弹性模量的测量实验方法3
弹性模量测量实验方法与结果分析
弹性模量测量实验方法与结果分析弹性模量是材料力学性质的重要参数，用于描述材料的柔软度和变形能力。
测量弹性模量的方法有很多种，其中常用的包括拉伸实验、压缩实验和弯曲实验等。
拉伸实验是测量材料在拉力作用下产生的变形和应力的实验方法。
在实验中，我们通常使用一台万能试验机来进行拉伸实验。
首先，我们将待测材料样品夹在两个夹具之间，然后逐渐施加拉力，观察材料的应力-应变曲线。
根据材料的应力-应变曲线，我们可以计算出其弹性模量。
压缩实验是测量材料在压力作用下产生的变形和应力的实验方法。
同样，我们需要使用万能试验机来进行压缩实验。
与拉伸实验类似，我们将待测材料样品夹在夹具之间，然后逐渐施加压力，记录下材料的应力-应变曲线。
通过计算材料的应力-应变曲线，我们可以得到其弹性模量。
弯曲实验是测量材料在受弯曲作用下产生的变形和应力的实验方法。
在弯曲实验中，我们需要使用弯曲试验机或万能试验机。
首先，我们将待测材料样品放在弯曲试验机上，通过施加力矩来造成样品的弯曲。
实验过程中，我们记录下材料的应力-应变曲线，并计算出其弹性模量。
根据以上三种实验方法，我们可以得到材料的弹性模量。
然而，不同的实验方法所得到的结果可能会有一些差异。
这是因为材料的组织结构和性质在不同的应力下可能会发生变化，从而影响材料的弹性模量。
因此，在进行弹性模量测量时，我们需要注意选择合适的实验方法，并考虑实验条件对结果的影响。
除了上述实验方法，还有一些其他测量弹性模量的方法，例如超声波测量、共振频率测量等。
超声波测量方法利用超声波在材料中传播的速度来计算弹性模量。
共振频率测量方法则是通过观察材料在共振状态下的振动频率来得到弹性模量。
这些非传统的方法在特定领域具有重要的应用价值。
总结起来，弹性模量的测量是材料力学性质研究中的重要工作之一。
通过拉伸、压缩和弯曲等实验方法，我们可以获得材料的弹性模量。
然而，在进行实验时需要注意实验条件的选择和控制，以获得准确和可靠的实验结果。
弹性参数测定实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 熟悉弹性参数测定的基本原理和方法；2. 掌握测定材料的弹性模量、泊松比等弹性参数的实验步骤；3. 培养实验操作技能和数据分析能力。
二、实验原理弹性参数是描述材料在受力后发生形变与应力之间关系的物理量。
本实验采用拉伸试验方法测定材料的弹性模量和泊松比。
1. 弹性模量（E）：在弹性范围内，应力（σ）与应变成正比，比值称为材料的弹性模量。
其计算公式为：E = σ / ε其中，σ为应力，ε为应变成分。
2. 泊松比（μ）：在弹性范围内，横向应变（εt）与纵向应变（εl）之比称为泊松比。
其计算公式为：μ = εt / εl三、实验仪器与材料1. 仪器：材料试验机、游标卡尺、引伸计、应变仪、万能试验机、数据采集器等；2. 材料：低碳钢拉伸试件、标准试样、引伸计、应变仪等。
四、实验步骤1. 准备工作：将试样安装到材料试验机上，调整好试验机夹具，检查实验设备是否正常；2. 预拉伸：对试样进行预拉伸，以消除试样在安装过程中产生的残余应力；3. 拉伸试验：按照规定的拉伸速率对试样进行拉伸，记录拉伸过程中的应力、应变等数据；4. 数据处理：根据实验数据，计算弹性模量和泊松比；5. 结果分析：对比实验结果与理论值，分析误差产生的原因。
五、实验结果与分析1. 弹性模量（E）的计算结果：E1 = 2.05×105 MPaE2 = 2.00×105 MPaE3 = 2.03×105 MPa平均弹性模量E = (E1 + E2 + E3) / 3 = 2.01×105 MPa2. 泊松比（μ）的计算结果：μ1 = 0.296μ2 = 0.293μ3 = 0.295平均泊松比μ = (μ1 +μ2 + μ3) / 3 = 0.2943. 结果分析：实验结果与理论值较为接近，说明本实验方法能够有效测定材料的弹性参数。
实验过程中，由于试样安装、试验机夹具等因素的影响，导致实验结果存在一定的误差。
混凝土弹性模量的测量方法
混凝土弹性模量的测量方法一、前言混凝土是建筑中常用的材料之一，其性能的好坏对建筑的质量和稳定性有着至关重要的影响。
混凝土的弹性模量是描述其弹性行为的重要参数之一，测量混凝土弹性模量可以为建筑设计和施工提供重要的参考数据。
本文将介绍混凝土弹性模量的测量方法。
二、测量原理和方法混凝土的弹性模量是描述其弹性行为的参数之一，表示混凝土在受到力的作用下的变形程度。
混凝土弹性模量的测量方法有多种，下面将分别介绍常用的三种方法。
1. 静载荷法静载荷法是一种简单、实用的测量混凝土弹性模量的方法。
其原理是通过施加不同大小的荷载，测量混凝土的变形量和荷载之间的关系，从而计算出混凝土的弹性模量。
具体步骤如下：（1）在混凝土试件上标定平面和轴线。
（2）将试件放在弹性台架上，用调整螺栓进行调整，使其符合标准规定的要求。
（3）将荷载施加在试件上，并记录荷载和试件的变形量。
（4）根据荷载和试件的变形量计算出弹性模量。
2. 激励反应法激励反应法是一种通过激励混凝土试件，测量其反应来计算出混凝土弹性模量的方法。
具体步骤如下：（1）在混凝土试件上标定平面和轴线。
（2）将试件放在弹性台架上，用调整螺栓进行调整，使其符合标准规定的要求。
（3）用激励器在试件上施加一定频率和振幅的激励信号。
（4）用加速度计测量试件的振动响应，然后根据振动响应和激励信号计算出弹性模量。
3. 时间域反射法时间域反射法是一种通过测量混凝土试件中超声波的传播时间和反射强度来计算混凝土弹性模量的方法。
具体步骤如下：（1）在混凝土试件上标定平面和轴线。
（2）将试件放在弹性台架上，用调整螺栓进行调整，使其符合标准规定的要求。
（3）将超声波信号发送到试件中，测量信号的传播时间和反射强度。
（4）根据超声波信号的传播时间和反射强度计算出混凝土的弹性模量。
三、实验注意事项1. 实验环境实验室环境应符合标准规定的要求，温度和湿度应控制在合适的范围内。
实验过程中应保持室内的平稳，避免外界干扰。
弹性模量的测量实验报告
弹性模量的测量实验报告一、实验目的1、掌握测量弹性模量的基本原理和方法。
2、学会使用相关实验仪器，如拉伸试验机等。
3、加深对材料力学性能的理解，培养实验操作能力和数据处理能力。
二、实验原理弹性模量是描述材料在弹性变形阶段应力与应变关系的比例常数，通常用 E 表示。
对于一根长度为 L、横截面积为 S 的均匀直杆，在受到轴向拉力 F 作用时，其伸长量为ΔL。
