力學(xué)性能測試

拉伸性能測試

基本概念：在拉伸試驗(yàn)中，保持這種受力狀態(tài)終，就是測量拉伸力直至材料斷裂為止，所承受的zui大拉伸應(yīng)力稱為拉伸強(qiáng)度。

實(shí)驗(yàn)原理：拉伸實(shí)驗(yàn)是對材料沿縱軸方向施加靜態(tài)拉伸負(fù)荷，使其破壞。通過測定試樣的屈服力破壞力和材料標(biāo)距間的伸長來求得材料的屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和伸長率。

基本定義：

拉伸應(yīng)力：試樣在計(jì)量標(biāo)距范圍內(nèi)，單位初始橫截面上承受的拉伸負(fù)荷。

拉伸強(qiáng)度：在拉伸試驗(yàn)中試樣直到斷裂為止，所承受的zui大拉伸應(yīng)力。

拉伸斷裂應(yīng)力：在拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線上，斷裂時(shí)的應(yīng)力。

拉伸屈服應(yīng)力：在拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線上，屈服點(diǎn)處的應(yīng)力。

斷裂伸長率：在拉力作用下，試樣斷裂時(shí)，標(biāo)線間距離的增加量與初始標(biāo)距之比，以百分率表示。

彈性模量：在比例極限內(nèi)，材料所受應(yīng)力與產(chǎn)生響應(yīng)的應(yīng)變之比。

應(yīng)力-應(yīng)變曲線

由應(yīng)力-應(yīng)變的相應(yīng)值彼此對應(yīng)的繪成曲線，通常以應(yīng)力值作為縱坐標(biāo)，應(yīng)變值作為橫坐標(biāo)。應(yīng)力-應(yīng)變曲線一般分為兩個(gè)部分：彈性變形區(qū)和塑性變形區(qū)，在彈性變形區(qū)，材料發(fā)生可*恢復(fù)的彈性變形，應(yīng)力和應(yīng)變呈正比例關(guān)系。曲線中直線部分的斜率即是拉伸彈性模量值，它代表材料的剛性。彈性模量越大，剛性越好。在塑性變形區(qū)，應(yīng)力和應(yīng)變增加不在呈正比關(guān)系，zui后出現(xiàn)斷裂。

常用拉伸試樣形狀

高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

實(shí)驗(yàn)步驟：

①試樣的狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)環(huán)境按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

②在試樣中間平行部分做標(biāo)線，示明標(biāo)距。

③測量試樣中間平行部分的厚度和寬度，精確0。01mm，II型試樣中間平行部分的寬度，精確到0。05mm，測3點(diǎn)，取算術(shù)平均值。

④夾具夾持試樣時(shí)，要使試樣縱軸與上下夾具中心連線重合，且松緊適宜。

⑤選定試驗(yàn)速度，進(jìn)行試驗(yàn)。

⑥記錄屈服時(shí)負(fù)荷，或斷裂負(fù)荷及標(biāo)距間伸長。試樣斷裂在中間平行部分之外時(shí)，此試樣作廢，另取試樣補(bǔ)做。

實(shí)驗(yàn)影響因素

(1)成型條件：由試樣自身的微觀缺陷和微觀不同性引起

(2) 溫度和濕度：

(3)拉伸速度：塑料屬于粘彈性材料，其應(yīng)力松弛過程與變形速率緊密相關(guān)，需要一個(gè)時(shí)間過程

(4)預(yù)處理：材料在加工過程中，由于加熱和冷卻的時(shí)間和速度不同，易產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，經(jīng)過在一定溫度下的熱處理或稱退火處理，可以消除內(nèi)應(yīng)力，提高強(qiáng)度

