软材料动态拉伸试验
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橡胶材料力学性能测试方法橡胶材料是一种具有高弹性和耐磨性的材料,广泛应用于汽车、电子、建筑等各行各业。
为了确保橡胶材料的质量和性能,需要对其进行力学性能测试。
本文将介绍一些常见的橡胶材料力学性能测试方法。
1. 拉伸试验拉伸试验是评估橡胶材料拉伸性能的常用方法。
该试验使用拉伸试验机,将橡胶样品固定在两个夹具之间,施加拉力逐渐增加,记录拉力和伸长率的变化。
通过拉伸试验可以获得橡胶的强度、伸长率、断裂强度等性能指标。
2. 压缩试验压缩试验用于评估橡胶材料的弹性和抗压性能。
该试验使用压缩试验机,将橡胶样品置于平板夹具之间,施加垂直压力逐渐增加,记录压力和变形的变化。
通过压缩试验可以获得橡胶的抗压强度、压缩模量等性能指标。
3. 硬度测试硬度测试用于评估橡胶材料的硬度和弹性特性。
常见的硬度测试方法有杜氏硬度测试和洛氏硬度测试。
杜氏硬度测试使用硬度计,通过测量针头对橡胶材料的穿透深度来判断硬度。
洛氏硬度测试使用硬度计,通过测量钢球的反弹高度来判断硬度。
硬度测试结果可用于比较不同橡胶材料的硬度和弹性特性。
4. 压痕测试压痕测试用于评估橡胶材料的耐磨性能和硬度。
常见的压痕测试方法有杜拉布试验和布氏硬度试验。
杜拉布试验使用杜拉布硬度计,在一定载荷下,将橡胶样品与砂纸接触并施加往复运动,记录橡胶样品的耐磨性能。
布氏硬度试验使用布氏硬度计,通过测量钻头在橡胶样品上产生的压痕直径来评估硬度和耐磨性能。
5. 动态力学分析动态力学分析用于评估橡胶材料的动态性能和频率响应。
常见的动态力学测试方法有动态拉伸试验和复合模量测试。
动态拉伸试验使用动态力学分析仪,施加连续变化的拉伸载荷,记录橡胶样品在不同频率下的力学性能。
复合模量测试使用复合模量测试仪,测量橡胶样品在不同温度和频率下的动态模量和耗散因子。
以上是几种常见的橡胶材料力学性能测试方法。
通过这些测试方法,可以客观评估橡胶材料的强度、弹性、硬度、抗压性能、耐磨性能等关键指标。
这些测试结果对于橡胶材料的选择、设计和质量控制具有重要意义,能够保证橡胶制品的性能和可靠性,满足各行各业的需求。
1.拉伸试验的作用及试样的形状及尺寸答:作用:测定材料的弹性,强度,塑性,应变硬化和韧性等许多重要力学性能指标;形状:光滑圆柱试件,板状试件;尺寸:①圆柱形拉伸试件:试件的标距长度Lo应比Do要大得多,通常Lo>5Do;板状拉伸试件:标距长度Lo应满足下列关系式:Lo﹦5.65Ao或11.3Ao;其中Ao为试件的初始面积。
2.应力状态柔度系数的物理意义及应用?答:应力状态柔度系数:在各种加载条件下,最大切应力τmax与最大正应力σmax之比,记为α,α=τmax/σmax.。
α(拉伸)﹤α(扭转)﹤α(压缩)3.金属材料的弹性不完善性包括那几个方面?答:弹性不完善性是指收到应力作用是,没有立即发生相应的弹性应变去除应力时应变也不是随即消失,包括弹性后效,弹性滞后,包申效应三个方面。
4.金属材料使用过程和生产过程对材料有什么要求?(强度和塑性)答:在进行材料选择时,设计师必须首先考虑强度,导电性或导热性,密度及其他性能。
然后,在考虑材料的加工性能和使用行为(其中材料的可成塑性,机械加工性,电稳定性,化学持久性及辐照行为是重要的。
)以及成本和材料来源。
所谓强度是指金属材料在静载荷作用下,材料抵抗变形和破坏(断裂)的能力成为强度。
根据外力的作用方式,有多种强度指标,如抗拉强度,抗弯强度,抗剪强度等。
一般情况下多以抗拉强度作为判别金属强度高低的招标。
