專(zhuān)利名稱(chēng)：一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種塑料橡膠力學(xué)性能測(cè)試器械，用于橡膠塑料片材拉伸應(yīng)力應(yīng)變測(cè)
試，屬于物理性能及儀表自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是材料的一項(xiàng)重要的性能。目前對(duì)塑料橡膠的拉伸力學(xué)試驗(yàn)，大都采用單向拉伸測(cè)試機(jī)來(lái)進(jìn)行，單向拉伸測(cè)試技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得非常成熟。但是，單向拉伸時(shí)，在與受力方向相垂直的方向上會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的收縮，而且塑料橡膠的實(shí)際應(yīng)用的受力狀態(tài)是復(fù)雜的，因此，單向拉伸應(yīng)力測(cè)試的實(shí)際意義有限。 雙軸拉伸是使材料在X與Y方向上同時(shí)受到均勻的拉力，關(guān)于拉伸應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試的器械也有很多，其主要差別主要體現(xiàn)在所使用的試樣形狀上，如十字形，方形和圓形。十字形試樣是根據(jù)單軸拉伸發(fā)展起來(lái)的，但在X、 Y方向進(jìn)行拉伸時(shí)，在圓角處會(huì)出現(xiàn)很大的應(yīng)力集中；方形和圓形試樣雖然能克服此缺點(diǎn)，但所使用的施力機(jī)構(gòu)復(fù)雜，施力效果不盡理想，因此給測(cè)試帶來(lái)一定的誤差。 K. Easterbrook和R. J. Grieve于1985年提出的測(cè)試裝置(結(jié)構(gòu)見(jiàn)于二鈞，李素梅.雙向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線的測(cè)定原理和方法[J].試驗(yàn)技術(shù)與試驗(yàn)機(jī).1989，5 :11-18)，
能均勻地測(cè)試金屬薄片的拉伸應(yīng)力應(yīng)變特性。裝置中所采用的充壓介質(zhì)為液體，在試樣破裂時(shí)會(huì)引起液體飛濺和額外的清理工作。由于塑料橡膠薄片較柔軟，如果采用這套裝置中的接觸式測(cè)量勢(shì)必會(huì)引起測(cè)量誤差。另外，塑料橡膠對(duì)溫度變化敏感，在進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試時(shí)也要考慮溫度的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服以上缺點(diǎn)，提供一種拉伸應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)試方法及裝置，能方便、準(zhǔn)確、清潔地測(cè)試塑膠片材的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。 本發(fā)明一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)試方法，采用了包括壓緊系統(tǒng)、拉伸系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的測(cè)試裝置，測(cè)試采用了非接觸式的測(cè)量方法，還考慮了溫度的影響，具體的測(cè)量步驟如下 (1)在圓片形試樣的中心與以中心為圓心、測(cè)量標(biāo)距為直徑的圓周的任意一點(diǎn)分別粘貼一個(gè)標(biāo)記物或做一個(gè)標(biāo)記，將處理好的試樣通過(guò)壓緊系統(tǒng)裝在測(cè)試儀上；
(2)設(shè)定溫度值，開(kāi)啟溫控系統(tǒng)的加熱裝置開(kāi)關(guān)，等待溫度維持恒定；
(3)打開(kāi)拉伸系統(tǒng)的氣壓調(diào)節(jié)控制裝置開(kāi)關(guān)，使試樣變形； (4)通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)的快速拍照系統(tǒng)和壓力傳感器采集不同變形下圓片形試樣標(biāo)記物或標(biāo)記的位置來(lái)得到標(biāo)距圓直徑、拱高和內(nèi)部壓力； (5)將測(cè)量系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)和圖形進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換，輸入至微機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，得到被測(cè)試樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線。 本發(fā)明提出采用一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)試方法的塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試裝置，包括有壓緊系統(tǒng)、拉伸系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，拉伸系統(tǒng)由高壓氣杯、氣泵、氣壓調(diào)節(jié)控制裝置、通氣管、卸壓閥、儀器罩與可視化玻璃組成，氣泵通過(guò)通氣管與高壓氣杯相連，通氣管上設(shè)置有氣壓調(diào)節(jié)控制裝置，高壓氣杯的一側(cè)設(shè)置卸壓閥，儀器罩扣在高壓氣杯上，平面的可視化玻璃鑲嵌在儀器罩上；溫控系統(tǒng)包括保溫層、加熱裝置、溫度傳感器，儀器罩內(nèi)和高壓氣杯內(nèi)都設(shè)置有溫控系統(tǒng)；測(cè)量系統(tǒng)由具有跟蹤功能的快速拍照系統(tǒng)與壓力傳感器組成，快速拍照系統(tǒng)設(shè)置于儀器罩外與可視化玻璃對(duì)應(yīng)處，壓力傳感器設(shè)置于通氣管或高壓氣杯上；氣壓調(diào)節(jié)控制裝置可手動(dòng)和自動(dòng)控制。 壓緊裝置包括壓具支架、支架螺母、支架墊片、壓緊螺釘、手柄和壓緊圈，均勻分布于高壓氣杯的邊緣，可以是四個(gè)或以上，支架通過(guò)支架螺母和支架墊片與高壓氣杯的邊緣固結(jié)，壓緊螺釘與支架通過(guò)螺紋連接，螺釘頭與壓緊圈相接觸；壓緊圈接觸試樣變形的一側(cè)的倒角為圓角。 溫控系統(tǒng)的加熱裝置可以是電加熱、遠(yuǎn)紅外加熱或者是微波加熱。
