拉伸測試的案例
技術(shù)研究 | 沒想到這種方法做拉伸測試，塑料老化壽命差異這么大
圖2 老化前后樣條形貌對比
對粉化的樣條進(jìn)行拉伸測試，拉伸強(qiáng)度都很低，B拉伸結(jié)果如圖3，A拉伸測試結(jié)果如圖4：
圖3 B測試結(jié)果與應(yīng)力應(yīng)變曲線
圖4 A測試結(jié)果與應(yīng)力應(yīng)變曲線
B老化前拉伸強(qiáng)度為88.4MPa，老化后拉伸強(qiáng)度為16.1MPa，降低了81.8%。B 表面浮纖較多，但是測試時(shí)基本沒有打滑現(xiàn)象，斷裂點(diǎn)主要是在中間平行段部分，樣品測試結(jié)果均勻性良好。
A老化前拉伸強(qiáng)度為19.6MPa，老化后平均拉伸強(qiáng)度為2.05MPa，降低了89.5%。老化后拉伸強(qiáng)度波動較大。拉伸測試過程中出現(xiàn)端部斷裂的現(xiàn)象，且有80%的樣條均在端部斷裂，經(jīng)過觀察，樣品的端部寬度較大，分層后內(nèi)部空穴較大，抗拉伸性能較差，需要對拉伸過程進(jìn)行改善。兩種樣品的拉伸斷裂情況見圖5。
圖5 兩種樣品的拉伸斷裂情況
2.2.2粉化后樣條測試方法研究
1、A粉化嚴(yán)重，主要對A進(jìn)行拉伸測試改善研究。老化結(jié)束后，樣條尺寸變小，厚度為3.75-3.85之間，實(shí)際斷裂的位置大都在端部，端部寬度更寬，如果按照斷裂處的尺寸進(jìn)行計(jì)算，拉伸強(qiáng)度的準(zhǔn)確性將會有提升。實(shí)驗(yàn)中對比了不測尺寸，中部尺寸和斷裂處尺寸三種計(jì)算方式對結(jié)果的影響，結(jié)果見圖6。
圖6 A不同計(jì)算尺寸對應(yīng)結(jié)果
從結(jié)果來看，若將實(shí)際斷裂處尺寸帶入計(jì)算拉伸強(qiáng)度，得到的結(jié)果均勻性相對會好一些，結(jié)果也更低。
2、在拉伸測試中，若不在樣條中部斷裂，測試的結(jié)果應(yīng)該舍棄，不能使用，因此需要改善端部斷裂的情況。主要從兩個(gè)方面改善：端部強(qiáng)度增強(qiáng)；端部不參與測試。
方法一是端部增強(qiáng)，我們采用保鮮膜圖（7）對端部進(jìn)行捆綁增強(qiáng)，包覆后拉伸測試斷裂點(diǎn)也大都在夾具內(nèi)（端部），且測試結(jié)果比較低，最大值3.01MPa，最小值1.09MPa，平均值為1.72MPa。
展開 如何選擇拉伸速率，保證塑料拉伸測試的準(zhǔn)確度
對于各種不同的破壞力，則有不同的強(qiáng)度指標(biāo)，常用的有拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和硬度，這里著重介紹拉伸測試速率對高分子聚合物測試性能的影響。
1. 高分子材料拉伸過程
拉伸性能是高分子聚合物材料的一種基本力學(xué)性能指標(biāo)。典型單軸拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1所示。
圖1中的Y點(diǎn)稱之為屈服點(diǎn)，對應(yīng)的強(qiáng)度為拉伸屈服強(qiáng)度，試片在出現(xiàn)屈服之前發(fā)生的斷裂稱為脆性斷裂，這種情況下，試片斷裂前只發(fā)生很小的變形（圖中的OA段），試樣并沒有明顯的變化，斷裂面一般與拉伸方向相垂直，斷裂面也很光滑。
試片在出現(xiàn)屈服之后的斷裂稱之為韌性斷裂，試片在屈服后出現(xiàn)了較大的應(yīng)變，如果在試樣斷裂前停止拉伸，除去外力，試片的大形變已無法完全回復(fù)，但是如果讓試片的溫度升到玻璃化溫度Tg附近，則可發(fā)現(xiàn)，形變又回復(fù)了。這是一種高彈形變，從微觀上看，屈服點(diǎn)以后材料的大形變主要是分子鏈段運(yùn)動，即在大外力的幫助下，本來被凍結(jié)的鏈段開始運(yùn)動，高分子鏈的伸展提供了材料的大形變。這時(shí)由于材料處在玻璃態(tài)，即使外力除去后，也不能自發(fā)回復(fù)，而當(dāng)溫度升高到Tg以上時(shí)，鏈段運(yùn)動解凍，分子鏈蜷曲起來，因而形變回復(fù)，在宏觀上表現(xiàn)為彈性回縮。
高彈變形的過程是外力作用促使材料主鏈發(fā)生內(nèi)旋轉(zhuǎn)的過程，此過程需要的外力要小的多，而變形量卻大的多，所以在曲線上表現(xiàn)為屈服后應(yīng)力下降也就是圖上的YB段，高分子鏈段在伸展過程中所需力的大小變化不明顯，故在曲線中部出現(xiàn)比較平穩(wěn)的線段。
如果在分子鏈伸展后繼續(xù)拉伸，則曲于分子鏈取向排列，使材料強(qiáng)度進(jìn)一步提高，因而需要更大的力，所以應(yīng)力又出現(xiàn)逐漸的上升，直到發(fā)生斷裂（見圖中的BX段）。
展開 基于LS_dyna模擬拉伸測試實(shí)驗(yàn)
基于LS_dyna模擬拉伸測試實(shí)驗(yàn)