根据胡克定律，在弹性限度内，应力（σ ＝ F/S）与应变（ε ＝ΔL/L）成正比，比例系数即为弹性模量E，即 E ＝σ/ε ＝（F/S)／（ΔL/L) ＝ FL/（SΔL)。
在本实验中，通过测量施加的拉力 F、试件的初始长度 L、横截面积 S 和伸长量ΔL，即可计算出弹性模量 E。
三、实验仪器1、拉伸试验机：用于施加拉力并测量力的大小。
2、游标卡尺：测量试件的直径，以计算横截面积。
3、钢尺：测量试件的长度。
四、实验材料选用圆柱形的金属试件，如钢材。
五、实验步骤1、测量试件尺寸用游标卡尺在试件的不同部位测量其直径，测量多次取平均值，计算横截面积 S ＝π(d/2)＾2，其中 d 为平均直径。
用钢尺测量试件的初始长度 L。
2、安装试件将试件安装在拉伸试验机的夹头上，确保试件与夹头同轴，且夹持牢固。
3、加载测量缓慢启动拉伸试验机，逐渐施加拉力 F，记录下不同拉力下试件的伸长量ΔL。
加载过程应均匀缓慢，避免冲击。
4、数据记录记录每次施加的拉力 F 和对应的伸长量ΔL，至少测量 5 组数据。
5、实验结束实验完成后，缓慢卸载拉力，取下试件。
六、实验数据处理1、计算应变根据测量得到的伸长量ΔL 和初始长度 L，计算应变ε ＝ΔL/L 。
2、计算应力由施加的拉力 F 和横截面积 S，计算应力σ ＝ F/S 。
3、绘制应力应变曲线以应力为纵坐标，应变为横坐标，绘制应力应变曲线。
4、计算弹性模量在应力应变曲线的弹性阶段，选取线性较好的部分，计算其斜率，即为弹性模量 E 。
弹性模量的测量实验方法3
1.弹性模量的测量3.2.1 试验仪器与方法试验采用平板圆柱压头测定PV A-HA-Silk 复合水凝胶的压缩弹性模量。
测试装置与应力松弛装置相同，在UMT-Ⅱ多功能微摩擦试验机上，压头尺寸为Ф4mm ，试验中试样厚度为1.5mm ，试样压缩位移为试样厚度的5/8，加载速度为5mm/min ，采样间隔为0.02s 。
过程中初期产生的变形视作线弹性变形。
UMT-Ⅱ多功能微摩擦试验机直接采集压痕深度和压力随时间变化的数据，而压痕法测弹性模量所关注的是压力随压痕深度的变化关系，因此对从试验机上获得的数据做以下处理：将试验机中的“test file”转换为文本文档，根据压痕深度和压力的变化选取瞬时冲击的数据段，导入origin 软件后绘出压力随压痕变化的图像，将该图像进行线性拟合得到一条直线，进而使用origin 中的微分功能求出该直线的斜率，由弹性模量的定义式(3-4)可以求出PV A-HA-Silk 复合水凝胶的弹性模量值。
k Ap Fh E ===εσ （3-4）式中E ：弹性模量；σ：应力； ε：应变； F ：作用载荷；h ：试样厚度 A ：试样横截面积；p ：试样压缩变形 k ：应力应变曲线斜率2.渗透率的测量3.5.1 试验原理 (Testing Principle)渗透率是指完全充满孔隙空间的、单位压力梯度下粘度为1cP 的流体通过单位横截面积孔隙介质的体积流量，是多孔介质允许流体通过能力的量度。
在液体流动过程中，渗透率是衡量流体通过多孔材料的阻力或者摩擦力。
根据达西定律[136]，液体流动速率与施加于多孔材料的压力梯度成正比，与液体粘度成反比，故→→∆=P kv μ (3-2)其中，k 是多孔材料的渗透率，→∆P 是驱动液体流动的压力梯度，μ是液体粘度，→v 是通过整个多孔介质的体积流量速率。
对于一维的流动方向来说，式(3-2)可以改为 dxdP k V A Q x μ== (3-3)其中，Q 是不可压缩液体的体积流量速率，A 为液体通过多孔材料的截面积。
材料弹性模量的测定实验报告
材料弹性模量的测定实验报告材料弹性模量的测定实验报告引言：弹性模量是材料力学性质的重要指标之一，它反映了材料在受力时的变形能力。
本实验旨在通过测定材料在不同受力状态下的应力和应变关系，计算出材料的弹性模量。
实验仪器与原理：本实验使用了弹性模量测定仪，该仪器由弹簧、测量装置和数据采集系统组成。
实验原理基于胡克定律，即应力与应变成正比。
实验步骤：1. 准备工作：清洁实验仪器，确保其工作正常。
2. 安装试样：将待测材料样品固定在测量装置上，确保其受力均匀。
3. 施加载荷：通过调节弹簧的拉伸或压缩，使试样受到一定的力。
4. 测量应变：使用应变计测量试样在受力状态下的应变值。
5. 记录数据：记录不同受力状态下的应力和应变数值。
6. 数据处理：根据记录的数据，绘制应力-应变曲线，并计算出材料的弹性模量。
实验结果与分析：根据实验数据计算得出的应力-应变曲线如下图所示：[插入应力-应变曲线图]从图中可以看出，材料在受力状态下呈现线性关系，符合胡克定律。
根据线性段的斜率，即弹性模量的定义式E=σ/ε，可以计算出材料的弹性模量。
实验误差分析：在实验过程中，存在一定的误差来源。
首先，由于测量仪器的精度限制，测量结果可能存在一定的偏差。
其次，试样的制备和安装也可能引入误差。
此外，实验环境的温度和湿度变化也可能对测量结果产生一定的影响。
结论：通过本实验测定得到的材料弹性模量为XMPa。
实验结果表明，该材料具有较高的弹性，能够在受力时保持较小的变形。
实验的局限性与改进：本实验仅考虑了单一材料的弹性模量测定，未考虑材料的温度和湿度等因素对弹性模量的影响。
进一步的研究可以考虑引入多种材料的对比实验，以及对温度和湿度等因素进行更加详细的控制和分析。
总结：本实验通过测定材料的应力和应变关系，计算出了材料的弹性模量。
实验结果表明，该材料具有较高的弹性，能够在受力时保持较小的变形。
实验过程中存在一定的误差来源，需要进一步改进实验设计和控制条件。
拉伸法测弹性模量实验报告
2.1拉伸法测弹性模量一、实验目的：(1)学习用拉伸法测量弹性模量的方法(2)掌握螺旋测微计和读数显微镜的使用(3)练习用逐差法处理数据二、实验原理(1)弹性模量及其测量方法长度为L、截面积为S的均匀细金属丝，沿长度方向受外力F后伸长δL。
单位横截面积上的垂直作用力F/S称为正应力，金属丝的相对伸长δL/L称作线应变。
实验得出，在弹性形变范围内，正应力与线应变成正比，即胡克定律：F S =EδLL式中比例系数E=F/S δL/L称作材料的弹性模量，表征材料本身的性质。
弹性模量越大的材料，要使它发生一定的相对型变所需的单位横截面积上的作用力也越大。
E的单位是Pa。
本实验测量钢丝的弹性模量，设钢丝的直径为D，则弹性模量可进一步表示为：E=4FL πD2δL实验中的测量方法是将钢丝悬挂于支架上，上端固定，下端加砝码对钢丝施力F，测出钢丝相应的伸长量δL，即可求出E。
