測量彈性模量
採用厚度測量和缺陷檢測解決方案測量彈性模
這則應用註釋說明如何採用厚度測量和缺陷檢測解決方案測量彈性模量。敬請閱讀這篇文章，了解如何確定非分散各向同性工程材料的楊氏彈性模量、剪切彈性模量和泊鬆比。
了解彈性模量
楊氏彈性模量被定義為材料在拉伸或壓縮狀態下的應力（單位面積的受力）與其相應的應變力（變形）之間的比率。
剪切彈性模量類似於材料在剪切應力作用下的應力與應變力之間的比率。
蒲松比是指材料在某個軸向上受拉或受壓時，其橫向應變力與其在相應軸向上的應變力之間的比率。
這些基本的材料特性在許多製造和研究應用中頗受關注，而且可以基於測量到的材料聲速和材料密度通過計算而確定。使用適當的設備，採用超聲脈衝回波技術，可以很容易地測量材料的聲速。
以下概括說明的一般程序適用於任何質地均勻、各向同性、非分散的材料（聲速不會隨著頻率而更改）。這些材料包含大多數常見金屬、工業陶瓷和玻璃，只要它們的橫截面尺寸不接近檢測頻率波長即可。也可以測量硬質塑料的聲速，如：聚苯乙烯和丙烯酸，雖然這類材料的聲衰減性較高，測量起來比較困難。
橡膠材料由於具有較高的分散性和非線性彈性特徵，其聲速不能通過超聲方式測量。軟性塑料在剪切模式中同樣會表現出很高的衰減性，因此從實際情況來看，通常不能被檢測。對於各向異性材料來說，它們的彈性特徵會隨著方向的變化而改變，而它們的縱波和/或橫波聲速也是如此。要為各向異性材料樣件生成一個完整的彈性模量矩陣，一般需要6組不同的超聲測量值。材料的孔隙率或粗粒度會影響超聲彈性模量測量的準確性，因為晶粒的大小與方向，或孔隙的大小與分佈這些情況會在不考慮材料彈性的情況下，引起聲速的變化。
模量計算所需的設備
測量用於模量計算的材料聲速，通常使用精確測厚儀，例如：38DL PLUS儀器或裝配有單晶軟件的45MG儀器，也可以使用具有聲速測量功能的探傷儀，如：EPOCH 650或EPOCH 6LT儀器。脈衝發生器/接收器還可以與示波器或波形數字轉換器一起使用，對聲束傳播時間進行測量。這種檢測還需要兩個適用於被測材料的探頭，在縱波和橫波模式下進行脈衝回波聲速測量。常用的探頭包括M112或V112寬帶縱波探頭（10 MHz）和V156垂直入射橫波探頭（5 MHz）。在檢測多種常用金屬和燒製陶瓷樣件時，這些探頭的檢測效果非常好。在檢測很厚、很薄或衰減性很強的樣件時，需要使用不同的探頭。在某些情況下，還可能需要使用穿透技術，這種技術要求將成對的探頭放置在被測材料相對的兩側進行檢測。在任何情況下，用戶均可諮詢奧林巴斯，了解選擇適用探頭的具體信息，並獲得有關儀器設置方面的幫助。
被測樣件可以具有任何幾何形狀，但是要符合一個條件：可以對穿過其某一部位（厚度）的聲束的傳播時間進行準確的脈衝回波測量。理想情況下，樣件的厚度至少要有12.5毫米，其相對的表面要光滑、平行，其寬度或直徑要大於所用探頭的直徑。在檢測細窄樣件時一定要格外注意，因為潛在的邊緣效應可能會影響所測量的脈衝傳播時間。在測量很薄的樣件時，由於脈衝傳播時間在短聲程中的微小變化，分辨率會受到限制。基於這個原因，我們建議樣件至少應該有5毫米厚，最好更厚些。在所有情況下，都必須了解被測樣件的精確厚度。
採用厚度測量和缺陷探測解決方案計算模量的程序
使用適當的探頭和儀器設置，測量被測樣件的縱波和橫波聲速。橫波測量需要使用某種特定的高粘度耦合劑，如：我們的SWC-2產品。38DL PLUS測厚儀或裝配有單晶軟件的45MG測厚儀，可以基於輸入的樣件厚度，直接提供一個材料聲速讀數，而EPOCH系列探傷儀可以通過一個聲速校準程序，測量材料的聲速。無論哪種情況，都要按照儀器操作手冊中推薦的程序進行聲速測量。如果使用了脈衝發生器/接收器，則只需記錄下縱波和橫波探頭髮出的聲波通過一個已知厚度區域所用的往返傳播時間，並進行計算：
根據需要轉換單位，以獲得用英寸/秒或厘米/秒錶示的聲速。（時間通常由微秒錶示，因此需要將用英寸/微秒或厘米/微秒錶示的值乘以10 6，以獲得以英寸/秒或厘米/秒為單位表示的值。）所獲得的聲速可能會被應用到以下公式：
關於單位的說明：如果聲速以厘米/秒為單位表示，且密度以克/厘米3為單位表示，則楊氏模量會以達因/厘米2為單位表示。如果使用英制單位：英寸/秒和磅/英寸3，計算以磅/平方英寸（PSI）為單位的模量，則需清楚作為力的單位的“磅”和作為質量單位的“磅”之間的區別。由於模量表示為每個單位面積的力，因此當使用英制單位進行計算時，必須要將以上公式的結果乘以一個質量/力的轉換常量（1/重力加速），以獲得以PSI為單位的模量。在另一種情況下，如果最初的計算使用了公制單位，則要使用以下轉換因數：1 PSI = 6.89 × 10 4 dynes/cm 2（dyne為達因）。還有一種情況是輸入以英寸/秒為單位的聲速，以克/厘米3為單位的密度，然後除以轉換常量：1.07 × 10 4，以獲得單位為PSI的模量。