弹性化实验（精选十篇）
弹性化实验 篇1
关键词：弹性支座梁,受力性能,实验研究
0前言
用实验的方法研究弹性支座梁计算模型的正确性,并且确定弹性支座梁实验结构的极限荷载及正常使用荷载。本文通过实际的槽钢和螺栓杆测定弹性支座梁的受力特性。
1实验设计
本实验用槽钢作为梁,用两根不同直径和长度的螺栓杆做为弹性支座。两根螺栓杆固定于现有的实验装置上,并与下边的梁通过打孔连接。梁中点处有一固定支座。具体实验操作及实验装置图见图1。
1.1 实验装置
采用长6 m的[10的钢梁,在钢梁两端1.5 m处打孔,并与螺栓杆连接;弹性支座分别采用Φ4,Φ6,Φ10的螺栓杆模拟;采用三个位移计,设置三个观测点,分别记录梁在每级荷载下的竖向位移。加载试块,每块12kg用来施加荷载,两边对称加载,分十二级加载;支座,弹性支座梁中点处的支座;加载篮,盛放加载试块,具体装置见图2～3。
1.2 加载设计
为了更好的测试弹性支座梁在竖向荷载作用下的位移。将实验数据与理论模型计算结果相比较,来确定弹性支座梁计算模型的正确性。我们选择在距中点750 mm处对称分级加载,每次每边12 kg分十二级加载。具体位置加载点见加载图,如图4所示。
(1)加载图设计。
(2)加载制度设计。
加载的过成中,要始终保持弹性支座梁的稳定,防止在加载过程中产生的震动,使位移计的读数不准确。加载时两边要对称,同时加载。
1.3 观测设计
在支座与螺杆之间会产生较大变形。因此,我们把观测点设在距跨中1 m处设为观测点。另外两个观测点设在螺杆处。由于位移计数量有限,所以我们只测了如图4加载图所设计的三个测试点,并准确记录位移计在每级荷载下的数据。在采用位移计量测试之前应先对位移计进行设定。
2实验实施
2.1 模型组装
①支座安装就位,把槽型钢梁放在支座上;②把两根螺栓杆的上端分别于刚度较大的钢梁相连接,下端与弹性支座梁连接;③吊篮安装就位;④位移计安装就位。
2.2 加 载
两边对称分级加载,每级每边 12 kg用来施加荷载,分十二级加载。
2.3 观测并记录数据
每次加载后,待位仪表稳定后记录数据(见表1)。
3实验理论计算
图5为简化模型是一次超静定弹性支座梁。把固定支座处换做X,根据力法计算一次超静定,求出X。求出X后,结构可以简化为静定的弹性支座梁的计算。从而求出该弹性支座梁的位移。计算如下:在这次试验中,我们选取的螺杆是,左边螺杆为Φ4,长度为1 550 mm,右边螺杆为Φ6长度为1 700 mm。根据公式k=EA/l计算出螺杆的刚度。Φ4的刚度K1=1.7×103N/mm,Φ6的刚度K2=3.49×103N/mm,L=3000mm。
基本体系的选取:
各自的弯矩图:
列平衡方程:
根据力法列平衡方程,该弹性支座的位移包括两部分,弹性支座的变形和外力引起的变形。
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解得:undefined
左边弹性支座的位移,即1号测点的位移:undefined
右边弹性支座的位移,即3号测点的位移:undefined
距右边弹性支座500 mm处,即2号测点的位移:
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经计算得出各点的理论计算位移,见表2。
4实验分析
4.1 数据处理
弹性支座梁的实验数据与理论数据的比较见图6。
4.2 实验结果分析
从图6的位移分析中我们可以看出,我们的实测值要大于理论计算的值。2点的位移最大,且试验与理论接近程度最高。1,3点与实际试验结构有点差距。无论理论和实验1点的位移都大于3点的位移。从而验证了弹性支座梁计算模型的正确性。产生误差的原因归为:①因为我们的钢梁和螺杆是重复做试验的,本身就存在了一定的变形;②在实验装置安装够成中存在一些安装固定问题;③实验加载时还有一些附加物造成误差的产生;④位仪表数由于实验装置不稳定就读数和人为读数的差异;⑤理论计算过程一些材料特性的取值以及简化计算时的误差。
5结论
(1)实验所测数据大于理论计算的值。
(2)通过实验研究,验证了弹性支座梁计算模型的正确性。
(3)确定了弹性支座梁实验结构的极限荷载及正常使用荷载。
参考文献
[1]沈学斌.弹性支座刚性梁的支座反力求解法[J].河海大学学报(自然科学版),1993,(4).
[2]朱先奎.变截面连续梁问题的混合解法[J].建筑结构,1996,(6).
[3]王彦生.弹性支座安装调整及其特性[J].铁道建筑技术,2009,(1).
[4]孙强,陆守香.火灾环境下具有弹性支座钢构件的稳定性能[J].中国安全科学学报,2004,(2).
弹性模型实验技术 篇2
介绍了火箭弹性模型实验技术,包括模型对火箭的质量分布、刚度分布的模拟,模型的`加工制做,激振机构的研制,支撑元件的研制以及几期实验的结果综合.