钢丝长度L用钢尺测量，钢丝直径用螺旋测微计测量，力F由砝码的重力F=mg求出。
δL一般很小，约0.1mm量级，本实验用读数显微镜测量（也可用光杠杆等其它方法测量）。
通过多次测量并用逐差法处理数据达到减少随机误差的目的。
(2)逐差法处理数据本实验中测量10组数据，分成前后两组，对应项相减得到5个l i，l i=5δL，则：δL=15×5y i+5−y i5i=1这种方法称为逐差法。
其优点是充分利用了所测数据，可以减少测量的随机误差，也可以减少测量仪器带来的误差。
三、实验仪器支架：用以悬挂被测钢丝；读数显微镜：用以较准确的测量微小位移。
由物镜和测微目镜构成。
测微目镜鼓轮上有100分格，鼓轮转动一圈，叉丝移动1mm。
故分度值为0.01mm；底座：用以调节钢丝铅直；钢尺、螺旋测微计：测量钢丝的长度和直径。
四、实验步骤(1)调整钢丝竖直：钢丝下夹具上应先挂砝码钩，用以拉直钢丝。
调节底座螺钉使夹具不与周围支架碰蹭。
(2)调节读数显微镜：粗调显微镜高度，使之与钢丝下夹具的标记线同高，再细调读数显微镜。
混凝土的弹性模量测试方法
混凝土的弹性模量测试方法一、静载试验法静载试验法是测定混凝土弹性模量最常用的方法之一。
其中，又分为抗压弹性模量测试和拉伸弹性模量测试。
1、抗压弹性模量测试试件制备：按照相关标准制作棱柱体试件，通常尺寸为150mm×150mm×300mm。
试验装置：使用压力试验机，配备高精度的位移测量装置。
加载过程：先对试件进行预压，消除初始缝隙。
然后以一定的加载速度分级加载，直至达到规定的荷载值。
在加载过程中，同时测量试件的变形量。
数据处理：根据所测的荷载和变形数据，绘制应力应变曲线。
弹性模量取应力应变曲线直线段的斜率。
2、拉伸弹性模量测试试件制备：制作哑铃状或狗骨头状的试件。
试验装置：使用专门的拉伸试验机。
加载方式：与抗压弹性模量测试类似，分级加载并测量变形。
数据处理：同样通过应力应变曲线直线段的斜率确定拉伸弹性模量。
静载试验法的优点是测试结果较为准确可靠，但试验过程较为复杂，对试验设备和操作要求较高。
二、动力测试法动力测试法基于混凝土在振动作用下的响应来确定弹性模量。
1、共振法原理：通过激振装置使试件产生振动，当激振频率与试件的固有频率相等时，发生共振。
根据共振频率、试件的尺寸和质量，计算出弹性模量。
试验装置：包括激振器、传感器、信号采集与分析系统等。
操作过程：将试件安装在支架上，施加激振力，测量共振频率。
数据处理：利用相关公式计算弹性模量。
2、超声波法原理：利用超声波在混凝土中的传播速度与弹性模量之间的关系来测定。
试验设备：超声波检测仪，包括发射探头和接收探头。
测试步骤：在试件的相对两个面上分别放置发射探头和接收探头，测量超声波的传播时间。
数据处理：根据传播时间和试件尺寸，结合经验公式计算弹性模量。
动力测试法具有快速、无损等优点，但测试结果的准确性可能受到混凝土内部缺陷和不均匀性的影响。
三、间接测试法间接测试法不是直接测量混凝土的弹性模量，而是通过其他相关参数来推算。
1、回弹法原理：使用回弹仪弹击混凝土表面，根据回弹值来估算混凝土的强度和弹性模量。
弹性模量的测量实验方法3
1.弹性模量的测量3.2.1 试验仪器与方法试验采用平板圆柱压头测定PV A-HA-Silk 复合水凝胶的压缩弹性模量。
测试装置与应力松弛装置相同，在UMT-Ⅱ多功能微摩擦试验机上，压头尺寸为Ф4mm ，试验中试样厚度为1.5mm ，试样压缩位移为试样厚度的5/8，加载速度为5mm/min ，采样间隔为0.02s 。
过程中初期产生的变形视作线弹性变形。
UMT-Ⅱ多功能微摩擦试验机直接采集压痕深度和压力随时间变化的数据，而压痕法测弹性模量所关注的是压力随压痕深度的变化关系，因此对从试验机上获得的数据做以下处理：将试验机中的“test file”转换为文本文档，根据压痕深度和压力的变化选取瞬时冲击的数据段，导入origin 软件后绘出压力随压痕变化的图像，将该图像进行线性拟合得到一条直线，进而使用origin 中的微分功能求出该直线的斜率，由弹性模量的定义式(3-4)可以求出PV A-HA-Silk 复合水凝胶的弹性模量值。
k Ap Fh E ===εσ （3-4）式中E ：弹性模量；σ：应力； ε：应变； F ：作用载荷；h ：试样厚度 A ：试样横截面积；p ：试样压缩变形 k ：应力应变曲线斜率2.渗透率的测量3.5.1 试验原理 (Testing Principle)渗透率是指完全充满孔隙空间的、单位压力梯度下粘度为1cP 的流体通过单位横截面积孔隙介质的体积流量，是多孔介质允许流体通过能力的量度。
在液体流动过程中，渗透率是衡量流体通过多孔材料的阻力或者摩擦力。
根据达西定律[136]，液体流动速率与施加于多孔材料的压力梯度成正比，与液体粘度成反比，故→→∆=P kv μ (3-2)其中，k 是多孔材料的渗透率，→∆P 是驱动液体流动的压力梯度，μ是液体粘度，→v 是通过整个多孔介质的体积流量速率。
对于一维的流动方向来说，式(3-2)可以改为 dxdP k V A Q x μ== (3-3) 其中，Q 是不可压缩液体的体积流量速率，A 为液体通过多孔材料的截面积。
弹性模量的测量实验报告
弹性模量的测量实验报告一、拉伸法测量弹性模量 1、实验目的(1) 学习用拉伸法测量弹性模量的方法; (2) 掌握螺旋测微计和读数显微镜的使用; (3) 学习用逐差法处理数据。
2、实验原理（1）、杨氏模量及其测量方法本实验讨论最简单的形变——拉伸形变,即棒状物体(或金属丝)仅受轴向外力作用而发生伸长的形变(称拉伸形变)。
设有一长度为L ,截面积为S 的均匀金属丝,沿长度方向受一外力后金属丝伸长δL 。
单位横截面积上的垂直作用力F /S 成为正应力,金属丝的相对伸长δL /L 称为线应变。
实验结果指出,在弹性形变范围内,正应力与线应变成正比,即LLE SF δ= 这个规律称为胡克定律，其中LL SF E //δ=称为材料的弹性模量。
它表征材料本身的性质,E 越大的材料,要使他发生一定的相对形变所需的单位横截面积上的作用力也越大，E 的单位为Pa(1Pa = 1N/m 2; 1GPa = 109Pa)。
本实验测量的是钢丝的弹性模量,如果测得钢丝的直径为D ,则可以进一步把E 写成:LD FLE δπ24=测量钢丝的弹性模量的方法是将钢丝悬挂于支架上,上端固定,下端加砝码对钢丝施力F ,测出钢丝相应的伸长量δL ,即可求出E 。
钢丝长度L 用钢尺测量,钢丝直径D 用螺旋测微计测量,力F 由砝码的重力F = mg 求出。
实验的主要问题是测准δL 。
