一种基于动力的玻璃弹性模量测量装置及方法

技术特征：
1.一种基于动力的玻璃弹性模量测量装置，其特征在于，包括底座、支座、盖板、底脚螺栓、盖板螺栓、玻璃梁、标定梁和扭力扳手，支座通过底脚螺栓固定在底座一端，使用扭力扳手用盖板螺栓将标定梁的一端固定在盖板与支座之间。2.根据权利要求1所述的基于动力的玻璃弹性模量测量装置，其特征在于，所述盖板腹部与支座之间预留的垂直高度用于放置标定梁，该垂直高度不大于标定梁的厚度。3.根据权利要求1所述的基于动力的玻璃弹性模量测量装置，其特征在于，所述玻璃梁与标定梁厚度相同，玻璃梁能够替换标定梁置于盖板和支座之间。4.根据权利要求1所述的基于动力的玻璃弹性模量测量装置的测量方法，其特征在于，包括步骤如下：s1：选择两根标定梁，分别记为标定梁a和标定梁b；s2：用扭矩扳手将标定梁a的一端固定在盖板与支座之间；s3：对标定梁a的自由端施加初始位移，使标定梁产生自由振动，测量标定梁a的一阶自振频率f
a
；s4：按照s2和s3测量标定梁b的一阶自振频率f
b
；s5：根据标定梁a和标定梁b的一阶自振频率，计算盖板的竖向刚度k1和转动刚度k2；s6：用扭矩扳手将待检测玻璃梁固定在盖板与支座之间，按照s3测量待检测玻璃梁的一阶自振频率f；s7：根据玻璃梁的一阶频率，计算玻璃梁弹性模量e
g
。5.根据权利要求4所述的基于动力的玻璃弹性模量测量装置的测量方法，其特征在于，所述s5中盖板的竖向刚度k1和转动刚度k2的计算过程如下：的计算过程如下：式中：a1＝e
a
i
a
k
a
(cosh(l
a
k
a
)sin(l
a
k
a
)-cos(l
a
k
a
)sinh(l
a
k
a
))，a2＝e
a
i
a
k
a3
(cos(l
a
k
a
)sinh(l
a
k
a
) cosh(l
a
k
a
)sin(l
a
k
a
))，a3＝-cos(l
a
k
a
)cosh(l
a
k
a
)-1，a4＝e
a2
i
a2
k
a4
(cos(l
a
k
a
)cosh(l
a
k
a
)-1)，b1＝e
b
i
b
k
b
(cosh(l
b
k
b
)sin(l
b
k
b
)-cos(l
b
k
b
)sinh(l
b
k
b
))，b2＝e
b
i
b
k
b3
(cos(l
b
k
b
)sinh(l
b
k
b
) cosh(l
b
k
b
)sin(l
b
k
b
))，b3＝-cos(l
b
k
b
)cosh(l
b
k
b
)-1，b4＝e
b2
i
b2
k
b4
(cos(l
b
k
b
)cosh(l
b
k
b
)-1)，
其中，e
a
、e
b
分别为标定梁a、标定梁b的弹性模量；l
a
、l
b
为标定梁a、标定梁b的长度；i
a
、i
b
分别为标定梁a、标定梁b的截面惯性矩，a
a
、a
b
分别为标定梁a、b的截面面积，a
a
＝w
a
×
h
a
，a
b
＝w
b
×
h
b
；w
a
、w
b
为标定梁a、标定梁b的宽度，h
a
、h
b
为标定梁a、标定梁b的厚度，ρ
a
、ρ
b
为标定梁a、标定梁b的密度；f
a
、f
b
为测得标定梁a、标定梁b的一阶自振频率，ω
a
、ω
b
为标定梁圆频率，ω
a
＝2πf
a
，ω
b
＝2πf
b
；k
a
、k
b
分别为标定梁a、标定梁b的系数，6.根据权利要求4所述的基于动力的玻璃弹性模量测量装置的测量方法，其特征在于，所述s7中玻璃弹性模量的计算过程如下：e
g
i
g
k
g
(cosh(lk
g
)sin(lk
g
)-cos(lk
g
)sinh(lk
g
))k1 e
g
i
g
k
g3
(cos(lk
g
)sinh(lk
g
) cosh(lk
g
)sin(lk
g
))k
2-(cos(lk
g
)cosh(lk
g
) 1)k1k2 e
g2
i
g2
k
g4
(cos(lk
g
)cosh(lk
g
)-1)＝0式中：e
g
为玻璃梁弹性模量，为需要求解的量；k1为盖板竖向刚度，k2为盖板转动刚度，l为玻璃梁的长度，i
g
为玻璃梁的截面惯性矩，a
g
为玻璃梁截面面积，a
g
＝w
g
×
h
g
；w
g
为玻璃梁的宽度，h
g
为玻璃梁的厚度，ρ
g
为玻璃梁的密度；f为测得的玻璃梁一阶自振频率，ω为玻璃梁圆频率，ω＝2πf；k
g
为玻璃梁的系数，7.根据权利要求7所述的基于动力的玻璃弹性模量测量装置的测量方法，其特征在于，所述e
g
的求解范围为[e
c
,1.5e
c
]，其中8.根据权利要求4所述的基于动力的玻璃弹性模量测量装置的测量方法，其特征在于，所述s2、s4和s6中，安装标定梁a、标定梁b和玻璃梁的固定盖板的盖板螺栓的扭矩大小相同。

技术总结
本发明提供一种基于动力的玻璃弹性模量测量装置及方法，属于材料弹性模量检测技术领域。该装置包括底座、支座、盖板、底脚螺栓、盖板螺栓、玻璃梁、标定梁和扭力扳手，支座通过底角螺栓固定在底座一端，盖板通过盖板螺栓固定在支座上，玻璃梁一端置于盖板和支座之间。该装置首先对标定梁进行自由振动实验，根据测得标定梁的一阶频率，计算出盖板竖向刚度与转动刚度，然后将两个方向刚度带入弹性支撑梁振动方程中，得到弹性模量计算公式。再对待测试的玻璃梁进行自由振动试验，根据待检测玻璃梁自由振动的一阶频率及相关参数计算出待测试玻璃的弹性模量。该方法对于检测玻璃弹性模量具有测试精确、安全无损、方便经济的优点，适用于工程实际。程实际。程实际。


技术研发人员：潘旦光 江坤
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2022.04.02
技术公布日：2022/7/21