一种软体材料体积模量的测量装置及方法与流程

技术特征：
1.一种软体材料体积模量的测量装置，其特征在于，包括水平限位金属圆筒、垂直限位底座、冲头和密封圈；水平限位金属圆筒与垂直限位底座通过内六角圆柱头螺钉连接；水平限位金属圆筒中部设置有用于放置试样材料的空腔，试样材料下方与垂直限位底座平滑接触；所述冲头位于试样材料正上方，与试样材料平滑接触；密封圈嵌入水平限位金属圆筒与垂直限位底座之间的凹槽内；所述水平限位金属圆筒、垂直限位底座外形均为圆柱形；冲头为阶梯圆柱形结构，由上部的粗轴和下部的细轴相互连接组成。2.根据权利要求1所述的一种软体材料体积模量的测量装置，其特征在于，所述的水平限位金属圆筒材料为45钢，其外径与内径之间的比值大于等于6，水平限位金属圆筒的下端面与空腔之间垂直度公差小于0.025mm，以防止在压缩过程中水平限位金属圆筒的内壁产生变形。3.根据权利要求1所述的一种软体材料体积模量的测量装置，其特征在于，所述水平限位金属圆筒的空腔与冲头的细轴之间采用间隙配合，空腔内壁表面粗糙度小于等于ra0.8。4.根据权利要求1所述的一种软体材料体积模量的测量装置，其特征在于，所述垂直限位底座的底部设有沉孔，所述沉孔高度大于等于内六角圆柱头螺钉的头高，直径大于等于内六角圆柱头螺钉头颈；垂直限位底座的上端面和下端面的平行度公差小于0.05mm，确保压缩过程中试样材料受力均匀。5.根据权利要求1所述的一种软体材料体积模量的测量装置，其特征在于，所述冲头上端面与细轴圆柱面垂直度公差低于0.025mm，冲头上端面与冲头下端面平行度公差低于0.05mm，冲头细轴圆柱面表面粗糙度小于等于ra0.8；冲头的细轴与粗轴高度比为2.67，直径比为0.42，既保证在试验过程加载时不易偏载，也留出了与空腔配合的导向距离。6.根据权利要求1所述的一种软体材料体积模量的测量装置，其特征在于，所述的密封圈外径为15mm形。7.一种硅橡胶等软体材料体积模量的测量方法，基于权利要求1所述的软体材料体积模量的测量装置，其特征在于，将试样材料放置在水平限位金属圆筒的空腔内，分别通过水平限位金属圆筒与垂直限位底座限制试样材料的水平环向位移与垂直轴向位移，保证压缩时位移变化率即为体积变化率。8.根据权利要求7所述一种硅橡胶等软体材料体积模量的测量方法，其特征在于，压缩过程中试验机压头对冲头上端面的加载速度小于等于0.5mm/min。9.根据权利要求7所述一种硅橡胶等软体材料体积模量的测量方法，其特征在于，具体步骤如下：(a)首先在金属圆筒空腔内壁面均匀涂满润滑油，随后将标准试样材料放置于金属圆筒中间空腔内，并从上方将试样材料推至底面与水平限位金属圆筒底面基本平齐，以将空腔空气排出；(b)在垂直限位底座凹槽内嵌入已清洁好的o型密封圈，随后将垂直限位底座与水平限位金属圆筒对齐，密封圈嵌入水平限位金属圆筒凹槽内；将内六角螺钉分别拧进螺纹孔内，固定垂直限位底座与水平限位金属圆筒；(c)将固定好的测量装置放置在电子万能试验机承载台中央，并将冲头细轴插入空腔，与试样材料平滑接触；(d)打开电子万能试验机，设置程序，控制电子万能试验机压头落下速度为0.5mm/min；
(e)调整初始高度使电子万能试验机压头表面紧贴冲头表面但不压缩试样；随后清零试验机力与位移，启动试验机压缩试样；(f)在保证不会破坏试样材料力学性能且冲头加载方向不偏载前提下，当压缩位移为5mm附近处停止加载，记录并保存加载过程中加载力f与加载位移δl数据后，手动操控抬起试验机压头，取出测量装置，取出试样材料；(g)将另一个同样参数规格的试样材料重复步骤(a)至(f)；(h)推导出试样材料的体积模量k
试
；推导计算过程如下：压缩过程中试样体积变化量：δv＝δl
×
a试样材料受到的压力：试样材料的体积模量：其中，a为试样材料截面面积，l为试样材料未加载时原长度；重复步骤(g)得到若干个同样规格参数试样材料的k
试
后，平均化后得到平均值即为所测试样材料的体积模量。

技术总结
本发明公开一种软体材料体积模量的测量装置及方法，测量装置由水平限位金属圆筒、垂直限位底座、冲头和密封圈构成；位于上侧的水平限位金属圆筒下方设置有六个螺纹孔；金属圆筒与位于下侧设置了对应数量沉孔的垂直限位底座通过螺钉相连接；两者连接处设有环形浅凹槽，密封圈嵌入凹槽内；被测量试样设置在空腔处，通过下方底座垂直限位；冲头设置在试样正上方，与试样平滑接触；本发明测量装置结构简单，制作成本低，测量方法简单可靠、精准有效且可以测量多种固体材料的体积模量。相比现有测量装置与方法，本发明扩展了测量种类，提高了测量效率与测试精度，降低了测量成本。降低了测量成本。降低了测量成本。


技术研发人员：刘玉红 李厚存 邓仕晗 王树新 王延辉 张宏伟 杨亚楠
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2021.07.09
技术公布日：2021/10/23