δL 一般很小,约10−1mm 数量级,在本实验中用读数显微镜测量(也可利用光杠杆法或其他方法测量)。
为了使测量的δL 更准确些,采用测量多个δL 的方法以减少测量的随机误差,即在钢丝下端每加一个砝码测一次伸长位置,逐个累加砝码,逐次记录伸长位置。
通过数据处理求出δL 。
（2）、逐差法处理数据 如果用上述方法测量10 次得到相应的伸长位置y1,y2,...,y10,如何处理数据,算出钢丝的伸长量δL呢? 我们可以由相邻伸长位置的差值求出9 个δL,然后取平均,则从上式可以看出中间各y i都消去了,只剩下y10 −y1 9,用这样的方法处理数据,中间各次测量结果均未起作用。
大学物理实验A1弹性模量的测量实验报告
清华大学测量弹性模量试验物理实验完整报告班级姓名学号结稿日期：弹性模量的测量实验报告一.拉伸法测弹性模量1 •实验LI 的（1） ・学习用拉伸法测量弹性模量的方法； （2） •掌握螺旋测微计和读数显微镜的使用。
2. 实验原理（1）弹性模量及其测量方法对于长度为L 、截面积为S 的均匀的金属丝，将外力F 作用于它的长度方向， 设金属丝伸长量为5 Lo 定义单位横截面上的垂直于横截面的作用力F/S 为正应 力，而金属丝的相对伸长量各L/L 为线应变。
根据胡克定律，在弹性形变范围内，正应力与线应变成正比，表达式为：F … 5L s = E -式中比例系数E = 称作材料的弹性模量，与材料本身的性质有关。
在本实验中，设钢丝的直径为D,则钢丝的弹性模量可进一步表示为：4 FL irD 2§ L公式（2）即为本实验的计算公式。
在实验中，我们将钢丝悬挂于支架上，固定一端，在另一端加誌码，钢丝所 受到的沿长度方向的力F 山舷码的重力F=mg 表示。
用读数显微镜可以测岀钢丝 相应地伸长量5L （微小量）。
此外，钢丝长度L 用钢尺测量（本实验中钢丝长度 数据已给岀），钢丝直径用螺旋测微讣测量。
3. 实验仪器竖直金属支架，读数显微镜，支架底座，螺旋测微讣。
4. 实验步骤（1） 调整钢丝竖直。
钢丝下端应先挂硅码钩，用以拉直钢丝。
调节底座螺钉，使 得底座水平，保持钢丝以及下端夹具不与周圉碰蹭。
（2） 调节读数显微镜。
首先粗调显微镜高度，使得显微镜与标记线（细铜丝）同 高。
然后进行细调，先调节LI 镜看到义丝清晰的像，再前后移动镜筒看清标记线， 使标记线的像与义丝无视差。
⑶测量：测量钢丝长度L 及其伸长量§ L 。
先读出无耘码，仅有耘码钩（质量为 0. 200kg ）时标记线的位置（反映在鼓轮上），然后在琏码钩上每加一个碓码（质 量均为0. 200kg ）,(1)(2)读下一个位置yi。
先从无舷码逐步增加到九个琏码，增加完毕后，消除空程影响后，再依次递减到无祛码，乂得一组数据。
弹性模量的测量实验报告
弹性模量的测量实验报告一、实验目的1、学习用光杠杆法测量金属丝的弹性模量。
2、掌握光杠杆测量微小长度变化的原理和方法。
3、学会使用望远镜和标尺测量微小长度变化。
4、培养实验数据处理和误差分析的能力。
二、实验原理弹性模量是描述材料在弹性范围内抵抗形变能力的物理量。
对于一根长度为 L、横截面积为 S 的金属丝，在受到外力 F 作用时，其伸长量ΔL 与外力 F、长度 L 和横截面积 S 之间的关系为：＼F ＝＼frac{ES\Delta L}｛L}＼式中，E 即为弹性模量。
本实验采用光杠杆法测量微小长度变化ΔL。
光杠杆是一个由平面镜和支脚组成的装置，其结构如图 1 所示。
当金属丝伸长ΔL 时，光杠杆的后脚随之下降ΔL，而前脚则绕支点转动一个角度θ。
根据几何关系，有：＼tan\theta ＼approx ＼theta ＝＼frac{＼Delta L}｛b}＼其中，b 为光杠杆前后脚之间的垂直距离。
设从望远镜中观察到的标尺刻度变化为Δn，望远镜到标尺的距离为 D，则有：＼tan2\theta ＼approx 2\theta ＝＼frac{＼Delta n}｛D}＼将＼（＼theta ＝＼frac{＼Delta L}｛b}＼）代入上式，可得：＼＼Delta L ＝＼frac{b\Delta n}｛2D} ＼将＼（＼Delta L ＝＼frac{b\Delta n}｛2D}＼）代入＼（F ＝＼frac{ES\Delta L}｛L}＼），可得弹性模量 E 的表达式为：＼E ＝＼frac{8FLD}｛S\pi d^2 b\Delta n}＼其中，d 为金属丝的直径。
三、实验仪器1、弹性模量测量仪：包括支架、金属丝、砝码、光杠杆等。
2、望远镜和标尺：用于测量光杠杆反射的标尺刻度变化。
3、螺旋测微器：用于测量金属丝的直径。
4、游标卡尺：用于测量光杠杆前后脚之间的垂直距离 b。
5、砝码若干。
四、实验步骤1、调节仪器调节望远镜：使望远镜与标尺等高，且望远镜的光轴与标尺垂直。
弹性模量测试方法
弹性模量测试方法弹性模量是材料力学性能的重要指标之一，用于衡量材料在受力下变形的能力。
在工程设计和材料研究中，弹性模量的准确测定是非常重要的。
下面将介绍一些常用的弹性模量测试方法。
1. 静态拉伸测试法静态拉伸测试是最常用且最简单的弹性模量测试方法之一。
通过将试样加入拉伸试验机，在施加一定的拉伸力下测定材料的变形和应力。
根据胡克定律（Hooke's Law），可以根据拉伸应力和应变的关系计算出试样的弹性模量。
2. 超声波测试法超声波测试法是一种非破坏性的测试方法，通过测量超声波在材料中传播的速度得到弹性模量。
常用的超声波测试技术包括声速法、超声共振法、超声波干涉法等。
这些方法通常适用于均匀材料的弹性模量测定。
3. 压痕硬度测试法压痕硬度测试法是一种常用的间接测定弹性模量的方法。
通过在材料表面施加不同深度的压痕并测量其形状和尺寸，可以计算出材料的硬度。
根据硬度值和材料的应力-应变关系可以推导出弹性模量。
4. 性能材料测试方法一些特殊性能的材料，如纤维复合材料、陶瓷材料等，常常需要采用特殊的测试方法来测定其弹性模量。
例如，对于纤维复合材料，可以采用维氏定滞回测试法、三点弯曲测试法等测量弹性模量。
对于陶瓷材料，可以采用频率法、声激励法等测量弹性模量。
5. 压缩测试法除了拉伸测试，压缩测试也是一种常用的弹性模量测试方法。
通过施加一定的压缩力并测量材料的变形和应力，可以计算出材料的弹性模量。
压缩测试方法适用于各种材料的弹性模量测定，尤其是对于柔性材料和可压缩材料。
总之，弹性模量的测试方法有多种，选择合适的测试方法需要考虑材料的特点、试验设备的可用性、测试结果的准确性等因素。
在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的测试方法来测定材料的弹性模量。
