一种基于动力的玻璃弹性模量测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于动力的玻璃弹性模量测量装置及方法，属于材料弹性模量检测技术领域。该装置包括底座、支座、盖板、底脚螺栓、盖板螺栓、玻璃梁、标定梁和扭力扳手，支座通过底角螺栓固定在底座一端，盖板通过盖板螺栓固定在支座上，玻璃梁一端置于盖板和支座之间。该装置首先对标定梁进行自由振动实验，根据测得标定梁的一阶频率，计算出盖板竖向刚度与转动刚度，然后将两个方向刚度带入弹性支撑梁振动方程中，得到弹性模量计算公式。再对待测试的玻璃梁进行自由振动试验，根据待检测玻璃梁自由振动的一阶频率及相关参数计算出待测试玻璃的弹性模量。该方法对于检测玻璃弹性模量具有测试精确、安全无损、方便经济的优点，适用于工程实际。程实际。程实际。

A device and method for measuring elastic modulus of glass based on Dynamics

【技术实现步骤摘要】
一种基于动力的玻璃弹性模量测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及材料弹性模量检测
，特别是指一种基于动力的玻璃弹性模量测量装置及方法。

技术介绍

[0002]玻璃作为现代建筑、工业、科技等领域的重要基础材料，其材料弹性模量是重要的力学参数之一。弹性模量是单向应力状态下应力与应变之比。从宏观上来讲，是衡量物体抵抗弹性变形的能力，从微观上来看，是原子、离子、及分子之间键合强度的反映。其测量方法可以归纳为基于动力和静力两种。静力法是将材料处于静力作用下，通过测量应力与应变之间的关系曲线，然后根据胡克定律以弹性形变区的线性关系计算弹性模量，但由于玻璃属于脆性材料，传统应用拉伸试验来测量材料弹性模量对试样造型要求较高，同时玻璃试样在拉力机中摆放位置的偏差非常容易造成玻璃破碎。与静力方法不同，动力法是利用材料的弹性模量与所对应的结构频率来进行测定和计算的。
[0003]标准《超薄玻璃弹性模量试验方法》(GB/T_37788
‑
2019)中公开了一种基于悬臂梁理论测量玻璃弹性模量的方法，但是仅通过胶水对悬臂端进行粘接无法达到悬臂梁全面约束的理论要求，而采用悬臂梁理论计算则会导致误差较大。标准《玻璃材料弹性模量、剪切模量和泊松比试验方法》(GB/T_37780
‑
2019)中公开了一种基于漂浮体系的动力检测方法，但众所周知，漂浮体系的动力实验对边界条件的要求较高，实际工程中难以模拟。现有技术涉及了一种利用牛顿环原理测量玻璃弹性模量的装置，公开了基于牛顿环原理测量玻璃弹性模量的装置，但对于当前牛顿环仪做到施加压力的同时通过显微镜观察中心暗斑的操作较为麻烦，且压力数值较难精确。上述标准或现有技术提供的方法对玻璃弹性模量的测量都存在较大误差或难以实现，因此，在本领域中，急需一种精确且可以重复实现的弹性模量测试方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于动力的玻璃弹性模量测量装置及方法。
[0005]该装置包括底座、支座、盖板、底脚螺栓、盖板螺栓、玻璃梁、标定梁和扭力扳手，支座通过底脚螺栓固定在底座一端，使用扭力扳手用盖板螺栓将标定梁的一端固定在盖板与支座之间。
[0006]其中，盖板腹部与支座之间预留的垂直高度用于放置标定梁，该垂直高度不大于标定梁的厚度。
[0007]玻璃梁与标定梁厚度相同，玻璃梁能够替换标定梁置于盖板和支座之间。
[0008]应用该测量装置进行测量的方法，包括步骤如下：
[0009]S1：选择两根标定梁，分别记为标定梁a和标定梁b；
[0010]S2：用扭矩扳手将标定梁a的一端固定在盖板与支座之间；
[0011]S3：对标定梁a的自由端施加初始位移，使标定梁产生自由振动，测量标定梁a的一
阶自振频率f
a
；
[0012]S4：按照S2和S3测量标定梁b的一阶自振频率f
b
；
[0013]S5：根据标定梁a和标定梁b的一阶自振频率，计算盖板的竖向刚度k1和转动刚度k2；
[0014]S6：用扭矩扳手将待检测玻璃梁固定在盖板与支座之间，按照S3测量待检测玻璃梁的一阶自振频率f；
[0015]S7：根据玻璃梁的一阶频率，计算玻璃梁弹性模量E
g
。
[0016]其中，S5中盖板的竖向刚度k1和转动刚度k2的计算过程如下：
[0017][0018][0019]式中：
[0020]a1＝E
a
I
a
k
