[发明专利]一种横梁弯曲法杨氏模量测量仪

说明书

技术领域

本发明属于杨氏模量测量仪领域，尤其涉及一种横梁弯曲法杨氏模量测量仪。

背景技术

杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理量，仅取决于材料本身的物理性质，是选定机械零件材料的依据之一，是工程技术设计中常用的参数。杨氏模量的测定对研究金属材料、光纤材料、半导体、纳米材料、聚合物、陶瓷、橡胶等各种材料的力学性质有着重要意义。

现有的测量方法一般有拉伸法、梁弯曲法、振动法、内耗法等，还出现了利用光纤位移传感器、莫尔条纹、电涡流传感器和波动传递技术(微波或超声波)等实验技术和方法测量杨氏模量。

横梁弯曲法测杨氏模量是通过测得材料在已知作用力下所产生的形变量，依据胡克定律推出材料杨氏模量的一种方法。如图7所示，厚度为a、宽度为b的均匀梁，水平对称地悬挂在距离为L的两刀口上，对均匀梁施加一个垂直向下的压力F，梁的扰度从原来的0变为Δy，施加压力之后均匀梁的杨氏模量为:

目前，横梁弯曲法的主要实现方式有：1、重物法，即加挂砝码，再利用测微镜目测Δy；2、霍尔位置传感器法，即利用霍尔位置传感器测量Δy。

在实际测量过程中，我们发现重物法主要存在如下两个问题：a、由于砝码具有一定质量，不同的砝码之间具有间隔，故不能实现连续加载F，而有的工件E数值较小，不能承受较大的F，F过大就会导致工件断裂，或者导致工件发生非弹性形变；b、由于测微目镜有最小读数范围限制，不能实现连续读数，而Δy的数值往往很小，这样就不能准确读出Δy，并且人眼读数误差也会导致Δy读数有偏差。上述两个问题使重物法从原理上就有误差，这样就不能准确测量杨氏模量。霍尔位置传感器法，即利用霍尔位置传感器测量Δy，但霍尔位置传感器基于均匀磁场的工作，在较大尺度范围实现精确的均匀磁场并不是很容易的事情，有些位置为非线性关系，这样就从原理上无法准确测量Δy，也就无法准确测量杨氏模量，并且霍尔位置传感器测量要预先定标，不仅麻烦，而且也引入了新的系统误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种横梁弯曲法杨氏模量测量仪，欲克服现有重物法和霍尔位置传感器法的缺陷，准确地测量杨氏模量。

本发明的技术方案如下：一种横梁弯曲法杨氏模量测量仪，其特征在于：包括底座(1)和投射板，其中底座(1)顶面固设有一个门形梁(2)，该门形梁的水平段连接有上刀片组件；所述上刀片组件包括升降块(3)和螺杆(7)，其中升降块(3)位于所述门形梁(2)水平段的下方，该升降块的右端面与上刀片(4)上端固定，上刀片(4)下端悬空；所述升降块(3)上的滑动孔与竖直导向轴(5)滑动配合，且竖直导向轴上端与门形梁(2)水平段的底面固定，该升降块的安装孔中安装有螺母(6)；所述螺杆(7)为上大、下小的两段式阶梯轴结构，其小径段与所述螺母(6)螺纹连接，该螺杆上的台阶面与轴承(8)转动配合，轴承(8)通过轴承套筒(9)安装在所述门形梁(2)水平梁上的安装孔中，转动所述螺杆(7)可带动上刀片(4)升降；

所述上刀片组件下方设有下刀片组件，该下刀片组件包括施力框(10)和十字升降块(19)，其中施力框(10)上对应所述上刀片(4)设有下刀片(11)，该下刀片下端与施力框(10)固定，且下刀片(11)的上端悬空；所述施力框(10)的内孔顶部设有用于对待测工件中部施加下压力的下压刀口(12)，且所述门形梁(2)两竖直段中部的安装孔孔底设有上顶刀口(13)，该上顶刀口用于顶待测工件的两端；所述施力框(10)顶部固定有激光器安装块(14)，在激光器安装块的水平安装孔中装有激光器(15)，施力框(10)底部通过上双头螺柱(16)与压力传感器(17)上端相连，该压力传感器下端通过下双头螺柱(18)与所述十字升降块(19)固定；

所述门形梁(2)左侧设有下压力施加组件，该下压力施加组件包括支架(20)和导向轴(24)，其中支架(20)固定在所述底座(1)顶面上，在支架上的安装孔中转动配合有一根水平设置的蜗杆(21)，该蜗杆与蜗轮(22)常啮合；所述蜗轮(22)固套在升降螺杆(23)上部，该升降螺杆上端与所述支架(20)转动配合，升降螺杆(23)下端与所述十字升降块(19)螺纹连接；所述导向轴(24)上端与支架(20)固定，该导向轴与十字升降块(19)滑动配合，且导向轴(24)下端与导向轴固定块(25)固定，该导向轴固定块安装在所述底座(1)顶面上；当转动所述蜗杆(21)时，可通过升降螺杆(23)带动十字升降块(19)升降，从而使施力框(10)下压；