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霍普金森杆实验方法中材料弹性阶段杨氏模量及其曲线准确性分析

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爆炸与冲击 2024年

作者：周玄王伯通武一丁陆文成马铭辉余毅磊高光发南京理工大学机械工程学院

SHPB试验中试件的应力不均匀对应力应变曲线的弹性阶段有显著影响，而弹性阶段是混凝土等低声速材料或高应变率加载条件下某些金属材料的研究关键。针对一维杆系统，利用一维弹性增量波理论，推导了线性入射波作用时应力应变和杨氏模量... 详细信息

SHPB试验中试件的应力不均匀对应力应变曲线的弹性阶段有显著影响，而弹性阶段是混凝土等低声速材料或高应变率加载条件下某些金属材料的研究关键。针对一维杆系统，利用一维弹性增量波理论，推导了线性入射波作用时应力应变和杨氏模量的解析式，研究了试件两端应力差和速度差对试件弹性阶段曲线及杨氏模量准确性的影响；进一步给出了任意形状入射波作用下试件弹性阶段曲线和切线杨氏模量的求解方法，分析了入射波斜率和形状特征对试件应力均匀性及曲线的影响。结果表明：试件弹性阶段曲线及杨氏模量的准确性与试件两端应力差的变化趋势有关，但并不完全依赖试件两端应力差，与入射波斜率、形状特征以及试件屈服强度等因素耦合相关；线性加载波斜率增大，切线模量和割线模量与实际值的差异均增大，在斜率较大时，割线模量的准确性要高于切线模量；入射波形状以正弦波为参考，曲线的初始斜率低，切线模量的准确性要高于割线模量，曲线的初始斜率高则相反。

关键词： SHPB 杨氏模量应力均匀性应力波

基于不同杨氏模量的聚氨酯基防结冰涂层的制备及研究

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高分子学报 2024年

作者：宋伟李凤英张定军陈磊周惠娣陈建敏中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室中国科学院大学材料与光电研究中心

以4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)为原料，通过改变R值，获得了不同杨氏模量(0.72～5.95 MPa)的单组份湿固化型聚氨酯弹性体(PUE)涂层，用不同分子量聚醚二元醇进行对比，探究涂层杨氏模量对冰黏附强度的影... 详细信息

以4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)为原料，通过改变R值，获得了不同杨氏模量(0.72～5.95 MPa)的单组份湿固化型聚氨酯弹性体(PUE)涂层，用不同分子量聚醚二元醇进行对比，探究涂层杨氏模量对冰黏附强度的影响.结果发现，较高分子量聚醚二元醇系列具有较低冰黏附强度(平均57.71 kPa)，随涂层杨氏模量增大，对应冰黏附强度呈先增大后减小趋势.分析表明，低杨氏模量涂层(如PTMEG-1000作软段时，1.05～2.96 MPa)在水结冰膨胀过程中，涂层表面易产生变形，形成凹凸不平结构，提供更多黏附点供冰结构黏附，使得冰黏附强度与表面能密切相关，造成冰黏附强度增大的可能性.而较高杨氏模量涂层(如PTMEG-1000作软段时，2.96～5.95 MPa)存在冰黏附强度的降低区间不符合杨氏模量与冰黏附强度的正相关关系，这是因为受低温回弹力作用，冰与涂层产生弹性失配，诱发产生微裂纹使得冰-涂层界面空化，造成冰黏附强度减小的可能性.因此，合理利用涂层杨氏模量对冰黏附强度的影响机制可以有效降低冰黏附强度.

关键词：聚氨酯弹性体杨氏模量冰黏附强度机械性能

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纳米材料杨氏模量的尺度依赖性

太原理工大学学报 2024年第3期55卷 427-436页

作者：李慧太原理工大学材料科学与工程学院太原030024

【目的】纳米材料杨氏模量与其对应的大块材料的杨氏模量完全不同,并且具有明显的尺度依赖性,然而纳米材料杨氏模量随尺度的变化却是多样且复杂的。一些金属纳米材料杨氏模量随着尺度减小而增大,并高于块体杨氏模量值;而一些半导体纳米... 详细信息

