Comparison of static and dynamic methods for measuring stiffness of high modulus steels and metal composites

Abstract

The accurate measurement of modulus is not an issue specific to high modulus steels, but is still a challenge for the wider engineering and materials community. Inherently, the measurements should not offer significant problems, but results from a series of interlaboratory validation exercises and data on representative high modulus steels are included to illustrate some of the practical issues associated with the static and dynamic techniques. Dynamic methods probably offer the potential for the most accurate measurements due to the simple geometry and test set-up. Results show that a well set up test could be expected to give modulus values with an uncertainty of ±1–2%. Comparable levels can be achieved from the tensile test, but only through the use of a separate and dedicated test, where loading is carried out below the elastic limit, using averaging strain measurement, careful alignment and robust data analysis procedures.

La mesure précise du module d’élasticité n’est pas un problème spécifique aux aciers à module d’élasticité élevé, mais c’est quand même un défi pour la grande communauté d’ingénierie et des matériaux. Fondamentalement, les mesures ne devraient pas offrir de problèmes importants, mais on inclut les résultats d’une série d’exercices de validation entre laboratoires et les données d’aciers représentatifs à module d’élasticité élevé pour illustrer certains des problèmes pratiques associés aux techniques statiques et dynamiques. Il est probable que les méthodes dynamiques offrent le potentiel de mesures les plus précises grâce à la géométrie et au montage d’essai simples. Les résultats montrent qu’on peut s’attendre à ce qu’un essai bien monté donne des valeurs du module d’élasticité avec une incertitude de ±1–2%. On peut obtenir des niveaux comparables pour l’essai de traction, mais seulement au moyen de l’utilisation d’un essai séparé et dédié, où la mise sous contrainte est effectuée sous la limite d’élasticité, en utilisant la mesure moyenne de la déformation, un alignement diligent et des procédures robustes d’analyse de données.

Keywords:

• Young’s modulus
• Dynamic modulus
• High modulus steels
• Strain measurement
• Data analysis
• Uncertainty