| 标准编号 | GB/T 22315-2026 (GB/T22315-2026) | | 中文名称 | 金属材料 弹性模量和泊松比试验方法 | | 英文名称 | Metallic materials - Determination of modulus of elasticity and Poisson’s ratio | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | H22 | | 国际标准分类 | 77.040.10 | | 字数估计 | 42,475 | | 发布日期 | 2026-05-25 | | 实施日期 | 2026-12-01 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 22315-2008 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 22315-2026: 金属材料 弹性模量和泊松比试验方法
GB/T 22315-2026 英文版: Metallic materials - Determination of modulus of elasticity and Poisson’s ratio
ICS 77.040.10
CCSH22
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 22315-2008
金属材料 弹性模量和泊松比试验方法
2026-05-25发布
2026-12-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
1 范围
本文件规定了用静态法和动态法测定金属材料弹性模量和泊松比的原理、试样、试验设备、试验条
件、性能测定和试验报告。
本文件静态法部分适用于室温下采用单轴拉伸和压缩法测定金属材料弹性状态的杨氏模量、弦线
模量、切线模量和泊松比。其他温度下杨氏模量、弦线模量、切线模量和泊松比的测定也可参照本文件
执行。
本文件动态法部分适用于温度在-196℃~1200℃之间采用能量耦合法和脉冲激振法测定材质
均匀的金属材料的动态杨氏模量、动态切变模量及动态泊松比。材质均匀、各向同性的其他固体材料在
其他温度下的动态杨氏模量、动态切变模量、动态泊松比的测定参照本文件执行。
4 符号及说明
本文件使用的符号及说明见表1。
5 静态法
5.1 原理
试样施加轴向力,在其弹性范围内测定相应的轴向变形和横向变形,以测定本文件所定义的一项或
几项力学性能。
5.2 试样
5.2.1 样坯的切取与试样制备
5.2.1.1 样坯切取的部位、方向和数量应满足有关标准或协议的规定。如无特殊规定,应按照
GB/T 2975的要求进行。
5.2.1.2 切取样坯和机加工试样时,应防止因冷加工或受热而影响金属的力学性能。如由于试样制备
的需要而将材料展平时,应在试验结果中注明采用了后续消除残余应力的热处理过程。材料需在
Tm/3的温度退火处理30min以消除应力(Tm是材料的热力学熔点温度),这个过程需在报告部分注
明。如试验目的是检验产品性能,则热处理过程可省略。试验报告中应记录测试材料的状况,包括热处
理工艺。
注:本方法的目的是揭示材料固有的性质,因此试样不能存在残余应力。
5.2.1.3 完成最后机加工的试样,应平直、无毛刺、表面无划伤及其他人为或机械损伤。
5.2.1.4 从带卷切取的薄板试样,允许带有不影响性能测定的轻度弯曲。
5.2.2 试样形状和尺寸
5.2.2.1 圆形和矩形拉伸试样应满足GB/T 228.1-2021中附录E、附录F和附录G的规定,试样夹持
端与平行段间的过渡部分,半径应尽量大,试样平行长度应至少超过标距长度加上两倍的试样直径或
宽度。
