一种弹性模量和泊松比测量装置的制作方法

本实用新型涉及混凝土性能测试领域，具体涉及一种弹性模量和泊松比测量装置。

背景技术：

弹性模量又称杨氏模量，弹性材料的一种最重要、最具特征的力学性质，是物体弹性变形难易程度的表征，用E表示。定义为理想材料有小形变时应力与相应的应变之比。泊松比是指材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值，也叫横向变形系数，它是反映材料横向变形的弹性常数，用μ表示。混凝土、生土等土工材料的弹性模量和泊松比是反应待测材料在弹性变形内的重要力学特性指标，因此准确测量出混凝土等土工材料的弹性模量和泊松比对于科研与实际工程都有着重要的意义。由于混凝土、生土等土工类材料在轴向压力作用下的横向变形往往很小并且变形很不均匀，导致其变形量的测量较为困难。且目前仅有测棱柱体弹性模量或仅有测棱柱体泊松比的装置，当需要同时测量棱柱体弹性模量和泊松比时，使用这些装置则会比较繁琐，得到的数据误差较大，由于目前尚未有可以同时测量棱柱体弹性模量和泊松比的装置，可参考的资料也非常有限，为了解决上述技术难题，本实用新型发明了这种测量棱柱体弹性模量和泊松比的装置。

技术实现要素：

为解决以上问题，本实用新型提供一种弹性模量和泊松比测量装置，该装置能同时测量待测试件的弹性模量和泊松比，结构简单、操作简便，通过设置多个横向位移计和多个纵向位移计，使得待测试件的竖向变形和横向变形的采集范围更加广泛，减少测量的误差，提高测量的精度；横向位移计和纵向位移计分别固定在环形限位环和上固定环后无需再次调平，操作简便，方便快捷，测量精度高，且能够测量不同尺寸的待测试件的弹性模量和泊松比，测量范围更广。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以解决。

一种弹性模量和泊松比测量装置，包括：加载机构、横向位移计、纵向位移计和墩台；其中，所述墩台上通过球铰固定有待测试件，所述待测试件的上端面设置有加载机构，所述加载机构用于向所述待测试件施加轴向压力；所述待测试件的外表面通过紧定螺钉分别固定有上固定环和下固定环，所述上固定环位于所述下固定环的上方，所述下固定环上均匀设置有多个伸缩接触杆，所述上固定环上与所述伸缩接触杆相对应的位置通过固定机构固定有纵向位移计，所述纵向位移计的指针与所述伸缩接触杆的上端面接触；每个所述伸缩接触杆远离所述待测试件一侧的侧壁上设置有与所述伸缩接触杆相垂直的水平杆，所述水平杆上固定有环形限位环，所述环形限位环均匀固定有多个横向位移计，每个所述横向位移计的指针指向待测试件表面。

根据本实用新型的弹性模量和泊松比测量装置，上固定环通过四个紧定螺钉固定于待测试件的外表面，下固定环通过四个紧定螺钉固定于待测试件的外表面，上固定环位于下固定环的上方。下固定环上均匀分布有多个伸缩接触杆，上固定环上通过固定机构固定有多个纵向位移计，每个纵向位移计的指针与伸缩接触杆的上端面接触，纵向位移计用于测量待测试件的纵向变形量。伸缩接触杆用于测量不同尺寸的待测试件的弹性模量和泊松比。每个伸缩接触杆远离待测试件一侧的侧壁上设置有与伸缩接触杆相垂直的水平杆，水平杆上固定有环形限位环，环形限位环上均匀分布多个固定孔，横向位移计的指针穿过固定孔并通过螺钉固定，横向位移计的指针指向待测试件表面，横向位移计用于测量待测试件横向的变形量；同时，横向位移计通过环形限位环和水平杆与伸缩接触杆固定连接，横向位移计能随着伸缩接触杆的移动而上下移动，在对不同尺寸的待测试件的弹性模量和泊松比进行测定时，环形限位环固定后，无需再次对横向位移计进行调平，横向位移计的指针始终可以对准待测试件表面的中心区域。墩台上通过球铰固定有待测试件，待测试件的上端面设置有加载机构，加载机构用于向待测试件施加轴向压力，使待测试件产生横向和纵向的变形。

本实用新型的弹性模量和泊松比测量装置能同时测量待测试件的弹性模量和泊松比，通过设置多个横向位移计和多个纵向位移计，使得待测试件的竖向变形和横向变形的采集范围更加广泛，减少测量的误差，提高测量的精度；横向位移计和纵向位移计分别固定在环形限位环和上固定环后无需再次调平，操作简便，方便快捷，测量精度高，且能够测量不同尺寸的待测试件的弹性模量和泊松比，测量范围更广。