作 者：白葵 冯明溪 Bai Kui Feng Mingxi 作者单位：北京空气动力研究所,北京,100074 刊 名：流体力学实验与测量 ISTIC EI PKU英文刊名：EXPERIMENTS AND MEASUREMENTS IN FLUID MECHANICS 年，卷(期)： 13(1) 分类号：V211.78 关键词：风洞实验 运载火箭 非定常流 气动弹性力学 气动稳定性
个性化分级阅读的实验 篇3
关键词：个性化 分级阅读
·【中图分类号】G252
一、分级阅读的概念
分级阅读，就是按照少儿儿童不同年龄段的智力和心理发育程度为儿童提供科学的阅读计划，为不同孩子提供不同的读物，提供科学性和有针对性的阅读图书。分级阅读起源于发达国家，在香港、台湾地区发展了十几年，分级阅读概念产生于对少年儿童生理和心理特征的科学分析。少年儿童在不同的成长时期，阅读性质和阅读能力是完全不同的。
二、前期评价
要进行个性化分层阅读，就要学生的阅读水平、阅读兴趣、阅读习惯等进行前期性评价，确定孩子阅读的层次。比如刚刚从幼儿园升入小学的孩子，识字量、阅读水平参差不齐，只有了解学生原有的知识水平，才能给孩子提供合适的阅读读物。我们通过识字检测、阅读绘本、与家长交流都方式了解孩子的阅读起点，划分孩子的阅读层次，并保存原始资料，为每个孩子建立档案。
三、分级阅读书目
广东碧桂园学校投入大量的资金购置书籍，除了丰富图书馆的藏书量外，还给每个班的图书角配置了大量的书籍，孩子们可以随时随地地阅读。根据孩子们的水平差异，学校为小学生提供10个层次30个级别的阅读书籍，满足不同阅读能力孩子的需要，为开展个性化分层阅读提供了坚实的基础。以一年为例，共分为1A级、1B级、1C级、2A级、2B级、2C级6个级别的书。这些分级读物从识字量、阅读篇幅、文章内容深浅等逐步递增。
每年的“化利是为书香”班级捐书活动，也为班级图书角增添不少书籍。孩子们购书时大多数是按自己的阅读兴趣来选书，女生偏向故事类的书，男生很多购买的是百科全书类的，这样班级图书角的书从性别上也能得到满足。
四、保证阅读时间
有书读，还有有时间读。广东碧桂园学校是寄宿制的学校，国际部小学作息时间表中18：30—19：20是静心阅读的时间，固定时间做同样的事，对培养孩子的阅读习惯有很大的帮助。
除了晚上的静心阅读时间，每个班级每周有一节图书馆课。孩子们可以在“书的海洋”里尽情遨游，不管是什么阅读层次，有什么阅读爱好的学生，都能在图书馆里找到适合自己的书。孩子们还可以从图书馆借出自己喜欢的书。
课堂上，老师们也越来越重视提高课堂效率，提高孩子的时间管理能力，在完成学习探究任务之余，孩子们还能挤出时间阅读。
五、分级阅读指导
大量的符合孩子年龄特点的书吸引了孩子们阅读。有书读，有时间读，还要有兴趣读。在分层阅读指导中，我们采取了一下措施：
1、阅读与听读结合
很多从国外翻译过来的读物都没有拼音，这书书籍就内容而言非常贴近孩子的生活，但是对识字量不足的一年级孩子来说，独立阅读有困难。为此，老师为一级的每一册书都配上音频，孩子们可以一边听读，一边对照书籍翻看。因为降低了难度，这一层次的孩子们的阅读兴趣浓了，通过大量的听读，孩子的识字量得到提升。
2、分层共读
将阅读水平相同的孩子集中在一起共读一本书，根据孩子的情况适当渗透看题目质疑、分角色朗读、人物分析、看图想象等不同的阅读策略，让每个孩子在自己原有水平上都得到提高。
在指导1级的孩子阅读1A级的《噼里啪啦》系列时，我选了“尾巴”一书，从“尾”的字理分析开始激发孩子的阅读兴趣：“尸”表示屁股，屁股上长“毛”的地方是“尾巴”；屁股下面流出来的“水”就是“尿”；吃进去的“米”饭，从屁股里出来就是“屎”。然后让孩子们轮读“斑马的尾巴有斑纹”、“猎豹的尾巴有斑点”……孩子们可以借助图画认读或者猜出“斑马”、“河马”、“猎豹”等词，固定的句式“谁的尾巴怎么样”和反复出现的“尾巴”一词都减低了孩子阅读的难度。刚入读一年级的孩子在老师的引导下可以轻松地阅读一本书，增强了他们的阅读自信。建立了阅读的自信，有了阅读的策略，孩子们很主动地抢着去阅读《噼里啪啦》系列的另外15册书。
六、分级阅读评价
在阅读初期，为了保护学生的阅读兴趣，要尽量让学生“无负担”的阅读，不提问、不做笔记，只做学生喜欢的阅读分享。到了一年级下学期开始，引导学生“不动笔墨不读书”，开始做简单的读书笔记。对读书笔记的要求也要考虑学生的层次。 如：阅读水平低的只做简单的摘抄，以积累词句为主。阅读能力一般的可以梳理故事的六要素：时间、地点、人物、起因、经过、结果。阅读能力稍强的学生可以记录自己最喜欢的人物角色，以及简单的评价。到了高年级还可以通过比较阅读提出自己观点。
“只有适合孩子的才是最好”，在个性化教育的实施中，分层阅读能够满足不同孩子的阅读需要，让所有的孩子都能在自己原有水平上有所提高，能更有效地提高学生阅读兴趣、养成良好的阅读习惯。
参考：
体操助跳板弹性系数实验研究 篇4
关键词：体操助跳板,变形量,回弹高度,软板,硬板
体操助跳板, 运用于女子体操比赛项目中的跳马运动, 是体操跳板中不可或缺的工具。因为体操跳板的参数问题, 通常让运动员不能很好的发挥实力。面对这样的困惑我们对助跳板是否符合体操器械规定进行测量和比较。
涉及的专业名词:冲击块:质量为20kg±0.2kg, 冲击平面为直径100mm±5mm的圆平面。冲击点原位:在无外力作用下, 助跳板上表面所处的位置。变形量:冲击点原位与其被冲击后向下的最大位移距离。回弹高度:冲击点原位与被冲击后冲击块反弹的最大位移距离。
1理论分析
根据中华人民共和国国家标准中体操器械对助跳板测量的规定有对如下冲击原位进行测试。
对回弹高度的测量使用如下方法。
将质量为20kg±0.2kg冲击平面为直径100mm±5mm的圆平面, 置于垂直距离冲击点原位800mm处, 在标有刻度的板作为背景的前提下, 竖直落下分别对7个冲击点原位进行试验, 用高帧数摄像机记录全部过程, 用会声会影视频处理软件进行分析测量出各点的回弹高度。
对变形量的测量使用如下方法。
测量尺制作方法:如图1中测量变形量的尺为白色PVC管组合, PVC管组合由两根PVC管组成, 两根管子进行同轴组合, 在内部的PVC管上标注刻度便于读数, 再做同样的PVC管组合1套。内PVC管在接近PVC管尾部打一个孔, 用不锈钢管连接两套PVC管组合。如图安装后, 使不锈钢管紧靠助跳板上板下端。当助跳板受到压力时, 助跳板上板面会下降然后在弹簧的作用下回到原位置。而当助跳板上板面下降过程中时, 内PVC管会随上板面一起下降到最低点, 最后停在那个位置。此时在PVC管组合上分别读出左右两边PVC管组合上面的读数再减去原位置, 度数的差值就是助跳板的变形量。
2实验数据分析
2.1实验数据 (表1)
2.2助跳板冲击弹性参数 (表2)
3结果分析
由实验结果看出, 实验数据与国家体操器材助跳板去规定的参数符合。说明本实验使用的方法是可以用于检测助跳板是否标准。在实际操作中在测量变形量时, 所用方法会由于摩擦产生部分系统误差。在测量回弹高度时, 由于拍摄视角的一些偏差导致系统误差。
参考文献
个性化物理实验教学研究论文 篇5