【目的】纳米材料杨氏模量与其对应的大块材料的杨氏模量完全不同,并且具有明显的尺度依赖性,然而纳米材料杨氏模量随尺度的变化却是多样且复杂的。一些金属纳米材料杨氏模量随着尺度减小而增大,并高于块体杨氏模量值;而一些半导体纳米材料的杨氏模量却随尺度的减小而降低,且低于块体杨氏模量值。这种相反的变化趋势的原因却并不清楚。【方法】基于纳米热力学理论,以纳米材料结合能为基础,从原子势函数与材料杨氏模量的内在关系出发,引入反映材料原子键本质的参数,详细推导了纳米材料杨氏模量定量解析过程,阐述了金属、非金属等纳米材料杨氏模量值和其随尺度的变化规律;揭示了纳米材料表面模量、内部模量对体系杨氏模量的贡献,并利用材料参数阐明纳米材料杨氏模量与尺度、原子键的物理关系。【结果】所构建的理论解析模型对零维纳米颗粒、一维纳米线和二维纳米薄膜的杨氏模量都进行了成功的预测。

关键词：纳米材料杨氏模量尺度效应热力学结合能

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压水堆核电站完整和破损燃料棒硬度和杨氏模量研究

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原子能科学技术 2024年第1期58卷 157-165页

作者：杨钦轲王华才程焕林汤琪宋武林王玮郭一帆中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究所北京102413

利用热室内金相显微镜、纳米压痕仪和拉曼光谱仪分别对燃耗为41 GW·d/tU破损棒和45 GW·d/tU完整棒的化学相互作用(FCCI)层、包壳及燃料芯块进行了表征分析。结果表明:完整棒燃料芯块外围硬度较小,其主要原因是芯块外缘出现了多孔隙的... 详细信息

利用热室内金相显微镜、纳米压痕仪和拉曼光谱仪分别对燃耗为41 GW·d/tU破损棒和45 GW·d/tU完整棒的化学相互作用(FCCI)层、包壳及燃料芯块进行了表征分析。结果表明:完整棒燃料芯块外围硬度较小,其主要原因是芯块外缘出现了多孔隙的高燃耗结构(HBS);破损棒燃料芯块硬度则沿径向朝内整体呈下降趋势,这主要与燃料芯块孔隙率的变化和重构有关。燃料棒破损后,冷却水进入包壳芯块间隙与芯块发生反应,芯块外缘孔隙率显著降低,从而导致芯块外缘区域硬度较高;同时,气孔的迁移引起晶粒重构形成大尺寸柱状晶,造成破损棒燃料芯块中间和中心区域硬度下降且低于完整棒燃料芯块。燃料棒的破损不会改变芯块的相组成,因此完整棒与破损棒芯块的杨氏模量区别不大。完整棒FCCI层硬度沿包壳向芯块逐渐增加,杨氏模量则先减小后增加;破损棒FCCI层硬度先增加后减小,杨氏模量变化与硬度变化基本相似,该现象的出现可能源于FCCI层相结构的转变、辐照硬化和裂变产物掺杂的共同作用。燃料棒破损后包壳的氢化及氧化使得破损棒包壳硬度与杨氏模量均显著高于完整棒。

关键词：化学作用层完整棒破损棒硬度杨氏模量

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杨氏模量实验测量方法的改进

物理通报 2024年第3期 120-124页

作者：张仕青徐波杨健李玉绣防灾科技学院电子科学与控制工程学院河北廊坊065201 防灾科技学院土木工程学院河北廊坊065201 防灾科技学院基础部河北廊坊065201

介绍了梁弯曲法测量杨氏模量的实验方法,并在该方法基础上采用LVDT电压位移传感器去测钢尺弯曲形变的同时,增加了利用光杠杆进行读数的方法,对两种测量方法测得的实验数据进行比对,得到利用LVDT电压位移传感器测量数据的方法有实验数据... 详细信息

介绍了梁弯曲法测量杨氏模量的实验方法,并在该方法基础上采用LVDT电压位移传感器去测钢尺弯曲形变的同时,增加了利用光杠杆进行读数的方法,对两种测量方法测得的实验数据进行比对,得到利用LVDT电压位移传感器测量数据的方法有实验数据的波动小、精确度高,并且实验装置更加简易,操作更加简单,读取数据直接等优点.

