《材料力学性能的测试实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料力学性能的测试实验（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、同组人:日期：2012-10-25间的屈服点 断裂时伸长率Pbd应变小Lla0 x 100%E =关系，即:a化学化工学院材料化学专业实验报告实验名称：材料力学性能的测试实验年级：10级材料化学姓名：一学号：2_一、预习部分聚合物材料在拉力作用下的应力-应变测试是一种广泛使用的最基础的力学试验。聚合 物的应力-应变曲线提供力学行为的许多重要线索及表征参数（杨氏模量、屈服应力、屈服 伸长率、破坏应力、极限伸长率、断裂能等）以评价材料抵抗载荷，抵抗变形和吸收能量的 性质优劣；从宽广的试验温度和试验速度范围内测得的应力-应变曲线有助于判断聚合物材 料的强弱、软硬、韧脆和粗略估算聚合物所处的状况与拉伸
2、取向、结晶过程，并为设计和应 用部门选用最佳材料提供科学依据。1、应力一应变曲线拉伸实验是最常用的一种力学实验，由实验测定的应力应变曲线，可以得出评价材料性能 的屈服强度，断裂强度和断裂伸长率等表征参数，不同的高聚物、不同的测定条件，测得的 应力一应变曲线是不同的。式中 a应力，MPa； 应变，%;E弹性模量，MPa；A为屈服点，A点所对应力叫屈服应力或屈服强度。的为断裂点，D点所对应力角断裂应力或断裂强度聚合物在温度小于Tg（非晶态）下拉伸时，典型的应力-应变曲线（冷拉曲线）如下图玻璃态聚合物的应力-应变曲线曲线分以下几个部分：OA：应力与应变基本成正比(虎克弹性)。一弹性形变屈服点B：应力
3、极大值的转折点，即屈服应力(sy)；屈服应力是结构材料使用的最大应力。屈服成颈BC：出现屈服点之后，应力下降阶段一应变软化CD：细颈的发展，应力不变，应变保持一定的伸长-发展大形变DE：试样均匀拉伸，应力增大，直到材料断裂。断裂时的应力称断裂强度(sb)，相应的应 变称为断裂伸长率(eb)应变硬化通常把屈服后产生的形变称为屈服形变，该形变在断裂前移去外力，无法复原。但如果 将试样温度升到其Tg附近，形变又可完全复原，因此它在本质上仍属高弹形变，并非粘流 形变，是由高分子的链段运动所引起的。根据材料的力学性能及其应力-应变曲线特征，可将应力-应变曲线大致分为六类：(a) 材料硬而脆：在较大应力作
4、用下，材料仅发生较小的应变，在屈服点之前发生断裂，有 高模量和抗张强度，但受力呈脆性断裂，冲击强度较差。(b) 材料硬而强：在较大应力作用下，材料发生较小的应变，在屈服点附近断裂，具高模量 和抗张强度。(c) 材料强而韧：具高模量和抗张强度，断裂伸长率较大，材料受力时，属韧性断裂。(d) 材料软而韧：模量低，屈服强度低，断裂伸长率大，断裂强度较高，可用于要求形变较 大的材料。(e) 材料软而弱：模量低，屈服强度低，中等断裂伸长率。如未硫化的天然橡胶。(f) 材料弱而脆：一般为低聚物，不能直接用做材料。注意：材料的强与弱从bb比较；硬与软从E(b /e)比较；脆与韧则主要从断裂伸长率比较。2、玻
