1、中华人民共和国国家标准金属材料高温弹性模量测量方法圆盘振子法GB/T 14453-93 Metallic material-Standard test method for the elastic rnodulus at high temperature-The method of disc- Vibrator 1 主题内容与适用范固本标准规定了金属材料高温弹性模量测量方法圆盘振子法的术语、定义、符号、测tt原理与公式、-I量器具j装置、试样、测量条件与操作要求、数据处理、精度与偏差以戊试验报告等。本标准适用于室温至+2000C间材质均匀的金属材料圆盐状试样共振频率的视1楚，由此可确定试样的动
2、态杨氏模量、动态切变模量及动态I自松比。也适用于玻璃、陶瓷等材质均匀、备向同性的其他固体材料的检测。2 引用标准GB/T 2105 金属材料杨氏模量、切变模量及泊松比测量方法(动力学法)GB 1423 贵金属及宾合金密度测量方法GB 8170 数值修约规则3 术语、定义及符号3. 1 节阔网板在振动中位移为零的同心园。3. 2 节径圆板在振功巾位移为零的直径。3. 3 共振频率91 :C试样产I共振的强迫振动频率，用符号111m表示，单位为Hz，T标m为节圆数n为节径数俨3. 4 挠曲振动板基元振动方向与板的中性面垂直的振动称称为挠曲振动气与周边自由板挠曲振动基f捎频肯顿1频7率芋/0川今相应
3、的i3. 5 杨氏模量、切交模量、1泊白松比、弹悻性-模量的定义、符号反单位按GB/凡T2105标准规i丘i立:执行国家技术监督局1993-06-01批准1994-01-01实施:j7 GB/T 14453-93 d (, ) ) ob ( 应J1 自由圆板基频与次低频的挠曲振动d试样旺径4 测量原理与公式4. 1 测量原理试样的机械共振频率由材料的杨氏模量、密度和试样的直径及其与厚度的比值确定。因此，试悖的儿何尺寸、密度和机械共振频率被测定后，相应的动态杨氏模量和拍松比即可求出.试样的切变模EZ可用扬民模量和1白松比值计算。以强迫共振法测量试样的共振频率时，试样被激励产生的振动是由句个换能苦
4、苦挝供的，该换能器将来自频率连续可变的振荡器的电信号转换成机械振动;用另一个换能器来拾取试样的机械振动并将卢转换成nf:在仪表仁显示的电信号，根据电信号的特征来检测试样的共振频率。4. 2 基本公式网饭做挠由其振时，其杨氏模量与共振频:在，密度和几何尺寸间有下述关系EzLOOX10-12pdzfiJJEL . . . . . .( 1 ) 式中，E动态扬民丰草屋，GPaj p 密度，g/cm;dfE径，nlnljjmn 节回数为m.节径数且J 时的共振频半，Hz.Kn 与厚度直径比h/d、泊松比及m、n值有关的频率常数，无量纲。试样的动态切变模量用下述公式求出zG = E!ZCl十)(2J 式
5、中6 功态切变模垦，GPa;一一扩l松比，无量纲。试样的泊松比由次低频率f与基领频率fez的比值111)f()2和厚度h与南径d的比值h./d俑定见1安1。5 测量器具与装置5. 1 最具游标卡尺，测量试样直径，最小分度不大于O.02 mrru f分h:测ft试样厚度，最小分度不大-t-O. 002 mm; 1S Gll/T 14453-93 天平称茧试样质lJ:，感坠不大l二0.001g , 热电偶在变温试验中用来测量试样温度，温度不同r1 20() C HJ 洲歧精度iV达十2( , I川)( L/ tJ.V达土5C。5.2 测茧装R可在不同温度下完成弹性模鼓检测的共慌测试怯ri示意问如|