有一起學(xué)習(xí)CAE的同學(xué)，可以關(guān)注公眾號：CAE備忘錄，讓我們一起學(xué)習(xí)CAE的使用技巧，一起學(xué)習(xí)CAE有關(guān)知識，一同學(xué)習(xí)，一同成長！
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1、 重新熟悉拉伸測試實(shí)驗(yàn)
2、 認(rèn)識dyna中基本材料模型
3、 了解LS-prepost中的基本操作
實(shí)驗(yàn)描述
拉伸實(shí)驗(yàn)的樣件按照實(shí)際式樣的尺寸，如下圖所示，
對于LS-Dyna，大多數(shù)材料都是輸入的都是真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變，而不是工程應(yīng)力應(yīng)變。通常，我們在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的軸向拉伸實(shí)驗(yàn)，輸出的都是工程應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)。因此，我們需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，才能輸入到LS-Dyna。工程應(yīng)力應(yīng)變曲線與真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線有相應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系。
工程應(yīng)力應(yīng)變的數(shù)學(xué)關(guān)系如下所示：
真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線數(shù)學(xué)關(guān)系如下所示：
讀取幾何
打開LS-Prepost，F(xiàn)ile>import>Ls-Dyna keyword file> tensile_test.k，導(dǎo)入拉伸實(shí)驗(yàn)的試件幾何文件。
材料屬性
在右側(cè)菜單欄點(diǎn)擊Model>keyword，所有關(guān)鍵字的都可以在這里編輯。雙擊MAT>024-PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY，這個(gè)24號材料是被廣泛用于定義彈塑性材料的方式之一。
展開 汽車用橡膠密封條性能要求，及拉伸強(qiáng)度測試誤差案例分析
性能測試案例
為什么TPE/TPV拉伸強(qiáng)度測試數(shù)據(jù)差異這么大？
最近有個(gè)客戶咨詢，采購的同一批TPE 的拉伸強(qiáng)度數(shù)據(jù)從7MPA，下降到了4MPA？根據(jù)國高材多年的實(shí)踐總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，拉伸強(qiáng)度測試數(shù)據(jù)的正確性，取決于以下幾個(gè)方面：
1. 拉力機(jī)器的正常，力傳感器不光是在某個(gè)點(diǎn)計(jì)量正常，而且需要整個(gè)線性正常。我們的拉力機(jī)就曾經(jīng)碰到，在測試10mpa以下的強(qiáng)度時(shí)候，是正常的，超過10mpa以上，則偏低20%的情況。
2. 測試人員手法一致，比如試樣的厚度，因?yàn)闊崴苄詮椥泽w比較軟，測試厚度的時(shí)候，你壓緊一點(diǎn)，厚度就小，松一點(diǎn)，厚度就大，那厚度大，那測試的拉伸強(qiáng)度就偏小；還有夾具夾試樣的位置，如果越是夾的邊緣，則拉伸強(qiáng)度偏低；
3. 測試的環(huán)境，通常溫度高，則拉伸強(qiáng)度小，反之，則大；
4. 試樣的制作，這個(gè)最影響拉伸強(qiáng)度大小了，選擇不同的加工工藝（注塑或模壓）制作的試樣偶都不同。這次再從試樣質(zhì)量波動的角度來談一下，為什么會造成這個(gè)結(jié)果？
（國高材分析測試中心壓片機(jī)）
4.1 熱塑性彈性體成型需要一定的溫度下，進(jìn)行剪切流動，從而充滿型腔，冷卻成型，注塑工藝剪切力最大，流動最迅速，材料之間也進(jìn)行了充分的混合，而模壓工藝成型，材料受到的剪切非常薄弱，流動也僅限于局部，材料之間沒有進(jìn)行充分的融合。
4.2 由于橡膠加工和熱塑性彈性體的加工不同點(diǎn)，所以，一般是推薦使用注塑成型工藝來制作熱塑性彈性體的測試試樣。熱塑性彈性體模壓加工由于缺乏剪切流動，導(dǎo)致試樣塑化的差異性很大，所以并不能確保每次試樣是制作的完全一樣。尤其是當(dāng)熱塑性彈性體材料流動性比較差的情況下，差異更明顯。我們對TPV進(jìn)行了不同溫度下注塑試樣測試結(jié)果的對比，也對不同流動性的TPV進(jìn)行了相同注塑溫度下注塑試樣的測試結(jié)果對比，基本得出如下結(jié)論：
a.
