壓縮與彎曲實(shí)驗(yàn)

1、壓縮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜じ叻肿硬牧蠅嚎s性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)條件、測(cè)試原理及其操作；了解測(cè)試條件對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)原理將試樣夾持在專用壓縮夾具上，對(duì)試樣施加靜態(tài)壓縮負(fù)荷，通過(guò)負(fù)荷指示器、變形指示 器以及計(jì)算機(jī)處理，測(cè)繪出試樣的壓縮負(fù)荷一變形曲線以及變形過(guò)程中的特征量如在壓縮實(shí) 驗(yàn)過(guò)程中的任一時(shí)刻，試樣單位原始橫截面積所承受的壓縮負(fù)荷（壓縮應(yīng)力）、由壓縮負(fù)荷 引起的試樣高度的改變量（壓縮變形）、在壓縮實(shí)驗(yàn)的負(fù)荷一變形曲線上第一次出現(xiàn)的應(yīng)變 或變形增加而負(fù)荷不增大的壓應(yīng)力值（壓縮屈服應(yīng)力）、在壓縮實(shí)驗(yàn)的負(fù)荷一變形曲線的橫 坐標(biāo)上，在規(guī)定的變形百分?jǐn)?shù)處（如0.2%的壓縮應(yīng)變）平行于曲線的直線部分劃一直線， 取

2、直線與負(fù)荷一變形曲線交點(diǎn)的負(fù)荷值與試樣的原始截面積之比（壓縮偏置屈服應(yīng)力）、在 壓縮實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，試樣所承受的最大壓縮應(yīng)力（壓縮強(qiáng)度）、在應(yīng)力一應(yīng)變曲線的線性范圍 內(nèi)，壓縮應(yīng)力與壓縮應(yīng)變之比（壓縮模量）。原材料試樣（1）試樣形狀和尺寸試樣應(yīng)為正方柱體或矩形柱體或圓柱體，試樣各處高度相差不大于0.1mm，兩端面與主 軸必須垂直。圓柱體：直徑 100.2mm，高20 0.2mm。正方柱體：橫截面邊長(zhǎng)100.2mm，高200.2mm。矩形柱體：截面邊長(zhǎng) 150.2mm，100.2mm，高 200.2mm。（2）試樣所有表面均應(yīng)無(wú)可見(jiàn)裂紋、刮痕或其他可能影響結(jié)果的缺陷。（3）各向同性材料每組試樣至少5個(gè)

3、。（4）各向異性材料每組取10個(gè)試樣，垂直于和平行于各向異性的主軸方向各取5個(gè)試樣。本次實(shí)驗(yàn)試樣采用注塑成型高密度聚乙烯彎曲大試樣。設(shè)備能以規(guī)定恒定速度移動(dòng)，并具有下列各組件的實(shí)驗(yàn)機(jī)均可使用。實(shí)驗(yàn)機(jī)應(yīng)由國(guó)家計(jì)量部 門定期檢定。（1）壓縮夾具能準(zhǔn)確地沿試樣軸向施加負(fù)荷，表面粗糙度為Ra0.8的硬化鋼壓板，并應(yīng)裝有自動(dòng)對(duì)中 裝置（2）負(fù)荷指示器。指示試樣所承受的壓縮負(fù)荷，在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)速度內(nèi)沒(méi)有慣性滯后，指示負(fù)荷的精度為指 示值的1 %或更高。（3）變形指示器測(cè)定在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中任何時(shí)刻兩個(gè)壓板與試樣接觸面之間或試樣兩固定點(diǎn)之間距離的裝 置。在規(guī)定負(fù)荷速率下不應(yīng)有滯后，其精確度應(yīng)為指示值的1%或更高。（

4、4）測(cè)微計(jì)適用于測(cè)量試樣的尺寸，精度為0.01mm。實(shí)驗(yàn)步驟（1）除非產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)另有規(guī)定，否則試樣應(yīng)按GB2918進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)。（2）沿試樣高度方向測(cè)量三處橫截面尺寸計(jì)算平均值。測(cè)量試樣高度精度到0.01mm。（3）必要時(shí)安裝變形指示器。（4）把試樣放在兩壓板之間，并使試樣中心線與兩壓板中心連線重合，確保試樣端面與壓 板表面平行。調(diào)整實(shí)驗(yàn)機(jī)，使壓板表面恰好與試樣端面接觸，并把此時(shí)定為測(cè)定形變的零點(diǎn)。（5）根據(jù)材料的規(guī)定調(diào)整實(shí)驗(yàn)速度。若沒(méi)有規(guī)定，則調(diào)整速度1 mm/min （表1中速度A2）。 易變形的材料可以采用表中給出的較高速度。表1 實(shí)驗(yàn)速度項(xiàng)目速度mm/min公差 TOC o 1-5