优选的，所述伸缩接触杆为电动推杆。

根据本实用新型的弹性模量和泊松比测量装置，通过电动推杆的伸缩能对不同尺寸的待测试件的弹性模量和泊松比进行测定，且横向位移计通过环形限位环和水平杆与电动推杆固定连接，横向位移计能随电动推杆的上下伸缩而上下移动，使横向位移计的指针始终指向待测试件的表面中心，无需对横向位移计进行调平，方便快捷，测量精度高。

优选的，所述伸缩接触杆包含第一伸缩杆、第二伸缩杆和第三伸缩杆；其中，所述第一伸缩杆滑动套装在所述第二伸缩杆中，所述第一伸缩杆靠近所述第二伸缩杆的一端的外壁上设置有凸起，所述第二伸缩杆上靠近所述第一伸缩杆的一端侧壁上设置有固定孔，所述凸起与所述固定孔相匹配；所述第二伸缩杆滑动套装在所述第三伸缩杆中，所述第二伸缩杆靠近所述第三伸缩杆的一端的外壁上设置有凸起，所述第三伸缩杆上靠近所述第二伸缩杆的一端侧壁上设置有固定孔，所述凸起与所述固定孔相匹配。

根据本实用新型的弹性模量和泊松比测量装置，第一伸缩杆和第二伸缩杆通过相互匹配的凸起和固定孔实现伸缩与固定，第二伸缩杆和第三伸缩杆通过相互匹配的凸起和固定孔实现伸缩与固定，因此，通过第一伸缩杆、第二伸缩杆和第三伸缩杆的相互作用能对不同尺寸的待测试件的弹性模量和泊松比进行测定，且横向位移计通过环形限位环和水平杆与第一伸缩杆固定连接，横向位移计能随第一伸缩杆的上下伸缩而上下移动，使横向位移计的指针始终指向待测试件的表面中心，无需对横向位移计进行调平，方便快捷，测量精度高。

优选的，所述待测试件与所述加载机构之间设置有垫块。

根据本实用新型的弹性模量和泊松比测量装置，待测试件与加载机构之间设置的垫块用于测量时对待测试件进行保护。

优选的，所述待测试件为棱柱体试件。

根据本实用新型的弹性模量和泊松比测量装置，棱柱体试件的底面为正方形，边长为50～90mm，高度为150～300mm，使横向位移计能都对准棱柱体试件的中心，测量精度更高。

优选的，所述固定机构包含通孔、定位螺孔和定位螺钉；所述上固定环上与所述伸缩接触杆相对应的位置设置有通孔，所述通孔和所述定位螺孔相互轴向垂直设置于所述上固定环上，且所述定位螺孔与所述通孔相连通，所述定位螺钉装配于所述定位螺孔内，所述纵向位移计的指针伸入所述通孔内，并通过所述定位螺钉固定于所述上固定环上。

根据本实用新型的弹性模量和泊松比测量装置，上固定环上与伸缩接触杆相对应的位置设置有相互轴向垂直的通孔和定位螺孔，定位螺孔与通孔相连通，纵向位移计的指针伸入通孔内，并通过定位螺钉固定于上固定环上，使纵向位移计的指针与伸缩接触杆的端面相接触。

优选的，所述加载机构、垫块、待测试件、和球铰的中心点位于同一轴线上。

根据本实用新型的弹性模量和泊松比测量装置，加载机构、垫块、待测试件、和球铰的中心点位于同一轴线上，可以保证待测试件进行弹性模量和泊松比测量时的准确性，提高其测量精度。

优选的，所述上固定环低于所述待测试件的上表面5～10mm；所述下固定环高于所述待测试件的下表面5～10mm。

根据本实用新型的弹性模量和泊松比测量装置，上固定低于待测试件的上表面5～10mm，下固定环高于待测试件的下表面5～10mm，可以保证待测试件进行测量时，横向位移计和纵向位移计始终位于待测试件的表面，保证测量的准确性。

优选的，所述上固定环与所述下固定环的直径分别为15～18mm，所述环形限位环的直径为20～25mm。

根据本实用新型的弹性模量和泊松比测量装置，环形限位环的直径分别大于上固定环、下固定环的直径，方便横向位移计的固定。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

图1是本实用新型的弹性模量和泊松比测量装置的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本实用新型的弹性模量和泊松比测量装置的加载示意图，其中，90s包括60s持荷和30s读数；60s为持荷。

在以上图中：1加载机构；2垫块；3待测试件；4横向位移计；5纵向位移计；6上固定环；601紧定螺钉；7下固定环；8伸缩接触杆；9水平杆；10环形限位环；11墩台；12球铰。