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1. 拉力機(jī)器的正常，力傳感器不光是在某個(gè)點(diǎn)計(jì)量正常，而且需要整個(gè)線性正常。我們的拉力機(jī)就曾經(jīng)碰到，在測試10mpa以下的強(qiáng)度時(shí)候，是正常的，超過10mpa以上，則偏低20%的情況。
2. 測試人員手法一致，比如試樣的厚度，因?yàn)闊崴苄詮椥泽w比較軟，測試厚度的時(shí)候，你壓緊一點(diǎn)，厚度就小，松一點(diǎn)，厚度就大，那厚度大，那測試的拉伸強(qiáng)度就偏??；還有夾具夾試樣的位置，如果越是夾的邊緣，則拉伸強(qiáng)度偏低；
3. 測試的環(huán)境，通常溫度高，則拉伸強(qiáng)度小，反之，則大；
4. 試樣的制作，這個(gè)最影響拉伸強(qiáng)度大小了，選擇不同的加工工藝（注塑或模壓）制作的試樣偶都不同。這次再從試樣質(zhì)量波動的角度來談一下，為什么會造成這個(gè)結(jié)果？
（國高材分析測試中心壓片機(jī)）
4.1 熱塑性彈性體成型需要一定的溫度下，進(jìn)行剪切流動，從而充滿型腔，冷卻成型，注塑工藝剪切力最大，流動最迅速，材料之間也進(jìn)行了充分的混合，而模壓工藝成型，材料受到的剪切非常薄弱，流動也僅限于局部，材料之間沒有進(jìn)行充分的融合。
4.2 由于橡膠加工和熱塑性彈性體的加工不同點(diǎn)，所以，一般是推薦使用注塑成型工藝來制作熱塑性彈性體的測試試樣。熱塑性彈性體模壓加工由于缺乏剪切流動，導(dǎo)致試樣塑化的差異性很大，所以并不能確保每次試樣是制作的完全一樣。尤其是當(dāng)熱塑性彈性體材料流動性比較差的情況下，差異更明顯。
展開 如何保證塑料拉伸測試的準(zhǔn)確度？這幾點(diǎn)建議幫你輕松應(yīng)對！
測試伸長時(shí)應(yīng)在試樣上被拉伸的平行部分作標(biāo)線，此標(biāo)線對測試結(jié)果不應(yīng)有影響。
6. 用夾具夾持試樣時(shí)要使試樣縱軸方向中心與上、下夾具中心連線相重合，并且松緊適宜，不能使試樣在受力時(shí)滑脫或夾持過緊在夾口處損壞試樣。夾持薄膜試樣要求在夾具內(nèi)襯墊橡膠之類的彈性薄片。
7. 按所選擇的速度開動機(jī)器，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。
8. 試樣斷裂后讀取負(fù)荷及標(biāo)距間伸長，或讀取屈服時(shí)的負(fù)荷。若試樣斷裂在標(biāo)距以外的部位，則此次試驗(yàn)作廢，另取試樣補(bǔ)做。
9. 測定模量時(shí)測定模量時(shí)可用1～5mm／min的拉伸速度，使樣品形量準(zhǔn)確至0.01mm。記錄負(fù)荷及相應(yīng)變形量，作應(yīng)力—應(yīng)變曲線。
四、影響拉伸檢測結(jié)果的六大因素
1. 試驗(yàn)環(huán)境對塑料拉伸檢測的影響
GB/T8804中規(guī)定，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度為（23±2）℃，相對濕度為（50±10）%。
熱塑性塑料的拉伸性能測試受溫度的影響比較大，往往溫度偏高，拉伸強(qiáng)度偏低，伸長率偏大，反之則相反。伴隨著溫度的逐漸上升，熱塑性塑料的拉伸性能也將逐漸由硬脆向粘強(qiáng)轉(zhuǎn)變，拉伸強(qiáng)度和拉伸彈性模量隨之變小，而斷裂伸長率將同步變大。
實(shí)驗(yàn)相對濕度一般對吸水率比較大的塑料影響較大。一部分塑料吸水率增大以后，水分子在塑料中起到了偶聯(lián)劑和增韌劑的作用，從而影響該塑料的剛性和韌性。通過以上實(shí)踐可見，塑料的拉伸性能測試必須在恒溫恒濕條件下進(jìn)行。
2. 材料試驗(yàn)機(jī)對塑料拉伸檢測的影響
材料試驗(yàn)機(jī)（又稱拉力機(jī)）的測力傳感器精度、速度控制精度、夾具同軸度和數(shù)據(jù)采集頻率等是材料試驗(yàn)機(jī)影響拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)的主要因素。
展開 技術(shù)研究 | 為了提高高速拉伸測試結(jié)果準(zhǔn)確性，我們都長”斑“了
背景描述
在高速拉伸測試過程中，基于一個(gè)假設(shè)條件：試樣的延伸都發(fā)生在平行段內(nèi)，可由該公式求得試驗(yàn)速度v=應(yīng)變率*平行段長度。但實(shí)際測試過程中，試樣的延伸往往不止發(fā)生在平行段內(nèi)，還會在試樣頸部或肩部區(qū)域，這就導(dǎo)致了實(shí)際應(yīng)變率與設(shè)定應(yīng)變率總有差異。
