豹驰（BOACH）声学：金属板件的杨氏模量检测方法及差异分析

   金属板件大批量应用成为交通行业的趋势，杨氏模量作为材料力学的关键参数之一已成为影响产品轻量化设计的关键，其直接影响到产品的结构动力学及强度设计；如何准确有效的获取金属板件结构的杨氏模量成为产品数字化模型搭建的关键输入条件。

1. 背景介绍

    我们常接触的金属板件产品如下：

  图1-1：日常生活中的交通工具使用的金属板结构

以钢材料为例：根据以往的机械设计手册建议值，在进行产品设计研发过程中，我们基本上都将钢的杨氏模量定义为206GPa或200GPa进行设计，这个建议值是否合理？是否正确？

以下我们针对车用不锈钢板件进行检测说明钢板件的杨氏模量问题。

1. 2. 杨氏模量测试方法介绍：

     常规的材料的杨氏模量检测方法有以下三种：

1）静态拉伸方法：

• 通过应力应变的关系曲线，采用线性斜率拟合方式获取杨氏模量；

• 通过自由状态下的振动特性，获取棒材的杨氏模量；

3）悬臂梁动态测试方法：

• 通过悬臂梁的动态特性数据，获取板材的杨氏模量；

3.1 基础理论介绍

1）悬臂梁测试方法

     悬臂梁测试方法基于悬臂梁的动态信息，用于识别材料杨氏模量；

      静态拉伸方法通过应力应变的关系式获取材料杨氏模量，其采用拉伸过程中的应力应变变化曲线的斜率进行迭代，如图3-2所示。

     以某车用的板材为例，对同一批次的不锈钢进行测试样条制作，并进行材料杨氏模量检测。

• 1）静态拉伸获取的应力应变曲线及结果如下图3-3所示；

图3-3 某钢条实际拉伸的应力应变曲线

    依据上述的案例分析结果，我们深入的分析为什么会产生如此的差异，将拉伸的材料测试结果进行大量的线性时间段数据进行斜率（杨氏模量分析）分析，获取不同时间段的等效杨氏模量，进行数据对比，如下图3-7所示：

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基于上述的讨论，在制作样件满足悬臂梁测试要求的情况下，悬臂梁动态测试方法获取的杨氏模量更符合实际状态；而对于拉伸方法其引入的误差因素较多，根据测试结果，目前我们可以得到如下分析：

• 悬臂梁测试方法和测试结果不涉及微变形的测量，因此测试相对精度可控，但其对板件材料的制样要求较高，不能出现微变形；

• 拉伸测试方法涉及到应变的测量，因此其采用光学测试方法进行微变形的测试，其测试结果准确性受到仪器设备及人员操作的影响较大；

• 同时标准中的数据处理方法和处理区间内不同人员处理，可能获取的数据差异略大；

• 板件属于薄壁件，在进行拉伸夹持上，其夹持工装设计及样件制作会造成测试的误差；

• 根据拉伸方法分段处理方法获取的平均杨氏模量（虽然不属于标准内规定的处理方式），其结果与动态法较为一致，可以作为一种数据处理的参考。

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BOACH目前都基于那些材料进行了测试服务？

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持续关注，未来材料的应用案例逐步增多，涉及的材料应用场景同步更新！