弹性模量测量技术在物理实验中的应用与使用教程
弹性模量测量技术在物理实验中的应用与使用教程引言：弹性模量（也称为杨氏模量）是描述物质弹性性质的重要参数。
在物理实验中，测量弹性模量的技术被广泛应用于材料科学、力学实验以及材料工程等领域。
本文将介绍弹性模量测量技术在物理实验中的应用，并提供使用教程。
1. 弹性模量测量技术的原理弹性模量是描述材料弹性应变和应力之间关系的参数。
测量弹性模量通常采用杨氏弹性体的拉伸实验原理。
将样品置于拉伸设备中，通过施加拉伸力并测量样品的变形量和应力，从而计算出弹性模量。
2. 弹性模量测量的实验步骤以下是测量弹性模量的一般实验步骤：(1) 准备实验样品：根据实验要求，选取合适的材料制备样品。
样品应具有均匀的结构和一定的几何形状。
(2) 搭建试验装置：将样品安装到拉伸实验装置中。
确保样品能够受到均匀的拉伸力，并且能够测量应力和变形量。
(3) 施加拉伸力：通过调整拉伸装置，施加适当的拉伸力。
注意要保持稳定的拉伸速率，以避免样品破裂或变形不均匀。
(4) 测量应力和变形量：使用应力计测量施加在样品上的应力，并使用变形计或光学测量设备测量样品的变形量。
(5) 计算弹性模量：根据测量得到的应力和变形量数据，使用适当的公式计算样品的弹性模量。
3. 弹性模量测量技术的应用弹性模量测量技术广泛应用于材料科学和工程领域。
以下是一些常见的应用示例：(1) 材料性质研究：测量不同材料的弹性模量，可以评估其力学性能和结构特点。
这对于材料选择、设计和优化非常重要。
(2) 材料比较：通过测量不同材料的弹性模量，可以比较它们的强度和刚度。
这对于选择合适的材料应用在特定工程项目中至关重要。
(3) 力学实验：弹性模量测量技术是力学实验中的重要工具。
通过测量样品的弹性模量，可以研究材料的应力分布、材料的松弛行为等。
(4) 结构设计：在建筑和机械工程中，测量材料的弹性模量对于结构设计非常重要。
通过了解材料的强度和刚度，可以设计出可靠的结构。
4. 使用教程为了正确测量样品的弹性模量，以下是一些使用教程：(1) 实验仪器选择：根据实验需求选择适当的测量仪器，如应力计和变形计。
材料物理中的弹性模量测量方法
材料物理中的弹性模量测量方法材料物理中的弹性模量是描述材料固有性质的一个重要参数，它表示了材料在受到一定压力或拉力时应变程度和应力程度之间的比例关系。
弹性模量的确定对于材料的应用和研究都有着重要的意义。
在实际应用中，我们需要了解不同材料的弹性模量，以确保材料在承受外部压力或拉力时的稳定性和可靠性，同时也可以为制造材料提供依据。
本文将介绍材料物理中常见的几种弹性模量测量方法。
一、悬挂法悬挂法是一种简单且常用的弹性模量测量方法，它的原理是利用长度为L、横截面积为A、弹性模量为E的悬挂杆在重力的作用下的弯曲程度来测量弹性模量，其公式为：E = (mgL^3)/(4FAd^2)其中，m为悬挂杆的质量，g为重力加速度，d为悬挂杆的弯曲程度，F为弯曲力。
该方法的优点是操作简单易行，适用于弹性模量较小的材料，但是精度较低，受温度和湿度变化影响较大，需要进行多次实验取平均值。
二、共振法共振法是一种利用共振频率测量弹性模量的方法。
它的原理是将试样放在支架上，利用振动器对其进行激振，当试样共振时，测量其共振频率即可推算出其弹性模量。
该方法有两种共振模式，分别为纵向共振和横向共振。
纵向共振是指试样在其长度方向振动，而横向共振则是在试样的横向振动。
它们的共振频率的计算公式分别为：纵向共振：f = (1/2L)*√(E/ρ)横向共振：f = (1/2L)*√(G/ρ)其中，L为试样的长度，ρ为试样的密度，E为弹性模量，G为剪切模量。
以下是使用共振法进行测量的步骤：1. 将试样放置于支架上，并进行调整，使得试样与振动器之间呈现理想的接触情况。
2. 开始激振，记录下试样共振时的频率。
3. 对于纵向共振，可以通过改变试样长度或密度进行测量；对于横向共振，则需要使用切割试样的方法。
相比于悬挂法，共振法的精度更高，但需要设备和技术的支持，同时由于较高的频率可能对材料产生损伤，需要进行较为谨慎的操作。
另外，共振法只适用于弹性模量较大的材料。
弹性模量试验方法
弹性模量试验方法
弹性模量试验方法是用来测量材料在一定应力条件下的拉伸和压缩的能力。
此测试是以标准的压缩和拉伸测试机为依据。
下面是常用的三种弹性模量试验方法：
1.三点弯曲试验法：通常用于比较某些薄板和薄管的弹性模量大小。
试验时将待测的样品放置在两个大的支持撑点上，并在中间施加一个小的负载，以弯曲材料并测量相应的变形。
根据材料的几何尺寸和试验测量值可以计算出材料的弹性模量值。
2.拉伸试验法：用于测量均质材料的弹性模量，并能够确定影响弹性模量的因素。
试验时将样品装入夹具，并用拉伸部件拉伸样品并测量相应的变形。
根据应理论关系式，绘制应力-应变曲线，并根据这个曲线来计算弹性模量的值。
3.压缩试验法：用于测量均质材料在压缩下的弹性模量。
试验时将样品放入夹具中，用压力机对样品施加压力，并测量相应的变形。
根据应理论关系式，绘制应力-应变曲线，并根据这个曲线来计算弹性模量的值。
以上三个试验方法都可以测量材料的弹性模量，并且它们可以根据不同类型的应力状态进行试验。
金属弹性模量的测量实验报告
金属弹性模量的测量实验报告一、实验目的弹性模量是描述材料抵抗弹性变形能力的重要力学性能参数，本次实验旨在通过多种方法测量金属的弹性模量，加深对材料力学性能的理解，并掌握相关实验技术和数据处理方法。
二、实验原理1、拉伸法根据胡克定律，在弹性限度内，金属材料所受的应力与应变成正比，即：＄σ ＝Eε$，其中$σ$为应力，＄ε$为应变，＄E$为弹性模量。
在拉伸实验中，通过测量金属试样在拉伸过程中的拉力$F$和伸长量$＼Delta L$，计算出应力和应变，从而求得弹性模量$E$。
2、弯曲法将矩形金属梁置于两个支撑点上，在其中点施加集中载荷，使梁发生弯曲变形。
根据梁的弯曲理论，梁的挠度与载荷、梁的几何尺寸和弹性模量之间存在关系，通过测量挠度和相关参数，可计算出弹性模量。
3、动态法利用共振原理，使金属试样在一定频率的交变载荷作用下发生共振。
根据共振频率、试样的几何尺寸和质量，以及材料的密度等参数，可以计算出弹性模量。
三、实验设备和材料1、万能材料试验机用于进行拉伸实验，测量拉力和伸长量。
2、游标卡尺和千分尺用于测量金属试样的尺寸。
3、矩形金属梁及支撑装置用于弯曲法实验。
4、动态法实验装置包括信号发生器、激振器、传感器和示波器等。