关键词：杨氏模量梁弯曲法 LVDT电压位移传感器光杠杆法

大学物理实验课程的通识教育探究——以“拉伸法测定弹性材料的杨氏模量”为例

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物理与工程 2024年第2期34卷 87-91,97页

作者：张晓磊张钰伊尹亚玲陈丽清华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200241 华东师范大学物理与电子科学学院物理实验教学中心上海200241

“大学物理实验”课程是理工科学生较早接触的实验操作类课程,涵盖了力学、热学、电学、磁学、光学等多个分支领域。华东师范大学大学物理实验教学团队在实验教学中坚持将学科知识和通识元素有机融合,将综合育人的理念贯穿始终。本文以... 详细信息

“大学物理实验”课程是理工科学生较早接触的实验操作类课程,涵盖了力学、热学、电学、磁学、光学等多个分支领域。华东师范大学大学物理实验教学团队在实验教学中坚持将学科知识和通识元素有机融合,将综合育人的理念贯穿始终。本文以“拉伸法测定弹性材料的杨氏模量”为例,从“实验背景、目标要点、通识融入、案例挖掘”入手,探讨如何在大学物理实验教学过程中实施通识教育,以期兼顾“授业解惑和传道育人”,践行立德树人的教育初心。

关键词：大学物理实验通识教育杨氏模量

用光干涉和衍射装置替换光杠杆的杨氏模量测量方法

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大学物理 2024年第4期43卷 44-48,74页

作者：王国友范沁资雄朱文逸陈光伟陈浪湖南工业大学理学院湖南株洲412007 湖南工业大学机械工程学院湖南株洲412007 株洲市第八中学湖南株洲412008

本文利用光的干涉原理和单缝衍射原理设计杨氏模量实验仪,根据光的干涉和衍射条纹的变化规律测量金属丝受拉力作用下的微小长度变化量,进而实现金属丝杨氏模量的高精度测量.为了满足光的干涉实验条件,采用气动拉力调节装置代替砝码,解... 详细信息

本文利用光的干涉原理和单缝衍射原理设计杨氏模量实验仪,根据光的干涉和衍射条纹的变化规律测量金属丝受拉力作用下的微小长度变化量,进而实现金属丝杨氏模量的高精度测量.为了满足光的干涉实验条件,采用气动拉力调节装置代替砝码,解决了仪器的晃动问题,并实现了拉力改变的无级调节和电子秤拉力直读,把传统的测量杨氏模量实验由一个单纯的力学实验变成了一个力学与光学相结合的综合性实验,丰富了实验内容,拓宽了学生的视野,提高了学生分析问题和解决问题的综合能力.

关键词：杨氏模量微小长度改变量气动拉力调节光的干涉单缝衍射

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采用安培力与偏振法测量杨氏模量

物理实验 2024年第6期44卷 18-22页

作者：张纯淼吴雅苹刘伟杰黄家傲厦门大学物理科学与技术学院福建厦门361005 厦门大学微纳光电子材料与器件教育部工程研究中心福建厦门361005 厦门大学福建省半导体材料及应用重点实验室福建厦门361005 厦门大学化学化工学院福建厦门361005

基于杨氏模量的测量原理,设计并搭建了新的实验装置.利用导电线圈对待测钢丝产生应力,采用偏振法测量相应的应变,测得钢丝的杨氏模量为(2.22±0.15)×10^(11)N/m^(2).测量装置小型化、精度高、易操作,并具有力、光、电、磁等多模块的知... 详细信息

基于杨氏模量的测量原理,设计并搭建了新的实验装置.利用导电线圈对待测钢丝产生应力,采用偏振法测量相应的应变,测得钢丝的杨氏模量为(2.22±0.15)×10^(11)N/m^(2).测量装置小型化、精度高、易操作,并具有力、光、电、磁等多模块的知识整合,可以作为大学物理实验教学中的综合性探究实验.

关键词：杨氏模量安培力偏振

基于微课的大学物理实验混合式教学设计——以杨氏模量的测量为例

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科教导刊 2024年第2期 127-129页

作者：刘海楠姚陆锋姚琨海军工程大学基础部物理教研室湖北武汉430030

本文针对传统大学物理实验教学模式的弊端,探讨并提出一种基于微课的混合式教学模式。以“杨氏模量的测量”为案例,详细设计了三个教学环节:课前自主学习、课中深化训练、课后巩固拓展。该教学模式强调以学生为中心,互动与探索,通过微... 详细信息

本文针对传统大学物理实验教学模式的弊端,探讨并提出一种基于微课的混合式教学模式。以“杨氏模量的测量”为案例,详细设计了三个教学环节:课前自主学习、课中深化训练、课后巩固拓展。该教学模式强调以学生为中心,互动与探索,通过微课的巧妙运用,提升了实验课堂的趣味性和参与度,有望为大学物理实验教学改革提供新的思路。

关键词：微课混合式教学大学物理实验杨氏模量