5、h z 速度A1150速度A2220速度B520速度 C1020（6）開(kāi)動(dòng)實(shí)驗(yàn)機(jī)并記錄下列各項(xiàng):1）適當(dāng)應(yīng)變間隔時(shí)的負(fù)荷及相應(yīng)的壓縮應(yīng)變；2）試樣破裂瞬間所承受的負(fù)荷，以牛頓為單位；3）如試樣不破裂，記錄在屈服或偏置屈服點(diǎn)及規(guī)定應(yīng)變值為25%時(shí)的壓縮負(fù)荷，以牛頓為 單位。數(shù)據(jù)處理（1）壓縮強(qiáng)度、壓縮屈服應(yīng)力、壓縮偏置屈服應(yīng)力和在規(guī)定應(yīng)變時(shí)的壓縮應(yīng)力按式（l）計(jì) 算。g p/F（1）式中。為壓縮強(qiáng)度、壓縮屈服應(yīng)力、壓縮偏置屈服應(yīng)力和規(guī)定應(yīng)變時(shí)的壓縮應(yīng)力，MPa ；p分別為相應(yīng)應(yīng)力或強(qiáng)度的負(fù)荷值，N；F試樣的原始橫截面積，mm2。（2）壓縮應(yīng)變和壓縮屈服應(yīng)力時(shí)的壓縮應(yīng)變按式（ 2）計(jì)算。=h /h

6、0（2）式中計(jì)算的應(yīng)變值；口 h試樣的原始高度的變化，mm；h0試樣的原始高度，mm。（3）壓縮模量按式（3）計(jì)算。E Dq/s（3）式中E壓縮模量，MPa；s應(yīng)力應(yīng)變曲線的線性范圍內(nèi)的任意應(yīng)力值，MPa；e與應(yīng)力應(yīng)變曲線的線性范圍內(nèi)的應(yīng)力相對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值。（4）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差（S），可按式（4）計(jì)算：取M位有效數(shù)字。式中 s 標(biāo)準(zhǔn)偏差；Xi單個(gè)測(cè)定值工組測(cè)定值的算術(shù)平均值；n測(cè)定個(gè)數(shù)。實(shí)驗(yàn)記錄表2壓縮實(shí)驗(yàn)記錄及數(shù)據(jù)處理試樣序號(hào)寬度mm厚度mm最大或何N彈性模量Mpa最大應(yīng)力Mpa111.104.244571.501084.9897.1337211.204.244834.001159.97101.

7、794310.924.244511.001149.5497.4281410.924.244423.501125.2195.5383510.904.244568.001139.0199.3087平均值11.014.24451.601131.7498.2406標(biāo)準(zhǔn)差153.2829.142.3956思考題七、結(jié)果與談?wù)搶?shí)驗(yàn)過(guò)程中那些因素會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果？如何避免？答：一、試樣本身的氣泡，孔隙，雜質(zhì)以及尺寸，毛刺，飛邊，表面光潔度。打注塑時(shí)就應(yīng)該注意，選擇的材料要質(zhì)地透明，肉眼觀察不到氣泡，孔隙和雜質(zhì)，表 面光滑、平整，無(wú)氣泡、無(wú)機(jī)械損傷及無(wú)雜質(zhì)是對(duì)試樣的要求。但在制樣過(guò)程中，試樣的表 面容易出現(xiàn)磨傷

