[發(fā)明專利]材料高速拉伸試驗(yàn)樣條及試驗(yàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910055302.8
• 申請日: 2009-07-24
• 公開（公告）號: CN101963560A
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭慶
• 申請（專利權(quán)）人: 延鋒偉世通汽車飾件系統(tǒng)有限公司
• 主分類號: G01N3/30
• 分類號: G01N3/30;G01N3/307
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種材料高速拉伸試驗(yàn)樣條及試驗(yàn)方法，特別是一種應(yīng)用線性沖擊設(shè)備測試硬塑材料機(jī)械性能參數(shù)的材料高速拉伸試驗(yàn)樣條及試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

目前比較常用的是通過高速拉伸試驗(yàn)機(jī)來獲取硬塑材料在高應(yīng)變率情況下的機(jī)械性能參數(shù)，對于塑料材料而言，高速拉伸試驗(yàn)的最大拉伸速度至少大于1000毫米/分鐘，如圖1所示，高速拉伸試驗(yàn)機(jī)一般采用直線型試驗(yàn)樣條。但是高速拉伸試驗(yàn)機(jī)非常昂貴，且每次試驗(yàn)的費(fèi)用高、周期長，對試驗(yàn)人員要求也較高，在實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)中其使用頻率很低，因此有能力進(jìn)行高速拉伸試驗(yàn)的單位很少，為產(chǎn)品開發(fā)過程中獲得準(zhǔn)確的材料參數(shù)造成了困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種材料高速拉伸試驗(yàn)樣條及試驗(yàn)方法，可以應(yīng)用線性沖擊設(shè)備對硬塑材料樣條進(jìn)行高速拉伸試驗(yàn)從而獲得硬塑材料在高應(yīng)變率情況下的機(jī)械性能參數(shù)，且減少試驗(yàn)時間和費(fèi)用。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種材料高速拉伸試驗(yàn)樣條，包括夾持段、沖擊段、以及拉伸段，其特征在于，該樣條為U型，U型兩端為夾持段，U型底部為沖擊段，夾持段與沖擊段之間為拉伸段，所述沖擊段和夾持段的橫截面積大于或等于拉伸段橫截面積的三倍。

所述沖擊段與拉伸段之間，以及夾持段與拉伸段之間均有過渡圓角。

所述拉伸段與沖擊段的對稱中心線方向的夾角不超過30°，優(yōu)選為不超過5°。

一種材料高速拉伸試驗(yàn)方法，應(yīng)用上述的U型樣條進(jìn)行高速拉伸，包括如下步驟：

(1)將所述U型樣條的夾持段夾在線性沖擊設(shè)備的夾頭內(nèi)；

(2)使線性沖擊設(shè)備沖頭勻速沖擊U型樣條的沖擊段；

(3)通過計(jì)算得到被測樣條的標(biāo)距處工程應(yīng)力σ_E和工程應(yīng)變ε_E。

步驟(2)中，沖頭勻速沖擊的行程至少是樣條拉伸段長度的20％。

沖擊過程中沖頭的速度減少不超過10％。

步驟(3)包括：

①把沖頭加速度a對時間進(jìn)行兩次積分獲得沖頭位移D；

②獲得樣條拉伸力F與沖頭位移D的F-D關(guān)系曲線；

③通過有限元分析定義樣條拉伸段伸長量d與沖頭位移D之間的比例系數(shù)k，把F-D關(guān)系曲線轉(zhuǎn)化為樣條拉伸力F與拉伸段伸長量d的F-d關(guān)系曲線；

④義樣條拉伸段原長為l₀，計(jì)算出樣條拉伸段的工程應(yīng)變ε_E＝d/l₀。

⑤樣條拉伸段截面積為A，可以得到拉伸段工程應(yīng)力σ_E＝F/A。

采用本發(fā)明的U型材料高速拉伸試驗(yàn)樣條以及試驗(yàn)方法，可應(yīng)用線性沖擊設(shè)備進(jìn)行硬塑材料的高速拉伸試驗(yàn)，將大大減少每次試驗(yàn)的時間和費(fèi)用，并可獲得精確的硬塑材料在高應(yīng)變率情況下的機(jī)械性能參數(shù)。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的高速拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行高速拉伸試驗(yàn)示意圖；

圖2為本發(fā)明通過線性沖擊設(shè)備進(jìn)行高速拉伸試驗(yàn)示意圖；

圖3a-3d為本發(fā)明的多種型號的U型樣條展開圖；

圖4為本發(fā)明的樣條拉伸力與沖頭位移曲線示意圖；

圖5為本發(fā)明的線性沖擊頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面根據(jù)圖2至圖5，給出本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述，使能更好地理解本發(fā)明的功能、特點(diǎn)。

線性沖擊設(shè)備在企業(yè)中使用比較普遍，其基本原理是通過壓縮氣體或者液壓作用對一定質(zhì)量的沖頭產(chǎn)生一個瞬時的推力，能夠很容易產(chǎn)生一個高速且穩(wěn)定的沖擊，是一種理想的動態(tài)物理試驗(yàn)設(shè)備。

材料高速拉伸試驗(yàn)要求樣條在拉伸過程中盡可能的處于一種單向拉伸的簡單應(yīng)力狀態(tài)，并且沖頭的速度在拉伸過程中盡可能保持穩(wěn)定。為此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種U型硬塑材料樣條，如圖2所示，包括夾持段1、沖擊段4、以及拉伸段6。U型的兩頂端部為夾持段1，U型中間底部部分為沖擊段4，拉伸段6則位于沖擊段4和夾持段1之間，并且所述沖擊段4、夾持段1與拉伸段6之間均具有過渡圓角3。為獲得理想拉伸的最基本要求就是要求沖擊段4和夾持段1樣條的橫截面積大于或等于拉伸段6的橫截面積的三倍，以使沖擊段和夾持段保持相對高的剛度，在拉伸段承受理想的拉伸變形。