课程改革要求教学体现建构性、生成性和多元性．多元性总是客观的存在而又常常被忽略的一个问题．传统的教育常常会用“一把高标准尺子”去衡量和评价所有的学生．受“标准化”和“规范化”的制约，我们的教学过分要求学生达到同等标准，从而导致过高的统一要求，忽视学生的差异．美国心理学家加德纳提出人的智慧是多元的，不是单一的．由于学生的遗传、家庭背景和成长环境不同，每一位学生个体都有着与众不同的独特品质．正是这种差异性和独特性，构成了每个学生的个性，使学生与学生区别开来．从多元智能来看，差异不是“差”，差异是一种现实，是一种资源，是教学的财富．教学中要特别重视学生个性，尊重人的差异性、多样性，重视学生独特的感受、体验、主体性、潜能的挖掘，及时满足学生合理的需求．忽视学生个体差异和个性发展，这是一个共性的问题，在物理实验教学中同样存在．学生的物理实验教学也存在着单一和僵化．从物理实验的角度来看，学生也存在着不同的经历、不同的生活背景、不同的社会阅历、不同的智能特长，因此学生在实验过程也会产生个性化的设计、操作、结论等等．所以，“基于学生个性化的物理实验教学”存在着必然性和紧迫性．
弹性化实验 篇6
初中物理课外实验个性化教学实践思考物理课外小实验所秉承的教学方式一定是个性化十足。教师只有在教学理念和教学手段上凸显个性化，才能激发学生学习的热情。对学生而言，个性化的教学手段以及思维是促使他们学习的催化剂，也是帮助他们将小实验过渡到兴趣实验的助力。因此，教师要懂得将课外实验教学与个性化的教学手段结合在一起，帮助学生用个性化的思维找寻实验素材，探寻实验结果。
一、课前实验，激发学习热情
物理知识体系复杂，各章节知识相互交织，教师只有通过实验才能把知识化难为易。但是，短暂的45分钟实验课并不能完全解决学生的疑惑，为了加深学生对物理知识的印象，促使学生为今后的学习打下良好的基础。课前导入和预习是物理教学的重要环节，教师需要让学生通过课前实验，提前了解本节课需要掌握的内容。教师在指导学生开展课前实验时应该了解初中生的学习情况和生理、心理特点。大部分的初中生在学习物理知识之前都会因为物理知识的复杂性和抽象性产生畏难情绪，影响学生的自学成果，所以开展课前实验活动是尤为重要的。教师需要结合课本知识，要求学生在尊重教学内容的基础上创新实验步骤和实验内容，以求达到良好的自学效果。
例如，教师在教学“凸透镜成像规律”内容时，需要提前为学生布置预习任务，让学生在生活中寻找实验素材，观察生活中的凸透镜。并提供实验室安排学生做凸透镜成像实验。学生在实验过程中可以增加自己的感性知识，拉近课文知识与自己的距离。当然，学生开展课前实验需要遵循一定的原则，在遵循原则的基础上观察实验现象。同时教师还应该发挥自己的主导作用，通过设置问题来调动学生探究的热情，让学生在思考和观察的同时提高学习物理知识的能力。
又如，“不能把电流表与电源串联”这个只是学生也很难领悟，笔者建议教学中引导学生在实验室连接如图1所示电路，通过滑动滑动变阻器来观察电流表示数的变化，滑动变阻器还没滑到A端，电流表就满偏了，这时候大多数学神跟会停下来，考虑继续滑动电流表是否会损坏的问题没教学难点不攻自破。
二、课堂实验，凸显个性化教学手段
初中生的个体差异较为明显，作为物理教师在制定教学策略时需要充分考虑每个学生的基本情况，因材施教，确保自己的教学方式迎合初中生的需求。物理教师需要针对学生的兴趣和爱好以及掌握知识的程度划分学习小组，并针对每组的学习程度和特点进行授课。针对基础较弱的小组，教师需要以夯实基础为主。而针对学习能力较高的小组，教师则需要以挖掘其潜力为主。针对小组特点进行授课既能尊重学生的发展情况，又能发挥每个学生的个性和优势，更能让初中生在小组学习过程中锻炼自己的协作沟通能力。
教师除了根据学生的个性划分学习小组之外还需要使教学内容趋向个性化。在教学之前需要明确教学重点和难点，有选择性的教授学生知识，而不是全盘按照教材内容灌输给学生。教师在教学时需要把教学内容按照难度高低划分为不同的层次，用线索把知识串联起来，同时根据内容设定问题，让学生带着问题思考。通过这种方式，可以帮助初中生明确物理教材中的难点和重点，在学习时可以避免“眉毛胡子一把抓”。有选择地接受，既能调动学生学习物理知识的热情，又能让学生收获更多的知识，获得学习能力的提升。
物理教师除了使教学方式和教学内容凸显个性化之外，还需要培养初中生的个性化思维，鼓励初中生在遵守课堂纪律的基础上张扬个性，表现自己。初中生的成长环境和思维习惯不同，思维方式也不同。物理教师既要肯定学生的思维习惯，还要在教学过程中帮助学生纠正错误的思想。这样既能尊重学生又能使学生充分的表现自己，提高自己的学习效率。例如，教师在讲解“看到水中筷子、鱼的虚像是光的折射现象”时，有的学生会提出：“那是不是我们所看到的事物都是光的折射现象？”“光的折射和反射现象的区分点在哪？”当学生提出这几点疑问时，教师不要急于否定而是先要肯定他的说法有道理，然后再通过具体的实践验证学生的说法是否正确。教师先鼓励学生多角度思考问题，再引导学生用实践证实自己的想法是对是错。通过这种方式能够调动学生主动探究的兴趣和热情，学生在实践中也会加深自己对光的反射与折射知识的印象，锻炼自己的动手能力。
三、课后实验，巩固已有成果
课外实验是物理教学和实验
教学的补充与延伸。教师除了指导学生开展课前实验以外还需要辅助学生进行课后实验，让学生用实验巩固已有成果。教师在指导学生开展课后实验时需要贴合学生的生活实际。大部分的物理实验步骤较为复杂，脱离学生实际，教师在讲解时也不能使学生完全理解和接受。所以，为了加深学生对知识的理解，教师需要使实验贴近学生的生活，让学生利用课后实验突破在学习过程中遇到的重点问题，加深对物理概念的理解。
例如，“光的折射与反射”，课本已经涉及到了有关这部分知识的实验步骤和最终结果。但是，学生只有通过实验之后才能准确掌握实验步骤。所以，教师在讲解完“光的折射与反射”之后需要让学生开展课后小实验，巩固学生对“光的反射和折射”知识点的理解。通过课外实验既能锻炼学生的动手能力，又能让学生在实验中感受物理知识的魅力，可谓是一举两得。
教师开展物理课外小实验，既需要考虑到学生的接受能力，又需要增加实验的趣味性。让学生在试验中体会物理知识的魅力，并在实践中锻炼动手能力，以此推动初中物理教学的进程。
四、动手制作，感受实验魅力
对物理实验来说，最重要的便是实验素材和实验器具。但是，如何一味地依靠实验室里的器材进行实验，会降低学生实验的兴趣，学生无法感受自主动手，制作，探究的过程，也就无法深入理解器材对于实验而言的重要性。因此，突出实验个性化教学的又一手段，教师便应该将动手制作贯穿在课前预习、课堂教学以及课后复习的三个环节当中，在课前预习的过程中，教师可以让学生根据预习的内容进行器材的选择。例如，在预习摩擦起电知识的过程中，教师可以让学生用生活中相对简单的工具进行实验。或用尺子在自己的头发上摩擦观察头发的状态；或撕一些碎纸屑，用尺子在衣服上进行摩擦，再靠近碎纸屑观察纸屑的状态。这两种实验方式都能直观的看到摩擦起电的现象，拉近物理知识和学生之间的距离。
总而言之，促使初中物理小实验实现个性化是物理教师在引导学生进行实验的目的之一。传统的实验教学过程已经无法迎合初中生的需要。在形形色色电子产品的刺激下，越来越多的初中生不安按照传统的学习方法进行学习，而是想要探寻更年轻化的个性化的学习方式、实验方式。因此，物理教师完全有必要结合初中生的要求，在课前预习、课堂教学、课后复习的过程中实现个性化的实验教学，促使学生在三个环节中学会动手制作实验器具，感受物理实验的魅力。
参考文献：
＼[1＼]李国平.浅析初中物理课外小实验的充分激发和体验＼[J＼].中学物理，2014，（05）.
