談彈性模量試驗(yàn)原理

彈性模量E的數(shù)值越大，其剛度越大，彈性變形就越小。巖石試樣經(jīng)過鉆孔取樣、試件切平和雙端面磨平等工序，制作成圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件，即直徑為50mm，高度100mm，試件的高徑比為2.0，試件斷面磨平度小于0.02 mm，軸線垂度不超過0.001 弧度，側(cè)面不平度小于 0.3 mm。選擇便攜式多通道精密應(yīng)變儀，安裝好電阻應(yīng)力片， 利用萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載試驗(yàn)，重復(fù)進(jìn)行，注意觀察， 記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)在自然狀態(tài)下進(jìn)行，每組試件取 3 塊。本次研究共進(jìn)行了 4 組試驗(yàn)。

試驗(yàn)設(shè)備儀器：巖石彈性模量試驗(yàn)所需主要儀器：立式鉆孔機(jī)，自動(dòng)巖石切片機(jī)， 雙端面磨石機(jī)， 微機(jī)控制電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)，最大試驗(yàn)力為1000 kN，便攜式多通道精密應(yīng)變儀，量程為0～±30 000 με，數(shù)顯卡尺、鋼直尺、25 W 烙鐵、萬用表、 烘箱和飽和設(shè)備、 溫度補(bǔ)償塊、測量導(dǎo)線、測量表架等。

實(shí)驗(yàn)耗材：電阻應(yīng)變片、 焊錫、 膠帶、 細(xì)砂紙、502膠液、凡士林、酒精等。

巖石的彈性模量是檢驗(yàn)巖石性能的重要指標(biāo)之一，指巖石在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變之比。主要是反映巖石抵抗彈性變形的能力， 是試驗(yàn)室?guī)r石能力認(rèn)證的主要開展項(xiàng)目。依據(jù)《水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》（SL264-2001 ） ，巖石彈性模量試驗(yàn)一般采用靜態(tài)測量法，其中應(yīng)用廣泛的是電阻應(yīng)變片法和千分表法。較軟巖一般采用千分表法， 堅(jiān)硬和較堅(jiān)硬的巖石則采用電阻應(yīng)變片法。由于多數(shù)巖石的應(yīng)力應(yīng)變曲線并非直線，因此巖石的彈性模量并非常量。巖石的應(yīng)力應(yīng)變曲線上任意一點(diǎn)都有一個(gè)切線彈性模量和割線彈性模量;根據(jù)巖體工程中應(yīng)力的范圍，由試驗(yàn)結(jié)果求取彈性模量。巖石的彈性模量隨巖石的類型、組成、顆粒大小、水的含量、孔隙大小而異，具有明顯層理或片理的巖石，垂直于層面或片理面的彈性模量大于平行層面的彈性模量。

彈性模量是指材料在外力作用下產(chǎn)生的應(yīng)力與伸長或壓縮彈性形變之間的關(guān)系。亦稱楊氏模量。其數(shù)值為試樣橫截面所受正應(yīng)力與應(yīng)變之比。它表征材料抵抗變形的能力，與材料的強(qiáng)度、變形、斷裂等性能均有關(guān)系，是材料的重要力學(xué)參數(shù)之一。從本質(zhì)上說，它是材料內(nèi)部原子間結(jié)合力大小的一種量度。但對整個(gè)材料而言，它還取決于材料各個(gè)部分之間結(jié)合力的大小。受顯微結(jié)構(gòu)(特別是氣孔)的影響，所以除物相組成外，它還在很大程度上反映著材料的結(jié)合特征。對于含部分液相的耐火材料(屬粘彈性體)，其形變在應(yīng)力去除后不是瞬時(shí)得以恢復(fù)，而是逐步地恢復(fù)，這時(shí)彈性模量不再是與時(shí)間無關(guān)的量，而是隨時(shí)間延長而降低，即由未弛豫彈性模量降低為弛豫彈性模量。溫度對材料的彈性模量有重要影響，一般隨著溫度升高，彈性模量降低。研究耐火材料彈性模量和溫度關(guān)系可以幫助判斷其基質(zhì)軟化、液相形成和由彈性變形過渡到塑性變形的溫度范圍，確定晶形轉(zhuǎn)化及其他結(jié)構(gòu)變化(如硅磚中鱗石英與方石英的轉(zhuǎn)變溫度范圍有彈性模量的最小值)等。如果制品的其他性質(zhì)相同，彈性模量與制品的抗熱震性有著反比關(guān)系;同類制品的彈性模量與其抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度大體上成正比關(guān)系，所以有時(shí)用非破壞性試驗(yàn)得到的彈性模量數(shù)值，可間接推斷其強(qiáng)度大小。

