[发明专利]基于虚拟纯弯曲材料的弹性模量测试方法

说明书

本申请涉及一种基于虚拟纯弯曲材料的弹性模量测试方法，属于施加稳定的张力或压力测试固体材料的强度特性等物理或化学形状来测试或分析材料技术领域。对材料制作的细长构件进行自由振动模态测试试验，根据构件的支座约束条件构造出相应的虚拟力向量，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，进而计算虚拟纯弯曲段的曲率，最后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。将本申请应用于各种支座约束条件和横截面类型以及服役已久的既有构件，具有操作简单、测试所需时间短、无破坏性、操作环境不受限制等优点。

技术领域

本申请涉及一种基于虚拟纯弯曲材料的弹性模量测试方法，属于施加稳定的张力或压力测试固体材料的强度特性等物理或化学形状来测试或分析材料技术领域。

背景技术

材料的弹性模量是其基本的力学参数之一，快速准确的测量材料的弹性模量对于工程设计具有十分重要的意义。目前测量弹性模量的方法，大多采用单轴压缩或拉伸变形试验，获得材料的压缩弹性模量和拉伸弹性模量。这种测试方法属于静力试验，对构件的截面形状和尺寸有标准的限制，且只能在实验室才能开展，而且，由于尺寸效应的影响，实验室测得的弹性模量和实际构件的真实弹性模量可能有一些差异，另外，对于服役时间已久的构件而言，其弹性模量会比原始状态有较大变化，如果要获得这些服役已久构件的真实弹性模量，则需要新的测量方法。而现有的公知方法并不能实现上述模量的测量。

基于此，做出本申请。

发明内容

针对现有模量测量中所存在的上述缺陷，尤其是对于拉压弹性模量基本相等的材料，本申请提出一种基于虚拟纯弯曲的测试材料弹性模量的方法，其利用构件自由振动的模态参数，并构造虚拟的纯弯曲受力状态，来计算获得材料的弹性模量，该方法具有操作简单、测试所需时间短、无破坏性、操作环境不受限制(既可以在实验室也可以在工地现场进行)等优点，该方法不仅能适用于各种支座约束条件以及不同的横截面类型，还特别适合于服役已久的既有构件真实弹性模量的测量。

为实现上述目的，本申请采取的技术方案如下：

基于虚拟纯弯曲材料的弹性模量测试方法，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的计算公式，将相应数据代入计算可得到弹性模量。

进一步的，作为优选：

所述的构件为细长构件，该构件由拉压弹性模量基本相等(相差不超过5％)的材料制成，且构件的长宽比或长细比不小5。

所述的构件自由振动模态测试试验，属于常规的动力实验，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，它们均可由市场购买得到，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，计算公式为：