6、￥I2 )iJi坑。用数字频率计来完成引致试样共振的振荡器输出频主轩的精确测lifc依功能的不|司.换能器分J，)激阶器与拾振器两种，以j生频放大器内附的交流电If表检测共振信号在变1日测肚巾.需要以于1世ff凶吧!卡判断虚假共振，jltAt应将振荡器与放大器的输出分别供给示波悍的水T勺rF自偏转阪v5. 2. 1 振荡器11 10 9 8 二/ 2 -二/卢-一一一一一一-岛牛子3 4 5 6 7 图2挠曲共振测试装置i 加热炉，2-;式样;3 频率计;1榈告杆，5桥、荡嚣，6一激励换能器，7 拾振换能器;8 探针;9 币1皮器t10 放大器;11运伏汁在201()OHz范阁内合连续可变的频
7、率输出，在干A确定位匠上频半裸移叫好rO. I Hz/rnin;胃、输出功率应保证所用激励换能器能够激发几何尺、f在规定范围内的任何试柿。5.2.2 数字频率计可肘子振动周期测量的计数式频率计4号视H过误差不大于土。11，晶体抱定度J，不jlVf10时/d挝级。5.2.3 换能器5. 2.3. 1 在所检测的试样频率变化范围内.激励器的输出功率损失应不大r3 dB，t告振始向只有尽可能好的频率响应。5.2.3.2 一般可用压电式换能器;建议利用附有)弄蔽罩的铁酸锁或恰钦酸铅压电陶瓷。!也电陶瓷与制合中干问充填锡等介质以尽吁能消除能量损耗。5.2. 3. 3 室温F作为共振模式与级次鉴别用的探针
8、口I利用改装后的晶体唱头n5.2.4 梢合杆在测试混度范围内应有足够的刚性.支撑试样的棋介杆反支忏端部可具有轧形、阿JF;字形状;将换能器及其棋合杆fi:i试样七方.Jf.注意消除附加质量对试样共振的影响。5. 2. 5 放大器其输入阻抗应与抬振换能器的阻抗匹配，频率响应范ItJGni芮r1j!lj试要求.对共1fR11子的测试灵i政度不低cfllV，推荐以锁定放大器来完成拾振信号的Z频放大与im坠。5. 2. 6 示波器颇丰响应范围及灵敏皮EE满足测试要求的Ji!iJ月习、波黯i、lGB/T 14453 -93 5. 2. 7 加热炉加热炉温度的升、降l且是可控制的;在伞检测温度范围内，均温
9、区横、纵向尺、j应不小于40mm，福!主偏差j主wr士5Eo6 试样试佯为圆盘状，试样的最小质量出拾振系统检m灵敏度决定。试样的直径拉木L由加热炉允许的?归决定;推荐试样直径为1821mm.厚度1.5.-.3 mm，试样直径间的差值应不大rU. 02 mm. 1: T一阿个表iI!l的不平行度小于O.02 m口1.表面粗糙度R.值为1.6m，7 测试条件与操作要求7. 1 JL何尺寸的测量试样清洗后进行测量，试样I径以均分角度取5次测量的平均恒，厚度?什极不同部位随机应取5点进行测最后取平均值。?2 密度的测量密度的测量按照GB1423规定执行。7.3 试样安装将试样水平放置在两根桐合杆顶端l
10、二，使试样边缘与杆的34个接触点间距离相等:接触J!IFJ试样对称轴心的距离应尽可能接近。.68r，r为试样的半径。7.4 共振调i特首先借被测试样模最的估算值和测得的静态参数，据4.2条所述的基本公式完成共振频率的1占11.试样装设好，启动装霄，将适于激励试样的、尽可能低的功率输给激励换能器。选挥放大昂的频平范用利1增益，使之j丘以检测试样共振。调节示波器，使在试样共振时，能得到清晰的李沙育因1旺。在预定的频率范用内进行朽描得到稳定的共振恩系。7. 5 鉴频方法可用粉纹法、探针法或阻尼法分别完成对室温下振动模式和级次的鉴别.这种鉴别主耍足据对l1L写J节点位怪的观WJ.在利用粉纹法时，将砂股
11、粉末均匀地撒在试样的表面上，在疑为试样共振的频率但Lrr.增加振荡器的输出功率，试样共振时会看到这些粉末聚集到试样的节点飞线)处。在利用探针法或由1尼砖时，沿着与试样中心等距的位置或其垂直方向移动探针，轻轻触及不同部位;试样共振时，会发砚共振小i且有明显的不同反应在波节处无反应，在波腹处有明显的响应或衰减;与共振频率j川和九十II应的波节分布切图l所/扎7.6 共振频率测量7. 6. 1 室温F的测最有振荡器频率逐步增加的过程中，为防止试样氧化并减少其共振阻尼，将炉内空气1111出.、i1IZ号:马度达到预定指标后，加热升温。温度升到指定温度时，需保温lO20min方可进行测量。在测监过程中周