5.2.2.2 圆形和矩形压缩试样应满足GB/T 7314-2017中6.1的规定,试样端部应平整、平行,并垂直
于侧面。
5.2.2.3 经相关方协商,可采用其他类型的试样。
5.2.2.4 试样头部形状和尺寸应适合于试验机夹头的夹持。
5.2.2.5 头部带承载销孔的矩形拉伸试样,销孔应表面光滑,销孔中心与标距部分的宽度的中心线偏离
应不大于标距部分宽度的0.005倍。
5.2.2.6 两面和四面机加工的矩形试样,其机加工面的表面粗糙度Ra不应大于1.6μm。如采用两面
机加工的矩形试样,其未加工面的尺寸公差和形状公差应符合加工面的公差要求。
5.2.2.7 对于板材的矩形试样,可在试样宽度两侧制备小凸耳供装卡引伸计用。带凸耳的矩形试样见
GB/T 7314-2017的图4。
5.3 试验设备
5.3.1 试验机
5.3.1.1 试验机力测量系统的准确度等级在相应测量范围应满足GB/T 16825.1或JJG139、JJG475、
JJG1063中的1级准确度等级的要求。
5.3.1.2 压缩试验用的试验机,除要满足5.3.1.1中的准确度要求外,其他辅助装置(如力导向装置、调
平垫块和约束装置等的要求)应符合GB/T 7314-2017中7.2~7.4的规定。
5.3.2 引伸计系统
引伸计系统在相应测量范围应满足GB/T 12160或JJG762中0.5级准确度的要求。
注:如只在试样单侧测量应变,附加弯曲应变会对测量结果带来较大误差。
5.3.3 测试系统的分辨率
测试系统的分辨率应在评估范围内获得至少50个不同的离散测量值。
5.3.4 相关试样尺寸的测量装置
用于测定原始横截面积的所有测量装置应按照相关标准进行校准,并可追溯至国家测量系统。测
量装置应保证测量数据的准确度优于测量值的±0.5%。
5.4 试验条件
5.4.1 试样尺寸的测量
5.4.1.1 圆形试样应在标距两端及中间处相互垂直的方向上测量直径,各取其算术平均值,按式(1)计
算横截面积。将三处测得横截面积的算术平均值作为试样原始横截面积,并应至少保留4位有效数字。
5.4.1.2 矩形试样应在标距两端及中间处测量厚度和宽度,按式(2)计算横截面积。将三处测得横截面
积的算术平均值作为试样原始横截面积,并应至少保留4位有效数字。
S0=a0b0 (2)
注:带凸耳的试样不能在靠近凸耳根部处测量其宽度。
5.4.2 初试验力
对于大多数试验机和试样,由于间隙、试样弧度和原始夹头对中等因素,当对试样施加很小的试验
力时会对引伸计的输出量产生较大的偏差。试验时应对试样施加能消除这些影响的初试验力,测量应
从初试验力开始,到弹性范围内的更大的试验力为止。
5.4.3 试验速率
为避免发生绝热膨胀或绝热收缩的影响,并能准确测定轴向力和相应的变形,试验速度不宜过
高,为避免蠕变影响,速度不宜过低。相比拉伸试验测定的其他性能指标,弹性模量对于试验速率较不
敏感。试验速率应满足GB/T 228.1-2021中方法A范围1的要求,其他试验速率(包括方法B的速
率)也是允许的。试验速率宜较低,以达到分析所需的数据点数量。宜采用恒定的横梁位移速率以避免
出现任何不连续。对于压缩试验,试验速率应符合GB/T 7314-2017中8.1和8.2的规定,速率应尽可
能保持恒定。
5.4.4 力的同轴度
5.4.4.1 试验机夹持装置应能使试样承受轴向力,在初轴向力与终轴向力之间,在各个方向上试样相对
两侧测定的应变变化量与其平均值之差的最大值(即最大弯曲应变)不大于平均值的3%;对于使用双
向平均引伸计的情况,最大弯曲应变不大于平均值的5%,试验机的加载同轴度应按GB/T 34104的规
定测量。
5.4.4.2 压缩试验应使用GB/T 7314-2017中规定的调平垫块和力的导向装置以及约束装置。
5.4.5 引伸计的使用