具体实施方式

参考图1-2，根据本实用新型的内容的实施例所提出的一种弹性模量和泊松比测量装置，包括：加载机构1、横向位移计4、纵向位移计5和墩台11；其中，所述墩台11上通过球铰12固定有待测试件3，所述待测试件3的上端面设置有加载机构1，所述加载机构1用于向所述待测试件3施加轴向压力；所述待测试件3的外表面通过紧定螺钉601分别固定有上固定环6和下固定环7，所述上固定环6位于所述下固定环7的上方，所述下固定环7上均匀设置有多个伸缩接触杆8，所述上固定环6上与所述伸缩接触杆8相对应的位置通过固定机构固定有纵向位移计5，所述纵向位移计5的指针与所述伸缩接触杆8的上端面接触；每个所述伸缩接触杆8远离所述待测试件3一侧的侧壁上设置有与所述伸缩接触杆8相垂直的水平杆9，所述水平杆9上固定有环形限位环10，所述环形限位环10均匀固定有多个横向位移计4，每个所述横向位移计4的指针指向待测试件3表面。

在以上实施例中，上固定环6通过四个紧定螺钉601固定于待测试件3的外表面，下固定环7通过四个紧定螺钉601固定于待测试件3的外表面，上固定环6位于下固定环7的上方。下固定环7上均匀分布有多个伸缩接触杆8，上固定环6上通过固定机构固定有多个纵向位移计5，每个纵向位移计5的指针与伸缩接触杆8的上端面接触，纵向位移计5用于测量待测试件3的纵向变形量。伸缩接触杆8用于测量不同尺寸的待测试件3的弹性模量和泊松比。每个伸缩接触杆8远离待测试件3一侧的侧壁上设置有与伸缩接触杆8相垂直的水平杆9，水平杆9上固定有环形限位环10，环形限位环10上均匀分布多个固定孔，横向位移计4的指针穿过固定孔并通过螺钉固定，横向位移计4的指针指向待测试件3表面，横向位移计4用于测量待测试件3横向的变形量；同时，横向位移计4通过环形限位环10和水平杆9与伸缩接触杆8固定连接，横向位移计4能随着伸缩接触杆8的移动而上下移动，在对不同尺寸的待测试件3的弹性模量和泊松比进行测定时，环形限位环10固定后，无需再次对横向位移计4进行调平，横向位移计4的指针始终可以对准待测试件3表面的中心区域。墩台11上通过球铰12固定有待测试件3，待测试件3的上端面设置有加载机构1，加载机构1用于向待测试件3施加轴向压力，使待测试件3产生横向和纵向的变形。

参考图1-3，本实用新型的弹性模量和泊松比测量装置具体的测量方法为：将球铰12水平放置在蹾台上，并将待测试件3水平放置在球铰12支座上，并将待测试件3放入上固定环6、下固定环7和位移计限位环中，并在上固定环6中竖直插入纵向位移计5，在环形纤维环中水平插入横向位移计4，将垫块2水平放置在待测试件3的上表面。通过加载机构1向待测试件3施加竖向荷载，通过数据采集系统进行数据采集：加载以力控制，以3kN/s的加载速度连续而均匀地加荷至初始压应力为0.5MPa的初始荷载值F0，保持恒载60s，立即以3kN/s的加载速度连续均匀加荷至1/3轴心的抗压强度fcp对应的荷载值Fa，之后以相同的速度卸荷至初始荷载值F0，重复以上步骤3～5遍后再加荷至初始荷载值F0，保持恒载60s并在之后的30s内记录位移计读数，立即连续均匀加荷至1/3轴心的抗压强度fcp对应的荷载值Fa，保持恒载60s并在之后的30s内记录位移计读数，加荷方法示意图如图3所示，当以上所测的变形值之差与它们平均值之比大于20％时，应重新对中试块后重做试验。其中，△nZ、△nH分别为最后一次从F0加荷到Fa时试件竖向及横向变形的平均值，最后按如下公式计算待测试件3的弹性模量E和泊松比μ：

弹性模量(E)：其中，

以上式中，E——弹性模量(MPa)；

Fa——应力为1/3倍的轴心抗压强度时的荷载(kN)；

F0——反复加载时的初试荷载(kN)；

A——待测试件3的承压面积(mm²)；

H——待测试件3的高度(mm)。

△nZ——最后一次从F0加载至Fa时待测试件3竖向变形的平均值(mm)；

——Fa时待测试件3竖向变形的平均值(mm)；

——F0时待测试件3竖向变形的平均值(mm)。

泊松比(μ)：其中，

以上式中，△nH——最后一次从F0加载到Fa时待测试件3横向变形的平均值(mm)；

——Fa时待测试件3横向变形的平均值(mm)；

——F0时待测试件3横向变形的平均值(mm)。

本实用新型的弹性模量和泊松比测量装置能同时测量待测试件3的弹性模量和泊松比，通过设置多个横向位移计4和多个纵向位移计5，使得待测试件3的竖向变形和横向变形的采集范围更加广泛，减少测量的误差，提高测量的精度；横向位移计4和纵向位移计5分别固定在环形限位环10和上固定环6后无需再次调平，操作简便，方便快捷，测量精度高，且能够测量不同尺寸的待测试件3的弹性模量和泊松比，测量范围更广。