5、实验材料选用了常见的金属材料，如低碳钢、铝合金等。
四、实验步骤1、拉伸法实验步骤用游标卡尺测量金属试样的原始直径$d_0$，在标距范围内多次测量取平均值。
用千分尺测量试样标距$L_0$。
将试样安装在万能材料试验机上，确保试样轴线与试验机夹头中心线重合。
启动试验机，以缓慢的加载速度进行拉伸，直至试样断裂。
记录拉伸过程中的拉力$F$和伸长量$＼Delta L$。
实验结束后，取下试样，再次测量断裂处的直径$d_1$。
2、弯曲法实验步骤用游标卡尺测量矩形金属梁的宽度$b$和高度$h$。
将梁放置在两个支撑点上，调整支撑点间距和加载点位置。
缓慢施加集中载荷，使用百分表测量梁中点的挠度。
记录不同载荷下的挠度值。
实验报告金属材料的弹性模量测定
实验报告金属材料的弹性模量测定实验报告实验目的：测定金属材料的弹性模量实验装置与试样：实验装置包括弹性模量测量装置、悬臂梁和测试仪器等。
试样为金属材料。
实验原理：弹性模量是材料在受力下发生弹性变形时所表现出的两个性质之间的比例关系。
实验中通过施加不同的静态载荷到金属试样上，测量其相应的应变，从而计算出弹性模量。
实验步骤：1. 准备工作：将金属材料试样清洗干净，并确保其表面无明显破损或腐蚀。
2. 搭建实验装置：将悬臂梁固定在实验平台上，确保其稳定性。
将金属试样与悬臂梁连接，并将测力传感器与试样连接。
3. 校准测力传感器：使用已知质量的物体校准测力传感器，确保准确度。
4. 施加载荷：通过施加静态载荷到金属试样上，使其产生线性弯曲弹性变形。
记录载荷大小。
5. 测量应变：使用应变计测量金属试样的应变。
分别测量试样上、下表面的应变，并记录。
6. 计算弹性模量：根据得到的载荷和应变数据，利用弹性模量的公式计算材料的弹性模量。
7. 重复实验：重复实验多次，取平均值以提高实验结果的可靠性。
实验结果：通过多次实验测量得到金属材料的弹性模量为XXX。
该结果的准确性已通过重复实验得到的结果的一致性进行验证。
实验误差分析：在实验过程中，可能存在一些误差，如测量误差、装置误差等。
为了减小误差的影响，我们在实验中进行了多次测量，并取平均值。
此外，校准测力传感器和应变计也可以减小误差。
实验结论：通过本次实验，我们成功地测量了金属材料的弹性模量。
该实验结果可以作为金属材料力学性能的一个重要参考值。
在实际应用中，弹性模量的准确测定对于材料选择和工程设计具有重要意义。
附录：详细实验数据记录表格请见附件。
参考文献：[1] XXX. 弹性力学基础. 北京：XXX出版社，20XX年。
[2] XXX. 金属材料性能测试与分析. 北京：XXX出版社，20XX年。
注意：以上内容仅为示例，实际的实验报告还需根据具体实验设计和实验结果进行编写。
实验三杨氏弹性模量的测定
杨氏弹性模量的测定实验目的1.学会用伸长法测量金属丝的杨氏模量。
2.掌握用光杠杆法测量微小伸长量的原理。
3.学会用逐差法处理实验数据。
实验仪器杨氏弹性模量测量仪（包括尺读望远镜，测量架，光杠杆，标尺，砝码），钢卷尺，螺旋测微器，钢丝。
仪器描述测量杨氏模量的实验装置如图3-1图3-11．标尺；2．俯仰螺丝；3．目镜；4．调焦手轮；5．内调焦望远镜；6．准星；7．锁紧手轮；8．钢丝上夹头；9．钢丝；10．光杠杆；11．砝码；12．调整螺钉；13．钢丝下夹头；14．工作平台被测金属丝上端固定在支架顶部的夹头上，下端连接砝码托，中间固定在一小圆柱形夹头上，此圆柱形夹头放在支架工作平台的圆孔中，并可在圆孔中上下自由滑动。
一个直立的平面镜装在三角形支架上成为光杠杆，光杠杆的3个足尖成等腰三角形。
使用时两前足尖放在支架中间平台的凹槽内，后足尖放在夹金属丝的圆柱形夹头上。
在反射镜前1.5～2m左右放有另一支架，其上安有望远镜和竖直标尺，使通过调节，从望远镜中能同时看到望远镜的基准叉丝线和标尺的清晰像，从而可读出叉丝线在标尺像上的位置。
实验原理材料受力后发生形变。
在弹性限度内，材料的胁强与胁变（即相对形变）之比为一常数，称为弹性模量。
条形物体（如钢丝）沿纵向的弹性模量称为杨氏模量。
测量杨氏模量有拉伸法、梁的弯曲法、振动法、内耗法等等，本实验采用拉伸法测量杨氏模量。
设一粗细均匀的金属丝长度为L，横截面积为S将其上端固定，下端悬挂砝码，于是金属丝受砝码重力F的作用而发生形变，设其伸长量为ΔL，比值F/S称为应力（金属丝截面/L称为应变（金属丝单位长度的相对形变），在一定上单位面积所受的作用力），而比值L的弹性范围内，物体所受的应力与应变成正比，称为胡克定律，即L L ESF ∆= (3-1) 其比例系数L L SF E //∆=(3-2)E 称为杨氏弹性模量，简称杨氏模量，式中各量的单位均用SI 单位时，E 的单位为Pa ，（1Pa =1N/m 2)。
实验三 弹性模量E及泊松比μ的测定
实验三弹性模量E及泊松比μ的测定一、目的在比例极限内，验证虎克定律，并测定材料的弹性模量E和泊松比μ。
二、仪器设备1、多功能组合实验台2、静态应变测试仪三、试件矩形长方体扁试件、材料为不锈钢、试件横截面尺寸：h=32mm,b=2.7mm四、预习要求1、预习本节实验内容和材料力学的相关内容。
2、阅读附录电测法的基本原理和电阻应变仪。
五、试验原理与方法本实验在多功能组合实验台上进行。
E和μ测定示意图图1-2 逆时针（1）应变片布点在试件的正、反两面的对称位置上粘贴纵向和横向应变片，并把纵向应变片和纵向应变片进行串接，横向应变片与横向应变片进行串接，在另一个不锈钢的小铁块上粘贴2片应变片并进行串接作为温度补偿片。
实验时，纵向应变片，横向应变片和温度补偿片在静态应变仪上组成半桥测量。
（2）试验原理试样下端用插销固定在基座平台上，上端通过插销和力的传感器相连接，旋转加载手轮施加拉力。
试件受力时，便在纵横向产生伸长和缩短，用电阻应变仪测取纵向应变ε纵和横向应变ε横。
试件横截面面积为A ，便可以计算出材料的弹性模量E 和泊松比μ。
E=纵εεσ∆∆=P ； μ=纵横εε∆∆ 因为试验采用增量法，分级加载，每次增加相同的拉力ΔΡ，相应地由应变仪测出的纵向应变增量Δε纵（即读数差）也应大致相等，如果这样，便验证了虎克定律。
六、实验步骤1、打开测力仪电源，如果此时数字显示不为“0”，按“ZERO ”将其调整为“0”。
2、打开应变仪电源，预热30分钟，并对应变仪进行灵敏系数K 值设定和应变片桥路电阻值选择。
3、清各测点应变片的引线颜色，将试件上的纵向应变片和横向应变片的两根引出线作为工作片分别接入应变仪的1、2测点的AB 接线柱上，温度补偿片接到补偿接线柱上并拧紧（可参考仪器面板）。
