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拉伸强度与断裂伸长的检测

发布时间:2015/4/8 15:46:20 点击次数:

一、定义:

雪缘园足彩 拉伸强度(tensile strength)是指材料产生最大均匀塑性变形的应力。在拉伸试验中,试样直至断裂为止所受的最大拉伸应力即为拉伸强度,在学术界称之为抗拉强度,在工程应用中常有人称之为拉伸强度,其结果以MPa表示。

断裂伸长率是指试样在拉断时的位移值与原长的比值,以百分比表示(%)。


二、计算方式:

拉伸强度的计算方式

雪缘园足彩 (1) 在拉伸试验中,试样直至断裂为止所受的最大拉伸应力即为拉伸强度,其结果以MPa表示。有些错误地称之为抗张强度、抗拉强度等。

雪缘园足彩 (2) 用仪器测试样拉伸强度时,可以一并获得拉伸断裂应力、拉伸屈服应力、断裂伸长率等数据。

(3) 拉伸强度的计算: σt = p /( b×d) 式中,σt为拉伸强度(MPa);p为最大负荷(N);b为试样宽度(mm);d为试样厚度(mm)。

雪缘园足彩 注意:计算时采用的面积是断裂处试样的原始截面积,而不是断裂后端口截面积。

断裂伸长率的计算方式

原长L。,横截面积A,在轴向拉力N作用下,变形后的断裂长度为L',于是断裂伸长△L=L'-L。

应变为ε=△L/L

横截面上的正应力δ=P/A

将(1)、(2)带入胡克定律得:P/A=E*△L/L

得: △L=PL/EA

式中:E是材料的弹性模量

雪缘园足彩 断裂伸长率=△L/L。*100%

    在应力应变曲线中,即使负荷不增加,伸长率也会上升的那一点通常称为屈服点,此时的应力称为屈服强度,此时的变形率就叫屈服伸长率;同理,在断裂点的应力和变形率就分别称为断裂拉伸强度和断裂伸长率。


三、区别:

雪缘园足彩 断裂伸长率与拉伸率的区别

材料的拉伸过程一般是想经过弹性变形阶段,达到屈服点之后发生塑性变形,达到断裂点后发生断裂。所以一般所说的断裂伸长率是指整个过程的伸长率,而拉伸率一般说的是发生塑性变形的那个阶段所产生的伸长率。


四、拉伸断裂机理与影响因素:

1.拉伸断裂机理

  纤维开始受力时,其变形主要是纤维大分子链本身的拉伸,即键长、键角的变形。拉伸曲线接近直线,基本符合虎克定律。

  当外力进一步增加,无定型区中大分子链克服分子链间次价键力而进一步伸展和取向,这时一部分大分子链伸直,紧张的可能被拉断,也有可能从不规则的结晶部分中抽拔出来。次价键的断裂使非结晶区中的大分子逐渐产生错位滑移,纤维变形比较显著,模量相应逐渐减小,纤维进入屈服区。

  当错位滑移的纤维大分子链基本伸直平行时,大分子间距就靠近,分子链间可能形成新的次价键。这时继续拉伸纤维,产生的变形主要又是分子链的键长、键角的改变和次价键的破坏,进入强化区,表现为纤维模量再次提高,直至达到纤维大分子主链和大多次价键的断裂,致使纤维解体。

雪缘园足彩    纤维断裂原因有:大分子主链的断裂;大分子之间的滑脱。

  纤维伸长原因有:大分子的伸直、伸长(键长、键角的变化);取向度改善;大分子之间的滑移。


2.影响纤维拉伸性能的因素

  ①内因

  a.大分子结构(大分子的柔曲性、大分子的聚合度):纤维的断裂取决于大分子的相对滑移和分子链的断裂两个方面。

雪缘园足彩   大分子的平均聚合度越小,大分子结合力就越小,容易产生滑移,则纤维强度较低而伸度较大;反之,大分子的平均聚合度越大,大分子结合力就越大,不易产生滑移,所以纤维的强度就较高而伸度较小。

  b.超分子结构(取向度、结晶度)

雪缘园足彩   取向度越高,大分子排列越平行,在拉伸中受力的大分子根数越多,纤维的强度越大,断裂伸长率减少。

  c.形态结构

    纤维中的裂缝孔洞缺陷、形态结构、不均一性会导致强度下降。

  ②外因

  a.温湿度:空气的温湿度影响到纤维的温湿度和回潮率,从而影响纤维的强伸度。

雪缘园足彩   温度对各种纤维的影响虽然不一致,但都具有一般规律:在纤维回潮率一定的条件下,温度高,纤维大分子热动能高,大分子柔曲性提高,分子间结合力消弱,因此,纤维强度降低,断裂伸长率增大,拉伸模量下降。

  多数纤维随相对湿度的提高,纤维中所含水分增多,分子间结合力越弱,结晶区越松散,因此纤维的强度降低,伸长增大、初始模量下降。但天然纤维素棉、麻的断裂强度和断裂伸长却随相对湿度的提高而上升。化学纤维中,涤纶、丙纶基本不吸湿,它们的强度和伸长率几乎不受相对湿度的影响。相对湿度对纤维强度与伸长度的影响,视各自吸湿性能的强弱而不同,吸湿能力越大的,影响较显著,吸湿能力小的,影响不大。

  b.测试条件

雪缘园足彩   试样长度:长度越长,出现弱环的机会就越大,强力愈低。因为沿纤维长度方向,强度是不均一的,纤维总是在最薄弱处断裂,试样愈长,出现最薄弱环节的概率越大,越容易发生断裂,强力下降——弱环定理。

雪缘园足彩   试样根数:根数越多,折算成单纤维强度月低。因为束纤维中的纤维根数愈多,由束纤维强力计算得的平均单纤维强力愈低,而且比单根测量时的平均强力低。

雪缘园足彩   拉伸速度:速度越大,强力越大,初始模量也越大。一般情况下,随拉伸速度增加,断裂强力,初始模量,屈服应力均会提高,而断裂伸长无一定规律。


五、对产品的影响

    拉伸试验是材料力学性能测试中最常见试验方法之一。

      试验中的弹性形变、塑性形变、断裂等各阶段真实反映了材料抵抗外力作用的全过程。它具有简单易行、试样制备方便等特点。

      拉伸试验所得到的材料强度和塑性性能数据,对于设计和选材、新材料的研制、材料的采购和验收、产品的质量控制以及设备的安全和评估都有很重要的应用价值和参考价值 。

图二:拉力万能试验机