12、密切跟踪共振频率随温度的变化，并据拾振信号特征或李沙育图)形B进f行丁宇判IJ叩别J.保i证I 巨测量吉站占果的叫靠性。尚有疑问时，口呼I据fn2和/月别11。B 数据处跑8. 1 室温杨氏模量与泊松比据圆盘试样的密度、直径和厚度，以及基频和次低频挠曲共振频率fV2和1fJI值.分别求I-l:lh悦和/I，/(，;:，的比值，从1号1中杏出试样的泊松比严，再利用表2ft得K1:值代人公式。)日Il可求LB杨氏模娃，.5 -1 J GB!T 1 4453 - 9 3 E?1.OOX10-12pdzjidKL-HH-. . . . . . . . ( 3 ) zC中，J， 网盘状试样挠曲共振次低频
13、频半，Hz;K111 由试样厚度与直径比利汀|松比决定的频率常数，无量纲，见表2，为f校核，叮以基频频率fodt替J咽以频率常数K，1t替Kll)后.据公式(3)完成五值wn，丘二值见表3，表1泊松比与频率比1，/1平11厚度直径比h/d关系表fll/lo: /dd 1. 45 1. 50 1. 55 1. 60 1. 65 1. 70 1. 75 . 80 1. HS 1 , ;(l O. 01 。112。1520.192 O. 231 0.270 0.308 O. 346 0.378 (). i尘O-t1) ,1.3 5 0.06 。114。1570.200 O. 241 O. 279 O
14、. 315 0.J19 O. %0 O. 409 。.-137 0.08 O. 1 16 O. 162 O. 205 O. 245 O. 283 0.318 0353 0.386 O. 41 1) 0, -J- 50 0, 1 () 。122O. 166 0.209 O. 250 O. 289 O. 325 0.360 O.39j 。，126U.4尺6O. 12 。126O. 174 O. 217 O. 2! 7 0.29: O. :132 0.368 O. 01 0, 03 。.4 ti 。140.134 O. 182 O. 225 O. 265 0.304 O. 341 0.376 0.4
15、08 0.437 C. .1们2O. 16 。141O. 191 O. 236 0.278 0.3)5 0.350 0.383 O. 416 O. .113 0287 。.18 。150。19自O. 243 O. 286 0.326 0.363 O. 396 .427 U. 4)3 1-: , 17 1) O. 20 O. 159 0.206 0.252 0.295 O. 336 O. 37 i O. .108 O. 440 。67。-l0 1 0.22 。1660.212 O. 259 1l.306 0.352 0.394 。.430 O. 4:)8 口，476。.9 表2顿率常数K，日与泊
16、松比、厚度直径比h/d关系表?自松比l h/d O. 15 。.ZO 0, 25 。.30 O. :5 0 , ,W 0.45 0.04 O. 064 4 0.065 2 0.067 8 0.069 6 o. 071 3 O. 074 1 O. 07 7 0.06 O. 094 6 O. 096 8 O. 099 3 0.101 9 O. 10!) 0 O. 108 5 川人j 1 2 3 O. 08 0, 124 2 。1273 O. 13 3 。1338 O. 137 7 (!. 142 1 (). 146 : 10 0.1527 O. 156 3 O. 160 0 O. 164 0 0.