4、调零：仪器开机后自动调零，也可按数字键和“确定”键选择1、2点，按“平衡”按钮对各测点进行调零。
重复检查，直至全部测点的初应变在未加荷载之前均显示为“±0000”或“±0001”也行。
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1.弹性模量的测量3.2.1 试验仪器与方法试验采用平板圆柱压头测定PV A-HA-Silk 复合水凝胶的压缩弹性模量。
测试装置与应力松弛装置相同，在UMT-Ⅱ多功能微摩擦试验机上，压头尺寸为Ф4mm ，试验中试样厚度为1.5mm ，试样压缩位移为试样厚度的5/8，加载速度为5mm/min ，采样间隔为0.02s 。
过程中初期产生的变形视作线弹性变形。
UMT-Ⅱ多功能微摩擦试验机直接采集压痕深度和压力随时间变化的数据，而压痕法测弹性模量所关注的是压力随压痕深度的变化关系，因此对从试验机上获得的数据做以下处理：将试验机中的“test file”转换为文本文档，根据压痕深度和压力的变化选取瞬时冲击的数据段，导入origin 软件后绘出压力随压痕变化的图像，将该图像进行线性拟合得到一条直线，进而使用origin 中的微分功能求出该直线的斜率，由弹性模量的定义式(3-4)可以求出PV A-HA-Silk 复合水凝胶的弹性模量值。
k Ap Fh E ===εσ （3-4）式中E ：弹性模量；σ：应力； ε：应变； F ：作用载荷；h ：试样厚度 A ：试样横截面积；p ：试样压缩变形 k ：应力应变曲线斜率2.渗透率的测量3.5.1 试验原理 (Testing Principle)渗透率是指完全充满孔隙空间的、单位压力梯度下粘度为1cP 的流体通过单位横截面积孔隙介质的体积流量，是多孔介质允许流体通过能力的量度。
在液体流动过程中，渗透率是衡量流体通过多孔材料的阻力或者摩擦力。
根据达西定律[136]，液体流动速率与施加于多孔材料的压力梯度成正比，与液体粘度成反比，故→→∆=P kv μ (3-2)其中，k 是多孔材料的渗透率，→∆P 是驱动液体流动的压力梯度，μ是液体粘度，→v 是通过整个多孔介质的体积流量速率。
对于一维的流动方向来说，式(3-2)可以改为 dxdP k V A Q x μ== (3-3)其中，Q 是不可压缩液体的体积流量速率，A 为液体通过多孔材料的截面积。
关节软骨的渗透率测试方法，如图3-10所示。
在软骨试样的上表面施加压力，致使液体能够流通整个软骨。
借助于U 型管的等压原理，通过软骨后的流体能够增加右边的毛细玻璃管液体柱高度。
而毛细玻璃管的液体变化率，是与通过软骨试样的液体速率有直接关系的。
根据质量守恒定律，通过软骨试样的液体流量等于毛细玻璃管的液柱高度变化量，则t t c c t c A V A V or Q Q == (3-4)其中，下表c 、t 分别代表软骨和毛细玻璃管，V 、A 分别元件的液体体积流动速率和对应的截面积。
流过软骨试样的体积流量为c tt c A A V V = (3-5)毛细玻璃管的体积变化量，能够通过液柱变化的高度和时间来计算。
h 1、h 2分别表示时刻t 1和t 2的毛细玻璃管液柱高度。
则通过软骨试样的体积流量为th t t h h A A t h V c t c ∆∆--=∆∆=1212 (3-6) 在渗透率测试的过程中，软骨试样承受的压力梯度为h P P dx dP a -=1 (3-7)其中，P 1和P a 分别是试验时施加的外部压强和大气压强。
将式（3-6）和（3-7）都代入式（3-3），得ac t P P h A A t t h h k -⨯⨯--=11212μ (3-8) 则式(3-8)是关节软骨渗透率测试的计算公式。
因此，试验时需要测定液体粘度、液柱高度、软骨试样面积和厚度、毛细玻璃管的截面积和外部施加的压强等参数。
图3-10渗透率测试的原理示意图 Fig 3-10 Principle schematics of a penetrating testing3.5.2 试验装置(Testing Equipment)关节软骨的渗透测量装置是由高压气瓶、充气阀、减压阀、试验阀、软骨渗透装置、溢流阀、毛细玻璃管、刻度尺和水箱等元件组成，如图3-11所示。
在试验时，先打开充气阀，高压气瓶输出高压气体流到减压阀。
减压阀将高压气体转化为低压气体，过一段时间后，获得稳压的低压气体。
再打开试验阀，低压气体经过软骨渗透装置，致使少量液体流入到毛细玻璃管，记录刻度尺上的液柱读数。
而溢流阀功能主要是在试验前调节毛细玻璃管的液柱高度，确保在试验过程中的液柱高度在刻度尺的量度范围之内。
为了减少试验中的读数误差，采用数码相机记录刻度尺上的读数，确保试验结果的准确性。
图3-11 渗透率测试的装置示意图Fig 3-11 Equipment schematics of a penetrating testing图3-12软骨渗透装置的示意图Fig 3-12 Schematics of the penetrating equipment from articular cartilage软骨渗透装置实现气体进入和液体流出的功能，主要是由锁紧螺母、O型密封圈、试样夹具、多孔板、软骨试样、有机玻璃、平面夹板和铁架台等元件组成，如图3-12所示。
试验时，为了防止软骨试样在液体流动中不产生变形，在软骨试样上下表面的夹具中添加了2mm多孔板（超高分子聚乙烯，通孔）。
考虑到软骨上下表面及周围的密封性，软骨并没有直接与试样夹具（材料为45钢）接触，而是采用夹具、有机玻璃和软骨试样的连接方式。
采用TS495瞬干胶快速粘结了夹具与有机玻璃和有机玻璃与软骨的结合面。
1h 后，将夹具、有机玻璃和软骨试样的周围部分用AB胶固化12h，确保试验时不会发生气体泄漏而影响测量结果。
最后，用平面夹板、螺栓和螺母等元件将渗透装置固定，通过万能夹将整个装置固定在铁架台上进行试验。
软骨渗透测试的装置实物图，如图3-13所示。
3.5.3 试验材料(Materials)试验时，采用Φ7.8mm×3.4mm的圆柱试样，其软骨层和软骨下骨的平均厚度分别是1.4mm和2mm。
用手术刀片将软骨层从软骨下骨剥离下来，通过TS495瞬干胶将关节软骨上下表面与有机玻璃粘结，试样的其余部分和试验步骤均与2.2.1和3.5.2相同。
此外，式(3-8)中的测量参数如下：毛细玻璃管的截面积为0.283mm2，关节软骨的实际流通面积为12.566mm2，试验中采用的外部压强为为0.4Mpa、0.7Mpa和1.1Mpa，试验时间约为6000s，液体的粘度为1.009×10-3Pa·s。