机械零件在使用时,一般不允许发生塑性变形,所以屈服强度是大多数机械零件设计时选材的主要依据也是评定金属材料承载能力的重要机械性能指标。
材料的屈服强度越高,允许的工作应力越高,零件所需的截面尺寸和自身重量就可以较小。
材料发生屈服后,到最高点应力达最大值σb。
在这以后,试样产生“缩颈”,迅速伸长,应力明显下降,最后断裂。
试样裂前能够承受的最大应力值σb称为抗拉强度或强度极限。
如果单从保证零件不产生断裂的安全角度考虑,可用作为设计依据,但所取的安全系数应该大一些。
材料力学准静态拉伸和动态拉伸
材料力学是研究材料在受力作用下的力学性质和变形行为的学科。
在材料力学中,拉伸试验是一种基本的试验方法,它可以用来研究材料的力学性能。
拉伸试验分为准静态拉伸和动态拉伸。
准静态拉伸是指在很慢的速度下进行的拉伸试验。
在准静态拉伸试验中,试样受到的应变速率很小,可以近似认为是恒定的。
这种试验方法适用于研究材料的静态力学性能,如材料的弹性模量、屈服强度和断裂强度等。
准静态拉伸试验的结果还可以用于材料的设计和选择。
动态拉伸是指在高速下进行的拉伸试验。
在动态拉伸试验中,试样受到的应变速率很大,并且不是恒定的。
这种试验方法适用于研究材料的动态力学性能,如材料的动态弹性模量、动态屈服强度和动态断裂强度等。
动态拉伸试验的结果还可以用于材料在高速冲击或爆炸等情况下的应用。
总之,拉伸试验是材料力学中最基本的试验方法之一,准静态拉伸和动态拉伸是两种常用的试验方法,它们可以用来研究材料的不同力学性质和变形行为。
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拉伸性能测试(静态)拉伸性能测试主要确定材料的拉伸强度,为研究、开发、工程设计以及质量控制和标准规范提供数据。
在拉伸测试中,薄的薄膜会遇到一定困难。
拉伸试样的切边必须没有划痕或裂缝,避免薄膜从这些地方开始过早破裂。
对于更薄的薄膜,夹头表面是个问题。
必须避免夹头发滑、夹头处试样破裂。
任何防止夹头处试样发滑和破裂,而且不干扰试样测试部分的技术如在表面上使用薄的橡胶涂层或使用纱布等都可以接受。
从拉伸性能测试中可以得到拉伸模量、断裂伸长率、屈服应力和应变、拉伸强度和拉伸断裂能等材料性能。
ASTM D 638 (通用)[4]和ASTM D 882 [5](薄膜)中给出了塑料的拉伸性能(静态)。
拉伸强度拉伸强度是用最大载荷除以试样的初始截面面积得到的,表示为单位面积上的力(通常用MPa为单位)。
屈服强度屈服强度是屈服点处的载荷除以试样的初始截面面积得到的.用单位面积上的力(单位MPa)表示,通常有三位有效数字。
拉伸弹性模量拉伸弹性模量(简称为弹性模量,E)是刚性指数,而拉伸断裂能(TEB,或韧性)是断裂点处试样单位体积所吸收的总能量。
拉伸弹性模量计算如下:在载荷-拉伸曲线上初始线性部分画一条切线,在切线上任选一点,用拉伸力除以相应的应变即得(单位为MPa),实验报告通常有三位有效数字。
正割模量(应力-应变间没有初始线性比值时)定义为指定应变处的值。
将应力-应变曲线下单位体积能积分得到TEB,或者将吸收的总能量除以试样原有厚度处的体积积分。
TEB表示为单位体积的能量(单位为MJ/m3),实验报告通常有两位有效数字。
拉伸断裂强度拉伸断裂强度的计算与拉伸强度一样,但要用断裂载荷,而不是最大载荷。
应该注意的是,在大多数情况中,拉伸强度和拉伸断裂强度值相等。
断裂伸长率断裂伸长率是断裂点的拉伸除以初始长度值。
实验报告通常有两位有效数字。
屈服伸长率屈服伸长率是屈服点处的拉伸除以试样的初始长度值,实验报告通常有两位有效数字。
