[发明专利]一种测定材料弹性模量的方法

说明书

本发明属于仿生材料领域，具体的说是一种测定材料弹性模量的方法。该方法包括以下步骤：步骤一、制备或选取由两种待测材料组成的四个软硬相间的仿生材料试件，测量四个试件的摩擦系数；步骤二、确定试件中软材料的表面积比c％；步骤三、计算待测材料A和待测材料B的弹性模量；本发明方法简单，通过材料的摩擦性能可以反向推导材料的弹性模量，并且测定的弹性模量误差小。

技术领域

本发明属于仿生材料领域，具体的说是一种测定软硬相间仿生材料中软、硬组分弹性模量的方法。

背景技术

弹性模量是衡量工程材料性能的一个重要参数。弹性模量是表征材料性质的一个物理量，仅取决于材料本身的物理性质。从宏观角度来说，弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度，从微观角度来说，弹性模量是原子、离子或分子之间键合强度的反映。

弹性模量是选定机械零件材料的依据之一，是工程技术设计中常用的参数。弹性模量的测定对研究金属材料、光纤材料、半导体、纳米材料、聚合物、陶瓷、橡胶等各种材料的力学性质有着重要意义，还可用于机械零部件设计、生物力学、地质等领域。一般工程应用中把材料的弹性模量定义为常数，并且主要通过试验测得。测量杨氏模量的方法一般有拉伸法、梁弯曲法、振动法、内耗法等。

软硬相间形貌仿生材料是以生物体特性为原型将软材料与硬材料在一定配比下有序或无序排列而形成的材料，通过模仿天然生物材料的形貌、结构、材料配比、尺寸、分布规律等因素进行仿生设计。软硬相间材料中软材料与硬材料为弹性模量不同的两种材料，定义弹性模量小的材料为软材料，弹性模量大的材料为硬材料。软硬相间仿生材料的摩擦系数，可以通过软硬组分各自的摩擦系数及弹性模量计算得到。但是，采用激光加工方法制备软硬相间材料时，硬材料是通过激光改性得到的，因此很难通过简单的试验方法得到硬材料部分的弹性模量。

发明内容

本发明提供了一种通过软硬相间材料摩擦试验测得材料的摩擦系数，进而测定出两种材料组分的弹性模量的方法，解决了硬材料弹性模量很难通过简单的试验方法获得的问题。

本发明技术方案结合附图说明如下：

一种测定材料弹性模量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、制备或选取由两种待测材料组成的四个软硬相间的仿生材料试件，测量四个试件的摩擦系数；定义两种待测材料分别为弹性模量小的待测软材料A及弹性模量大的待测硬材料B，为了确定某一工况下激光加工得到的待测软材料A及待测硬材料B的弹性模量，采用激光加工方法在同一工况下制备由待测软材料A及同类型待测硬材料B组成的四个不同结构软硬相间仿生材料；测得第一试件的摩擦系数f₁、第二试件的摩擦系数f₂第三试件的摩擦系数f₃及第四试件的摩擦系数f₄；

步骤三、计算待测材料A和待测材料B的弹性模量。待测材料A的弹性模量E_A、待测材料B的弹性模量E_B与待测材料A摩擦系数f_A、待测材料B摩擦系数f_B、第一试件摩擦系数f₁、第二试件摩擦系数f₂、第三试件摩擦系数f₃、第四试件摩擦系数f₄、第一试件表面积比c₁％、第二试件表面积比c₂％、第三试件表面积比c₃％、第四试件表面积比c₄％之间的关系可以表示为：

解上式可以得到材料A的弹性模量E_A、材料B的弹性模量E_B。