实验一 复合材料弯曲强度测定 一、实验目的 了解复合材料弯曲强度的意义和测试方法,掌握用电子万能试验机测试聚合物材料弯曲性能的实验技术。 二、实验原理 弯曲是试样在弯曲应力作用下的形变行为。弯曲负载所产生的盈利是压缩应力和拉伸应力的组合,其作用情况见图1所示。表征弯曲形变行为的指标有弯曲应力、弯曲强度、弯曲模量及挠度等。 弯曲强度?f,也称挠曲强度(单位MPa),是试样在弯曲负荷下破裂或达到规定挠度时能承受的最大应力。挠度s是指试样弯曲过程中,试样跨距中心的顶面或底面偏离原始位置的距离(㎜)。弯曲应变?f是试样跨度中心外表面上单元长度的微量变化,用无量纲的比值或百分数表示。挠度和应变的关系为:s??fL6h(L为试样跨度,h为试样厚度)。 当试样弯曲形变产生断裂时,材料的极限弯曲强度就是弯曲强度,但是,有些聚合物在发生很大的形变时也不发生破坏或断裂,这样就不能测定其极限弯曲强度,这时,通常是以试样外层纤维的最大应变达到5%时的应力作为弯曲屈服强度。 与拉伸试验相比,弯曲试验有以下优点。假如有一种用做梁的材料可能在弯曲时破坏,那么对于设计或确定技术特性来说,弯曲试验要比拉伸试验更适用。制备没有残余应变的弯曲试样是比较容易的,但在拉伸试样中试样的校直就比较困难。弯曲试验的另一优点是在小应变下,实际的形变测量大的足以精确进行。 弯曲性能测试有以下主要影响因素。 ① 试样尺寸和加工。试样的厚度和宽度都与弯曲强度和挠度有关。 ② 加载压头半径和支座表面半径。如果加载压头半径很小,对试样容易引起较大的剪切力而影响弯曲强度。支座表面半径会影响试样跨度的准确性。 ③ 应变速率。弯曲强度与应变速率有关,应变速率较低时,其弯曲强度也偏低。 ④ 试验跨度。当跨厚比增大时,各种材料均显示剪切力的降低,可见用增大跨厚比可减少剪切应力,使三点弯曲更接近纯弯曲。 ⑤ 温度。就同一种材料来说,屈服强度受温度的影响比脆性强度大。 三、实验仪器 WDW1020型电子万能试验机
2图1 支梁受到力的作用而弯曲的情况 四、试样制备
弯曲试验所用试样是矩形截面的棒,可从板材、片材上切割,或由模塑加工制备。一般是把试样模压成所需尺寸。常用试样尺寸为(GB/T9341-1800)长度80㎜;宽度10㎜;厚度4㎜。每组试样应不少于5个。试验前,需对试样的外观进行检查,试样表面平整,无气泡、裂纹、分层和机械损伤等缺陷。另外,在测试前应将试样在测试环境中放置一定时间,使试样与测试环境达到平衡。
取合格的试样进行编号,在试样中间的13跨度内任意取3点测量试样的宽度和厚度,取算术平均值。试样尺寸小于或等于10㎜的,精确到0.02㎜;大于10㎜的,精确到0.05㎜。
五、实验步骤
1. 接通试验机电源。
2. 安装三点弯曲支座,调整跨度L及加载压头位置。加载压头位于支座中间。跨度L可按试样厚度h换算而得:L??16?1?h。
3. 进入试验程序。录入试样信息,然后联机。进行参数设置,选择试验速度。 4. 将试样放置在样品支座上,按下降键将压头调整至刚好与试样接触。 5. 然后对,“实验力”、“位移”、“变形”清零。
6. 点击“试验开始”键,试验开始进行,直至试样断裂试验自动结束。
7. 按上升键,使移动横梁回复原来位置。重复实验步骤4~6,测量下一个试样。 8. 试验结束后,按“数据管理”键,查看数据结果。
思考题:
1. 试样的尺寸对测试结果有何影响?
2. 在弯曲实验中,如何测定和计算弯曲模量?
材料物理性能 实验一材料弯曲强度测试
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