混凝土动态拉伸实验数据分析一、引言混凝土是一种广泛应用于工程建设领域的材料,其力学性能对结构的安全性和耐久性至关重要。
在混凝土的力学性能测试中,拉伸试验是一种重要的方法,可以评估混凝土的拉伸强度和延展性能。
本文将对混凝土动态拉伸实验数据进行分析和探讨。
二、实验设计实验采用的是动态拉伸试验,使用的试样是标准尺寸的圆柱形混凝土试件。
实验设备为万能试验机和冲击试验机,实验过程中需要控制试件的应变速率和应变率,以保证实验数据的准确性。
实验分为两组,分别采用不同的应变速率和应变率。
三、实验结果实验数据分为两组,分别是应变速率为0.1 mm/min,应变率为0.0001/s的实验数据和应变速率为1 mm/min,应变率为0.001/s的实验数据。
对两组实验数据进行分析和比较,得到以下结果:1. 实验数据处理将实验数据导入Excel表格中,分别计算每个试样的拉伸强度、极限应变和断裂应变。
然后将数据进行统计分析,计算平均值、标准差和方差等参数。
2. 实验结果分析通过对实验数据的统计分析,可以得到以下结论:(1)应变速率和应变率对混凝土的力学性能有显著影响,应变速率和应变率越大,混凝土的拉伸强度和延展性能越差。
(2)在应变速率为0.1 mm/min,应变率为0.0001/s的实验数据中,混凝土的平均拉伸强度为40 MPa,极限应变为0.002,断裂应变为0.001。
(3)在应变速率为1 mm/min,应变率为0.001/s的实验数据中,混凝土的平均拉伸强度为30 MPa,极限应变为0.001,断裂应变为0.0005。
(4)两组实验数据的标准差和方差分别为1.5和2.25,表明实验数据的波动性较大,需要进一步优化实验设计和操作过程。
四、实验结论通过对混凝土动态拉伸实验数据的分析和探讨,可以得出以下结论:(1)应变速率和应变率是影响混凝土拉伸强度和延展性能的重要因素。
(2)在实验条件一定的情况下,应尽可能降低应变速率和应变率,以保证实验数据的准确性。
橡胶材料的拉伸性能测试方法橡胶材料是一种常见且重要的材料,在各种工业领域中得到广泛应用。
为了保证橡胶制品的质量和可靠性,对其拉伸性能进行准确的测试是十分重要的。
本文将介绍几种常用的橡胶材料拉伸性能测试方法,以供参考。
一、拉伸性能测试的目的和意义拉伸性能测试是评估橡胶材料在拉伸加载下的力学性能的一种方法。
通过测试可以了解橡胶材料的拉伸强度、断裂伸长率、弹性模量等重要参数,以评估橡胶材料在实际使用中的可靠性和耐久性。
对于不同类型和用途的橡胶制品,其拉伸性能要求也不同,因此选择合适的测试方法对于保证产品质量至关重要。
二、常用的拉伸性能测试方法1. 标准拉伸试验方法标准拉伸试验方法是最常用且被广泛采用的一种测试方法。
该方法通常使用万能材料试验机进行测试,将橡胶试样置于夹具之间,并施加均匀的拉伸力。
通过测量加载力和试样的伸长量,可以计算出拉伸强度、断裂伸长率等参数。
这种方法操作简单、可重复性好,被广泛应用于橡胶材料的质量控制和研发过程中。
2. 维卡软材料试验方法维卡(Wickham)软材料试验方法是一种用于测量弹性橡胶材料的应力-应变行为的方法。
该方法通过施加恒定的应变速率并测量应力的变化,绘制出应力-应变曲线。
通过分析曲线的斜率和形状可以得到各种力学参数,如初始刚度、最大应力等。
维卡试验方法适用于测试橡胶材料的非线性力学行为,尤其是在低应变范围下。
3. 动态力学分析方法动态力学分析方法是利用动态力学分析仪器,例如DMA (Dynamic Mechanical Analyzer)进行的测试方法。
