塑料材料拉伸性能检测，塑料棒测试

嵌入弹性细观单元中的微夹杂 。 从文献

17

中介绍的

准脆性损伤的简化分析即可得到高周疲劳的主要特

征 。

材料在高周疲劳载荷下的损伤演变动力率为

:

2 1 2 1 2 测试仪器

任何满足实验要求的 、 具有多种拉伸速率的拉力

实验机均可使用 , 如 CMT 系列微机控制电子拉力实

验机等

14

。 **使用能够自动记录应力应变曲线并

可对其进行初步处理的拉力实验机 , 以简化计算过

程 。 本实验采用 4302 型 INSTRON **材料实验机进

行测试 。

2 1 2 1 3 实验步骤

σ

2

～

.

D =

2 ES R v

(

σ ) ε

eq H

( ε eq - p D

)

(1)

σ f

其中

σ u - σ f

(2)

p D

=

σ

2

f

σ

f -

σ y

( ) 1 制备试样并对其进行外观检查 , 按照 GB/ T

1040 — 1992 规定进行 , 试样的状态调节和实验环境按

GB/ T 2918 — 1998 规定执行 , 对试样进行编号

;

(2) 用测微计在试样的若干点测量试样厚度并

求得平均值 , 准确至 1 % ;

(3) 在沿长度方向若干点上测中部平行部分的

宽度和厚度 , 准确至 1 % ;

(4) 在试样上做标线 , 夹紧试样 , 使得试样轴

心与上下夹具中心线重合 ;

(5) 开动实验机输入基本数据后开始拉伸实验

,

控制拉伸速度控制为

(1

± 0 1 5) mm/ min , 得到试样的

拉伸弹性模量 ;

(6 ) 控 制 拉 伸 速 度 控 制 为

( 50

± 5 ) mm/ min ,

并在拉伸初期卸载若干次 , 得到试样的卸载曲线 , 即

应力 - 应变曲线 ;

(7) 试样断裂后取出试样 , 保存实验记录 , 重

复步骤 4 ～ 5 , 进行其余试样的测试 。

2 1 3 材料参数的识别

假设损伤在所测应变体积内为均匀分布 , 忽略卸

载路径开始和终端可能存在的微小非线性 , 这可能是

由于黏性效应和实验装置造成的 。

由于材料的弹性模量随着损伤的增加而逐渐减

～

小 , 若设 D 为材料的损伤度 、 E 为材料的有效弹性

～

模量 , 根据应变等价原理 , 则 E 与无损材料的弹性模

～

量 E 两者之间存在 E = E ( 1 - D

) 的关系 , 由此即

～

可通过材料 E 值的变化求得相应时刻的损伤值 。 除此

之外 , 还可以由材料的密度变化 、 电阻变化等得到损

材料在平均应力为零的衡应力高周疲劳情况下的

失效循环数为

:

D 1c

N R = N 0 +

(3)

Δ σ 1 - 2 v Δσ

f

) 3

(1 +

v ) + (

3

9 σ

2

2

f

式中 , 其中 E 为材料的弹性 模 量 ; υ 为 泊 松 比 ; σ f

为疲 劳 极 限 ; Δσ 为 应 力 幅 值 ; N

0 为 无 损 循 环 数 ;

D 1c 为临界损伤度 ; S 为与温度相关的材料参数 。

由于压力管道所受疲劳载荷始终溪管道内压 , 方

( 3)

向不变 , 即平均应力不为零 , 因此对式

进 , 考虑平均应力影响的失效循环数为

:

进行改

D 1c

N R = N 0 +

(4)

σ

2

f

σ

2 E 2 S

M

式中 , ε pD 为塑性应变门槛值 , σ M 为*大加载应力 。 损

伤度随循环周期的变化情况可用下式表示 :

N - N 0

(5)

D = D 1c

N

- N

R 0

对于塑性非单边条件 , N

0 可由下式求得

:

E ε pD

N 0 =

2 Δσ

(6)

2 1 2 实验部分

本实验的目的是通过简单的拉伸言能测试得到聚

合物的弹性模量和应力 - 应变曲线 , 从中得到其极限

应力 、 疲劳极限 、 塑性应变门槛值等损伤力学参数 ,

并通过一系列结果处理得到 S 和 D 1c 等与温度相关的

材料 参 数 。 拉 伸 实 验 按 照 GB/ T 1040 — 1992 和 ISO/

R527 — 1966 ( E)

13 标准进行

, 不同的聚合物可根据

标准规定的实验速度范围选择适合的拉伸速度进行实

验 , 下面将以聚乙烯 ( PE) 为例说明实验方法 。

2 1 2 1 1 试样标准

本次实验材料为 PE , 它具有相当大的断裂伸长

率 , 因此试样采用 GB/ T 1040 — 1992 中的 Ⅱ型试样 ,

厚度一般为 1 ～ 2 mm , 每组试样不少于 5 个 , 可由挤

出片 材切样得到或模塑成型直接得到 。 试样要求表面

平整 , 无气泡 、 裂纹 、 分层 、 伤痕等缺陷 。

16

伤值 。 由拉伸实验中得到的应力应变曲线可以得

σ

到每一应变 ε对应的应力值 σ , 利用公式 D = 1 -

ε E

即可得到每一ε值对应的损伤度 D 值 , 并可得到应变

- 损伤关系曲线 , 其中 E 在以下范围内确定

:

F max

F max

F

0 1 15 <

S

< 0 1 85

S S

按照文献

17

中介绍的参数识别方法 , 从应力 -