a
(cosh(l
a
k
a
)sin(l
a
k
a
)
‑
cos(l
a
k
a
)sinh(l
a
k
a
))，
[0021]a2＝E
a
I
a
k
a3
(cos(l
a
k
a
)sinh(l
a
k
a
)+cosh(l
a
k
a
)sin(l
a
k
a
))，
[0022]a3＝
‑
cos(l
a
k
a
)cosh(l
a
k
a
)
‑
1，
[0023]a4＝E
a2
I
a2
k
a4
(cos(l
a
k
a
)cosh(l
a
k
a
)
‑
1)，
[0024]b1＝E
b
I
b
k
b
(cosh(l
b
k
b
)sin(l
b
k
b
)
‑
cos(l
b
k
b
)sinh(l
b
k
b
))，
[0025]b2＝E
b
I
b
k
b3
(cos(l
b
k
b
)sinh(l
b
k
b
)+cosh(l
b
k
b
)sin(l
b
k
b
))，
[0026]b3＝
‑
cos(l
b
k
b
)cosh(l
b
k
b
)
‑
1，
[0027]b4＝E
b2
I
b2
k
b4
(cos(l
b
k
b
)cosh(l
b
k
b
)
‑
1)，
[0028]其中，
[0029]k
a
、k
b
分别为标定梁a、标定梁b的系数，E
a
、E
b
分别为标定梁a、标定梁b的弹性模量；
[0030]l
a
、l
b
为标定梁a、标定梁b的长度；
[0031]I
a
、I
b
分别为标定梁a、标定梁b的截面惯性矩，A
a
、A
b
分别为标定梁a、b的截面面积，A
a
＝w
a
×
h
a
，A
b
＝w
b
×
h
b
；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动力的玻璃弹性模量测量装置，其特征在于，包括底座、支座、盖板、底脚螺栓、盖板螺栓、玻璃梁、标定梁和扭力扳手，支座通过底脚螺栓固定在底座一端，使用扭力扳手用盖板螺栓将标定梁的一端固定在盖板与支座之间。2.根据权利要求1所述的基于动力的玻璃弹性模量测量装置，其特征在于，所述盖板腹部与支座之间预留的垂直高度用于放置标定梁，该垂直高度不大于标定梁的厚度。3.根据权利要求1所述的基于动力的玻璃弹性模量测量装置，其特征在于，所述玻璃梁与标定梁厚度相同，玻璃梁能够替换标定梁置于盖板和支座之间。4.根据权利要求1所述的基于动力的玻璃弹性模量测量装置的测量方法，其特征在于，包括步骤如下：S1：选择两根标定梁，分别记为标定梁a和标定梁b；S2：用扭矩扳手将标定梁a的一端固定在盖板与支座之间；S3：对标定梁a的自由端施加初始位移，使标定梁产生自由振动，测量标定梁a的一阶自振频率f
a
；S4：按照S2和S3测量标定梁b的一阶自振频率f
b
；S5：根据标定梁a和标定梁b的一阶自振频率，计算盖板的竖向刚度k1和转动刚度k2；S6：用扭矩扳手将待检测玻璃梁固定在盖板与支座之间，按照S3测量待检测玻璃梁的一阶自振频率f；S7：根据玻璃梁的一阶频率，计算玻璃梁弹性模量E
g
。5.根据权利要求4所述的基于动力的玻璃弹性模量测量装置的测量方法，其特征在于，所述S5中盖板的竖向刚度k1和转动刚度k2的计算过程如下：的计算过程如下：式中：a1＝E
a
I
a
k
a
(cosh(l
a
k
a
)sin(l
a
k
a
)
‑
cos(l
a
k
a
)sinh(l
a
k
a
))，a2＝E
a
I
a
k
a3
(cos(l
a
k
a
)sinh(l
a
k
a
)+cosh(l
a
k
a
)sin(l
a
k
a
))，a3＝
‑
cos(l
a
k
a
)cosh(l
a
k
a
)
‑
1，a4＝E
a2
I
a2
k
a4
(cos(l
a
k
a
)cosh(l
a
k
a
)
‑
1)，b1＝E
b
I
b
k
b
(cosh(l
b
k
b
)sin(l
b
k
b
)
‑
cos(l
b
k
b
)sinh(l
b
k
b
))，b2＝E
b
I
b
k
b3
(cos(l
b
k
b
)sinh(l
b
k
b
)+cosh(l
b
k
b
)sin(l
b
k
b
))，b3＝
‑
cos(l
b
k
b
)cosh(l
b
k
b
)
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：潘旦光，江坤，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：