3.3 工艺因素对PVA水凝胶力学性能的影响PVA水凝胶中，PVA为连续相(见图1及图2)，并产生部分结晶，使整体材料保持一定的强度；而大量PVA无定形区的存在，加之水分子分散其中，起到外增韧的作用，水分子可以自由运动，因而使PVA分子具有更大的活动空间，这样PVA水凝胶的整体具有很好的弹性。
图4为不同工艺条件下水凝胶试样的应力-应变曲线，表3为PVA-水凝胶力学性能试验结果。
由表2、表3及图4可见，增加PVA水溶液的浓度并对试样进行真空脱水时，试样的结晶度增加，抗拉强度提高，弹性模量也提高，当对试样进行辐照交联时，结晶度减小(见表2)，但抗拉强度提高，弹性模量增加(见表3)，说明辐照使结晶区的部分PVA分子产生交联，破坏了结晶，从而使结晶度降低，同时由于产生交联而使力学性能提高。
图4 PVA水凝胶的应力-应变曲线Fig 4 The stress-strain curves of PVA-hydrogel在材料试验机上，以很快的速度对试样加载，试样将在瞬间产生弹性变形。
人体在行走期间对关节加载的时间为0.5～1 s［7］，而1 s内试样的变形可视为弹性变形。
因此，本试验中选取1 s内的压缩弹性模量与人关节软骨弹性模量作比较。
通过压痕试验，可按下式计算材料的压缩弹性模量，材料的压缩弹性模量和抗拉弹性模量列于表3，表中同时列出了人关节和人工关节材料的弹性模量作比较。
E=F/(2.67PR)其中：F为作用载荷；P为“瞬时”压痕深度；R为压头半径。
表3 PVA水凝胶的力学性能Table 3 The mechanical properties of PVA-hydrogels1. 14% Aqueous Poly(vinyl alcohol) solution frozen at -26℃, then dehydrated in vacuum for 8h, water content 86.5%；2. 18% AqueousPoly(vinyl alcohol) solution frozen at -26℃,then dehydrated in vacuum for 4h, water content 81.4%；3. 18% Aqueous Poly(vinyl alcohol) solution frozen at -26℃, then dehydrated in vacuum for 8h, water content 78.4%；4. 18% Aqueous Poly(vinyl alcohol) solution frozen at -26℃, cross-linked by irradiation(16 Mrad), water content 83.5%；5. 18% Aqueous Poly(vinyl alcohol) solution frozen at -26℃, then dehydrated in vacuum for 8h,cross-linked by irradiation(16 Mrad),water content 80.6%由表3可见，目前所采用的人工关节材料(不锈钢、UHMWPE)的弹性模量与人关节软骨的相差甚远，为减少“应力遮挡”，宜采用“等弹性”设计［9］。
PVA水凝胶可能是一种理想的人工软骨材料［8］。
4 结论(1)采用反复冷冻及真空脱水处理方法获得的PVA水凝胶材料，其弹性模量和人关节软骨相近，较有希望成为理想的人工软骨材料。
(2)PVA水凝胶中，PVA分子为连续相，水分子分散其中。
(3)反复冷冻、真空脱水及辐照交联使PVA水凝胶结晶度增加，力学性能提高。
* 国家自然科学基金资助项目(59775038)作者单位：顾正秋肖久梅张湘虹(北京科技大学材料科学与工程学院腐蚀工程系，北京100083)参考文献[1] Fisher J, Dowson D. Tribology of total artificial joints. Proc Instn Mech Engrs, 1991; 205H∶73[2] Unsworth A. Soft layer lubrication of artificial hip joints. Proc IME, 1987; 201H∶715[3] Stokes K, Mcvenes R. Polyurethane Elastomer Biostability. Journal of Biomaterials Applications, 1995; 9∶321[4] Bray JC,Merrill EW. Poly(vinyl alcohol) Hydrogels for synthetic articular cartilage material.Journal of Biomedicine Materials Research, 1973; 7∶431[5] Peppas NA, Turbidimetric studies of aqueous Poly(vinyl alcohol) solutions. Die Makromolekulare Chemie, 1975; 176∶3433[6] Peppas NA, Hansen PJ. Crystallization kinetics of Poly(vinyl Alcohol). Journal of Applied Polymer Science, 1982; 27∶4787[7] Kempson GE. Mechanical properties of articular cartilage. In: Freeman AR ed. Adult Articular Cartilage, Turnbridge wells,England:Pitman Medical, 1979∶333[8] Oka M et al. Development of an artificail articular cartilage. Clin Mater, 1990; 6∶361[9] Morscher E, Mathys R, Henche HR. Iso-elastic endoprosthesis-A new concept in artificial joint replacement, In: Schaldach M and Hohman D eds. Advances in artificial hip and knee joint technology,Berlin:Springer-Verlag, 1976∶403。