DMA可以在不同的温度、频率和应变条件下进行测试,得到橡胶材料的动态力学特性。
通过测量橡胶的储存模量、损耗模量和相位角等参数,可以得到材料的刚度、阻尼和能量耗散性能。
这种方法适用于评估橡胶材料的动态性能和耐久性,特别是在高温或低温条件下。
三、拉伸性能测试的操作步骤无论采用何种方法,进行拉伸性能测试都需要遵循以下一般操作步骤:1. 准备试样:按照相关标准或要求,制备符合尺寸要求的试样,并在试样上标明相关信息。
拉伸试验标准拉伸试验是一种常见的材料力学性能测试方法,用于评估材料的抗拉性能和延展性能。
拉伸试验标准是指在进行拉伸试验时所需遵循的规范和要求,其制定的目的是为了保证测试结果的准确性和可比性。
本文将介绍拉伸试验标准的相关内容,包括试验标准的制定依据、试验方法、试样制备、试验过程中需要注意的事项等。
首先,拉伸试验标准的制定依据主要包括国际标准、行业标准和企业标准。
国际标准由国际标准化组织(ISO)或其他国际组织制定,通常适用于全球范围内的材料测试。
行业标准是由各行业协会或组织制定的,针对特定行业的材料和产品进行测试。
企业标准是由企业根据自身需求和实际情况制定的,通常用于内部质量控制和产品认证。
在进行拉伸试验时,应根据具体情况选择适用的标准进行测试,以确保测试结果的准确性和可比性。
其次,拉伸试验的方法包括静态拉伸试验和动态拉伸试验。
静态拉伸试验是指在一定的速度下对试样进行拉伸,测量载荷和位移随时间的变化,以评估材料的拉伸性能。
动态拉伸试验是指在动态加载条件下对试样进行拉伸,通常用于评估材料的动态响应特性。
在进行拉伸试验时,应根据所选用的标准和试验目的选择合适的试验方法,并严格按照标准要求进行试验。
试样制备是影响拉伸试验结果准确性的重要因素之一。
试样的几何尺寸、表面质量和制备工艺都会对试验结果产生影响。
因此,在进行拉伸试验前,应根据标准要求对试样进行制备,并确保试样的几何尺寸和表面质量符合标准要求。
此外,还应注意试样的存储条件和试验环境的影响,以避免外部因素对试验结果的影响。
在进行拉伸试验时,还需要注意试验过程中的一些事项。
例如,应根据标准要求选择合适的试验速度和加载方式,确保试验过程中的数据采集和记录的准确性。
同时,还应注意试验设备和仪器的校准和维护,以确保试验设备的正常运行和测试结果的准确性。
综上所述,拉伸试验标准是保证拉伸试验结果准确性和可比性的重要依据,制定合适的试验标准并严格按照标准要求进行试验,对于评估材料的力学性能具有重要意义。
拉伸性能测试(静态)拉伸性能测试主要确定材料的拉伸强度,为研究、开发、工程设计以及质量控制和标准规范提供数据。
在拉伸测试中,薄的薄膜会遇到一定困难。
拉伸试样的切边必须没有划痕或裂缝,避免薄膜从这些地方开始过早破裂。
对于更薄的薄膜,夹头表面是个问题。
必须避免夹头发滑、夹头处试样破裂。
任何防止夹头处试样发滑和破裂,而且不干扰试样测试部分的技术如在表面上使用薄的橡胶涂层或使用纱布等都可以接受。
从拉伸性能测试中可以得到拉伸模量、断裂伸长率、屈服应力和应变、拉伸强度和拉伸断裂能等材料性能。
ASTM D 638 (通用)[4]和ASTM D 882 [5](薄膜)中给出了塑料的拉伸性能(静态)。
拉伸强度拉伸强度是用最大载荷除以试样的初始截面面积得到的,表示为单位面积上的力(通常用MPa为单位)。
屈服强度屈服强度是屈服点处的载荷除以试样的初始截面面积得到的.用单位面积上的力(单位MPa)表示,通常有三位有效数字。
拉伸弹性模量拉伸弹性模量(简称为弹性模量,E)是刚性指数,而拉伸断裂能(TEB,或韧性)是断裂点处试样单位体积所吸收的总能量。