8、。鋸后在截面上產(chǎn)生的毛刺要用沙紙和銼刀磨干凈。二、試樣的中心線應(yīng)與兩壓板的中心連線重合，如果不重合，偏離很大的情況下，實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)很大的偏離，實(shí)驗(yàn)的可信度會(huì)大打折扣。三、測(cè)試速度也是影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重要因素，實(shí)驗(yàn)速度對(duì)壓縮強(qiáng)度也有顯著的影響， 當(dāng)實(shí)驗(yàn)速度很快的時(shí)候材料中的分子鏈還來(lái)不及松弛，于是材料顯示出比平時(shí)高的最大載 荷、彈性模量和最大應(yīng)力值，如果實(shí)驗(yàn)速度過(guò)于緩慢，那么分子鏈由于過(guò)度松弛，會(huì)造成測(cè) 量數(shù)據(jù)偏低，結(jié)果不準(zhǔn)確。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析PS的壓縮特性。答：PS這種材料是透光率最好的材料之一，它的壓縮彈性模量很大，說(shuō)明了這種材料的硬 度很大，但是PS很脆，是一種需要在其中添加增韌劑的材料。

9、彎曲實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜じ叻肿硬牧蠌澢阅軠y(cè)試標(biāo)準(zhǔn)條件、測(cè)試原理及其操作；了解測(cè)試條件對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)對(duì)試樣施加靜態(tài)三點(diǎn)式彎曲負(fù)荷，通過(guò)壓力傳感器、負(fù)荷及變形指示器，測(cè)定試樣 在彎曲變形過(guò)程中的特征量如彎曲過(guò)程中任何時(shí)刻跨度中心處截面上的最大外層纖維正應(yīng) 力（彎曲應(yīng)力）、當(dāng)撓度等于規(guī)定值時(shí)的彎曲應(yīng)力（定撓度時(shí)彎曲應(yīng)力）、在定撓度前或之 時(shí)破斷瞬間所達(dá)到的彎曲應(yīng)力（彎曲破壞應(yīng)力）、在規(guī)定撓度前或之時(shí)，負(fù)荷達(dá)到最大值時(shí) 的彎曲應(yīng)力（彎曲強(qiáng)度、最大負(fù)荷時(shí)的彎曲應(yīng)力）、超過(guò)定撓度時(shí)，負(fù)荷達(dá)到最大值時(shí)的彎 曲應(yīng)力（表觀彎曲強(qiáng)度）。原材料試樣PS 聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)試樣 長(zhǎng)為80mm，寬為100.5

10、mm，厚為40.2mm。試樣測(cè)試速度為2.00.4mm/min實(shí)驗(yàn)跨度L=161d實(shí)驗(yàn)溫度：20 C實(shí)驗(yàn)濕度：74%實(shí)驗(yàn)條件按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB9341-88，實(shí)驗(yàn)條件如下：（1）實(shí)驗(yàn)跨度L =161d，跨度測(cè)量準(zhǔn)確至0.5%以內(nèi)。（2）實(shí)驗(yàn)速度調(diào)節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)試樣速度為2.00.4mm/min非標(biāo)準(zhǔn)試樣的實(shí)驗(yàn)速度按下式計(jì)算：式中 V實(shí)驗(yàn)速度，mm/min；Sr應(yīng)變速率，每分鐘0.01；L跨度，mm；h試樣厚度，mm。（3）規(guī)定撓度為試樣厚度的1.5倍或之前出現(xiàn)斷裂時(shí)，試樣跨度中心的底面偏離原始位置 的距離。實(shí)驗(yàn)設(shè)備（1）任何一種可做彎曲實(shí)驗(yàn)的設(shè)備均可使用。（2）實(shí)驗(yàn)機(jī)的速度應(yīng)是恒速、可調(diào)，負(fù)荷值應(yīng)從每級(jí)

11、表盤滿量程的10%90%之間，但不小 于實(shí)驗(yàn)機(jī)最大負(fù)荷的4%開(kāi)始讀取，示值的允許誤差在1%之內(nèi)。電子拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)按有關(guān)規(guī) 定執(zhí)行。（3）實(shí)驗(yàn)裝置 如圖所示：1 6實(shí)驗(yàn)裝置示盤圖1上壓頭：2樣更座：m一壓頭半徑成成&壹米L r=2； P-窗曲負(fù)荷（4）實(shí)驗(yàn)機(jī)應(yīng)備有測(cè)定變形的裝置，測(cè)量精度為0.1mm。實(shí)驗(yàn)步驟（1）按GB 103979中第3、4條調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和處理試樣。（2）測(cè)量試樣中間部分的寬度和厚度。寬度測(cè)量準(zhǔn)確到0.05 mm，厚度測(cè)量準(zhǔn)確到0.01 mm， 測(cè)量三點(diǎn)取其算術(shù)平均值。（3）根據(jù)試樣斷裂的負(fù)荷選擇負(fù)荷范圍。（4）根據(jù)厚度選擇跨度、速度和壓頭。（5）將試樣放于支座上，若一面加工的