＼[2＼]古胜利.浅析初中物理小实验在教学中的重要性＼[J＼].文理导航，2015，（12）.
“弹簧弹性势能表达式”的实验探究 篇7
探究可以是实验探究,也可以是理论探究,这里用学生所学过的知识设计一则实验探究弹簧弹性势能的表达式(决定式)。
一、实验目的
用学生学习过的知识或已有的生活实践经验,设计一个实验方法,通过实验探究得出弹簧弹性势能的表达式(决定式)。
二、实验装置
如图所示:
三、实验原理
通过被压缩的弹簧,将一质量为m的小铁球(大小可忽略)在水平桌面上弹出并做平抛运动,测量小球水平抛出的距离s,抛出的高度h,运用弹性势能与动能的转化守恒原理,得出弹簧弹性势能的表达式(决定式)。
四、实验器材
天平、刻度尺、金属小球、不同劲度系数的弹簧两根、固定弹簧的定位板、白纸、复印纸。
五、实验步骤
1.将固定弹簧的定位板,置于一水平较光滑的桌面上,使弹簧的原长度刚好到桌边缘(小球半径可忽略)。
2.用一张白纸铺在小球落地点的地面上,上面盖一张复印纸并压紧。
3.用小球压缩弹簧,测出弹簧的压缩量x。
4.释放压缩弹簧的小球,测出小球抛出点到落地点的水平距离s,测出桌面到地面的高度h。
5.多次改变压缩弹簧的改变量x,重复上述步骤,并将多次测出的弹簧改变量x,小球抛出点到落地点的水平距离s,抛出高度h的数据记录在表格中。
六、数据的记录与处理
m=0.03kg g=9.81m/s2 k=26.5N/m
由可得抛出速度
由弹性势能转变为动能并守恒Ep=EK
可得到:
从实验数据分析可知(排除误差) s=3x
所以
探究Ep与弹簧劲度系数K的关系。
保持弹簧的形变量x不变,探究可知,K值越大的弹簧,小球被弹簧弹出的水平距离s越远(反之s越小)。考察可知为一常数,故有:
EP∝x2及EP∝k
综合上述实验探究结果可得:
EP∝kx2(k为弹簧劲度系数,x为弹簧形变量)
则有(β为一比例系数)
所以
代入数据,并考虑误差的因素,可推得β=0.5
由此可以推得弹簧弹性势能的表达式(决定式)为
高强度钢板非弹性回复行为实验研究 篇8
随着能源和环境问题的日益突出, 汽车的轻量化也成为必然发展趋势。选用轻质材料是轻量化的一个有效途径, 因此高强度钢板在汽车上的应用也越来越多。目前, 高强度钢板在汽车上应用主要存在两方面的问题:一是随着强度增大, 冲压成形性下降;二是回弹大, 定形精度低, 这严重影响了冲压件的质量及车身装配精度。所以对高强度钢板冲压件的回弹预测和控制一直业界研究的重点。
回弹预测中必需的一个材料参数就是弹性模量。目前大多数回弹分析将弹性模量当作恒定不变的参数, 但有研究表明多数金属如铜及铜合金[1,2]、铝及铝合金[3,4,5]、铁及铁合金[6,7,8,9,10,11,12,13]均存在非弹性回复现象, 即卸载过程中应力与应变呈非线性变化, 而不是线性变化。这个现象在宏观上可视为塑性变形过程中弹性模量随着变形不断变化, 而非恒定不变。
本文选择了两种回弹问题较严重的高强度钢板, 强度较高的TRIP600和强度较低的H220BD钢板为对象, 比较分析这两种钢板在塑性变形过程中非弹性回复行为, 并建立弹性模量的计算公式, 为进一步提高回弹仿真精度提供参考。
1 实验方案
单向拉伸实验按GB/T228-2002标准在装有精确拉伸计的Zwick Roell拉伸试验机上进行, 实验材料选用冷轧TRIP600钢板和H220BD钢板, 其厚度分别为1.0mm和0.7mm, 这两种材料拉伸试样的规格及制作方法完全相同, 标距为50mm, 材料拉伸方向与轧制方向平行。为了尽可能减小机械加工对残余奥氏体的影响, 采用线切割法切割试样。
实验加载方法如图1所示, 首先将试样加载到塑性应变ε1时卸载, 然后再对同一个试样加载到塑性应变ε2时卸载, 如此反复直至达到预定应变水平。本文对TRIP钢板试样分别按约0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30共6个应变水平进行加载和卸载, 对H220BD钢试样分别按约0.04、0.08、0.12、0.16、0.20、0.24、0.28的应变水平加载和卸载。每个应变水平下的弹性模量的获取按如下方法[4]:考虑卸载时卸载系统反应的滞后, 首先对所测应力应变数据进行比较, 求得每次卸载时的准确应变水平值;然后取得实验测得的应力应变曲线的弹性部分, 对这些数据进行多项式拟合;再对拟合所得多项式求导并求得零点处的导数值, 该值即为相应应变下的弹性模量值。
2 结果与讨论
图2为实验所测TRIP600和H220BD两种钢板的工程应力应变曲线, 表1列出了相应的基本力学性能参数。比较这两条曲线可得:①TRIP600钢板同时具有高强度和良好延伸性。其屈服强度和抗拉强度分别为472MPa和658MPa, 约为H220BD钢板相应值的两倍。其均匀延伸率也达到了25.4%, 和H220BD钢板基本相同, 与一般的钢板随着强度增加而延伸性能显著降低不同。②TRIP600钢板在由屈服到颈缩之前表现了较强的硬化性能, 尤其是刚进入塑性屈服之后的那一段, 这表明TRIP600钢板具有更高的应变硬化指数, 从而具有更好的均匀变形能力。
