基于位移光栅尺的拉伸法弹性模量测量

孙 瑜，宋连鹏，周 丽

(海军大连舰艇学院 基础部，辽宁 大连 116018)

弹性模量是研究材料力学性能的重要参量之一，它是表征物质材料在弹性限度之内抗压或抗拉的物理量. 随着工业生产和科学技术的蓬勃发展，对微小尺寸的测量越来越重要，同时对于量度的准确性也提出了愈来愈高的要求.

常采用拉伸法测量弹性模量，设金属丝长度为L，横截面积为S，若将其一端固定，在另一端施加拉力F，则在此拉力作用下，金属丝产生微小的伸长量ΔL. 根据胡克定律，在弹性限度内，物体的应力与应变成正比，即

(1)

式中比例系数Y为金属材料的弹性模量.

(2)

由于在拉伸法测量弹性模量的过程中，微小形变量的测量精度是测量的关键因素[1-2]. 而位移光栅尺以其高精度、高稳定性在测量中得广泛应用.

本文结合位移光栅尺的测量优势[3]， 将其应用在拉伸法弹性模量测量中，也是对实验技术和实验手段的尝试与改进.

1 位移光栅尺测量系统的设计

1.1 测量系统构成

本系统主要由弹性模量测定仪和位移光栅尺组成，辅助测量仪器为螺旋测微计和直尺，如图1所示.

图1 位移光栅尺测量系统

实验选择国产的JCS900-2AE位移光栅尺，如图2所示. JCS900-2AE位移光栅尺结构简单、小巧、性能稳定、性价比高，主要用于测量微小形变量，光栅常量[4]为20 μm，精度为±5 μm. 测量结果可通过数显表直接读出.

图2 JCS900-2AE位移光栅尺

1.2 系统测量原理

由于动尺与金属丝粘合在一起，所以动尺将会随着金属丝的拉伸而移动，其移动……