本研究通過對比不同樣條的測試結(jié)果，優(yōu)選出應(yīng)變率最精確的試樣類型，從而提升測試精度，最終得到準(zhǔn)確的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。實(shí)驗(yàn)利用DIC技術(shù)測量試樣的應(yīng)變，散斑圖作為DIC技術(shù)的不可缺少的部分有著重要的意義。散斑圖是指具有一定灰度分布的數(shù)字圖像，試驗(yàn)中如何制作穩(wěn)定有效的散斑圖能提高樣條的應(yīng)變測試結(jié)果。
案例解決過程
（1）試驗(yàn)材料與儀器與樣條類型
實(shí)驗(yàn)儀器圖：帶高速相機(jī)的高速拉伸試驗(yàn)機(jī)
（2）DIC應(yīng)變測量方法原理
測試前在試樣表面制作散斑，使用高速攝像機(jī)拍攝拉伸的全過程，然后用計(jì)算機(jī)處理所拍到的數(shù)字圖像（散斑圖），通過對比試樣表面在變形前后的散斑圖，運(yùn)用相關(guān)算法求出試樣的全場位移與應(yīng)變。不同應(yīng)變率試驗(yàn)高速攝像機(jī)需使用不同的拍攝幀數(shù)，應(yīng)變率越高拍攝幀數(shù)也要相應(yīng)地提高。為保證處理數(shù)據(jù)能得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線，高速攝像機(jī)的拍攝幀數(shù)需與高速拉伸試驗(yàn)機(jī)的力值采集頻率相同。原理簡示圖如圖1，計(jì)算機(jī)通過分析虛擬引伸計(jì)的長度變化得出試樣的應(yīng)變-時(shí)間曲線。
圖1試樣的應(yīng)變-時(shí)間曲線
案例結(jié)果與分析
（1）樣條的斷裂現(xiàn)象分析
1A、1B、1BA、Type 3試樣均為啞鈴型。啞鈴型設(shè)計(jì)是為了避免斷裂發(fā)生在標(biāo)距外的情況，標(biāo)距外的斷裂會導(dǎo)致測試結(jié)果出現(xiàn)偏離。試驗(yàn)結(jié)果表明啞鈴型試樣在標(biāo)距內(nèi)斷裂，結(jié)果有效，而直條型試樣斷裂在夾鉗位置，結(jié)果無效。
圖2試樣斷裂
（2）應(yīng)變-時(shí)間曲線分析
高速相機(jī)拍攝拉伸的整個(gè)過程，再通過計(jì)算機(jī)DIC技術(shù)得出試樣從拉伸開始到斷裂的應(yīng)變-時(shí)間曲線，如圖10~12。
展開 橡膠等雙軸拉伸測試技術(shù)的演進(jìn)：為何更大的應(yīng)變范圍對仿真精度至關(guān)重要
在橡膠類超彈性材料的力學(xué)特性表征中，等雙軸拉伸測試是構(gòu)建精確本構(gòu)模型的核心試驗(yàn)之一。
長期以來，傳統(tǒng)周向夾持（傳統(tǒng)16爪式）裝置被廣泛使用，但其技術(shù)局限也逐漸在工程實(shí)踐中顯現(xiàn)。本文將從專業(yè)角度，對比新興的充氣式等雙軸拉伸技術(shù)，并重點(diǎn)探討測試應(yīng)變范圍的提升如何直接影響結(jié)構(gòu)仿真的可靠性。
傳統(tǒng)周向夾持式的技術(shù)瓶頸
與仿真數(shù)據(jù)缺口
傳統(tǒng)16爪裝置在夾持原理上通過機(jī)械夾具同步拉伸試樣邊緣。這一方式在實(shí)踐中面臨幾個(gè)固有挑戰(zhàn)：
有效應(yīng)變范圍不足
由于應(yīng)力集中，試樣常在夾持邊緣附近發(fā)生撕裂或滑脫。這使得大部分材料的有效測試應(yīng)變難以超過50%，僅少數(shù)柔軟材料可達(dá)100%。這個(gè)量級的應(yīng)變數(shù)據(jù)，對于許多設(shè)計(jì)工況下應(yīng)變可能超過200%的工程部件而言，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。
數(shù)據(jù)質(zhì)量與一致性
多個(gè)獨(dú)立夾爪的同步性與摩擦阻力，使得測試設(shè)備存在難以消除且無法忽略的系統(tǒng)誤差，影響力值測量精度。同時(shí)，試樣裝夾操作難度大、費(fèi)力耗時(shí)，拉力的一致性高度依賴操作者經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致測試結(jié)果的復(fù)現(xiàn)性面臨挑戰(zhàn)。
最關(guān)鍵的影響在于仿真領(lǐng)域：材料等雙軸拉伸試驗(yàn)的應(yīng)變范圍小，將直接導(dǎo)致無法準(zhǔn)確擬合材料超彈性本構(gòu)模型（如Yeoh、Ogden模型）的參數(shù)。