图3和图4分别为TRIP600钢板和H220BD钢板在不同应变水平下卸载所得的工程应力应变曲线。由图3可见, 每次卸载后再加载应力应变曲线出现向上的小台阶, 而且这个台阶在应变水平为0.05～0.15时较大, 然后随着应变的增加而减小。这表明卸载后再加载时的材料硬化能力提高, 且应变硬化水平随着变形增加而改变, 在均匀延伸的前大半阶段应变硬化较显著, 随后逐渐减小。上述现象对图4中的H220BD钢板却不明显, 主要原因在于这两种钢板的强化机制不同。TRIP600钢板是一种具有相变诱发塑性特点的材料, 其微观组织中存在含碳量较高的残余奥氏体, 这种残余奥氏体不稳定, 在塑性变形的诱导下会发生向马氏体的转变, 转变的同时使得晶界处应力集中得以释放, 结果使得材料塑性提高且应变硬化能力增强[14]。而H220BD钢板是一种烘烤硬化钢, 其强化机制是固溶强化[15]。由于钢中存在固溶C或N, 冲压成形时产生位错, 在约170℃左右涂漆烘烤处理过程中, 固溶C与位错相互作用, 使钢板强度上升。也就是这种钢板的强化需要产生位错并且要经过烘烤处理才能实现, 在室温下的变形中强化效应不易实现。
图5和图6分别是TRIP600和H220BD钢板在塑性应变为0.209和0.200时卸载获得的应力应变曲线, 图5和图6中均有3条线, 曲线APB为实验获得真实应力应变数据, 直线AB是直接连接卸载曲线首尾两点所得, 直线AC为根据初始弹性模量计算的应力-应变直线。
比较这3条线可知:实际卸载过程中应力与应变成非线性关系, 产生的实际回复变形大于线性回复变形, 在图5和图6中表现为曲线APB对坐标横轴的投影BD显著大于直线AC对坐标横轴的投影CD。为此, 将卸载产生的应变回复分为两部分:一部分为由初始弹性模量计算的弹性回复应变, 如图5、图6中CD部分;另一部分为非弹性回复应变, 如图5、图6中BC部分。图5中总应变回复为0.005, 非弹性应变回复约为0.001, 非弹性应变回复所占比例约为20%。图6中, 总应变回复为0.001 90, 非弹性回复约为0.000 36, 非弹性应变回复所占比例约为18.9%。从非弹性回复所占比例来看这两种钢板相近, 但从非弹性回复应变的绝对值来看TRIP600钢板要高出H220BD钢板很多, 这是因为TRIP600钢板在卸载时应力已达到800MPa, 而H220BD钢板卸载时应力只有335MPa。
如上所述, 金属材料的非弹性回复行为的力学表征可用弹性模量的变化来描述。根据图3和图4中的应力应变曲线以及实验方案中所述的计算方法可求得每个应变水平下卸载曲线所对应的弹性模量值, 所求得的弹性模量如图7所示。由图7可见, 弹性模量随着应变的增加呈递减趋势, 但递减速度随着应变的增大而逐渐减小, 曲线最终趋向平行于坐标轴。这是因为塑性变形不仅可以引起位错密度的增大, 而且可以引起位错结构的改变。随着变形的增大, 位错密度增大, 使得位错缠结和高密度的位错墙形成, 这些位错缠结和位错墙的逐渐增多给位错运动增加了障碍, 从而产生可动位错密度增大缓慢并趋于饱和的现象。弹性模量的改变决定于可动位错密度的大小[12,16], 这样塑性变形到一定程度时弹性模量的减小幅度逐渐减小并最终趋于恒定。
图7中的两条曲线是根据实验数据采用指数衰减函数拟合的曲线[17], 相应的函数表达式如下:
实验所测TRIP600钢板的弹性模量为
E=156.7+45.4exp (-6.7εp) (GPa) (1)
实验所测H220BD钢板的弹性模量为
E=161.6+55.6exp (-7.15εp) (GPa) (2)
由式 (1) 和式 (2) 可以实时计算塑性变形过程中的弹性模量。
3 结论
(1) 高强度钢板卸载中产生的应变回复由弹性应变回复和非弹性应变回复组成。本文研究的TRIP600钢板和H220BD钢板在塑性应变为0.2时卸载所产生的非弹性应变回复所占比例基本相同, 约为19%～20%, 但H220BD钢板非弹性应变回复的绝对值远低于TRIP600钢板。
(2) 塑性变形中TRIP600钢板和H220BD钢板的弹性模量随着应变的增大而减小, 但不是无限减小, 当应变增大到一定程度时弹性模量趋于一个稳定值。
(3) 对塑性变形过程中弹性模量减小的问题的考虑可以提高回弹预测的精度。
弹性化实验 篇9
关键词：低温冷冻外科,超声弹性成像,肿瘤物理治疗,冰球,手术监测
低温外科手术从提出到获得推广,经历了一个漫长的发展过程[1]。早期,虽然此项技术在一些人体深部肿瘤的治疗方面报道了许多令人鼓舞的结果,但距离为临床普遍接受还存在一定距离,原因主要是由于冷冻控制方面的困难所致[2]。低温医学中实施选择性冻伤的关键之一在于发展无损成像技术,相应的监测对象主要是冻结范围即冰球大小。在迄今所建立的各种成像方法中,超声作为一种实时成像工具,既能引导冷冻探针的插入定位,又能监测出冷冻后组织冻结坏死所形成的冰球边缘,并可多角度探测,特别是由于其检查成本适中,因而在肝癌、前列腺癌等的冷冻治疗中发挥了重要作用。该方法实际上自其在低温医学中的应用被提出以来就一直是临床上所采用的主要影像监测措施之一。然而,这种方法在实践中仍然存在很大局限性,主要问题在于测量对象—冰球与周边组织的对比度不高,图像分辨率相对较低。因此,若能很好解决这一问题,无疑将能更充分地发挥超声监测在冷冻外科手术中的作用。在超声影像技术的一些新发展中,弹性成像作为一种能捕捉生物组织弹性特征的方法[3],在一定程度上弥补了常规超声的不足,它充分地利用了病变组织弹性变化的特点,能更加清晰地显示、定位病变以及鉴别病变性质,因此在一些诊断环节如乳腺癌检测上已取得良好成效[4]、[5]。总体上,超声弹性成像是通过获取组织的弹性信息而成像,而在冷冻手术中,柔软的组织在冻结形成冰球后,其弹性模量会发生显著变化。比如,冰的弹性模量约为53 MPa,是组织弹性模量的10倍左右。因此可以推断,如果将超声弹性成像应用到冷冻手术的监控中,则有可能获得较高的成像对比度。正是基于这一考虑,我们于前期首次提出了监测冷冻外科手术中冻结范围的超声弹性成像方法[6],并从理论上研究了新方法的有效性。
