專利名稱：功能梯度材料梁的彈性模量和剪切模量的測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量方法，特別涉及功能梯度材料梁的彈性模量和剪切模量的測定方法。
背景技術(shù)：
彈性模量是材料設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計必不可少的參數(shù)。對于均勻材料，彈性模量是一個常數(shù)，容易測定；對于功能梯度材料，彈性模量是空間坐標的函數(shù)，測定相對困難。已有的研究中，國內(nèi)外學者普遍將功能梯度材料的彈性模量假設(shè)成某些特定的函數(shù)，如e指數(shù)函數(shù)，而對于該材料彈性模量真實分布的研究相對較少，未見公開報道。在對某種材料性能進行評價時，通過對材料彈性變形的測量，且不對材料做任何破壞，來預測材料內(nèi)在物理性質(zhì)，這些對均勻材料來說很容易。但對功能梯度材料來說，由于模量不是常值，無法得到一個具體的函數(shù)，只能通過測定各個節(jié)點的位移換算出彈性模量，進而通過曲線擬合的方法來得到模量函數(shù)。材料內(nèi)在的部分物理性質(zhì)，可以由該材料在受力狀態(tài)下的變形特征反映出來。對于模量沿長度方向呈梯度變化的功能梯度材料梁，可以從梁的基本方程出發(fā)，建立模量的測定方程。測定方程表明，在實際過程中只要測定出材料在受力狀態(tài)下節(jié)點的變形特征 (位移或應變)，就能得到該材料彈性模量或剪切模量的分布變化規(guī)律。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種功能梯度材料梁的彈性模量和剪切模量的測定方法。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下功能梯度材料梁的彈性模量和剪切模量的測定方法，該方法的步驟如下(I)考慮彈性模量和剪切模量為梁長度方向的函數(shù)，并將梁沿長度方向離散化；(2)在保證離散化后的單元滿足平衡方程的條件下，分別建立單元節(jié)點處的彈性模量和位移、剪切模量和轉(zhuǎn)角的關(guān)系；(3)當單元點處的位移和轉(zhuǎn)角被分別測定后，可得到離散分布的彈性模量和剪切模量。通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明只需對材料彈性變形進行測量就可以預測材料內(nèi)在物理性質(zhì)，不會對材料做任何破壞；方法簡單方便，在實驗室備一臺數(shù)碼應變儀就可以實現(xiàn)。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明梁的變形結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明梁的受力示意圖；圖3為本發(fā)明梁的單元劃分圖；圖4為本發(fā)明梁的實際變形效果圖I ;圖5為本發(fā)明梁的實際變形效果圖2 ;
圖6為本發(fā)明梁的單元轉(zhuǎn)角圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明功能梯度材料梁的彈性模量和剪切模量的測定方法，該方法的步驟如下(I)考慮彈性模量和剪切模量為梁長度方向的函數(shù)，并將梁沿長度方向離散化；(2)在保證離散化后的單元滿足平衡方程的條件下，分別建立單元節(jié)點處的彈性模量和位移、剪切模量和轉(zhuǎn)角的關(guān)系；(3)當單元點處的位移和轉(zhuǎn)角被分別測定后，可得到離散分布的彈性模量和剪切模量。為證明方法有效性，數(shù)字仿真時假設(shè)彈性模量和剪切模量為沿長度方向的指數(shù)函數(shù)，用有限元軟件計算了單元節(jié)點處的位移和轉(zhuǎn)角；用這些位移和轉(zhuǎn)角反過來計算得出的離散彈性摸量和剪切模量和假設(shè)的指數(shù)函數(shù)值的誤差可以控制，表明此方法是可行的。方程建立參見圖I所示，在鐵木辛柯梁彎曲理論中，與歐拉-伯努利梁理論相同，仍假設(shè)原來垂直于中面的截面變形后保持為平面。但不同的是，在鐵木辛柯梁理論中，原來垂直于中面的截面變形后不再和中面垂直，發(fā)生翹曲。圖中Y表示截面和中面相交處的剪切應變，有如下關(guān)系
權(quán)利要求
1.功能梯度材料梁的彈性模量和剪切模量的測定方法，其特征在于，該方法的步驟如下(1)考慮彈性模量和剪切模量為梁長度方向的函數(shù)，并將梁沿長度方向離散化；(2)在保證離散化后的單元滿足平衡方程的條件下，分別建立單元節(jié)點處的彈性模量和位移、剪切模量和轉(zhuǎn)角的關(guān)系；(3)當單元點處的位移和轉(zhuǎn)角被分別測定后，可得到離散分布的彈性模量和剪切模量。
全文摘要
本發(fā)明公開了功能梯度材料梁的彈性模量和剪切模量的測定方法，該方法的步驟如下考慮彈性模量和剪切模量為梁長度方向的函數(shù)，并將梁沿長度方向離散化；在保證離散化后的單元滿足平衡方程的條件下，分別建立單元節(jié)點處的彈性模量和位移、剪切模量和轉(zhuǎn)角的關(guān)系；當單元點處的位移和轉(zhuǎn)角被分別測定后，可得到離散分布的彈性模量和剪切模量。本發(fā)明只需對材料彈性變形進行測量就可以預測材料內(nèi)在物理性質(zhì)，不會對材料做任何破壞；方法簡單方便，在實驗室備一臺數(shù)碼應變儀就可以實現(xiàn)。
文檔編號G01N3/00GK102589966SQ201210014310
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者施偉辰, 楊小姜 申請人:上海海事大學