本構(gòu)模型的擬合，本質(zhì)上是利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)來“校準(zhǔn)”一個(gè)數(shù)學(xué)公式。如果校準(zhǔn)所用的數(shù)據(jù)（試驗(yàn)應(yīng)變范圍）遠(yuǎn)小于實(shí)際使用工況，那么在此范圍之外的模型預(yù)測行為就等同于“無據(jù)可依”的外推（如下圖所示），其準(zhǔn)確性無法保證。
充氣式等雙軸拉伸的
技術(shù)原理與優(yōu)勢
充氣式技術(shù)采用了一種截然不同的思路：通過施加均勻氣壓使圓形試樣鼓脹，實(shí)現(xiàn)球面中心的純等雙軸變形狀態(tài)。
展開 高應(yīng)變速率和準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)拉伸性能有什么不同？如何準(zhǔn)確選擇測試設(shè)備？
基于高速液壓伺服試驗(yàn)機(jī)的材料動態(tài)拉伸試驗(yàn)是獲得中低應(yīng)變率力學(xué)性能的主要手段，但如何獲得材料的動態(tài)拉伸載荷、動態(tài)應(yīng)變，以及失效過程的熱耗散數(shù)據(jù)是試驗(yàn)測試的關(guān)鍵。就像飛機(jī)在服役過程中結(jié)構(gòu)可能會遭受鳥撞、應(yīng)急墜撞等沖擊載荷的作用，如飛機(jī)機(jī)頭和機(jī)翼結(jié)構(gòu)是飛鳥、冰雹等外來物沖擊的密切關(guān)注部位，飛機(jī)機(jī)體下部結(jié)構(gòu)則需進(jìn)行抗墜撞設(shè)計(jì)以提高其適墜性。飛機(jī)結(jié)構(gòu)在沖擊載荷作用下，材料的力學(xué)行為相較準(zhǔn)靜態(tài)加載需考慮應(yīng)變率效應(yīng)的影響，即隨著加載應(yīng)變率的提高，材料往往呈現(xiàn)出一定的應(yīng)變率敏感性。以往研究表明，高強(qiáng)度材料的強(qiáng)度極限和失效應(yīng)變等參數(shù)隨著應(yīng)變率的提高會發(fā)生顯著變化，因此，為準(zhǔn)確進(jìn)行飛機(jī)結(jié)構(gòu)的抗沖擊設(shè)計(jì)和分析，需通過試驗(yàn)手段獲得材料的動態(tài)力學(xué)性能參數(shù)。
一般而言，應(yīng)變率范圍10-1s-1～103s-1為中低應(yīng)變率狀態(tài)，處于該范圍左右兩端之外的則分別為準(zhǔn)靜態(tài)和高應(yīng)變率狀態(tài)。需要說明的是在不同的應(yīng)變率范圍，需匹配不同的試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行力學(xué)性能測試，如圖1所示，如準(zhǔn)靜態(tài)范圍一般通過常規(guī)的靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)，中低應(yīng)變率范圍則一般通過高速液壓伺服試驗(yàn)機(jī)，而高應(yīng)變率范圍則一般采用霍普金森桿試驗(yàn)裝置。相較而言，中低應(yīng)變率范圍內(nèi)的材料動態(tài)力學(xué)性能測試方法尚沒有準(zhǔn)靜態(tài)和高應(yīng)變率下的測試方法成熟，主要體現(xiàn)為基于高速液壓伺服試驗(yàn)機(jī)的材料中低應(yīng)變率動態(tài)拉伸試驗(yàn)相對較少，在關(guān)鍵試驗(yàn)參數(shù)測試、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等方面有待進(jìn)一步形成共識。
圖1 典型材料在不同應(yīng)變率范圍的試驗(yàn)裝置
高速拉伸試驗(yàn)機(jī)
霍普金森桿
材料的動態(tài)應(yīng)變測試
材料力學(xué)性能試驗(yàn)中應(yīng)變測試的常規(guī)方法包括應(yīng)變電測法和引伸計(jì)測量方法。但受限于常規(guī)應(yīng)變片使用量程的限制，無法測量材料的塑性變形全過程。而材料動態(tài)拉伸試驗(yàn)為瞬態(tài)破壞過程，傳統(tǒng)機(jī)械引伸計(jì)易發(fā)生損壞也不適用。
展開 技術(shù)分享 | 樣條類型對汽車用PP高應(yīng)變率測試的影響
經(jīng)過計(jì)算，1A,1BA,S3A樣條的高速拉伸測試所得應(yīng)力－應(yīng)變曲線中（圖1、圖2、圖3)屈服前近直線段的斜率相應(yīng)為718.00,3910.00,1262.22。