本文基于前期研究基础,通过设计模拟实验采集超声射频数据,重建超声弹性成像,来评估新方法在冷冻监测中的可行性。
1 实验设计
实验中使用的仪器为迈瑞DP-9900全数字黑白超声诊断系统(每帧的扫描线为240条,每条扫描线采样4115个点,采样率为20 MHz)。所采集的数据通过外置的射频数据采集卡传送到计算机。实验中选用3.5 MHz凸阵探头(圆弧半径50 mm,波束夹角为55°)。
测试对象选用明胶代替生物组织,配置质量分数为6%的明胶溶液,加热至明胶融化,再冷却至凝固。在凝固前,将所要观察的物体放入明胶中,作为超声试验中待观测的对象。在自制明胶体模中倒入少量水做耦合剂。
实验中用铁架台固定住超声探头,使之正好与自制明胶体模界面接触,由此得到的B超图像清晰。松动铁架台,尽量将探头垂直下移压缩体模界面,在压缩过程中及压缩后分别连续采集10帧图像。
压缩方法需满足的条件为:垂直压缩、施力均匀和施力大小易控。常规方法是借助电控机构推动挤压板装置,但实现起来相对复杂。为此,本文探索了一种简捷高效的压缩方法——加水压缩法,如图1所示,即直接在明胶体模中加入水,利用水的压力来挤压体模。水是超声的良好的耦合剂,不会对图像产生影响,而实验中所使用的体模均为在明胶中加入想要观察的物体,明胶接触水不会溶解,故也不会对体模产生影响。研究表明,水压法很容易满足垂直压缩、施力均匀和施力大小可控制的成像要求。
数据采集时需要注意的问题有:压缩过程中对组织施加负载的变化时间应大于数据采集时间,以确保数据采集过程中,负载基本不变;为避免大位移引起的超声散射回波畸变,通常施加的负载均比较小。同时,忽略组织的粘弹性,而将其假设为各向同性的线弹性体。一般其压缩量控制在1%。
2 实验数据处理
2.1 采集数据预处理
由于采集的只是射频数据,没有经过数字扫描变换器,要显示图像需要进行扫描变换。
本文实验中采用的是凸阵探头,扫描变换的过程涉及坐标变换与插补。图2给出了扫描变换后的扇形图像,其中虚线部分表示被测物体。
2.2 超声弹性成像
实现弹性成像的基本过程为[4]:利用探头或者一个探头-挤压板装置,沿着探头的纵向(轴向)压缩组织,分别采集组织压缩前、后的射频信号,利用互相关算法对信号进行分析,得到组织内部在不同位置的位移;然后经过数值微分操作,计算出组织内部的应变分布情况,并以伪彩图或灰度图的形式显示出来,即可得到所谓的应变图像或弹性图像。由此图像可间接反映出组织内部的弹性模量分布。
在上述算法基础上,为提高成像精度,可进行两处改进:(1)由于受射频信号采样率限制,利用互相关法进行时延估计的误差在±0.5个采样点之间。为减小这一误差,我们对互相关函数进行了二次曲线插值,从而明显降低了时延估计的误差;(2)由于组织受压缩,相应回波信号产生形变,每段信号只能与原信号部分重合,因此实验估计的结果不够准确。为减小波形畸变对实验估计的影响,采用了压缩扩展的方法[7],即线性插值,将被压缩信号拉伸成与原信号同长,以增加压缩前后波形的重合度。详细处理可参阅文献[6],此处不赘述。
经过改进后得到的算法精确度得到了明显提高,经用于下文中计算仿真数据的弹性图评估后,效果较好。
3 实验结果
研究中,我们分别制备出三种不同的体模,计算超声弹性成像并分析其结果,从而在实验上验证超声弹性成像在监测冷冻手术上的可行性。
3.1 含玻璃块的体模
为考察超声弹性成像应用于强反射物体的效果,我们首先对由硬质长方体玻璃块与明胶制成的模型进行了测试,相应的B超成像如图3所示。随后,我们分别在模型中加入2 cm、3 cm深的水,并采集射频数据,由此计算得到超声弹性图像,结果如图4所示,红色反映了不规则形状玻璃体的外轮廓。可见,与原始B超图像作对比,待测对象的弹性图像显得更加清晰。
3.2 常温组织体模情形
如下以瘦肉、肥肉等组织为研究对象,考察超声弹性成像应用于生物组织时的效果。实验所采用的体模分别为肥肉明胶体模、瘦肉明胶体模和瘦肉肥肉混合明胶体模,其中明胶质量分数均为6%。
图5给出了几种常温组织体模的B超图和超声弹性成像图对比。红笔标出的轮廓皆为不规则形状的组织的外轮廓。可以看到,在常温组织监测方面,超声弹性成像的图像分辨率及对比度与B超成像相比,没有明显的提高。这是因为,超声弹性成像是对组织的应变量成像,而B超则是对组织中存在声阻抗差异的反射界面成像。因此,当组织弹性模量大小相差不大,而组织的声阻抗不同时,超声弹性成像的区分能力弱于B超成像。
对于存在明显弹性模量差异的组织,则可以得到清楚得多的图像。从图5(b)、图5(d)中可以看出,超声弹性成像能很清楚地区分出肥瘦肉和明胶的范围,而且所显示组织的范围基本与其在B超下的成像一致。
超声弹性成像的对比度与弹性模量差是直接相关的。如图5(b)中的肥肉组织较图5(d)中的瘦肉组织的外轮廓清晰,这是因为肥肉组织的弹性模量与明胶弹性模量的相差量,大于瘦肉组织与明胶的相差量。
组织弹性发生变化后,可较明显地反应在超声弹性图像上。图5(f)成像比其他图片模糊的主要原因在于体模。本实验的3个体模均用新鲜的猪肉组织同时制备,通过实验安排,我们将瘦肥肉混合体模放置时间较长,组织由于长时间在明胶中的浸泡,其弹性会发生变化,即变软。从而将其图像的成像效果与图5(b)、图5(d)对比,可以比较明显地看出变化。由此可以预见,当组织发生冻结时,会在弹性成像上呈现很好的对比度,而这一点对于监测冷冻手术中冰球的成长和消融过程将十分有利。
3.3 冻结组织体模情形
如下考察冻结组织的情况,以模拟超声弹性成像监测冷冻外科手术的情形,以进一步从更接近真实的实验上验证相应方法的可行性。
