一种弹性模量测定系统及其测定方法技术方案

本发明专利技术提供一种弹性模量测定系统及其测定方法，该系统包括操作台，操作台上设有支撑平台，支撑平台上侧放置声子晶体板，声子晶体板上侧设有若干测试孔，操作台上设有信号发生器，信号发生器和支撑平台之间设有激振器，信号发生器与激振器电性连接，激振器的尖端与声子晶体板连接，声子晶体板上侧两端均设有加速度传感器，支撑平台一侧设有信号收集器，信号收集器与电脑电性连接。该系统和测定方法通过一维传输透射实验，利用实验所得的声子晶体带隙特性计算出填入材料的弹性模量，操作简便，并可获得较精确的测定结果。并可获得较精确的测定结果。并可获得较精确的测定结果。

【技术实现步骤摘要】
一种弹性模量测定系统及其测定方法


[0001]本专利技术涉及弹性模量测定
，特别涉及一种弹性模量测定系统及其测定方法。

技术介绍

[0002]声子晶体的概念是类比光子晶体的概念提出来的。存在弹性波带隙、弹性常数及密度周期分布的材料或结构被称为声子晶体。本专利技术基于声子晶体的弹性波带隙特性(既在某一频率段内具有吸收振动波的作用)，设计了一种特定样式的声子晶体板。
[0003]目前对于橡胶，橡皮泥，粘土等等这一类材料的弹性模量测定方法往往都需要昂贵精密的仪器来测定，而没有一种结构简单小巧、结果精确的可测定材料的弹性模量的装置。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种弹性模量测定系统及其测定方法，能够材料的弹性模量进行测量。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种弹性模量测定系统，包括操作台，操作台上设有支撑平台，支撑平台上侧放置声子晶体板，声子晶体板上侧设有若干测试孔，操作台上设有信号发生器，信号发生器和支撑平台之间设有激振器，信号发生器与激振器电性连接，激振器的尖端与声子晶体板连接，声子晶体板上侧两端均设有加速度传感器，支撑平台一侧设有信号收集器，信号收集器与电脑电性连接。
[0006]优选的方案中，所述测试孔中设有质量块，质量块为圆柱结构，质量块的尺寸小于测试孔。
[0007]优选的方案中，所述声子晶体板端部设有连接孔，激振器的尖端设有两个夹片，其中一个夹片与激振器的尖端连接，另一个夹片插装在连接孔中，两个夹片通过螺栓连接。
[0008]本专利技术还提供一种弹性模量测定系统的测定方法，包括如下步骤：步骤一、将质量块放置在测试孔中，待测材料填入测试孔中对质量块进行包覆；步骤二、启动信号发生器，激振器从信号发生器接收扫频信号，将产生频率的振动波传递到声子晶体板；步骤三、信号发生器扫频过程中，加速度传感器测量声子晶体板的加速度数据，通过信号收集器收集后传输至电脑；步骤四、根据测定的数据绘制透射传输曲线，通过透射传输曲线得出一阶带隙中心频率f
中心
；步骤五、通过声子晶体带隙特性公式计算得出待测材料的弹性模量E。
[0009]优选的方案中，所述步骤五中，计算如下：a、将待测材料沿与质量块9相切的两条平行线划分为J区域和K区域，对J区域和K区域的待测材料进行测量或计算，m
K
为K区域的待测材料的质量，m
J
为J区域待测材料的质
量，J区域的待测材料起到弹簧作用，K区域的待测材料随质量块9同步振动；b、设β＝m2/m1，其中m1与m2分别是分配后的质量，根据的是串联振子振动时静点的位置进行分配，计算得出m1与m2的质量，的质量，其中m
c
为质量块的重量；m
h
为单个周期内的声子晶体板的基体重量；c、计算k，k为填入测试孔中的材料包覆层的等效弹簧刚度，将步骤三所得一阶带隙中心频率f
中心
以及m1与m2代入下式：d、将公式(5)计算得出的k，代入下列积分公式，计算所填入材料的弹性模量E的值：r1为质量块的半径；r2为待测材料包覆层的外半径。
[0010]优选的方案中，m
K
和m
J
的计算方法如下，根据密度的积分计算J区域和K区域的等效质量：m
J
＝ρπ(r
22
‑
r
12
)
‑
m
K
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)其中ρ为待测材料的密度；x为积分的横坐标，积分原点为圆心；r1为质量块的半径；r2为待测材料包覆层的外半径。
[0011]本专利技术提供的一种弹性模量测定系统及其测定方法，具有以下有益效果：1、通过一维传输透射实验，利用实验所得的声子晶体带隙特性计算出填入材料的弹性模量，操作简便，并可获得较精确的测定结果。
[0012]2、本专利技术的材料的弹性模量测定方法，对于待测的材料是可以循环使用，对待测试样没有破坏性，同一组试样可以进行多组实验测量，取平均值，来使得结果更加的精确。
[0013]3、本专利技术的弹性模量测量方法，对于各种材料的弹性模量测量方法具有很好的适用性，可以弥补现有技术的不足。
附图说明