電阻應(yīng)變片法是基于電阻絲的應(yīng)變效應(yīng)。即將電阻應(yīng)變片粘貼在被測試件上，當(dāng)試件受到外荷載作用產(chǎn)生變形后，電阻應(yīng)變片也產(chǎn)生相同變形，從而使應(yīng)變片敏感柵的長度發(fā)生變化，引起金屬絲電阻值的變化，通過電阻應(yīng)變儀測量應(yīng)變片電阻值的微小變化，得到被測試件的應(yīng)變變化。 此種方法的缺點(diǎn)是：粘貼、布線復(fù)雜，需花費(fèi)大量準(zhǔn)備時(shí)間；膠粘劑不穩(wěn)定且對周圍環(huán)境敏感，常用的KIH502膠粘劑耐用期一般為6個(gè)月，只適合短期測量；導(dǎo)線較長，橋臂的電阻值會(huì)隨導(dǎo)線長度增加而增加，從而影響應(yīng)變片靈敏系數(shù)，導(dǎo)線在橋路電壓作用下會(huì)產(chǎn)生電容和電感，使測量值發(fā)生無規(guī)律漂移。電阻應(yīng)變片法的優(yōu)點(diǎn)是：電阻應(yīng)變片價(jià)格低，如果措施得當(dāng)（如做好防潮處理，使用屏蔽線等），測量精度也能滿足要求。在滿足施工監(jiān)測要求的前提下，可結(jié)合其他應(yīng)變監(jiān)測手段以降低監(jiān)測成本。

靜態(tài)彈性模量是描述黏性土性質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù)，是工程選址、設(shè)計(jì)、施工等的科學(xué)依據(jù)，但靜態(tài)彈性模量需從地下取出待研究層段的巖芯、通過室內(nèi)傳統(tǒng)的土工試驗(yàn)來確定，并存在原位和試驗(yàn)兩者邊界條件的差異，且因取樣的有限性和局限性難避免以點(diǎn)代線和代面現(xiàn)象。彈性波速度與巖土的密度、巖土性質(zhì)、砂粒數(shù)量與膠結(jié)程度、孔隙充填物與飽和度等直接相關(guān)，由縱橫波速度可無損、低成本和快速獲取巖土的動(dòng)態(tài)彈性模量。因此，為了便于應(yīng)用于實(shí)際工程中，必須將它們轉(zhuǎn)換為靜態(tài)彈性模量，也就說必須建立起動(dòng)、靜態(tài)彈性模量之間的關(guān)系。早在 1933 年，Harvard 大學(xué)的 W. Zisman就認(rèn)為巖石動(dòng)、靜態(tài)彈性模量之間存在差異，之后許多研究人員對此進(jìn)行了研究 。

在線彈性變形范圍內(nèi)，巖石剪應(yīng)力與剪應(yīng)變的關(guān)系服從剪切胡克定律，此時(shí)，剪應(yīng)力與剪應(yīng)變的比為常數(shù)，該比例常數(shù)稱為巖石的剪切彈性模量。剪切彈性模量與拉壓彈性模量的量綱相同，國際單位為MPa 。

拼音:tanxingmoliang

英文名稱： young's modulus/ elastic modulus/tensile modulus

定義：材料在彈性變形階段，其應(yīng)力和應(yīng)變成正比例關(guān)系（即符合胡克定律-hooke's law），其比例系數(shù)稱為彈性模量。

單位：[力]/[長度]^2，在國際單位制中單位是Pa。

意義：彈性模量可視為衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的指標(biāo)，其值越大，使材料發(fā)生一定彈性變形的應(yīng)力也越大，即材料剛度越大，亦即在一定應(yīng)力作用下，發(fā)生彈性變形越小。彈性模量E是指材料在外力作用下產(chǎn)生單位彈性變形所需要的應(yīng)力。它是反映材料抵抗彈性變形能力的指標(biāo)，相當(dāng)于普通彈簧中的剛度。

彈性模量是彈性材料的一種最重要、最具特征的力學(xué)性質(zhì)。是物體彈性變形難易程度的表征。用E表示。定義為理想材料有小形變時(shí)應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變之比。E以單位面積上承受的力表示，單位為牛/米^2。模量的性質(zhì)依賴于形變的性質(zhì)。剪切形變時(shí)的模量稱為剪切模量，用G表示；壓縮形變時(shí)的模量稱為壓縮模量，用K表示。模量的倒數(shù)稱為柔量，用J表示。

拉伸試驗(yàn)中得到的屈服極限бS和強(qiáng)度極限бb，反映了材料對力的作用的承受能力，而延伸率δ或截面收縮率ψ，反映了材料塑性變形的能力，為了表示材料在彈性范圍內(nèi)抵抗變形的難易程度，在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中，材料彈性模量E的意義通常是以零件的剛度體現(xiàn)出來的，這是因?yàn)橐坏┝慵磻?yīng)力設(shè)計(jì)定型，在彈性變形范圍內(nèi)的服役過程中，是以其所受負(fù)荷而產(chǎn)生的變形量來判斷其剛度的。一般按引起單位應(yīng)變的負(fù)荷為該零件的剛度，例如，在拉壓構(gòu)件中其剛度為：

式中A0為零件的橫截面積。

由上式可見，要想提高零件的剛度EA0,亦即要減少零件的彈性變形，可選用高彈性模量的材料和適當(dāng)加大承載的橫截面積，剛度的重要性在于它決定了零件服役時(shí)穩(wěn)定性，對細(xì)長桿件和薄壁構(gòu)件尤為重要。因此，構(gòu)件的理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算來說，彈性模量E是經(jīng)常要用到的一個(gè)重要力學(xué)性能指標(biāo)。

在彈性范圍內(nèi)大多數(shù)材料服從胡克定律，即變形與受力成正比。拉伸彈性模量E，也叫楊氏模量。

彈性模量在比例極限內(nèi)，材料所受應(yīng)力如拉伸，壓縮，彎曲，扭曲，剪切等）與材料產(chǎn)生的相應(yīng)應(yīng)變之比，用牛/米^2表示。