首先分别将肥瘦肉组织放置在冰箱冷冻,温度控制为-26oC,使组织完全冻结。制备明胶溶液,溶液制好后置于2oC处让其冷却(温度过低会使明胶溶液直接结冰)。在明胶溶液冷却并即将凝固之前,将制好的冻结组织放入明胶溶液中,并将含有冻结组织的明胶溶液在-26oC中放置约5分钟,使明胶表面凝固成型。
利用水压法采集冻结组织体模的数据。体模经过运输、超声仪器准备等环节,其内的冻结组织与明胶接触的部分会融化,从而出现组织的固液交界面,而中心的冰冻组织类似冰球,正好模拟了冷冻手术中需要观察的冰球的情况。
如图6中所示,(a)、(c)为冻结组织体模的B超图像,(b)、(d)为相对应的超声弹性成像图。两条标注线之间是未冻结组织,而下方的标注线是冻结分界线。从这些实测结果可以看出,超声弹性成像具有准确性高、分辨率高的特点。
4 讨论
如下讨论由于实验条件和算法理论的不同,导致产生的误差及改进方向。
4.1 凸阵探头产生的影响
图7(a)为凸阵探头成像原理图。本实验使用的超声探头的圆弧半径为50 mm,超声波束夹角为55o,超声采样率为20 MHz。由于使用凸阵探头,压缩前后的同一条超声扫描线对应的组织已经发生了改变,故使用前文提到的超声弹性成像算法将会产生一定的误差。下面定性分析误差的来源及大小。
图7(b)为实验中凸阵探头成像示意图。超声束从O点发出,超声OMH为波束中左侧最边缘的一根。因此使用的腹腔探头,探测深度较大,而根据平常使用的经验,体模是最大深度的一半左右,即在AD=2000采样点左右,矩形ABGH为探头的最大视野,而矩形ABCD为明胶体模的位置。
当加水压缩明胶体模后,设体模被压缩1%,即AB面压缩到FE处。则原来在ML线上的组织移动到NL线上。但是在超声弹性成像的算法中,使用压缩前后的OML扫描线上的采样点进行互相关运算,从而找出位移的变化。但事实上,压缩前后的组织并不在同一条超声扫描线上。设组织压缩后偏移角为γ,则容易看出,在所有的偏移角γ中,最左端和最右端的偏移角即∠MLN为最大者。而垂直线OP处的采样点没有偏移。下面计算∠MLN的大小。可以写出(注:式中长度单位为采样点):
由余弦定理可得:
由以上计算可得:
(1)在所有的偏移角中,偏移角∠MLN为最大。故本实验中使用凸阵探头对每条扫描线造成的偏移不大于0.22o。
(2)OP扫描线的组织在压缩前后并不发生偏移,越是接近OP处,发生的偏差越小。故实验时尽量将需要观察的物体放在超声波束的中间部位。
(3)单就一条扫描线来看,则底部的偏移小,顶部的偏移大。如ML扫描线上,L处没有偏差,而M点偏差20个采样点,故应该尽量将需要观察的物体放在超声视野的下方。
(4)如果明胶体模的深度AD增加,则各扫描线的偏移角不发生变化。但是扫描线上方的点的偏移数增加。因此没有必要加大明胶体模的深度。
4.2 超声弹性算法的改进方向
本实验使用的算法和硬件设备并不完善。超声弹性成像的算法相对单一,从超声仪器中直接采样出来的射频数据没有经过有效的去噪算法处理,较之在超声仪器中显示的图像分辨率差一些。文献[6]利用拟合数据已经验证了本实验所采用的超声弹性算法的正确性以及较高的分辨率。其明显的缺点即为抗噪能力较弱。而实验数据为直接采集自未经有效去噪的射频数据,包含许多噪声,因此会使超声弹性成像算法的结果出现较多失真。
4.3 加水压缩法与实际应用的差别
加水压缩法中,使用了装在固定容器中的明胶来模拟人体组织,故加水之后组织只有垂直方向的压缩。因此在超声弹性成像算法中只需要考虑2维数据的互相关问题。而在实际操作中,探头压缩组织后,组织既有垂直方向也有水平方向的压缩,故需要考虑3维数据的互相关,来确定压缩的情况。考虑到算法和硬件两方面的制约,本文研究定位为初步在理论和实验上验证超声弹性成像在冷冻手术监测上的可行性。可以预计,后期若能改进算法和设备,还将大大提高实际成像效果。最后,在临床应用中,需要人体组织冷冻前后的弹性模量的基础数据。要想使得超声弹性成像在冷冻手术中得到应用,首先需要对人体组织冷冻前后的弹性模量进行测量。个体之间虽然有一定差异,但是可限定在一定的误差范围内。弹性模量基础数据的确定可以帮助有效地判断组织的类型及冻结的程度。
5 结论
超声弹性成像作为一种对组织力学特性实施成像的技术,理论上可用于任何可用超声监测的、可接受静态或动态压力的组织系统,前景比较广阔。目前,这种方法主要用于乳腺癌[8]、前列腺癌的检测[9],心肌功能的评价[10],肾脏和前列腺等具有弹性模量差异的正常解剖结构的成像[11],用于射频消融检测,强度聚焦超声检测的研究[12]以及化学消融范围监测[13]等。
低温冷冻治疗作为一种新的绿色肿瘤治疗方法,具有麻醉镇痛、止血或减少出血以及能防止肿瘤扩散等优点,且副作用远低于放疗和化疗,被确认为是一种治疗抗药性很强的大块肿瘤的重要方法[14]。如果能精确的控制冷冻范围,则低温冷冻方法无疑会成为一种临床肿瘤治疗的理想选择。
弹性化实验 篇10
液体的体积弹性模量是描述液体性质的一个重要的物理量, 是表征液体材料力学特性的一个重要参数, 决定了一系列液体材料的物理性能。在汽车的液压刹车和减振系统中通过对各种液体弹性模量的研究可以选择出最优的液体作为刹车液和减振液[1]。在等效弹性模量法识别油藏的含油水储层方面, 研究不同情况下液体的弹性模量就能更准确的识别油储层的性质。国内在对液体弹性模量的测量[2,3,4,5]做了许多研究, 国外还采用了比较先进的激光技术对液体弹性模量进行研究测量[6]。
本文通过测定液体密度和超声波在液体中的传播速度来间接测量液体的体积弹性模量。利用超声光栅来测定超声波在液体中的传播速度[7], 用密度计测量液体的密度, 温度用热电偶温度计[8]进行测量。以观察在同一矿化度时体积弹性模量随温度的变化规律和在同一油水比时体积弹性模量随温度的变化规律。