17、168 8 。1743 O. I n 1) 。12。1796 0.183 8 O. 188 1 。1927 。1978 o. 203 9 0, 21() 1 O. 14 0.208 2 O. 212 6 0.2141 0.219 4 O. 225 2 0.232 0 O. 23 l 6 O. 16 0.228 ,1 O. 232 9 0.237 9 0.243 4 O. 249 7 0.2570 0.265亏O. I . 250 4 02555 0.261 0 O. 266 3 0.271 9 O. 27R fi O. 日73O. 20 O. 270 9 0.276 1 0.281 8 0.2
18、87 7 O. 294 7 0.302 8 0.312 J O. 22 0.389 8 0.295 3 0.301 6 0.307 6 0.3104 0.3142 0.323 1 GB/T 14453 93 表3频率常数kuz与1自松比fJ.、l孚度盲f径比h/d运系表?自恰lt l h/d O. l!) 0.20 。I25O. 3D 0, 3;) 。.40 一一-一一一一一一-一一-一0, 04 0, ()42 8 0.042 1 门.O. 1 8. iJ .(Hl () O. l /l i) 5 O. 0 tn 3 O. ():J已叶c. (j G o. 063 -t ()川、25 O.U
19、616 O. )f t) 7 0.0;09 口.n5l 2 1;. (D8 1 0.08 O. 083 6 O. (J82 4 O. 081 I 1), 080 0 。7R0 O. 077 1 (1. I) j j I O. 1飞j。1031 。11)1 O. 10u。n. 098 6 。F0973O. n% I_) (1 , Oq 8, O. 12 。t21 9 。，1:2(11)u.ll ,s 2 0, 1165 O. 114 8 。1.1三(飞.11(!。11 。112 1 。1397 。35l1), 1335 .1316 O.12!J启1:,. 1 8 1 。1(;, 。1567 。1
20、:.01Z 151 g 。1496 。.147) (J, lH 1 。.1 1 Z 0, 18 。.ll2 8 ( 170 () 1) .167/1 l. (1)1日0, 1617 口.lSij :;. 04l25 ln.20 。188t) 1). 1自L日O. 182口O. 179 J 。1767 O, 17! :2 fLIYI吕。_22 202 2 。J98 9 O. 195 8 O. 192 8 O. 188 4 o. HH. 2 。.j S 1 8. 2 切变模量将杨氏模量、泊恰比值代入公式(2lRJ，ff)拉出。8. 3 高温弹性模蛙高温弹性模桂巾F式i十nM , ， lv, (fJ
21、f,) U / ( 1十6.1汀 ( .1 ) 式中:AI 宅温下的弹性棋运.(_Pa; If，一温度f干的弹性模量.GPa.j1 3主i品F试样的基树:共振频率.Hz;/，一一温度t下试祥同A振动级次的共振频率，Hz， 京1且与温度f问试样的平均线膨胀系数，(:l ; 6.1一-温度tI王运泪间的混JJr差，正。8.4 数值1房约对算出的杨氏模最、切交模世取二位有放数子，泊松比琅向位有效数字，数值修约执iTGR 8170有关规ii:。9 精度和偏差校本标准规定，惯iJl导的动态杨氏模fti与泊松比不确定度小于5%量级.切变模怡J，J二1(1片10报告实验报青般包括下述内容a. 对材料的描述牌号、化学成分、加二条件等;b 对试样的描述:制备方法、JL何尺寸、密度或重量; 测量为法的描述:采用的试验方法.所用的玉耍测量器具，d 对环境的描述包括温度、介质、J试过程巾的干扰情况等;e 测式结果:r 误差估功;目，运+干单位、测试人、校对人.di核人的签名和测试门翔。GBjT 14453 - 93 附加说明:本标准由中华人民共和同冶金工业部提出。本标准由中国核动力研究设计院和首钢总公司冶金所共同起草。本标准宅要起草人高占武、李昕。丰;标准水平等级标记GH/T 14453 921 :) I
