[发明专利]基于虚拟纯弯曲材料的弹性模量测试方法

权利要求书

1.基于虚拟纯弯曲材料的弹性模量测试方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对构件进行自由振动模态测试试验，测试得到构件自由振动的低阶模态参数，即圆频率ω_j和振型φ_j，由所得数据计算得出构件的近似柔度矩阵F；(2)根据构件的支座约束条件构造出相应的虚拟力向量l_v，使得构件中某区段在虚拟力向量的作用下处于两端作用有外力偶M的虚拟纯弯曲受力状态；(3)由构件的柔度矩阵和虚拟力向量相乘来计算获得虚拟纯弯曲状态下的位移参数d，再由所得数据d利用中心差分法计算虚拟纯弯曲段的曲率(4)根据虚拟纯弯曲段横截面的平衡条件列方程得出弹性模量E计算公式，将相应数据代入计算得到弹性模量。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟纯弯曲材料的弹性模量测试方法，其特征在于，所述的构件自由振动模态测试试验的测试设备主要包括传感器、动态数据采集仪器和模态分析软件，传感器等间距的安置于构件的上表面或者下表面对称线上；设测试得到构件的前m阶模态参数，即圆频率ω_j和振型φ_j，可由所得数据计算得出构件的近似柔度矩阵F，

3.根据权利要求1所述的基于虚拟纯弯曲材料的弹性模量测试方法，其特征在于：步骤(3)中，所述虚拟纯弯曲状态下的位移参数d是由柔度矩阵和虚拟力向量相乘来计算获得，d＝F·l_v，其中，l_v为虚拟的力向量，由梁构件的支座条件和几何特征构造得到；d为由各节点的位移参数所构成的位移向量；再由得到的d利用中心差分法计算虚拟纯弯曲段的曲率其中d_i-1、d_i和d_i+1为向量d中对于虚拟纯弯曲段内3个节点处的位移参数，L为相邻传感器之间的距离。

4.根据权利要求1所述的基于虚拟纯弯曲材料的弹性模量测试方法，其特征在于：步骤(4)中，所述的弹性模量其中，M＝4FL；d＝F·l_v，d_i-1、d_i和d_i+1为向量d中对于虚拟纯弯曲段内3个节点处的位移参数，I_i为横截面对于中性轴的惯性矩，L为相邻传感器之间距离。

5.根据权利要求1所述的基于虚拟纯弯曲材料的弹性模量测试方法，其特征在于：所述的构件为细长构件。

6.根据权利要求1所述的基于虚拟纯弯曲材料的弹性模量测试方法，其特征在于：所述的构件是由拉压弹性模量相等或拉压弹性模量相差不超过5％的材料制成的，且构件的长宽比或长细比不小于5。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于虚拟纯弯曲材料的弹性模量测试方法，其特征在于：所述的构件为等截面直杆简支梁构件时，在该构件上选定的A-B之间依次设置节点1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11，则对于节点4和8之间的区段，所构造的虚拟力向量为l_v＝[0，0，0，F，0，0，0，F，0，0，0]^T。

8.根据权利要求7所述的基于虚拟纯弯曲材料的弹性模量测试方法，其特征在于：在所述节点4和8位置处施加虚拟集中力F，力F大小任意取值，在虚拟力向量l_v的作用下，显然梁区段‘4-8’将处于两端作用有外力偶M的纯弯曲受力状态。

9.根据权利要求8所述的基于虚拟纯弯曲材料的弹性模量测试方法，其特征在于：虚拟集中力F取为F＝1。

10.根据权利要求1-6任一项所述的基于虚拟纯弯曲材料的弹性模量测试方法，其特征在于：所述的构件为等截面直杆悬臂梁构件时，在构件上设置节点1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12，对于节点A和8之间的区段，所构造的虚拟力向量为l_v＝[0，0，0，0，0，0，0，F，0，0，0，-F]^T。

11.根据权利要求10所述的基于虚拟纯弯曲材料的弹性模量测试方法，其特征在于：在所述节点8和12位置处施加大小相等、方向相反的虚拟集中力F，则在虚拟力向量l_v的作用下，显然梁区段‘A-8’将处于两端作用有外力偶M的纯弯曲受力状态。