1测量液体体积弹性模量的原理与技术
1.1超声测量液体体积弹性模量的基本实验原理
根据液体媒质中的超声波平面波的波动方程与理想媒质中的平面波波动方程比较, 可得到液体中的纵波声速
于是液体体积弹性模量的测量公式为
由式 (2) 可知, 要测量液体体积弹性模量需要测得超声波在被测液体中的传播速度。在本实验中用超声光栅测量超声波在被测液体中的传播速度。
1.2超声光栅测量超声波在液体中的传播速度
超声波在液体中以纵波形式传播。由光学理论, 对于超声光栅, 由于其光栅常数等于超声波的波长Λ, 因此可以写成
当θk很小时式 (3) 可以写为
显然, 只要已知入射光波波长λ, 测出第k级衍射条纹对应的衍射角θk以及超声波的频率f, 就可以得到透明液体中的声速c为
1.3实验系统
测量液体体积弹性模理的测量系统主要由三个部分组成, 分别为超声波产生系统、光路观测系统和载物系统, 如图1所示。
1—激光器;2—扩束筒;3—旋转固定螺钉;4—水平调节镙钉;5—测量显微镜物镜;6—测量显微镜测量旋扭;7—测量显微镜物镜调节镙钉;8—测量显微镜目镜;9—信号发生器粗调;10—信号发生器微调;11—压电陶瓷
2测量液体体积弹性模量的实验数据与处理
2.1液体体积弹性模量与温度关系的实验数据
2.1.1 在同一矿化度下研究液体体积弹性模量与温度关系的实验数据
矿化度为10 g/L时测得数据如表1所示, 矿化度为50 g/L时测得数据如表2所示。
2.1.2 在同一油水比下研究液体体积弹性模量与温度关系的实验数据
油水比为0.20时测得实验数据如表3所示, 油水比为0.67时测得实验数据如表4所示。
2.2测量液体的体积弹性模量实验数据处理结果
根据实验原理, 在实验中所使用的光源为激光。实验中所用的激光器所发射的激光波长为635 nm, 设入射光波长为λ, ±k级衍射条纹间距为2dk, 则第k级衍射条纹对应的衍射角θk为
同一矿化度下液体体积弹性模量与温度关系的实验所测得数据处理结果如表5和表6所示;同一油水比时油水混合液体积弹性模理与温度关系的实验所测得数据处理结果如表7和表8所示。
3实验结果与分析
3. 1同一矿化度时温度对液体体积弹性模量的影响
为了研究温度对液体体积弹性模量影响, 设计了当矿化度不变时在7个不同温度下对水溶液体积弹性模量进行测量, 温度的变化范围为20～80℃。分别在矿化度为10 g/L的低矿化度和矿化度为50 g/L的高矿度时进行实验。实验测量的同一矿化度时液体密度、液体中的超声波速度、液体体积弹性模量随温度变化的关系如图2、图3、图4所示。
从图2中可以看出, 无论是高矿化度还是低矿化度, 液体的密度都随温度的升高而降低, 密度与温度成线性关系, 这是由物质本身的特性所决定的。
图3表明, 超声波在高矿化度液体中的传播速度随温度的升高而增大, 而超声波在低矿化度液体中的传播速度随温度的升高而降低。这主要是因为超声波在NaCl中的传播速度是随着温度的升高而升高, 而超声波在水中的传播速度是随温度升高而降低, 低矿化度时水是液体中的主要成分, 高矿化度时NaCl是液体中的主要成份, 液体中的主要成份决定着超声波传播速度随温度的变化。
图4表明, 液体体积弹性模量在高矿化度液体中随温度的升高而增大, 液体体积弹性模量在低矿化度液体中随温度的升高而降低。图4与图3的形状很相似, 所以同理可得出液体体积弹性模量随温度变化出现这样规律的主要原因是NaCl的体积弹性模量是随着温度的升高而升高, 水的体积弹性模量是随温度升高而降低, 低矿化度时水是液体中的主要成分, 高矿化度时NaCl是液体中的主要成份, 液体中的主要成份决定液体体积弹性模量随温度的变化。由图4分析可知, 可以在矿化度范围10 g/L～50 g/L找到某一个矿化度使得液体的体积弹性模量不随温度变化, 这个矿化度有重要的意义, 但具体矿化度值有待确定。
3.2同一油水比时温度对液体体积弹性模量的影响
为了研究温度对液体体积弹性模量影响, 设计了当油水比不变时在7个不同温度下对液体液体弹性模量进行测量, 温度的变化范围为20～80。分别在油水比为1/4的低油水比和油水比为2/1的高油水比时进行实验。实验测量的同一油水比时液体密度、液体中的超声波速度、液体体积弹性模量随温度变化的关系如图5、图6、图7所示。
从图5中可以看出, 高油水比时密度随温度的升高而增大, 而低油水比时密度随温度升高而降低, 这是由液体中主要成份物质本身的特性所决定的。
从图6可以看出, 超声波在高油水比液体中的传播速度随温度的升高而增大, 而超声波在低油水比液体中的传播速度随温度的升高而降低。原因与分析图3相同, 不再重述。
图7表明, 液体体积弹性模量在高油水比液体中的传播速度随温度的升高而增大, 液体体积弹性模量在低油水比液体中随温度的升高而降低。主要原因是甘油的体积弹性模量是随着温度的升高而升高, 水的体积弹性模量是随温度升高而降低, 低油水比时水是液体中的主要成分, 高油水比时甘油是液体中的主要成份, 液体中的主要成份决定液体体积弹性模量随温度的变化。同样, 分析图7可知, 可以在油水比在0.2～0.8范围找到某一个油水比值, 使得在这一油水比值时, 液体的体积弹性模量将不随温度变化。
4小结
通过实验得出的结果, 可以得到的结论温度对液体体积弹性模量都有显著影响。当温度升高时, 低矿化度的液体的体积弹性模量随温度升高而减小, 高矿化度的液体的体积弹性模量随着温度升高而增大, 低油水比液体的体积弹性模量随温度升高而增大, 高油水比的液体的体积弹性模量随着温度的升高而减小。
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