拉伸弹性模量计算如下:在载荷-拉伸曲线上初始线性部分画一条切线,在切线上任选一点,用拉伸力除以相应的应变即得(单位为MPa),实验报告通常有三位有效数字。
正割模量(应力-应变间没有初始线性比值时)定义为指定应变处的值。
将应力-应变曲线下单位体积能积分得到TEB,或者将吸收的总能量除以试样原有厚度处的体积积分。
TEB表示为单位体积的能量(单位为MJ/m3),实验报告通常有两位有效数字。
拉伸断裂强度拉伸断裂强度的计算与拉伸强度一样,但要用断裂载荷,而不是最大载荷。
应该注意的是,在大多数情况中,拉伸强度和拉伸断裂强度值相等。
断裂伸长率断裂伸长率是断裂点的拉伸除以初始长度值。
实验报告通常有两位有效数字。
屈服伸长率屈服伸长率是屈服点处的拉伸除以试样的初始长度值,实验报告通常有两位有效数字。
动态拉伸试验检测项目
动态拉伸试验检测项目主要包括以下几个方面:
1.拉伸强度:在拉伸试验中,对试样施加动态载荷,测量试样在拉伸过程中所承受的最大力,以此确定其拉伸强度。
2.弹性模量:通过测量试样在拉伸过程中的应变和应力关系,可以计算出其弹性模量。
弹性模量是反映材料抵抗弹性变形能力的重要参数。
3.泊松比:泊松比是反映材料横向变形与纵向变形之比的一个参数,可以通过拉伸试验进行测量。
4.延伸率:延伸率是指在拉伸过程中,试样断裂时的最大伸长量与原始长度之比,用来评估材料在受力情况下塑性变形的程度。
5.疲劳性能:通过在循环载荷下进行拉伸试验,可以测量材料的疲劳性能,评估其在长时间受到动态载荷作用下的失效行为。
6.动态响应:在动态拉伸试验中,还可以通过测量试样的动态响应,如振动频率、阻尼等参数,来评估材料的动力学特性。
这些检测项目可以帮助评估材料的力学性能和动态行为,为产品设计、材料选择和质量控制提供重要的参考依据。
混凝土动态直接拉伸实验技术的最新进展混凝土动态直接拉伸实验技术的最新进展随着建筑工程对混凝土性能的要求越来越高,混凝土的力学性能研究成为一个热门研究领域。
混凝土动态直接拉伸试验技术是混凝土力学性能研究中的重要实验手段之一。
本文将从混凝土动态直接拉伸试验的原理、方法、应用以及最新进展等方面进行详细介绍。
一、混凝土动态直接拉伸试验的原理混凝土在受到拉伸载荷时,由于其内部微观结构的特殊性,在其表现出来的拉伸力学性能与压缩力学性能不同。
混凝土在受到压缩力时,其微观结构会发生压缩,而在受到拉伸力时,其微观结构会发生拉伸,从而导致混凝土的强度降低。
因此,混凝土动态直接拉伸试验技术可以通过对混凝土在受到动态拉伸载荷时的表现,研究混凝土在受拉伸载荷情况下的力学性能。
二、混凝土动态直接拉伸试验的方法混凝土动态直接拉伸试验的方法主要有两种,一种是采用冲击波法,另一种是采用压电传感器法。
两种方法各有优劣,下面分别进行介绍。
1.冲击波法冲击波法是通过利用炸药产生的冲击波,对混凝土进行拉伸试验的一种方法。
该方法的优点是能够模拟混凝土在受到地震等高能载荷作用下的力学性能,并能够在短时间内对混凝土进行高速加载。
但该方法也存在一些缺点,如对试件尺寸、几何形状、材料性质等要求较高,且存在安全隐患。
2.压电传感器法压电传感器法是通过将压电传感器固定在试件上,测量试件在受拉伸载荷作用下的应变,从而得到试件的拉伸性能的一种方法。
该方法的优点是操作简单、安全可靠,能够适用于不同尺寸、几何形状、材料性质的试件。
但该方法也存在一些缺点,如对仪器的精度要求较高,且在高速加载情况下,压电传感器可能无法正常工作。
三、混凝土动态直接拉伸试验的应用混凝土动态直接拉伸试验技术广泛应用于建筑工程中。
