弹性形变材料弹性模量检测

物体受外力作用时，就会产生变形，如果将外力去除后，物体能够完全恢复它原来的形状和尺寸，这种变形称为弹性变形。

比如：我们常见的有弹簧用力去拉，弹簧就会伸长，形状也产生变化，这时就产生变形，如果放松，弹簧就恢复原来的形状与大小，这种变形就是弹性变形。材料弹性变形的能力称为弹性。

一、弹性模量：

弹性模量是工程材料重要的性能参数，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，则是原子、离子或分子之间键合强度的反映。凡影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模量，如键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度等。

不同类型原子间的相互作用

弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的刚度。

二、弹性模量的影响因素：

弹性模量是材料力学性能中Zui稳定的指标，主要取决于材料的原子结构，对材料的组织分布与变化不敏感，也很少受除温度以外的外界条件波动的影响。一般的加工手段和冷热处理工艺都很难调整材料的弹性模量。

1、原子结构的影响：

由于弹性变形是原子间距在外力作用下的可逆变化结果，弹性模量与原子间结合力强弱密切相关。原子结构、价电子层、能带结构不同，直接影响原子间相互作用势能，原子间距、近邻原子数不同，对原子的相互作用势能和恢复力系数也有影响。

弹性模量与材料的许多固态物理性质紧密相关，如熔点、比热容、特征温度等，它们都反映了原子间结合力的强弱。不仅在力学中，在物理学、化学和材料学等相关领域，弹性模量都是一个重要的性能参量。

2、组织结构的影响：

弹性变形涉及材料中每个原子，是材料整体平均的效果，每个原子的贡献是相同的。若想改变材料的弹性，就需要改变材料原子间的结合力，或者改变材料的原子组成。这样的性质对于材料的局部变化不敏感，也称为组织不敏感参量。

材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标，是材料比较稳定的力学性能指标。

通常认为弹性模量与材料的晶粒大小、形状、相弥散程度、分布无关，仅与组成个相体积分数有关。

3、温度的影响：

温度是对弹性模量影响较大的一个外部因素。通常，温度升高使原子间距增大，体积膨胀，原子间结合力减弱，从而引起弹性模量降低。温度升高还能显著降低原子位移的阻力，这也会导致弹性模量的降低。

大部分材料的弹性模量随温度升高近似呈线性下降。

不同材料的弹性模量对温度的敏感程度也不同。对于结构零件，在-50~50℃的温度范围下服役时，弹性模量的变化很小，可视为常数。在高温时，每升高100℃，弹性模量下降约3%~5%。

4、电磁场的影响：

对于介电质和铁磁质，电场、磁场能引起电致伸缩、磁致伸缩，从而影响弹性模量。

在居里温度以下，铁磁材料未磁化时的弹性模量比磁化饱和后的弹性模量低。这一现象称为弹性的铁磁性反常。

三、弹性模量的测量:

静态法是依据材料应力应变曲线的弹性段，由其斜率求得弹性模量。

通常情况下，静态法测得的弹性模量要低于动态法测得的弹性模量，其原因有二：一是因为在静态测试时，加载频率较低，材料的应变率很小，极易发生应变弛豫现象；二是因为测试时应力往往较大，很难杜绝不发生微观塑性变形。这就导致静态法测得的弹性应变一般偏大，弹性模量偏小。由于高温时的蠕变，静态法测量就有很大困难。还有脆性材料，其应变较小，这就不利于静态法的准确测量。

动态法是依据材料的固有振动频率或声波（弹性波）速度来计算弹性模量。

动态法是在试样承受交变应力或瞬时冲击而产生很小应变的条件下测量弹性模量，用这种方法获得的弹性模量称为动态模量。动态法的优点是测量设备简单，测量速度快，测量结果准确。但这种方法受试样尺寸规格影响大，在力学分析中是一种间接测量弹性模量的方法。动态法加载频率较高，可通过测定试样（棒材、板材）的固有振动频率或声波（弹性波）在试样中的传播速度来计算弹性模量。