5.4.5.1 轴向引伸计
测量试样轴向变形时,使用能测量试样相对两侧平均变形的轴向均值引伸计,或在试样相对两侧分
别固定两个轴向引伸计。测量模量的准确度取决于测量应变的精度。增加标距长度可提高测量应变的
精度,应保证加工试样平行段的公差要求。使用带凸耳的矩形试样,引伸计装卡于同侧两凸耳的外侧或
内侧。其引伸计标距应为两凸耳宽度中心线之间的距离。
5.4.5.2 横向引伸计
测量试样横向变形时,横向引伸计应装卡在试样标距范围内的直径(宽度)上。以此处的直径(或宽
度)尺寸作为横向引伸计标距。
5.5 性能测定
5.5.1 杨氏模量的测定
5.5.1.1 图解法
试验时,用自动记录方法绘制轴向力-轴向变形曲线,见图5。在记录的轴向力-轴向变形曲线上,确
定弹性直线段,在该直线段上读取相距尽量远的A、B 两点之间的轴向力变化量和相应的轴向变形变
化量,按式(3)计算杨氏模量E,也可采用附录A的电阻应变计或采用附录B的DIC法直接测量轴向应
变的方法计算E。
5.5.1.2 拟合法
5.5.1.2.1 试验时,在弹性范围内记录轴向力和与其相应的轴向变形的一组数字数据对。用最小二乘
法将该数据对拟合为轴向应力-轴向应变直线,拟合直线的斜率即为杨氏模量,按式(4)计算。
5.5.1.2.2 当模量是在应变超过0.25%之后得到的,推荐采用瞬时截面积和瞬时标距长度代替原始截
面积和原始标距长度来计算应力与应变。
5.5.1.2.3 拟合直线的决定系数r2可按式(5)计算,该系数宜接近1(>0.9995),数据点数量宜不少于
50个,所得杨氏模量为有效。
5.5.1.3 有关文件或协议在规定杨氏模量时,应说明拉伸杨氏模量还是压缩杨氏模量,分别用Et和Ec
表示。如无说明,一般采用拉伸方法测定,报告E 值。
5.5.2 弦线模量的测定
5.5.2.1 图解法
试验时,用自动记录方法绘制轴向力-轴向变形曲线,见图6。在记录的轴向力-轴向变形曲线上,通
过与所规定的上、下两个应力点(如规定塑性延伸强度Rp0.2的10%和50%两个应力点)或两个应变点
相对应的A、B 两点画弦线。在所画出的弦线上读取轴向力变化量和相应的轴向变形变化量,按式(6)
计算弦线模量。也可采用附录A的电阻应变计直接测量轴向应变的方法计算E。
5.5.2.2 拟合法
试验时,在弹性范围内记录轴向力和相应的轴向变形的一组数字数据对。将该组数据对拟合一个
数学表达式(如多项式),得到拟合的轴向应力-轴向应变曲线。在拟合的轴向应力-轴向应变曲线的弹
性范围内计算两个规定应力或应变值之间所对应弦线的斜率,即为弦线模量。
注:对于非线弹性金属材料,有关文件或协议在规定弦线模量时,需说明确定弦线的上、下两点的应力或应变值。
5.5.3 切线模量的测定
5.5.3.1 图解法
试验时,用自动记录方法绘制轴向力-轴向变形曲线,见图7。在记录的轴向力-轴向变形曲线上,通
过规定应力或应变值对应的R 点作曲线的切线。在所画出的切线上读取相距尽量远的A、B 两点之间
的轴向力变化量和相应的轴向变形变化量,按式(7)计算切线模量。也可采用附录A的电阻应变计或
附录B的DIC法直接测量轴向应变的方法计算E。
5.5.3.2 拟合法
试验时,在弹性范围内记录轴向力和相应的轴向变形的一组数字数据对,将该组数据对拟合一个数
学表达式(如多项式),得到拟合的轴向应力-轴向应变曲线。在拟合的轴向应力-轴向应变曲线的弹性
范围内计算曲线在规定应力或应变值处的斜率,即为切线模量。
注:对于非线弹性金属材料,有关标准或协议在规定切线模量时,需说明切点的应力或应变值。
5.5.4 泊松比的测定
5.5.4.1 图解法1
试验时,用自动记录方法绘制横向变形-轴向变形曲线,见图8a)。在记录的横向变形-轴向变形曲
线上,确定弹性直线段,在直线段上读取相距尽量远的C、D 两点之间的横向变形变化量和相应的轴向