[0014]下面结合附图和实施实例对本专利技术作进一步说明：图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为声子晶体板与激振器的连接示意图；
图3为声子晶体单胞计算示意图；图4为实施例中的透射传输曲线图；图5为有限元模拟带隙计算色散图；图中：操作台1，支撑平台2，声子晶体板3，信号发生器4，激振器5，加速度传感器6，信号收集器7，电脑8，质量块9，夹片10，测试孔301，连接孔302。
具体实施方式
[0015]如图1～2所示，一种弹性模量测定系统，包括操作台1，操作台1上设有支撑平台2，支撑平台2为光滑的平板，支撑平台2上侧放置声子晶体板3，声子晶体板3为3D打印的带有周期排布圆柱形孔的长方体板，声子晶体板3上侧设有若干测试孔301，测试孔301为圆柱形，在本实施例中，声子晶体板3的厚度为11mm，板面尺寸为40mm
×
40mm，板中心等距排列九个半径r1为9mm的测试孔301，深度为10mm,测试孔301的距离a为11mm。
[0016]操作台1上设有信号发生器4，信号发生器4设置在支撑平台2的一端，信号发生器4和支撑平台2之间设有激振器5，信号发生器4与激振器5电性连接，激振器5的尖端与声子晶体板3连接，声子晶体板3上侧两端均设有加速度传感器6，加速度传感器6设置在水平中心轴处，两个加速度传感器6分别距离左右边界的距离为4mm，支撑平台2一侧设有信号收集器7，信号收集器7与电脑8电性连接。
[0017]所述测试孔301中设有质量块9，质量块9的尺寸小于测试孔301。在本实施例中，质量块9为圆柱形的不锈钢块，半径为4mm，高度与测试孔301深度一致，通过设置质量块9，增加局部共振的效果。
[0018]优选的，所述声子晶体板3端部设有连接孔302，连接孔302的尺寸为20mm
×
2mm，激振器5的尖端设有两个夹片10，其中一个夹片10与激振器5的尖端连接，另一个夹片10插装在连接孔302中，两个夹片10通过螺栓连接。
[0019]一种弹性模量测定系统的测定方法，包括如下步骤：步骤一、将质量块9放置在测试孔301中，待测材料填入测试孔301中对质量块9进行包覆，待测材料与声子晶体板3板面平齐；步骤二、启动信号发生器4，信号发生器4设置类型为线性扫频，起始频率设为0Hz,终止频率设为8000Hz，终止频率根据实际测量情况进行设置，需要大于一阶带隙频率段上限，激振器5从信号发生器4接收扫频信号，将产生频率的振动波传递到声子晶体板3，对声子晶体板3左侧中点(Q3)施加扫频简谐振动。
[0020]步骤三、信号发生器4扫频过程中，加速度传感器6测量声子晶体板3的加速度数据，通过信号收集器7收集后传输至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弹性模量测定系统，其特征在于，包括操作台(1)，操作台(1)上设有支撑平台(2)，支撑平台(2)上侧放置声子晶体板(3)，声子晶体板(3)上侧设有若干测试孔(301)，操作台(1)上设有信号发生器(4)，信号发生器(4)和支撑平台(2)之间设有激振器(5)，信号发生器(4)与激振器(5)电性连接，激振器(5)的尖端与声子晶体板(3)连接，声子晶体板(3)上侧两端均设有加速度传感器(6)，支撑平台(2)一侧设有信号收集器(7)，信号收集器(7)与电脑(8)电性连接。2.根据权利要求1所述的一种弹性模量测定系统，其特征在于，所述测试孔(301)中设有质量块(9)，质量块(9)为圆柱结构，质量块(9)的尺寸小于测试孔(301)。3.根据权利要求1所述的一种弹性模量测定系统，其特征在于，所述声子晶体板(3)端部设有连接孔(302)，激振器(5)的尖端设有两个夹片(10)，其中一个夹片(10)与激振器(5)的尖端连接，另一个夹片(10)插装在连接孔(302)中，两个夹片(10)通过螺栓连接。4.根据权利要求1～3任一项所述的一种弹性模量测定系统的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、将质量块(9)放置在测试孔(301)中，待测材料填入测试孔(301)中对质量块(9)进行包覆；步骤二、启动信号发生器(4)，激振器(5)从信号发生器(4)接收扫频信号，将产生频率的振动波传递到声子晶体板(3)；步骤三、信号发生器(4)扫频过程中，加速度传感器(6)测量声子晶体板(3)的加速度数据，通过信号收集器(7)收集后传输至电脑(8)；步骤四、根据测定的数据绘制透射传输曲线，通过透射传输曲线得出一阶带隙中心频率f
中心
；步骤五、通过声子晶体带隙特性公式计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洋波，葛先强，蒋雄志，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：