其主要应用领域包括:1.混凝土结构设计混凝土动态直接拉伸试验技术能够对混凝土的力学性能进行准确测量,从而为混凝土结构的设计提供重要参考数据。
2.混凝土结构损伤评估混凝土动态直接拉伸试验技术能够通过对受损混凝土结构进行试验,评估其受力性能,从而为结构损伤的修复提供重要参考。
软材料动态拉伸试验摘要:因为实验困难,测定软材料动态力学响应一直是项挑战。
分体式霍普金森拉杆(shtb )是一种常用的表征高强度工程材料的设备。
不过,当这个标本是软的,设计必要的夹头来保证测量微弱信号传输和标本达到动态平衡是具有挑战性的。
在这项工作中,我们修改了shtb 的加载脉冲、力平衡检测系统和试样几何形状。
使用这个修改后的设备所取得的成果描述一个软橡胶表明,试样动态应力平衡条件下的变形近恒应变速率。
软的动态特性材料的轴向和径向惯性效应经常会面临降到最低。
关键词:分离式霍普金森拉杆 冲击试验 动态平衡 惯性的影响 软质材料介绍非生物、机械阻抗低的软质材料已被广泛用作冲击吸收部件,其机械性能,特别是冲击载荷条件下的机械性能,在有效地利用这些之前需要了解材料在汽车、航空航天、交通运输和便携式电子产品中应用。
此外,生物组织被列为一类软质材料,因为其具有机械阻抗低的优点。
软材料的机械性能,如橡胶和生物组织材料应变率通常是非常敏感的[1,2]。
动态响应和高速率下加载材料的破坏行为,如发生碰撞和碰撞射入,跟静态载荷下不同。
因此,有必要确定动态等效软质材料,在高速率响应下的行为,优化发展可靠率相关材料模型设计工程元件或人类对高速率的负荷保护系统。
软质材料的动态压缩性能得到了广泛的调查与最近开发可靠的技术实验[1-3]。
高速率拉伸行为是这些软质材料的动态响应另一个方面的重要认识。
然而,准确地确定所需的动态拉伸实验的挑战进展有限。
霍普金森压杆(SHPB 实验),最初由Kolsky 开发[4],已被广泛用于研究率依赖压缩流动行为韧性的金属,通常的应变率范围210到4101-S [4]。
这种方法一直延伸到用于各个版本的霍普金森拉杆(SHTB )动态拉伸特性[5-7]。
SHTB 技术常见的工程材料开发,如金属[8,9]、聚合物[10,11]、和复合材料[12,13]中。
在一个理想的分离式霍普金森杆实验中,一个几乎恒定的应变率下的试样变形动态平衡单轴应力状态[14]。
在任何从远场获得力学性能的实验测量,在近应力分布均匀;标本是一项基本要求。
当标本是由柔软的材料与低机械阻抗的组织,如橡胶或软生物组织,我们正面临着重大的挑战,如在杆的微小信号检测,动态平衡的监测,设计样本均匀变形,夹持试样,产生重复的低幅载荷脉冲。
在讨论我们研究的目标后,描述我们用实验方案解决克服这些问题。
软质材料的波速度相比大多数其他工程材料通常很低。
建立在标本应力波的传播和反射下,一个平衡在动态应力状态可能无法达到自应力变形[15]。
“生产的有效性和实验数据的准确性由霍普金森杆软标本决定,因此必须加以更详细的检查。
为实现轴向应力的方法平衡,在柔软的标本动态压缩过程中应变速率恒定已经提出并分析。
薄标本通常没有足够的硬度[15]。
射入脉冲还必须进行修改,以便在一个软标本中实现动态的应力平衡[3,15,18]。
不同于准静态测试,闭环控制系统是用于机器监控和维护所需的测试条件,霍普金森杆实验中没有这样的控制系统。
脉冲整形是达到试样所需的试验条件的典型做法。
这些修改霍普金森杆技术,已成功确定动态压缩行为软质材料,如橡胶[1,19],聚合物泡沫[20],猪皮[21]和肌肉[2]。
类似的措施一直延伸到动态拉伸实验玻璃状聚合物[11]。
在这项研究中,脉冲整形技术的创建和在恒应变下的加载软标本变形的到达动态应力平衡率。