采用1BA樣條測試時(shí)，載荷加載速度最快，S3A樣條次之。因此，當(dāng)采用高速拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行車用PP的高速拉伸測試時(shí)，優(yōu)選1BA樣條。
2.4樣條類型對斷裂伸長率測試的影響
斷裂伸長率一直是拉伸測試關(guān)注的焦點(diǎn)，它可以評價(jià)材料的力學(xué)性能、反應(yīng)材料的韌性。采用1A,1BA,S3A樣條進(jìn)行應(yīng)變速率為100.00,10.00,1.00,0.10,0.01s^-1的拉伸測試，得出斷裂伸長率如表3所示。
表3 樣條在不同應(yīng)變速率下的斷裂伸長率
PP是應(yīng)變敏感性材料，即斷裂伸長率隨著應(yīng)變速率的增加而降低。采用1A樣條與1BA樣條測試時(shí)，得出的應(yīng)變速率與斷裂伸長率的關(guān)系與此規(guī)律相符。而采用S3A樣條測試時(shí)得出的應(yīng)變速率與斷裂伸長率的關(guān)系是無規(guī)律的。所以，從測試斷裂伸長率角度出發(fā)，當(dāng)采用高速拉伸試驗(yàn)機(jī)測試時(shí)，優(yōu)選1A與1BA樣條。
結(jié)論
Conclusion
當(dāng)采用高速拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行車用PP測試時(shí)：a)1BA樣條測試效果相對較好，建議在條件允許的情況下，盡量不選擇S3A樣條進(jìn)行高速拉伸測試；b)3種試樣載何震蕩效果上都存在缺點(diǎn)，高速拉伸的試樣規(guī)格需要進(jìn)一步優(yōu)化；c)雖然測試的是同一種材料，但是只是改變了樣條的形式，3種樣條測試得出的屈服應(yīng)力有很大差異，其原因則有待進(jìn)一步探索。
展開 車用PP高應(yīng)變速率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線獲得方法研究
當(dāng)測試速率達(dá)到1 s-1甚至更高時(shí),數(shù)據(jù)的獲得就變得困難起來。通常有兩種方法:采用方程擬合法;采用液壓原理的高速拉伸試驗(yàn)機(jī)測試。結(jié)果表明，采用方程擬合的方法可以得到比測試得出的最高應(yīng)變速率高出兩個(gè)數(shù)量級的曲線及特征值；對于達(dá)到峰值應(yīng)力后應(yīng)力變化較小的曲線,方程擬合法準(zhǔn)確性較好，對于達(dá)到峰值應(yīng)力后應(yīng)力降低或增加的材料，方程擬合法的準(zhǔn)確度稍弱。
關(guān)鍵詞：高速拉伸 方程擬合法 直接測試法 非接觸式引伸計(jì) CAE分析
汽車在進(jìn)行碰撞過程中,整個(gè)過程只有0.1～0.2 s,會產(chǎn)生大量的能量吸收與轉(zhuǎn)移,而這個(gè)能量吸收與轉(zhuǎn)移的能力與材料有關(guān)。然而困擾汽車設(shè)計(jì)的一大難題就是選材?，F(xiàn)階段,車用材料制備結(jié)構(gòu)件需要前期進(jìn)行更多的模擬試驗(yàn),CAE動態(tài)分析是不可或缺的。而車用材料CAE分析面臨著動態(tài)拉伸數(shù)據(jù)獲得難的問題,也就是說高應(yīng)變速率下(如應(yīng)變速率大于1 s-1)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線獲得相當(dāng)困難。需要材料在高應(yīng)變速率下的拉伸數(shù)據(jù)。
目前國際上針對非金屬材料的高速拉伸測試方法主要有兩個(gè):采用ISO 18872:2007《塑料高應(yīng)變速率下的拉伸性能測試》(由金發(fā)科技股份有限公司聯(lián)合其他單位已經(jīng)將其等效轉(zhuǎn)化為國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布,以下簡稱方程擬合法)和采用高速拉伸試驗(yàn)機(jī)直接進(jìn)行測試——直接測試法。方程擬合法是針對塑料高速拉伸測試的標(biāo)準(zhǔn),計(jì)算出塑料在高速下的力學(xué)性能。而直接測試法主要是指使用高速拉伸設(shè)備直接測試。
01測試原理
