棒（长度比横向尺寸大很多），棒的轴线沿x方向．棒在z方向的振动（棒的横振动）满足动力学方程式中为棒上距左端处横截面的方向位移，Y为该

2、棒的杨氏模量，单位为N/m2，为材料密度，S为棒的横截面积，S为某一截面的惯量矩。由该方程及边界条件，可解出杨氏模量：上式中m为棒的质量，f为圆棒的基频频率．对于直径为d的圆棒，惯量矩，代入上式得：实验中就是以悬挂点位置为横坐标，以相对应的共振频率为纵坐标作出关系曲线，用外延测量法求得曲线最低点（即节点）所对应的频率即为试棒的基频共振频率f1．再由上式可求得杨氏模量Y。三、实验仪器YM-2动态型杨氏模量测试台，FB209型动态杨氏模量测试仪，通用示波器、试样棒（铜、不锈钢）、天平、螺旋测微计等．四、实验

3、内容1测量试样棒的长度L，直径d，质量m，为提高测量精度，要求以上量均测量3－5次．2测量试样棒在室温时的共振频率f1．(1)安装试样棒：将试样棒悬挂于两悬线之上，要求试样棒横向水平，悬线与试样棒轴向垂直，两悬线挂点到试样棒的端点距离相同，并处于静止状态．(2)连机：将测试台、测试仪器、示波器之间用专用导线连接．(3)开机：分别打开示波器、测试仪的电源开关，调整示波器处于正常工作状态．适当选取输出衰减大小，调节频率旋钮显示当前输出频率．(4)鉴频：待试样棒稳定后，调节“频率调节”粗、细旋钮，寻找试样棒的

4、共振频率f1．(5)外延法测共振频率f1：因f1值随悬线位置不同而略有变化。按照上述方法，依次将两悬线支架同时从距两端20mm处开始，每次向内移动5mm，直至50mm处（35mm处不测），分别测出相应的共振频率f1．（自行设计数据记录表格）(6)以悬挂点位置x为横坐标，以相对应的共振频率为纵坐标作出关系曲线，求曲线最低点（即节点）所对应的频率（即是试棒的基频共振频率f1）．五、数据分析1测量试样棒的长度L次数123平均值长度L（cm）15.9615.9715.9615.96A类不确定度为B类不确定度为长

5、度L的不确定度为2测量试样棒的直径d次数12345平均值直径d（mm）5.9906.0005.9815.9685.9965.987A类不确定度为B类不确定度为直径d的不确定度为3测量试样棒的质量m＝37.77（g）质量m的不确定度即为B类不确定度为4外延法测共振频率实验所得数据如下x（mm）20253035404550f（Hz)696.4696.0695.8/695.9696.1696.4由以上数据可得图1（利用外延法）由图可得共振频率（x=35mm所对应的频率）为不确定度为5求杨氏模量相对不确定度为六

6、、思考题1外延测量法有什么特点？答：所谓外延测量法，就是所需要的数据在测量数据范围之外，为了求得这个值，采用作图外推求值的方法．即事先使用已测数据绘制出曲线，再将曲线按原规律延长到待求值范围，在延长线部分求出所要的值。2物体的固有频率和共振频率有什么不同？它们之间有何关系?答：固有频率只由系统本身的性质决定。固有频率和共振频率是两个不同的概念，它们之间的关系为：式中Q为试样的机械品质因数。对于悬挂法测量杨氏模量，Q值的最小值约为50，所以共振频率和固有频率相比只偏低0.005%，由于两者相差很小，故实验

7、中可用f共代替f固。