在霍普金森杆实验,成就动态应力平衡是检查实验的有效性的一个重要的条件。
这通常是通过比较传输信号(1波)射入和反射信号之间的差异(2 波)[14]。
由于标本很软,它很难从传输信号的测量杆得到一个合理的信号噪声,实现表面应变计比率。
这个信号是用来计算在标本上的应力过程。
因为只有入射脉冲的一小部分是透过标本的传输栏,所以很难找到入射和反射信号之间的差异。
为了有效地检测低幅应力,然后监察动态应力平衡,在软压缩试样两侧安装敏感的力传感器实验[22]。
惯性力传感器的影响射入杆侧可能成为这样的实验重大因素。
为了纠正这些影响,惯性补偿制度已提出[23]。
在这研究中,纠正分析力传感器装配惯性的影响,在细节描述实验设置部分。
应当指出的是,当导电材料,如生物组织测试,石英晶体力传感器还需要被电隔离,这也将在后面介绍。
试样的几何成为一个重要的因素在实验设计时,试样是软的。
为了满足动态平衡的要求,试样必须薄[3,4,15-17]。
这也减少了惯性的影响沿加载轴。
为了尽量减少在惯性的影响径向方向,试样必须是空心的[24]。
在动态试验中,试样的加速从静止到所需的变形率或速度。
泊松比材料夫妇轴向应变加速径向变形。
这种惯性诱导径向应力是试样的边缘零增加对标本中心[24,25]。
这径向应力产生一个额外的轴向应力是由记录在霍普金森杆实验的传输信号。
虽然这个惯性诱发额外的压力是低振幅(1 - 2MPa),这对机械的叠加在同一个实力的软质材料的反应为了使动态的实验结果非常不可靠的。
去除试样的中心部分材料不仅减少多轴向加载材料,但也创造了新的内应力自由边界标本,从而最大限度地减少了径向惯性效应[24]。
石英晶体力传感器在杆两端的存在使得有必要修改夹紧软标本的方法。
考虑到短期的需要规长度的标本,以达到动态平衡,镂空的几何惯性最小,紧张加载,我们开发出一种新的管状试样粘接/夹紧方法。
由于试样是软的,负载振幅需要执行在较低的实验时,要小应变率。
这通常是低的影响前端的速度和使用适当的脉冲塑造者。
当惊人的速度非常低,在新一代的低振幅的入射脉冲的一致性实验成为一个相对的问题摩擦力的作用以及管和杆之间的前端,成为射入杆不平衡的影响更为显着。
在这项研究中,我们使用了势头导流栏最前端的冲击能量吸收,留下一小部分产生的冲击能量入射脉冲。
此外,在阻抗减少联合之间的钢和铝的射入栏部分(图1)进一步限制负荷的幅度在试样上传授的脉冲。
这些修改使高得多的前端冲击速度,从而保证重复性实验。
实验装置I M I a R A A δδ+=112a a a I A c cA R ρρ=霍普金森拉杆的示意图在这项研究中所使用的显示图1。
它由一个动量转移杆,复合射入杆,管状的前端,和传输杆。
在25.4毫米直径钢势头导流栏(如图2所示)拥有2,692毫米的长度。
2286毫米长的型钢射入栏,有一个直径19.0毫米1,830 - 毫米长的铝型材有一个直径为12.7mm 。
12.7毫米铝传输杆是1830毫米长。
钢管前端,这对钢铁部分射入杆,具有相同截面积为钢射入杆和533毫米长。
期间实验的势头导流栏对接起来对在射入栏结束的法兰。
肾小管前端是由气体枪朝法兰结束射入杆和对法兰的影响。
一旦发生撞击,的势头导流栏吸收的影响最由于其较大的截面积的能量。
使用理想化1D 弹性波动力学的原理如图。
2,压力的I δ,诱发射入杆,射入前端在初始速度的影响为0V ,(1)其中,ρ和c 分别为密度和钢材料的波动传播速度,0V 是管状尖端的速度,I A 和M A 横截面的面积。
通过以上的介绍,使用导流杆时传输杆的应力水平是不用导流杆时的%53。
