接到需求北京某大学需要分析测量超材料结构的等效泊松比与等效杨氏模量。

客户背景

客户是北京一所大学，测试是课题研究。

客户需求

目的主要是

1、测试尼龙母材的杨氏模量、泊松比。

2、测试2类点阵结构件(点阵结构A与点阵结构B，每组两个重复实验)的等效泊松比、等效杨氏模量、相对杨氏模量。

3、验证每组结构件实验的可重复性。

4、验证两组点阵结构的负泊松比变形特性。

解决方法

一、实验内容

1、 利用力学拉伸机对2个母材试件进行准静态拉伸试验，试验过程和结果按照实验标准GB-T 1040进行，利用DIC应变测量系统进行应变数据的采集。

2、 利用力学拉伸机对4个点阵结构件进行准静态拉伸试验，完成拉伸过程的载荷、位移数据采集，利用DIC应变测量系统完成纵向应变、横向应变的数据采集。

3、 完成采集数据的处理，得到拉伸方向的杨氏模量与指定方向的泊松比。

二、实验仪器

1、力学拉伸机，力传感器(母材实验建议使用5kN左右力传感器，点阵结构实验建议使用10kN或以上力传感器)

2、DIC非接触式全场应变测量系统(二维或三维)

3、游标卡尺，喷漆，油性笔，手套等

4、2个尼龙母材拉伸测试试件，4个点阵结构模型(点阵结构A与点阵结构B各2个)

三、实验原理

1、 基本力学原理

(1)圣维南原理

若将物体的一部分边界上的面力变为分布不同但静力等效的面力 (主矢量相同, 对同一点的主矩也相同) , 其近处的应力分布会受到显著影响, 但远处所受影响可忽略不计。因此，在远离集中载荷作用的模型中段可视为受力形式固定，具有和模型对应的周期性。

(2)泊松比效应

在单向拉伸实验中，在材料的比例极限内，除了在正应力方向上产生拉伸正应变外，还可观察到在垂直于正应力的方向上会产生横向应变，两者之间的比例关系，称为材料的泊松比。

2、应变测量

利用DIC非接触式全场应变测量系统测量材料的应变，实验前在试件上喷上大小合适的均匀散斑，实验过程中通过相机获取试件图像信息，使用数字图像相关法进行图像处理得到标记点的位置变化，进而得到位移、应变等信息。

四、实验步骤

1、母材的力学性能测试(GB-T1040.2)

(1)在试件表面标出标距、夹头间距。共2个试件。

(2)利用游标卡尺测量试件宽度、厚度、标距等尺寸。

(3)使用黑色喷漆在试件表面喷上散斑，尽量使黑色和白色的面积各占50%，对2个试件拍照。

(4)选定合适的拉伸机力传感器(5kN)和拉伸夹头，更换到拉伸机上。

(5)打开DIC设备软件，调整镜头视场，调整光源，使用标定板进行标定。

(6)打开拉伸机控制软件，根据试件尺寸设置好标距、横截面积等，设置拉伸速率：2mm/min，采样频率：3-10Hz。

(7)将试件两端夹在夹具上，使试件固定在拉伸机中。

(8)打开DIC软件对试件进行长度标定，设置竖直和水平线探针。确认散斑质量。使拉伸机与DIC的采集频率一样。

(9)DIC设备软件开始记录试件位移数据。拉伸机开始进行拉伸。

(10)对拉伸过程进行录像。

(12)在试件完全断裂后，结束拉伸，结束DIC软件采样。

(12)导出拉伸机实验数据、DIC实验数据和视频录像。

(13)对剩余试件重复(7)-(12)。

2、超材料结构的力学性能测试

(1)利用游标卡尺或尺子测量试件各方向尺寸、杆径。

(2)使用黑色喷漆在试件表明喷上散斑，尽量使黑色和白色的面积各占50%。

(3)选定合适的拉伸机传感器(10kN或以上)和拉伸夹头，更换到拉伸机上。

(4)打开DIC设备软件，调整镜头视场，调整光源，使用标定板进行标定。

(5)打开拉伸机控制软件，根据试件尺寸设置好标距、横截面积等，设置拉伸速率：5mm/min，采样频率：3-10Hz。

(6)将试件两端夹在夹具上，使试件固定在拉伸机中。

(7)打开DIC软件对试件进行长度标定，选定竖直和水平探针，设定探针输出纵向应变和横向应变，如图3.确认散斑质量。使拉伸机与dic的采集频率一样。

(8)DIC设备软件开始记录试件位移数据。拉伸机开始进行拉伸。

(9)对拉伸过程进行录像，并观察是否具有明显的负泊松比效应。

(10)在试件完全断裂后，结束拉伸，结束DIC软件采样。

(11)导出拉伸机实验数据、DIC实验数据和视频录像。

(12)剩余试件进行同样的实验，重复(6)-(11)。

(13)关闭拉伸机、DIC，将实验设备归位，收拾实验台。

客户反馈

最后给出了等效杨氏模量(Mpa)、相对杨氏模量、等效泊松比的分析数据，客户收到原始数据和报告后对我们的周期和测试结果很满意，并答应下次相关测试还来联系我们。