(5)材料性質(zhì)：結(jié)晶度、取向、分子量及其分布、交聯(lián)度

(6)老化:老化后強(qiáng)度明顯下降

壓縮性能測試

基本概念：試樣破壞時(shí)的zui大壓縮載荷除以試樣的橫截面積，稱為壓縮強(qiáng)度極限或抗壓強(qiáng)度。壓縮試驗(yàn)是測定材料在軸向靜壓力作用下的力學(xué)性能的試驗(yàn)，是材料機(jī)械性能試驗(yàn)的基本方法之一。與拉伸試驗(yàn)相似，通過壓縮試驗(yàn)可以作出壓縮曲線。

實(shí)驗(yàn)原理：

壓縮是實(shí)驗(yàn)室常見的一種力學(xué)試驗(yàn)，是把試樣置于萬能試驗(yàn)機(jī)的兩壓板之間，并在沿試樣兩端面的主軸方向，以恒定速率施加一個(gè)可以測量的大小相等相反的力，并使試樣沿軸向方向縮短，而徑向方向增大，產(chǎn)生壓縮變形，直到試樣破裂或者變形達(dá)到規(guī)定的如25%的數(shù)值為止。施加的負(fù)荷由試驗(yàn)機(jī)上直接讀得，并按下式計(jì)算其壓縮應(yīng)力。

σ=P/F

式中：σ-壓縮應(yīng)力，MPa；P-壓縮負(fù)荷，N；F-試樣原始橫截面積，mm2。

試樣在壓縮負(fù)荷作用下高度的該變量稱為壓縮變形，按下式計(jì)算：

ΔH=H0-H

式中：ΔH-試樣的壓縮形變，mm；H0-試樣原始高度，mm；H-壓縮過程中任何時(shí)刻試樣的高度，mm。

ε=ΔH/ H0

式中：ε-試樣壓縮應(yīng)變；ΔH-試樣的壓縮形變，mm；H0-試樣原始高度，mm；H-壓縮過程中任何時(shí)刻試樣的高度，mm。

E=（σ2-σ1）/(ε2-ε1)

式中：E-試樣的壓縮模量，MPa。

基本定義：

壓縮屈服應(yīng)力：指應(yīng)力-應(yīng)變曲線上di一次出現(xiàn)應(yīng)變增加而應(yīng)力不增加的轉(zhuǎn)折點(diǎn)（屈服點(diǎn)）對應(yīng)的應(yīng)力，以MPa表示。

壓縮強(qiáng)度：指在壓縮試驗(yàn)中試樣承受的zui大壓縮應(yīng)力，以MPa表示，它不一定是試樣破壞瞬間所承受的壓縮應(yīng)力。

定應(yīng)變壓縮應(yīng)力：指規(guī)定應(yīng)變時(shí)的壓縮應(yīng)力，即與應(yīng)變?yōu)?5%時(shí)對應(yīng)的應(yīng)力值，以MPa表示。

壓縮模量：指在應(yīng)力-應(yīng)變曲線的線性范圍內(nèi)，壓縮應(yīng)力與壓縮應(yīng)變的比值，以MPa表示，取應(yīng)力-應(yīng)變曲線上兩點(diǎn)的應(yīng)力差與對應(yīng)的應(yīng)變之比。

影響因素：

(1)試樣的細(xì)長比:（試樣高度與試樣截面的zui小回轉(zhuǎn)半徑之比）是zui大的影響因素。由于試樣受壓時(shí)，其上下端面與試驗(yàn)機(jī)壓板之間產(chǎn)生較大的摩擦力，阻礙試樣上下兩端面的橫向變形，試樣高度越小，影響程度越大。

(2)實(shí)驗(yàn)速度:一般來講，隨著實(shí)驗(yàn)速度的增加，壓縮強(qiáng)度與壓縮應(yīng)變值均有所增加。實(shí)驗(yàn)速度在1-5mm/min時(shí)變化較小。壓縮試驗(yàn)的同一試樣必須在同一實(shí)驗(yàn)速度下進(jìn)行，并且選用較低的實(shí)驗(yàn)速度。