方程擬合法:依據(jù)ISO 527-2:2012,拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線在0.1～100 mm/s選定速度下測試獲得。同時(shí),測量泊松比隨應(yīng)變的變化。由測試結(jié)果,可計(jì)算出各應(yīng)變速率下的真實(shí)應(yīng)力和真實(shí)塑性應(yīng)變值。通過數(shù)學(xué)函數(shù)方程可對各應(yīng)力-塑性應(yīng)變曲線進(jìn)行準(zhǔn)確模擬。同時(shí),也可以建模分析此函數(shù)中的參數(shù)隨應(yīng)變速率的變化,從而外推得出較高應(yīng)變速率下的參數(shù)值。
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塑膠材料的特性與選用
■資料來源：ACMT SMARTMolding 20年9月刊
摘要
塑膠材料的特性選用，必須搭配著設(shè)計(jì)應(yīng)用，本篇文章主要討論塑膠材料的測試，以及部分添加劑添加后對塑膠材造成的物性改變方向，本文編排順序依照材料物性表測試排序。分別探討項(xiàng)目為：
? 機(jī)械特性：拉伸測試。
? 沖擊特性：沖擊測試。
? 溫度特性：熱變形、長時(shí)間工作溫度、玻璃轉(zhuǎn)化溫度、熱傳導(dǎo)。
? 物理特性：比重、模收縮率、表面硬度、摩擦力。
? 光學(xué)特性：光穿透、光反射、IR 遮蔽、藍(lán)光遮蔽、光擴(kuò)散。
機(jī)械特性：拉伸測試
拉伸測試的主要測試結(jié)果以下列幾項(xiàng)數(shù)據(jù)顯現(xiàn)：
? TensileStress（ 拉伸應(yīng)力），yld（ 降伏點(diǎn)），TypeI（試片規(guī)格1），50mm/min（拉伸速度）
? TensileStress（ 拉伸應(yīng)力），brk（ 斷裂點(diǎn)），TypeI（試片規(guī)格1），50mm/min（拉伸速度）
? TensileStrain（拉伸應(yīng)變or 拉伸延展），yld（降伏點(diǎn)），TypeI（試片規(guī)格1），50mm/min（拉伸速度）
? TensileStrain（拉伸應(yīng)變or 拉伸延展），brk（斷裂點(diǎn)），TypeI（試片規(guī)格1），50mm/min（拉伸速度）
? TensileModulus（ 拉伸模量or 楊式系數(shù)），50mm/min（拉伸速度）
圖1：添加物的種類有數(shù)種，如玻璃纖維、碳纖維、云母片……等
圖2：拉伸測試分為三個(gè)階段
在拉伸測試中，材料被固定夾持后，機(jī)具會使用固定的速度往上拉。拉伸時(shí)，材料會抵抗拉力，所以會有反作用力（實(shí)際記錄的數(shù)值為反作用力）。
展開 案例分享 | 連接器結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)優(yōu)化
圖1：敏感度分析得出的力-位移曲線（灰色）與拉伸測試參考曲線（綠色）比較
圖2：最優(yōu)力-位移曲線（紅色）與拉伸測試參考曲線（綠色）比較以及從優(yōu)化中得到的其他曲線（灰）
首先，連接器優(yōu)化通常會涉及材料參數(shù)標(biāo)定，例如在拉伸測試中進(jìn)行非線性材料參數(shù)標(biāo)定。材料標(biāo)定的目的是找到用于描述材料法則的參數(shù)集，從而得出盡可能最佳擬合的參考拉伸測試曲線。彈簧鋼的拉伸測試中已經(jīng)開展了材料標(biāo)定，并在optiSLang 安裝步驟教程“spring_steel”中進(jìn)行了具體介紹。
本文只對材料標(biāo)定的結(jié)果做簡要介紹，對描述完整彈塑性材料行為的五個(gè)材料參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定。圖1 所示的是拉伸測試獲得的力 - 位移曲線（綠色）和敏感度分析得出的仿真曲線（灰色）。材料標(biāo)定的結(jié)果如圖2 所示。最優(yōu)曲線（紅）與參考曲線（綠）幾乎一致，顯示出極佳的擬合度。標(biāo)定后的材料將用于后續(xù)仿真。本文介紹的連接器優(yōu)化旨在實(shí)現(xiàn)所需的插入和拔出行為。
圖3：僅包含載流組件的連接器的簡化參數(shù)模型
為了進(jìn)行優(yōu)化，在Design Modeler 中生成了具有15 個(gè)幾何參數(shù)的完全參數(shù)化 2D CAD 模型。圖3 所示的是連接器設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)只考慮了不帶塑料組件的載流部件。然后基于CAD 模型，使用自動網(wǎng)格剖分功能在Ansys Workbench 中建立了有限元模型。組件1 被定義為固定在左側(cè)。載荷工況包含兩個(gè)有軸向位移的載荷步驟。組件2 在沿負(fù)x 方向進(jìn)行軸向移動時(shí)代表連接，沿相反方向進(jìn)行軸向移動時(shí)代表分離。插入過程和拔出過程會產(chǎn)生力-時(shí)間或力-迭代步曲線，如圖4 所示。