根据本实用新型的一个实施例，所述伸缩接触杆8为电动推杆。

在以上实施例中，通过电动推杆的伸缩能对不同尺寸的待测试件3的弹性模量和泊松比进行测定，且横向位移计4通过环形限位环10和水平杆9与电动推杆固定连接，横向位移计4能随电动推杆的上下伸缩而上下移动，使横向位移计4的指针始终指向待测试件3的表面中心，无需对横向位移计4进行调平，方便快捷，测量精度高。

根据本实用新型的一个实施例，所述伸缩接触杆8包含第一伸缩杆、第二伸缩杆和第三伸缩杆；其中，所述第一伸缩杆滑动套装在所述第二伸缩杆中，所述第一伸缩杆靠近所述第二伸缩杆的一端的外壁上设置有凸起，所述第二伸缩杆上靠近所述第一伸缩杆的一端侧壁上设置有固定孔，所述凸起与所述固定孔相匹配；所述第二伸缩杆滑动套装在所述第三伸缩杆中，所述第二伸缩杆靠近所述第三伸缩杆的一端的外壁上设置有凸起，所述第三伸缩杆上靠近所述第二伸缩杆的一端侧壁上设置有固定孔，所述凸起与所述固定孔相匹配。

在以上实施例中，第一伸缩杆和第二伸缩杆通过相互匹配的凸起和固定孔实现伸缩与固定，第二伸缩杆和第三伸缩杆通过相互匹配的凸起和固定孔实现伸缩与固定，因此，通过第一伸缩杆、第二伸缩杆和第三伸缩杆的相互作用能对不同尺寸的待测试件3的弹性模量和泊松比进行测定，且横向位移计4通过环形限位环10和水平杆9与第一伸缩杆固定连接，横向位移计4能随第一伸缩杆的上下伸缩而上下移动，使横向位移计4的指针始终指向待测试件3的表面中心，无需对横向位移计4进行调平，方便快捷，测量精度高。

优选的，所述待测试件3与所述加载机构1之间设置有垫块2。

根据本实用新型的弹性模量和泊松比测量装置，待测试件3与加载机构1之间设置的垫块2用于测量时对待测试件进行保护。

根据本实用新型的一个实施例，所述待测试件3为棱柱体试件。

在以上实施例中，棱柱体试件的底面为正方形，边长为50～90mm，高度为150～300mm，使横向位移计4能都对准棱柱体试件的中心，测量精度更高。

参考图1，根据本实用新型的一个实施例，所述固定机构包含通孔、定位螺孔和定位螺钉；所述上固定环6上与所述伸缩接触杆8相对应的位置设置有通孔，所述通孔和所述定位螺孔相互轴向垂直设置于所述上固定环6上，且所述定位螺孔与所述通孔相连通，所述定位螺钉装配于所述定位螺孔内，所述纵向位移计5的指针伸入所述通孔内，并通过所述定位螺钉固定于所述上固定环6上。

在以上实施例中，上固定环6上与伸缩接触杆8相对应的位置设置有相互轴向垂直的通孔和定位螺孔，定位螺孔与通孔相连通，纵向位移计5的指针伸入通孔内，并通过定位螺钉固定于上固定环6上，使纵向位移计5的指针与伸缩接触杆8的端面相接触。

参考图1，根据本实用新型的一个实施例，所述加载机构1、垫块2、待测试件3、和球铰12的中心点位于同一轴线上。

在以上实施例中，加载机构1、垫块2、待测试件3、和球铰12的中心点位于同一轴线上，可以保证待测试件3进行弹性模量和泊松比测量时的准确性，提高其测量精度。

参考图1，根据本实用新型的一个实施例，所述上固定低于所述待测试件3的上表面5～10mm；所述下固定环7高于所述待测试件3的下表面5～10mm。

在以上实施例中，上固定环低于待测试件3的上表面5～10mm，下固定环7高于待测试件3的下表面5～10mm，可以保证待测试件3进行测量时，横向位移计4和纵向位移计5始终位于待测试件3的表面，保证测量的准确性。

参考图1-2，根据本实用新型的一个实施例，所述上固定环6与所述下固定环7的直径分别为15～18mm，所述环形限位环10的直径为20～25mm。

在以上实施例中，环形限位环10的直径分别大于上固定环6、下固定环7的直径，方便横向位移计4的固定。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些改动和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。