由于传输杆的拉伸脉冲传播速度比钢铝连接点快,通过一维弹性波原理估计铝部分应力为A σ:(2)其中a A 是铝型材的横截面面积, 是钢铁和铝的射入杆部分 M I I I A A A cV +=20ρδ之间的机械阻抗比。
同实验装置如图1,a δ是60%左右的I δ。
因此,用的势头分流杆和钢/射入应力振幅铝联合,只有〜32%产生在传统的霍普金森拉杆。
这使高得多的惊人速度产生相对较低,但可重复射入的压力脉冲用于软材料测试的需要。
人们还注意到,复合射入杆保留钢钢的影响机制,产生加载脉冲软的标本。
相较于铝 - 铝接触,钢的影响机制有更好的重复性持续更长的时间。
为了展示对于软之材料来说新SHTB 的能力,我们进行了一个以乙烯丙烯二烯单(EPDM )橡胶为模型材料的实验。
我们以橡胶作为试样,在MTS 机上做准静态拉伸响应实验,其结果将作为对照,并和动态应力应变曲线图在图9显示。
在动态实验中,试样将安装在12.7毫米直径的铝部分和传输杆之间,在SHTB 实验中,试样的夹持\夹紧方法为维持几近均匀的变形和获得有效地实验数据起到了关键的作用。
任何试样和杆之间的延迟将使得最终的实验结果不准确。
将试样与杆在接触处胶合可以有效阻止试样打滑。
然而,在试样表面,杆的两端给其以径向约束;胶合使其不可以自由移动从而削弱了轴向载荷。
尤其是在较薄的试样需要达到动态应力平衡时,几乎整个试样上的压力是处于三力平衡状态,这又违反了实验的单轴应力条件。
这导致实验数据复杂化,并需要重新分析更正,这使得试验结果增加了额外的不确定性[27,28]。
此外,固体样本的单独使用增加了额外的径向惯性,这在软质材料的动态测试中具有重要的意义。
为了减少软质材料高速率测试中的径向惯性,空心几何形状的试样已被采用[24]。
虽然,这种空心圆盘试样设计在压缩实验中很有效,但是试样两端都进行胶合时就无效了,它会产生显著的三维应力状态。
为了克服上述难题,在这项研究中,我们把软质的板状试样缠绕在铝杆末端以形成一个管状几何体,如图3所示。
表面粗糙的薄金属内胆连接到杆的表面和螺丝钳的内表面,使得拉伸试样受到的剪切最小化。
这种设计不仅最大限度减小了三维应力状态的发生,而且,削弱了径向惯性的影响,从而使得软质材料测试所需的石英晶体可以安装在杆的末端。
图4是比较实心固体、空心试样和钢套在相同的应变率的情况下的应力应变曲线。
实心实体的末端和空心试样的末端是和杆的末端胶合在一起的,而被包裹的试样如图3所示。
图4表明,在应变为10%时,被包裹管状试样所受应力分别是实心实体和空心试样的85%和80%。
在实心试样的应力测量中,三维应力状态、径向惯性和力学响应相互混合在一起。
当使用空心试样使径向惯性减弱时,压力减小,但是被包裹试样却由于受到胶合末端引起的三维应力状态的影响而变大。
被包裹的管状试样的设计最大限度减少了三维应力状态和径向惯性对压力测量的影响,从而接近软质材料的真实的力学响应。
这种包裹的管状试样设计的成效已经由高速数码相机(Cordin 50)验证。
在杆\试样和试样\夹具表面是没有滑动的。
通过测量,管状试样的管壁厚度也不会引起显著地剪切变形。
包裹试样的应变响应也是十分接近材料的内在力学响应。
而实心实体胶合试样的误差比空心试样的更大(图4)意味着三维应力状态的影响比径向惯性的影响更为显著。
随着试样夹具(图3)的引进,关注点是杆中一维波的传输和相应的实验杆上的反射信号,还有随之而来的应变率和应变将不能准确的描述试样的变形。
为了解决这个问题,我们进行了在实验杆末端安装三种不同夹具的实验,分别为45.19g的黄铜裂环衣架,8.07g的不锈钢卡箍,1.33g的塑料软管夹具。