本實(shí)用新型涉及教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，屬于物理實(shí)驗(yàn)測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種楊氏模量測定儀。
背景技術(shù)：
楊氏模量是固體材料的重要力學(xué)參量，它標(biāo)志著材料抵抗力產(chǎn)生拉伸(或壓縮)形變的能力，是選擇機(jī)械構(gòu)件材料的依據(jù)之一。楊氏模量是材料力學(xué)性質(zhì)的重要參數(shù)，對于線性材料，有公式δ＝E·ξ成立。式中σ為正應(yīng)力，ξ為正應(yīng)變，E為彈性模量，是與材料有關(guān)的常數(shù)。
設(shè)鋼絲的橫截面積為S，長為L，若沿長度方向施以拉力F，鋼絲伸長為L，根據(jù)楊氏模量定義可求得楊氏模量E。
目前常用的測量材料楊氏模量的方法有光杠桿放大法和懸線藕合共振法。光杠桿放大法屬于靜態(tài)加載方法，由于載荷大、加載速度慢、存在弛豫過程，不僅不能真正反映材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，且不適于測量脆性材料。懸線耦合共振法屬于動態(tài)測量法，它雖然克服了上述缺點(diǎn)，但需要配專用儀器，成本較高，測量方法繁瑣，而且在示波器上不能很好地判斷出共振頻率，以及共振發(fā)生后，如何判斷是對稱型基頻率的振動還是反對稱型基頻率的振動。
因此，亟需提供一種新的技術(shù)方案解決上述楊氏模量測量中存在的問題，即一種楊氏模量測定儀。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
1、要解決的問題
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本實(shí)用新型提供一種楊氏模量測定儀，不但具有懸線耦合共振法的優(yōu)點(diǎn)，而且既可以測量圓柱形的鋼絲的楊氏模量，還可以測量截面為矩形的鋼片的楊氏模量，不存在松弛現(xiàn)象，測出材料的楊氏模量準(zhǔn)確。
2、技術(shù)方案
為了解決上述問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下：
所述的一種楊氏模量測定儀，包括機(jī)架、設(shè)于所述機(jī)架一端的固定端口、線圈、豎直固定于所述機(jī)架上的“F”形永久磁鐵、標(biāo)尺和與所述線圈通過接線柱電連接的信號發(fā)生器，所述線圈設(shè)于固定端口和永久磁鐵之間，且所述固定端口、線圈和永久磁鐵在同一直線上，所述標(biāo)尺橫向固定于所述機(jī)架上并與所述直線平行；所述線圈內(nèi)孔所延伸的方向與標(biāo)尺平行。
優(yōu)選地，所述固定端口、線圈內(nèi)孔和“F”形永久磁鐵的開口均在同一橫截面內(nèi)。
3、有益效果
相比于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的有益效果為：
本實(shí)用新型所述楊氏模量的測量儀不但具有懸線耦合共振法的優(yōu)點(diǎn)，而且裝置簡單，只需配有常用的信號發(fā)生器即可完成實(shí)驗(yàn)，它的裝置簡單、操作方便、現(xiàn)象明顯，不受溫度和材料構(gòu)成的限制，而且該方案不但可以測量圓柱形的鋼絲，還可以測量截面為矩形的鋼片，不存在松弛現(xiàn)象，能夠較準(zhǔn)確地測出材料的楊氏模量。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型所述的一種楊氏模量的測量儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步進(jìn)行描述。
實(shí)施例
如圖1所示，一種楊氏模量測定儀，包括機(jī)架1、設(shè)于所述機(jī)架1一端的固定端口5、線圈6、豎直固定于所述機(jī)架1上的“F”形永久磁鐵3、標(biāo)尺7和與所述線圈6通過接線柱4電連接的信號發(fā)生器，所述線圈6設(shè)于固定端口5和永久磁鐵3之間，且所述固定端口5、線圈6和永久磁鐵3在同一直線上，所述標(biāo)尺7橫向固定于所述機(jī)架1上并與所述直線平行；所述線圈6內(nèi)孔所延伸的方向與標(biāo)尺7平行。
值得注意的是，所述固定端口5、線圈6內(nèi)孔和“F”形永久磁鐵3的開口均在同一橫截面內(nèi)。
一種楊氏模量測定儀的測量方法，其包括如下步驟：
(1)取一被測鋼絲或鋼鋸條，一端用螺絲固定于固定端口5上，另一端依次穿過線圈6和“F”形永久磁鐵3的開口，并保持自由；
(2)接線柱4接入信號發(fā)生器，產(chǎn)生交變信號，并調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的輸出幅度和頻率，使鋼絲產(chǎn)生受迫振動；
(3)當(dāng)信號發(fā)生器的頻率和鋼絲或鋼鋸條的固有頻率一致時，鋼絲或鋼鋸條產(chǎn)生共振，形成穩(wěn)定駐波，并在固定的位置上形成了穩(wěn)定的波節(jié)和波腹，記錄下共振頻率，然后用標(biāo)尺測出相鄰波節(jié)的之間的距離，代入楊氏模量公式即可算出楊氏模量。
在本實(shí)施例中，步驟(3)中所述楊氏模量公式的建立，包括如下步驟：
A1：根據(jù)材料的振動力學(xué)性質(zhì)，可得鋼絲的振動方程：
式S1中為橫向加速度；K是截面回轉(zhuǎn)半徑，當(dāng)橫截面是半徑為h的圓形時，E為楊氏模量，ρ為物質(zhì)密度，η為棒上各點(diǎn)離開平衡位置的距離；
A2：確定邊界方程，對于一端自由，一端鉗定的鋼絲，并設(shè)鋼絲的橫截面積為S，長為l，有邊界條件：
A3：將邊界條件S2代入振動方程S1可得頻率方程S3和節(jié)點(diǎn)位置方程S4：
coshμn·cosμn＝-1 S3
其中ω＝2π·f，簡正值μn(n＝1、2、3……)代表滿足上述方程的的一系列根值；
A4：由上述公式S1、S2、S3及S4，得
A5：由公式S5，確定楊氏模量公式，即：
在本實(shí)施例中，步驟A1中當(dāng)橫截面是厚度為h的矩形時，
使用時，取一根被測鋼絲或鋼鋸條，一端用螺絲固定在固定端口上，另一端保持自由，然后接入信號發(fā)生器。信號發(fā)生器輸入交流信號，并調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的輸出幅度和頻率，永久磁鐵使鋼絲受到電磁力作用，使鋼絲產(chǎn)生受迫振動。然后線圈通電產(chǎn)生交變磁場，使待測鋼絲磁化，當(dāng)信號發(fā)生器的頻率和鋼絲的固有頻率一致時，鋼絲產(chǎn)生共振，同時形成穩(wěn)定的駐波。在固定的位置上形成波節(jié)和波腹，測出波節(jié)的位置和其他相關(guān)物理量、共振頻率，代入相關(guān)公式即可算出楊氏模量。
基于上述，本實(shí)用新型所述楊氏模量的測量儀及其測量方法不但具有懸線耦合共振法的優(yōu)點(diǎn)，而且裝置簡單，只需配有常用的信號發(fā)生器即可完成實(shí)驗(yàn)，它的裝置簡單、操作方便、現(xiàn)象明顯，不受溫度和材料構(gòu)成的限制，而且該方案不但可以測量圓柱形的鋼絲，還可以測量截面為矩形的鋼片，不存在松弛現(xiàn)象，能夠較準(zhǔn)確地測出材料的楊氏模量。
以上示意性的對本實(shí)用新型及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本實(shí)用新型創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。