5、璃态高聚物拉伸时曲线发展的几个阶段(1) 屈服区(2)延伸区增强区3、影响高聚物机械强度的因素(1) 大分子链的主价链，分子间力以及高分子链的柔性等，是决定高聚物机械强度的主 要内在因素。(2) 混料及塑化不均，会产生细纹、凹陷、真空泡等形式留在制品表面或内层。(3) 环境温度、湿度及拉伸速度等对机械强度有着非常重要的影响。4、由于不同的高分子材料，在结构上不同，表现为应力-应变曲线的形状也不同目前大致可归纳成5种类型(a) 的特点是软而弱。拉伸强度低，弹性模量小，且伸长率也不大，如溶胀的凝胶等。(b) 的特点是硬而脆。拉伸强度和弹性模量较大，断裂伸长率小，如聚苯乙烯等。(c) 的特点是硬而强
6、。拉伸强度和弹性模量大，且有适当的伸长率，如硬聚氯乙烯等。(d) 的特点是软而韧。断裂伸长率大，拉伸强度也较高，但弹性模量低，如天然橡胶、顺丁 橡胶等。(e) 的特点是硬而韧。弹性模量大、拉伸强度和断裂伸长率也大，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、 尼龙等。(一)、目的要求熟悉拉力机（包括电子拉力机）的使用；测定不同拉伸速度下PE板的应力-应变曲线；掌握图解法求算聚合物材料抗张强度、断裂伸长率和弹性模量；二、实验原理应力-应变试验通常实在张力下进行，即将试样等速拉伸，并同时测定试样所受的应力 和形变值，直至试样断裂。应力是试样单位面积上所受到的力，可按下式计算：Pb bd式中P为最大载荷、断裂负荷、屈服
7、负荷b为试样宽度，m；d为试样厚度，m。应变是试样受力后发生的相对变形，可按下式计算： =上L X100%t I10式中I0为试样原始标线距离，m； I为试样断裂时标线距离，m。应力-应变曲线是从曲线的初始直线部分，按下式计算弹性模量E（MPa，N/m2）：bE = 一式中。为应力；为应变。在等速拉伸时，无定形高聚物的典型应力-应变曲线见图15-1：图15-1无定形高聚物的应力-应变曲线a点为弹性极限，O a为弹性（比例）极限强度， a为弹性极限伸长率。由0到a点 为一直线，应力-应变关系遵循虎克定律。=E，直线斜率E称为弹性（杨氏模量）。y点 为屈服点，对应的O y和 y称为屈服强度和屈服伸
8、长氯。材料屈服后可在t点处断裂，O t、 t为材料的断裂强度、断裂伸长率。（材料的断裂强度可大于或小于屈服强度，视不同材 料而定）从O t的大小，可以判断材料的强与弱，而从 t的大小（从曲线面积的大小）可 以判断材料的脆与韧。晶态高聚物材料的应力-应变曲线:图15-2晶态高聚物的应力-应变曲线在c点以后出现微晶的取向和熔解，然后沿力场方向重排或重结晶，故a c称重结晶强度。从宏观上看，在c点材料出现细颈，随拉伸的进行，细颈不断发展，到细颈发展完全后，应 力才继续增大到t点断裂。由于高聚物材料的力学试验受环境湿度和拉伸速度的影响，因此必须在广泛的温度和速度范 围内进行。工程上，一般是在规定的湿度
9、、速度下进行，以便比较。注意：选择的试样表面应光滑平整，无气泡，杂质，机械损伤等。三、实验结果分析CY聚丙烯拉伸试验数据试样原始标距（G）断裂伸长 率拉伸强 度拉伸屈服应 力拉伸断裂应 力最大 力mm%MPaMPaMPaMPa49262.8320.3918.5717.32从记录的数据和图形可得：从抗张强度知道此材料是强性材料。从断裂伸长率的值可以知道材料是属于韧性的。抗张强度为18.578MPa，断裂伸长率为262.83%，弹性模量E=18.57/0.0356=521.63弹性模量较大，所以材料较硬。由此可见，材料强而韧且硬，具有高模量和抗张强度，断裂伸长率较大，材料受力时，属于 韧性断裂。|、思考题1、拉伸速度对实验结果有何影响？答：拉伸速度过快将不能真实地测出材料的力学性能；拉伸速度过慢，测量时间将会很长。 拉伸曲线的形貌也是会有影响的。