变形变化量。按式(8)计算泊松比。当在同一试验中,泊松比与杨氏模量一起进行测定时,推荐同时绘
制轴向力-轴向变形曲线和横向变形-轴向变形曲线,见图8b),也可采用附录B的DIC法直接测量轴向
应变的方法计算μ。
5.5.4.2 图解法2
试验时,用自动记录方法同时绘制横向变形-轴向力曲线和轴向变形-轴向力曲线,见图9。在横向
变形-轴向力曲线和轴向变形-轴向力曲线的弹性直线段上,分别读取相距尽量远而且相同轴向力变化
量的C、D 两点之间的横向变形变化量和A、B 两点之间的轴向变形变化量,按式(8)计算泊松比。如分
别在不同轴向力变化量上读取横向变形变化量和轴向变形变化量,则不能直接使用式(8)计算。可分别
计算出横向应变变化量与轴向应力变化量之比和轴向应变变化量与轴向应力变化量之比,且计算前者
与后者之比,即为泊松比,也可采用附录B的DIC法直接测量轴向应变的方法计算μ。
5.5.4.3 拟合法
试验时,在弹性范围内,在同一轴向力下记录横向变形和轴向变形的一组数字数据对。用最小二乘
法将该组数据对拟合横向应变-轴向应变直线,直线的斜率即为泊松比。按式(9)计算。如分别记录横
向变形-轴向力和轴向变形-轴向力的两组数字数据对,应用最小二乘法将每组数据对拟合横向应变-轴
向应力和轴向应变-轴向应力直线,并计算拟合直线斜率,前者与后者斜率之比即为泊松比。按式(5)计
算拟合直线的决定系数r2,该系数宜接近1(>0.9995),数据点数量宜不少于50个,所得泊松比为
有效。
6 动态法
6.1 原理
6.1.1 通过采用能量耦合或脉冲激振方法以连续可变的频率或脉冲信号对具有合适几何形状的试样
进行机械激励,检测换能器检测试样的机械共振频率,依据试样尺寸、质量(或密度)和测出的共振频
率,计算出动态杨氏模量、动态切变模量及动态泊松比。
6.1.2 能量耦合方法包括悬丝耦合、静电耦合和电磁耦合3种方法,推荐采用悬丝耦合法。
注:悬丝耦合法的优点是试样的振幅较大,共振易判别,支撑的影响易排除,振动长度易精确判定,且有较宽的温度
适用范围。
6.2 试样
6.2.1 按设备条件、材料的密度及模量的估计值选择试样的尺寸。试样的最小质量由拾振系统的检测
灵敏度决定,一般不小于5g;试样尺寸和质量的最大值由激励系统供给的能量和所允许的空间大小
决定。
6.2.2 悬丝耦合法推荐的试样长度为120mm~180mm。对于圆杆、圆管,直(外)径为4mm~
8mm,长度约为直径的30倍;只检测弯曲共振频率时,直径最小可至2mm。对于矩形杆,厚度为
1mm~4mm,宽度为5mm~10mm。
6.2.3 脉冲激振法推荐试样长度为60mm~100mm。长度(l)和厚度(h)之比(l/h)应不小于20,宽度
(b)和厚度(h)之比(b/h)为3~10,宜为5。
6.2.4 试样材质应均匀、平直;横向尺寸的轴向不均匀性应不大于0.7%;表面无缺陷,粗糙度Ra不大
于1.6μm,相对表面的平行度应小于0.02mm。
6.2.5 检测高温下试样的扭转共振频率时,如共振信号微弱,可采用哑铃状试样或以销钉固定悬丝的
办法进行扭转共振频率的相对测量。
6.3 试验设备
6.3.1 量具
6.3.1.1 游标卡尺:测量试样长度,最小分度值不大于0.02mm。
6.3.1.2 千分尺:测量试样的直径或宽度、厚度,最小分度值不大于0.002mm。
6.3.1.3 天平:称量试样质量,分度值不大于0.001g。
6.3.1.4 测温装置:在不同温度试验中用来测量试样的环境温度,用校准后的热电偶测量,精度应达
到±0.5℃,其位置应接近试样中部,与试样的距离应不大于5mm,同时不应触及试样。
6.3.2 共振测量装置
6.3.2.1 概述
悬丝耦合法检测装置示意图见图10;脉冲激振法检测装置示意图见图11。用数字频率计来完成引
