室温下泊松比的标准测量方法

室温下泊松比的标准测量方法

1．概述

1.1本测试方法是在室温下，通过结构材料的张力测试测定泊松比。这种测试方法局限于矩形截面试件且材料应力的蠕动与载荷引起的应变相比是忽略不计的。

1.2标准数值的单位采用英尺-磅。

1.3这个标准目的不是专注于安全事项，目的不是专注于安全事项，而是和它的用途有关。本标准的使用者在使用本标准时，应先制定适当的安全预防措施和健康保护措施，并判断调整具体的限制，这是使用者的责任。

2. 参考文献

2.1美国试验材料学会标准：

E4 载荷测量器械的方法措施。

E6 力学测试方法的相关术语。

E8 金属材料的张力测试的测量方法。

E82伸长计分类的确认方法。

E111 杨氏模量，切线模量和弦线模量的测试方法。

E1012 张力载荷下，样品对齐的确定方法。

3. 术语

3.1定义：

3.1.1泊松比：在材料的比例极限内，由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值。

3.1.2讨论—在比例极限内，横向应变与相应的纵向应变之比决定于平均应力且测试的应力范围内，不应该视为泊松比。如果这个比例已经有了，无论如何，这个泊松比数值已经超过了比例极限，应力范围应当给出。

3.1.3讨论—如果材料不是各向同性，那么泊松比有好几个数值。如果泊松比由以下方法测出，当杨氏模量与剪切模量之比E/G，由下列等式代替时，会有很大的不同。由各向同性材料推导的泊松比应当怀疑其准确性。

()

μ-

E G

=/21

（1）

其中E和G的测量精度要远远大于泊松比的期望精度。

4. 重要性及应用

4.1 当单轴力作用于一个物体，它会在力的方向产生变形。但是侧向的扩张或收缩取决于张力还是压力。如果物体是均质且各向同性，在力的作用下，物体保持弹性。横向应变与轴向应变保持恒定的关系，这个恒定值叫做泊松比。它是材料的内在性质，就像杨氏模量和剪切模量一样。

4.2泊松比用来结构设计，所有维向因为受力发生变化都要考虑在内。应用结构分析的通用理论。

4.3在本测试中，泊松比的数值来源于单轴应力引起的应变。

5．一般考虑

5.1泊松比精度的确定常常决定于横向应变测量的精度，因为，这些测量的错位百分比常常大于轴向应变测量，因为测量的是一个比例而不是绝对值，仅仅需要精确知道伸长计校准系数的相对值。而且，一般来说，施加力的数值不需要精确。经常很方便的同时地确定泊松比杨氏模量和比例极限。

说明1：图中每个符号表示了在每个试件的两边，一对伸长计的位置

图1 伸长计的三种可能位置

6．仪器

6.1力—力的施加通过重力或通过E4校准的测量机械。

6.2伸长计—应当使用在文献E83中提到的B1级或更好，除非在产品说明书中另有说明。

说明1—如果产品说明书中有例外，那么不要使用E83中提到的伸长计型号，

使用另外的型号，也许有必要修正，例如，横向敏感度的修正。

6.2.1建议最好使用两对伸长计。一对测量轴向应变，一对测量横向应变。每对伸长计相互平行且位于试件的对边。其他的伸长计用来检查对齐，或在不可避免存在厚度变化的情况下，获得更好的平均应变值。试件上的伸长计的放置遵循下面原则：伸长计和最近的圆角边缘保持至少一个试件宽度的距离；伸长计和夹具之间至少两个试件的宽度。

说明2—图一显示了三种常用的布局形式：布局（a）的使用条件是轴对称载荷，且伸长计长度方向的横截面恒定。布局（b）使用了一对附加的伸长计，用来补偿轴向厚度统一变化的作用。布局（c）采用了三对伸长计用来检查对齐。

6.3对准装置—夹具和其他装置，保持试件轴向对准，在测试方法E8中有所介绍。

7. 试件测试

7.1 选择和准备试件—选择和准备测试试件在厚度方向笔直的，能代表被测试材料的特性。

7.2 尺寸—建议试件尺寸测试长度是测试宽度的五倍。夹具之间的长度是宽度的七倍。测试的宽度至少等于测试厚度。一个标准矩形试件圆角的半径不小于试件的最小宽度。沿着伸长计放置的长度方向，试件宽度保持恒定。末端的附加长度至少等于它的宽度，除非产品说明书中另有说明。

7.3 应力消除—这个实验的目的是获得材料的内在特性。因此，试件要消除残余应力，需要在Tm/3温度下退火30分钟(Tm是材料的熔点)。如果测试的目的是确定产品的性能，热处理过程可以省去。在实验报告中记录材料测试的条件，包括任何热处理过程也要记录。

8. 过程

8.1试件测试—矩形试件所有表面是光滑的。穿过宽度和厚度的两个对面平行误差分别为0.001英尺（0.025mm）和0.0001英尺（0.0025mm）。厚度测量误差在0.001英尺范围内，宽度测量误差在0.0001英尺范围内，且取三次不同位置测量的平均值。

说明3—对于薄的薄片，厚度变化的测量通过灵敏的装置，例如气动测量工具或电子测量工具，也许可以达到厚度测量所需的精度。

8.2 对准—对准过程在E1012中有详细介绍，允许误差不超过5%。

8.3 同时记录施加的载荷和对应的应变。

8.4 测试速度—测试速度足够快使绝热扩展或收缩的热效应以及蠕动忽略不计，在重力作为施加载荷的时候，要避免由于惯性引起的瞬间过载。

8.5 施加载荷—施加的载荷对应的应力应当处在应力—应变曲线的直线部分，也就是说，在比例极限范围内。泊松比值的精确度取决于纵向和横向应变对的数量（如图2）。

8.6 应变读数—读取所以伸长计在施加载荷下的值。

8.7 温度—记录温度，避免在测试过程中温度改变。

图2 为确定泊松比的平均应变—施加载荷图

9. 数据计算

9.1 画出平均纵向应变L ε和平均横向应变T ε与施加载荷的关系图，如图2。其中，L ε和T ε由伸长计测得。通过每个坐标点画一条直线，确定斜率d /t dp ε和d /l dp ε。通过下列公式计算泊松比：

()()d //d /t l dp dp μεε= （2）

9.2 画直线引起的误差可通过最小二乘法减少，在应力低于比例极限的范围内，泊松比值与载荷增量同步。

说明4—对于最小二乘法，数据上的任意改变都被看做是应变的变化。为确