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采用移位法测定塑料拉伸实验中拉伸断裂应变
发布日期:2018-01-02  来源:现代塑料加工应用   浏览次数:21
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塑料的拉伸性能是材料力学性能中最基本、最重要的性能之一,而准确测试的数据对制品材料用量的选择及制品结构设计具有指导性意义[1]。因此拉伸性能测试的有效性及准确性至关重要。拉伸断裂应变是塑料拉伸性能的表征参数之一,其涉及到塑料后续的应用。目前,一般采用断裂拉伸应变表征塑料的拉伸性能,但是实际测量时由于操作或者设备等方面的原因可能会造成断裂位置不在规定的范围内,从而导致应变不能很好的反映塑料的真实特性。
王磊[2]采用移位法对金属的断后伸长率进行补正,其主要依据金属变形中的集中变形阶段具有对称性,将长段长度按对称方式补偿到短段,从而减小因标距外的集中伸长量未纳入断后标距,而使拉伸断裂应变值偏低的情况。本文将依据塑料变形中的集中塑性变形具有对称性,采用移位法,针对PE树脂1A型试样[3]的拉伸断裂应变进行分析。
2 塑料拉伸
塑料拉伸性能实验中的试样如图1所示,其拉伸过程中主要经历弹性变形和塑性变形两个阶段[4]。其中塑性变形包括均匀塑性变形和集中塑性变形,均匀变形伸长量与原始标距成正比。集中变形伸长量与断裂处横截面积的平方根成正比,且集中伸长量以断裂处O对称分布。

其中:lK为断后标距长:
L0为原始标距;
βl0为均匀变形伸长量;
为集中变形伸长量;
β和γ为常数。
图1 塑料拉伸性能实验中的试样

塑料的拉伸断裂应变的计算公式为:

其中:L0’-L0为原始标距增长量;
δK为拉伸断裂应变。
在塑料拉伸断裂应变的测定中,如试样断裂处与最接近的标距标记距离小于1/3原始标距,就不能采用直接法进行计算。在集中塑性变形阶段,试样的伸长量具有对称性。因此,集中塑性变形区是本文应用移位法将要研究的范围。
3 移位法原理
移位法就是依据试样变形的对称性原理(如图2),以断裂处(O点)为对称中心,用长段OZ的断后长度按对称方式补偿到短段的断后长度OZ’,故也称补偿法或断口移中法。试验前应使OZ段为原始标距L0(以N个分格计)的一半,则ZZ’为移位断后标距L0’。由于断裂处位置的不确定性,标记Z也应随之“浮动”,可见试验前无法确定Z的位置。为此,必须在试验前将原始标距L0划分为N等分格(否则试验后无法采用移位法),试样断裂后,以断裂处为对称中心确定原始标距L0的一半对应的分格数,来确定Z的位置。

图2 移位法原理图
4 采用移位法分析过程
4.1 移位法分段原则
移位法依据试样变形的对称性原理,塑料变形过程中有集中塑性变形,金属变形过程中有集中变形阶段,因此,其分段原理基本相同。金属材料拉伸试验方法[5]对金属的移位法分段时,要求试验前将原始标距L0细分为N等分格。在拉伸断裂应变测定时,如出现试样在原始标距之外断裂,则试验结果无效。本文研究试样断裂处与最接近的标距标记距离小于1/3原始标距的情况,因此,只需将原始标距细分为N等分格。
4.2 断裂处位置的确定
由移位法可知,断裂处位置会影响试样XY段分格数n的选取,所以应仔细确定断裂处的位置,断裂位置选取的好坏是位移法结果可靠与否的关键[6]。
通常,将断后两段试样沿轴线稍加力直线对接,矩形试样按最小宽度处作为断裂处位置,如图3中O点所示。
 
 
 
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