插入過程從迭代開始到迭代步50 結(jié)束，拔出過程從迭代步50 開始到迭代步100 結(jié)束。
展開 PEEK（聚醚醚酮）拉伸彈性模量測試方法介紹
PEEK5600G純材料，雖然材料的拉伸彈性模量只有4GPa，但也比PE、PVC、POM、PC等常規(guī)材料的性能要好很多，可以在多個(gè)領(lǐng)域代替這些常規(guī)塑料材料。
經(jīng)過增強(qiáng)改性的PEEK5600CF30材料的拉伸彈性模量能達(dá)到20GPa，完全能滿足多個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)品的性能要求。
在航空航天、國防軍工及醫(yī)療器械等領(lǐng)域，其對材料的拉伸彈性模量要求更高，常規(guī)的PEEK5600CF30滿足不了的情況下，江蘇君華特塑開發(fā)了連續(xù)CF/PEEK熱塑性復(fù)合材料，材料拉伸彈性模量能達(dá)到60GPa，能完全滿足航空航天、國防軍工及醫(yī)療器械等領(lǐng)域的苛刻要求。
展開 國高材分享 | 如何準(zhǔn)確獲得應(yīng)變速率0.001/s 至1000/s區(qū)間的應(yīng)力-應(yīng)變曲線
在應(yīng)變速率0.001/s至1000/s區(qū)間內(nèi)，要獲得不同數(shù)量級下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，需要不同的測試設(shè)備，即準(zhǔn)靜態(tài)萬能材料試驗(yàn)機(jī)和高速拉伸試驗(yàn)機(jī)。準(zhǔn)靜態(tài)萬能材料試驗(yàn)機(jī)可滿足應(yīng)變速率0.001/s至10/s（準(zhǔn)靜態(tài)拉伸應(yīng)變速率）下的測試，高速拉伸試驗(yàn)機(jī)可滿足應(yīng)變速率10/s至1000/s（高速拉伸應(yīng)變速率）下的測試。
所以，“如何獲得應(yīng)變速率0.001/s 至1000/s區(qū)間的應(yīng)力-應(yīng)變曲線”這一問題，可轉(zhuǎn)化成“如何將兩套工作原理不同的測試設(shè)備測得的結(jié)果完美且可靠地整合在一起”?；卮鸫藛栴}，需要從以下四個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。
（一）試樣設(shè)計(jì)
試樣幾何尺寸不一樣，尤其是試樣的平行部長寬不一樣，即使是同一臺測試設(shè)備，獲得的測試結(jié)果也會不一樣。因此在不同的測試設(shè)備上進(jìn)行測試，試樣的平行部長寬必須一致。
我們知道高速拉伸試驗(yàn)機(jī)具有其倔強(qiáng)性（局限性），所以試樣的設(shè)計(jì)只能以高速拉伸試樣為基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試樣，讓準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)機(jī)的試樣遷就高速拉伸試驗(yàn)機(jī)的試樣，沒有其他選擇。準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試樣的平行部長寬與高速拉伸試樣的平行部長寬一致，只是試樣個(gè)子（總長）高些。
（二）應(yīng)變測量
在常規(guī)拉伸試驗(yàn)中，應(yīng)變測量設(shè)備一般有機(jī)械接觸式引伸計(jì)、激光引伸計(jì)、光學(xué)應(yīng)變測量系統(tǒng)等。既能用于準(zhǔn)靜態(tài)拉伸測試又能用于高速拉伸測試，當(dāng)屬激光引伸計(jì)和光學(xué)應(yīng)變測量系統(tǒng)。論測量信息的豐富度，似乎光學(xué)應(yīng)變測量系統(tǒng)又要?jiǎng)僖换I。為了獲得應(yīng)變速率0.001/s 至1000/s區(qū)間可靠的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的一方-應(yīng)變,暫且選用光學(xué)應(yīng)變測量系統(tǒng)作為應(yīng)變的測量設(shè)備。
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