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夯实基础 | 材料力学性能知识扫盲!全视频直观生动讲解

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材料力学性能又称机械性能,任何材料受力后都要产生变形,变形到一定程度即发生断裂。这种在外载作用下材料所表现的变形与断裂的行为叫力学行为,它是由材料内部的物质结构决定的,是材料固有的属性。

—— 材料力学性能试验简介 ——


1、拉伸实验 


拉伸试验是其中一种最常用的试验方法,用于测定试样在受到轴向拉伸载荷后的行为。这些试验类型可在室温或受控(加热或制冷)条件下进行,以确定材料的拉伸性能。    

   
适用材料:    
金属、塑料、弹性体、纸张、复合材料、橡胶、纺织品、粘合剂、薄膜等。    


常见的拉伸试验结果:    
最大载荷        
最大载荷下的挠度        
最大载荷做功        
刚度        
断裂载荷        
断裂时的形变        
断裂做功        
弦斜率        
应力        
应变        
杨氏模量        


   
试验仪器:万能试验机,高速试验机等    


图一  高速拉伸测试    

   
部分测试标准:    
GB/T 1040.1-201《塑料 拉伸性能的测定》    
ASTM D3039-76用于测定高模量纤维增强聚合物复合材料面内拉伸性能    
ASTM D638用于测定试件的拉伸强度和拉伸模量    

   

拉伸测试:测定高聚物材料的基本物性,对材料施加应力后,测出变形量,求出应力,应力应变曲线是最普通的方法。将样条的两端用器具固定好,施加轴方向的拉伸荷重,直到遭破坏时的应力与扭曲。

弹性模量:E=( F/S)/(dL/L)(材料在弹性变形阶段,其应力和应变成正比例关系)弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量,是一个总称,包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等。

弹性模量的意义:弹性模量是工程材料重要的性能参数,从宏观角度来说,弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度,从微观角度来说,则是原子、离子或分子之间键合强度的反应。

强度:材料在载荷作用下抵抗塑性变形或被破坏的最大能力。

屈服强度:材料发生明显塑性变形的抗力

拉伸强度:在拉伸试验中,试样直至断裂为止所承受的最大拉伸应力。

拉伸应力:试样在计量标距范围内,单位初始横截面上承受的拉伸负荷。

拉伸断裂应力:σt-εt曲线上断裂时的应力。

拉伸屈服应力:σt-εt曲线上屈服点处的应力。

断裂伸长率:试样断裂时,标线间距离的增加量与初始标距之比。

屈服点:σt-εt曲线上σt不随εt增加的初始点。


注:

E越大,说明材料越硬,相反则越软;

σb或σy越大,说材料越强,相反则越弱;

εb或S越大,说明材料越韧,相反则越脆


2、压缩试验 


压缩试验是一种常用于测定材料的压缩负载或抗压性的试验方法,同时也用于测定材料在受到一个特定的压缩负载并保持一段设定时间后的恢复能力。压缩试验用于测定材料在加载下的行为。此外也可测定一段时间内材料在(恒定或递增)载荷下可承受的最大应力。
   


适用材料:    
金属、塑料、弹性体、纸张、复合材料、橡胶、纺织品、粘合剂、薄膜等。    


试验仪器:万能试验机,高速试验机、压缩试验机等    

   
   
   
图二 压缩实验演示    

   
注意事项:    
(1)压缩试验主要适用于脆性材料,如铸铁、轴承合金和建筑材料等;    
(2)对于塑性材料,无法测出压缩强度极限,但可以测量出弹性模量、比例极限和屈服强度等。    
部分测试标准     
GB/T7314-2005《金属压缩实验试样》    
ASTM D3410-75(剪切荷载法测定带无支撑标准截面的聚合体母体复合材料压缩特性的试验方法)      
GB/T7314-2005《金属材料室温压缩试验方法》    

   


3、弯曲试验 

材料机械性能试验的基本方法之一,测定材料承受弯曲载荷时的力学特性的试验。
   
适用材料:多种不同的材料,包括金属、塑料、木材、层压板、刨花板、清水墙、瓷砖和玻璃等。    


试验仪器:万能试验机,高速试验机    

   
图三 弯曲试验验    


应用范围:主要有三点弯曲和四点弯曲两种加载荷方式,    
  • 测定灰铸铁的抗弯强度
  • 测定硬质合金的抗弯强度
  • 测量陶瓷材料、工具钢的抗弯强度
  • 检测和比较表面热处理层的质量和性能
  • 检测材料在受弯曲载荷下作用下的性能

   
部分测试标准:     
ASTM D7624用于测定聚合物基复合材料的弯曲刚度与强度性能    
GB/T232-2010《金属材料弯曲试验方法》    


4、冲击试验 


   
冲击试验一般是确定军用、民用设备在经受外力冲撞或作用时产品的安全性、可靠性和有效性的一种试验方法。
   


适用材料:多种材料,高分子,复合材料,金属,木材,陶瓷,玻璃,纺织品等等    


试验仪器:冲击试验机(摆锤式和落锤式) :手动冲击试验机、半自动冲击试验机、全自动冲击试验机。    


常用技术指标:峰值加速度、脉冲持续时间、速度变化量(半正弦波、后峰锯齿波、梯形波)和波形选择。    


部分测试标准:     
ISO 179-1-2010塑料.摆式冲击性能的测定.    
GB/T 17599-1998 防护服用织物 防热性能 抗熔融金属滴冲击性能的测定    
GB/T 15231.5-1994 玻璃纤维增强水泥性能试验方法 抗冲击性能    
GB/T 14152-2001 热塑性塑料管材耐性外冲击性能      
GB/T 21239-2007 纤维增强塑料层合板冲击后压缩性能试验方    
BS EN 950-1999 门扇.耐坚硬物体冲击性能的测定     
DIN ISO 2747-1999 瓷釉和搪瓷.搪瓷烹调器具.耐热冲击性能的测定    
GB/T 3917.1-2009 纺织品织物撕破性能      
BS EN ISO 6603-1-2000塑料 硬质塑料冲孔性能的测定      

   

5、硬度 


   

定义:材料抵抗其他较硬物体压入其表面的能力。

目的:测量材料的适用性,间接了解材料的磨擦性能、拉伸性能、固化程度等力学性能

常用的硬度测试方法:邵氏硬度、洛氏硬度,硬度体现的是产品的坚硬程度。在施加荷重的状态下,测定坚硬的圆珠凹陷时的抗衡性的实验。如果塑料中胶含量较多的话,冲击强度将会增加,但硬度会下降。


6、疲劳试验 


   
疲劳试验用以测定材料或结构疲劳应力或应变循环数的过程。疲劳是循环加载条件下,发生在材料某点处局部的、永久性的损伤递增过程。
   


适用材料:多种材料,包括高分子,复合材料,金属等    

   
试验仪器:电液伺服疲劳试验机等    

   
   
   
图六 汽车零件疲劳试验    

部分素材来源于网络

来源:国高材分析测试中心

疲劳断裂复合材料汽车建筑材料试验纺织
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首次发布时间:2025-03-06
最近编辑:11小时前
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