12、試樣，將加工面朝向壓頭，壓頭與試樣應(yīng)是線接觸， 并保證與試樣寬度的接觸線垂直于試樣長(zhǎng)度方向。（6）開(kāi)動(dòng)實(shí)驗(yàn)機(jī)，加載并記錄下列數(shù)值：1）在規(guī)定撓度前或之時(shí)出現(xiàn)斷裂的材料，記錄斷裂彎曲負(fù)荷值；2）出現(xiàn)最大負(fù)荷時(shí)，記錄最大負(fù)荷值。3）在達(dá)到規(guī)定撓度時(shí)，不斷裂的材料測(cè)定規(guī)定撓度時(shí)的彎曲負(fù)荷值。如有特殊要求，可按要求測(cè)定超過(guò)規(guī)定撓度的彎曲負(fù)荷值，但此時(shí)按式計(jì)算的彎曲強(qiáng) 度稱為表觀彎曲強(qiáng)度。凡試樣斷裂在實(shí)驗(yàn)跨度三等分中間部分以外的數(shù)值應(yīng)作廢，另補(bǔ)試樣實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)記錄表1彎曲實(shí)驗(yàn)記錄試樣序號(hào)寬度mm厚度mm最大或何N彈性模量Mpa最大應(yīng)力Mpa110.184.24153.8503304.1284.052221

13、0.144.24152.0503269.2483.8268310.144.24149.9503241.3882.6690410.144.24155.4503222.9385.7012510.164.24157.2003311.8987.3172平均值10.1524.24153.7003219.9184.8333標(biāo)準(zhǔn)差2.83738.58171.7786結(jié)果的計(jì)算和表示（1）彎曲應(yīng)力或彎曲強(qiáng)度氣（公斤/厘米2）3PL式中P試樣所承受的彎曲負(fù)荷（規(guī)定撓度時(shí)的負(fù)荷、破壞負(fù)荷、最大負(fù)荷值），N；L試樣跨度，mm；b試樣寬度，mm；h試樣厚度，mm。（2）彎曲彈性模量EfEf由負(fù)荷-撓度曲線的初始部分，

14、按下式計(jì)算:*4誦F式中Ef彎曲彈性模量，MPa；L試樣跨度，mm b試樣寬度，mm； h試樣厚度，mm； P在負(fù)荷-撓度曲線的線性部分上選定點(diǎn)的負(fù)荷，N； Y與負(fù)荷相對(duì)應(yīng)的撓度，mm。（3）計(jì)算一組試樣的算術(shù)平均值，取三位有效數(shù)字，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差值（S）可按下式計(jì)算：式中Xi單個(gè)測(cè)定值T組測(cè)定值的算術(shù)平均值；n測(cè)定個(gè)數(shù)。思考題為什么彎曲實(shí)驗(yàn)要規(guī)定試樣的寬度，并由厚度決定？答：測(cè)試材料的彎曲應(yīng)力和強(qiáng)度的目的是和其他材料作比較，如果作比較的材料的前提條件 不一致，那么實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)便沒(méi)有可比性，無(wú)法作為判斷材料誰(shuí)的性質(zhì)更好的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)實(shí) 驗(yàn)的條件和材料的前提條件（形狀尺寸、溫度和濕度等）都一樣時(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)便可以用來(lái)比 較材料的性能。當(dāng)材料的厚度很薄時(shí)，最大彎曲應(yīng)力很小以致實(shí)驗(yàn)用機(jī)器都無(wú)法很準(zhǔn)確的測(cè) 出來(lái)，當(dāng)材料的厚度很厚時(shí)，最大彎曲應(yīng)力會(huì)顯的異常的大，可能會(huì)超出測(cè)量范圍，這時(shí)可 以適當(dāng)增加材料的?？缍?、實(shí)驗(yàn)速度對(duì)彎曲強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果有何影響？答：跨度增大后，由杠桿原理中力臂增加了，則最大載荷會(huì)減小，相應(yīng)的最大應(yīng)力和彈性模 量也會(huì)變小，反之就會(huì)增大；實(shí)驗(yàn)速度對(duì)彎曲強(qiáng)度