起试样共振的振荡器输出频率的精准测量;按功能的不同,换能器分为激励器与拾振器两种;以选频放
大器内附的交流电压表检测共振信号。如需要以李沙育图形来判断虚假共振,应将振荡器与放大器的
输出分别供给示波器的水平与垂直偏转板。
6.3.2.2 音频振荡器
应在100Hz~30kHz范围内有连续可变的频率输出;在一般测量中,在任一确定位置上的频率漂
移低于0.1Hz/min,其输出功率应保证所用激励换能器能激发质量在规定范围内的任何试样。
6.3.2.3 脉冲激励器
宜采用直径为1mm~10mm的固体金属或陶瓷的球体做成的弹性敲击锤作为手动激励器,也可
使用自动电磁脉冲器。
6.3.2.4 数字频率计
可用于振动周期测量的计数式频率计。测量误差应不大于0.01Hz,其晶振稳定度应不低于
10-8/d量级。
6.3.2.5 换能器
6.3.2.5.1 依据耦合方式和被测试样的质量、共振频率的不同而选择不同类型的换能器。在所检测的
试样频率变化的范围内,激励的输出功率损失应不大于3dB,拾振器应有尽可能好的频率响应。
6.3.2.5.2 一般可用压电式换能器,如盒式的压电陶瓷换能器;若试样质量较小(一般5g~15g),可用
晶体唱头。对于矩形杆,可用动圈式扬声器作为激励器,以耳塞机作为拾振器。
6.3.2.6 选频放大器
其输入阻抗应与拾振换能器的阻抗匹配,频率范围应满足测试需要,对共振信号的测试灵敏度应不
小于1μV。推荐采用锁定放大器或配有带通滤波器的传声放大器。
6.3.2.7 示波器
频响范围及灵敏度应满足测试需要的通用示波器。
6.3.3 变温装置
变温装置应升、降温可控且低温时不结霜,在所测的温度范围内,试样长度范围内的温度波动应
在±5℃内。
6.4 试验条件及操作要求
6.4.1 几何尺寸与质量的测量
将试样清洗后进行测量。长度测量2次,测量至0.1%以内,取均值。检测动态弹性模量时,沿试样
长度方向5个位置分别测量试样的直径或厚度、宽度,测量至0.1%以内,取均值;质量测量至0.1%
以内。
6.4.2 能量耦合法
6.4.2.1 通则
依据测试需要,可采用机械、静电、电磁任一种能量耦合法。无论采用哪一种耦合方法,应保证试样
处于水平位置及自由振动状态,以排除支撑阻尼对试样共振频率造成的影响。
6.4.2.2 悬丝耦合法
6.4.2.2.1 悬丝耦合是机械耦合中常用的一种,耦合方法见图12,两种悬吊方法均应使试样在一次悬吊
后可相继完成弯曲振动频率和扭转振动频率的测量。
6.4.2.2.2 对于圆杆、圆管状试样,推荐采用图12b)所示悬挂方法。如只检测试样的弯曲共振频率,使
两根悬线与试样的中轴线宜处于同一平面内。要求所用的悬丝柔软且有必要的强度,悬吊试样后能
张紧。
6.4.2.2.3 在100℃以下的检测中,推荐采用棉线作为悬丝,以保证悬丝与试样表面间有较大的摩
擦力。
6.4.2.2.4 在高温测量中,推荐采用石英玻璃纤维,亦可在炉子的内、外分别采用两种不同材质的悬丝。
在测量质量较大的试样时,可采用直径0.15mm以下的铜丝或镍铬丝。
6.4.2.2.5 推荐的悬吊位置为(0.200~0.215)l或0.238l,l为试样的长度;由此引起的弯曲共振基频频
率测量的系统偏差应不大于0.01%,扭转共振基频频率的系统偏差不大于0.1%。
6.4.2.2.6 如共振信号微弱,可将悬吊位置外移,但此时测量的精度相应降低。可采用变更悬吊点位
置,将所得共振频率值外推到节点的办法来消除由偏离节点所致的系统偏差。
6.4.2.2.7 在测量过程中,避免由悬丝共振而产生的对试样共振测量的干扰。
6.4.2.3 静电耦合法
静电耦合方式可有效地排除系统共振的影......
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