[发明专利]一种测试材料拉伸弹性模量的方法

权利要求书

1.一种测试材料拉伸弹性模量的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对梁构件进行自由振动模态测试试验，测试得到梁构件自由振动的低阶模态参数，即圆频率ω_j和振型φ_j，由所得数据计算得出梁构件的近似柔度矩阵Ω；(2)根据梁构件的支座约束条件构造出相应的虚拟力向量l_v，使得梁构件中某区段在虚拟力向量l_v的作用下处于两端作用有外力偶U的虚拟纯弯曲受力状态；(3)由梁构件的柔度矩阵和虚拟力向量相乘来计算获得虚拟纯弯曲状态下的位移参数d，再由所得数据d利用中心差分法计算虚拟纯弯曲段的曲率(4)根据虚拟纯弯曲段横截面的平衡条件列方程得出拉伸弹性模量E_t的计算公式，将相应数据代入计算可得到拉伸弹性模量E_t，拉伸弹性模量该公式的得出过程如下：

对于虚拟纯弯曲段的任意一个横截面而言，该横截面上的轴力N为零，弯矩为M，即N＝∫_AσdA＝0，M＝∫_AyσdA，其中，y为横截面上一点到中性轴的距离，A为横截面面积，σ为横截面上的正应力，根据应力σ和应变ε的关系，横截面上受拉区和受压区的正应力分别为σ_t＝E_tε、σ_c＝E_cε，E_c是指材料的压缩弹性模量，而横截面上一点的应变ε与曲率的关系为联立上述各式，即得到拉伸弹性模量E_t的计算公式为其中，b和h为梁构件横截面的宽和高。

2.如权利要求1所述的一种测试材料拉伸弹性模量的方法，其特征在于：所述的梁构件自由振动模态测试试验的测试设备主要包括传感器、动态数据采集仪器和模态分析软件，传感器等间距的安置于梁构件的上表面或者下表面对称线上；设测试得到梁构件的前m阶模态参数，即圆频率ω_j和振型φ_j，可由所得数据计算得出梁构件的近似柔度矩阵Ω，

3.如权利要求1所述的一种测试材料拉伸弹性模量的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述虚拟纯弯曲状态下的位移参数d是由近似柔度矩阵和虚拟力向量相乘来计算获得，d＝Ω·l_v，其中，l_v为虚拟的力向量，由梁构件的支座条件和几何特征构造得到；d为由各节点的位移参数所构成的位移向量；再由得到的d利用中心差分法计算虚拟纯弯曲段的曲率其中d_i-1、d_i和d_i+1为向量d中对于虚拟纯弯曲段内3个节点处的位移参数，L代表相邻传感器之间的距离。

4.如权利要求1所述的一种测试材料拉伸弹性模量的方法，其特征在于：所述的其中d_i-1、d_i和d_i+1为向量d中对于虚拟纯弯曲段内3个节点处的位移参数，L代表相邻传感器之间的距离。

5.如权利要求1所述的一种测试材料拉伸弹性模量的方法，其特征在于：所述的梁构件为窄高矩形截面细长梁构件，且梁构件的横截面高度大于宽度，梁构件的有效长度与梁构件的横截面高度之比不小于5。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种测试材料拉伸弹性模量的方法，其特征在于：所述的梁构件为等截面直杆简支梁构件时，在梁构件上选定的A-B之间依次设置节点1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11，则对于节点4和8之间的区段，所构造的虚拟力向量为l_v＝[0,0,0,F,0,0,0,F,0,0,0]^T。

7.如权利要求6所述的一种测试材料拉伸弹性模量的方法，其特征在于：在所述节点4和8位置处施加虚拟集中力F，在虚拟力向量l_v的作用下，梁区段‘4-8’将处于两端作用有外力偶U的纯弯曲受力状态。

8.如权利要求7所述的一种测试材料拉伸弹性模量的方法，其特征在于：虚拟集中力F取为F＝1。