论文总字数：13193字

摘 要

本文介绍了杨氏模量的概念和测定杨氏模量的方法。比较了静态和动态两种测量杨氏模量的方法。然后又介绍了虚拟仪器，并且在动态法的基础上提出了一种基于虚拟仪器技术动态杨氏模量测量系统，给出了杨氏模量测量系统的测量原理和整体方案。使用LabVIEW驱动计算机中的声卡代替传统共振法中的示波器和信号发生器，并且将计算机中的声卡作为信号源和检测器，提高了测量的精度。通过试样共振时虚拟示波器上显示的李沙育图像找出待测试样棒的共振频率，然后由杨氏模量计算公式求出材料的杨氏模量值。这种测量方法和传统测量杨氏模量方法相比，降低了实验成本且操作简单，便于学生更好地了解和熟练实验的原理和操作过程。

关键词：杨氏模量 虚拟仪器 声卡 LabVIEW 共振频率

Development of young's modulus measuring instrument based on virtual instrument

Abstract

Firstly, the concept of young's modulus and the method of measuring young's modulus are introduced, and the static method and dynamic method are compared. Then, virtual instrument is introduced, and a dynamic young's modulus measurement system based on virtual instrument technology is proposed, and the measurement principle and overall scheme of young's modulus measurement system are given. LabVIEW is used to drive the sound card in the computer to replace the oscilloscope and signal generator in the traditional resonance method, and the sound card in the computer is used as the signal source and detector to improve the measurement accuracy. The resonance frequency of the sample bar to be tested is found by li shayu's image displayed on the virtual oscilloscope when the sample resonates. Compared with the traditional method of measuring young's modulus, this method reduces the cost of the experiment and is the operation is simple, so that students can better understand and be familiar with the principle and operation process of the experiment.

Key Words: Young's modulus; Virtual instrument; The sound card; LabVIEW; Resonance frequency

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1杨氏模量概念 1

1.2杨氏模量测量实验研究现状 2

1.2.1静态测量法 2

1.2.2动态测量法 5

1.3本课题研究背景和意义 6

1.4本课题研究主要内容 7

第二章 虚拟仪器杨氏模量测量仪的原理 8

2.1虚拟仪器的介绍 8

2.2总体设计思路和设计原理 9

2.3共振频率测量 9

第三章 硬件部分选择和设计 11

3.1测量仪的整体结构 11

3.2信号放大器 12

3.3声卡的应用 13

第四章 软件部分选择设计 14

4.1前面板的设计 14

4.2程序框图的设计 15

4.2.1发声模块 15

4.2.2接收模块 16

4.2.3相位差模块 16

4.2.4显示李沙育图像 17

第五章 数据结论与展望 18

5.1测试结果 18

5.2总结 20

5.3展望 20

参考文献 21

致谢 23

第一章 绪论

1.1杨氏模量概念

当今社会工程设计不断地发展，杨氏模量是选择机械零件和工程设计中零件性能的重要依据。杨氏模量的测量对研究金属材料、钎焊材料、纳米材料、半导体、聚合物、橡胶等材料的力学性能具有重要意义。

杨氏模量是因为英国医生和物理学家托马斯·杨（Tomas Yang）所取得的巨大成就所命名的。根据胡可定律，在物体的弹性极限内，应力与应变相互对应，其比率就是材料的杨氏模量^[1]。杨氏模量说明的是固体材料对变形的抵制力，它只受原料自身物理性质的作用。杨氏模量的大小和材料的刚度有着密切的关系，杨氏模量越小，变形越容易发生相反杨氏模量越大，变形越不容易发生。杨氏模量的表达式如下（1-1）所示。

(1-1)

其中，E表示杨氏模数，σ表示正向应力，ε表示正向应变^[2]。杨氏模量单位是Pa或帕斯卡，但一般来说，由于许多材料具有非常大的杨氏模量，因此必须使用MegaLabs(MPa)或数十亿Pascals(GPA)作为其工程单位。这样才能满足它们的需求。杨氏模量值越大，材料在压缩或拉伸作用下的变形越小。材料的化学成分是影响杨氏模量数值的因素^[3]。在平常生活中大部分材料的杨氏模量不是一个准确的数值而是在一定范围内波动的数值。如表1-1所示，几种材料的杨氏模量值是常见的。

表 1-1几种材料的杨氏模量

1.2杨氏模量测量实验研究现状

存在许多用于确定固体材料的杨氏模量的方法，并且测量方法通常分为静态方法，动态方法，波速测量方法等。其中静态法有梁弯曲法和静态拉伸法；动态方法包括脉冲冲激方法，声共振方法，声速方法等。

1.2.1静态测量法

请支付后下载全文，论文总字数：13193字