溫控系統(tǒng)的溫度傳感器可以是熱電偶或紅外線測(cè)溫器。
溫控系統(tǒng)的保溫層可以在高壓氣杯與儀器罩里側(cè)或外側(cè)。 實(shí)驗(yàn)用高壓氣體可以是空氣、氮?dú)?、二氧化碳或惰性氣體，常溫時(shí)可以直接采用空氣作為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)，非常溫下根據(jù)測(cè)試樣品的特點(diǎn)選用其它氣體。 工作時(shí)，首先對(duì)圓片形試樣進(jìn)行先處理。在試樣的中心與以中心為圓心、測(cè)量標(biāo)距為直徑的圓周的任意一點(diǎn)分別粘貼一個(gè)標(biāo)記物或做一個(gè)標(biāo)記。然后將處理好的圓片形試樣通過(guò)壓緊裝置固定于高壓氣杯杯口上，放置試樣時(shí)應(yīng)注意通過(guò)可視化玻璃要保證試樣標(biāo)記物可見(jiàn)。打開(kāi)溫控系統(tǒng)，將溫度調(diào)節(jié)至某一值，穩(wěn)定一段時(shí)間，以使試樣溫度均勻。通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)實(shí)時(shí)溫度來(lái)反饋控制加熱裝置的通斷來(lái)控制圓片形試樣的溫度狀態(tài)。待圓片形試樣的溫度均一后，打開(kāi)氣泵，調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)控制裝置，通過(guò)一定的方式向高壓氣杯里充入與試樣等溫度的高壓氣體。當(dāng)高壓氣杯中壓力達(dá)到一定值時(shí)，圓片形試樣就會(huì)向上鼓起，在標(biāo)距范圍內(nèi)，圓片形試樣的變形接近于等曲率球面。此時(shí)，快速拍照系統(tǒng)透過(guò)可視化玻璃跟蹤標(biāo)記物或標(biāo)記的位置，經(jīng)過(guò)圖像處理，就可得到變形后標(biāo)距圓直徑與拱高；通過(guò)壓力傳感器可記錄高壓氣杯中的壓力值，最后將得到的數(shù)據(jù)輸入至微機(jī)處理系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算，就可得到即時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變值。通過(guò)記錄不同時(shí)刻的應(yīng)力應(yīng)變，就可得到材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，通過(guò)卸壓閥即可將高壓杯里的壓力卸盡，保證安全。
高分子材料薄片拉伸時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系式如下 — —
4,0//exp[21n(4十77
arcsin
跟
)]
f = 21n(- 0
arcsm-
游
式中P——高壓氣杯的壓力；H——標(biāo)距圓范圍內(nèi)變形的拱高t?！獪y(cè)試試樣的原始厚度；d?！獦?biāo)距圓的原始直徑；d——變形后標(biāo)距圓的直徑；
測(cè)出標(biāo)距圓范圍內(nèi)變形的拱高、變形后標(biāo)距圓的直徑與高壓氣杯的壓力，根據(jù)式
(1) 、式(2)，即可求出材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)如下(l)考慮了溫度對(duì)試樣力學(xué)性能的影響，測(cè)試范圍更寬；
(2) 應(yīng)用于輪胎、壓力容器、輸送管道等情況時(shí)，測(cè)量方法與實(shí)際受力狀態(tài)更接近，由此得到的數(shù)據(jù)使模擬分析變得更加準(zhǔn)確；(3)施力機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，施力均勻，所充的高壓氣體可以是空氣，簡(jiǎn)便易得；(4)由于所充的是氣體，相比液體來(lái)說(shuō)，安全方便，不會(huì)造成試件及環(huán)境的污染；(5)測(cè)量系統(tǒng)為非接觸式測(cè)量，不會(huì)影響試樣的受力狀態(tài)，測(cè)試也不會(huì)產(chǎn)生誤差。


圖1本實(shí)用新型一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試裝置的主視圖。
圖2本實(shí)用新型一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試裝置的俯視圖。 圖中1-高壓氣杯，2-加熱裝置，3-通氣管，4-壓力調(diào)節(jié)控制裝置，5-氣泵，6-壓力傳感器，7-溫度傳感器，8-支架螺母，9-支架墊片，10-壓具支架，11-手柄，12-壓緊螺釘，13-壓緊圈，14-圓片形試樣，15-可視化玻璃；16-保溫層，17-儀器罩，18-卸壓閥，19-快速拍照系統(tǒng)
具體實(shí)施方法 如圖1、圖2所示，一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試裝置，包括有壓緊系統(tǒng)、拉伸系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，拉伸系統(tǒng)由高壓氣杯1、氣泵5、氣壓調(diào)節(jié)控制裝置4、通氣管3、卸壓閥18、儀器罩17與可視化玻璃15組成，氣泵5通過(guò)通氣管3與高壓氣杯1相連，通氣管3上設(shè)置有氣壓調(diào)節(jié)控制裝置4，高壓氣杯1的一側(cè)設(shè)置卸壓閥18，儀器罩17扣在高壓氣杯1上，平面的可視化玻璃15鑲嵌在儀器罩17上；溫控系統(tǒng)包括保溫層16、加熱裝置2、溫度傳感器7，儀器罩17內(nèi)和高壓氣杯1內(nèi)都設(shè)置有溫控系統(tǒng)；測(cè)量系統(tǒng)由具有跟蹤功能的快速拍照系統(tǒng)19 (圖2)與壓力傳感器6組成，壓力傳感器6設(shè)置于通氣管3或高壓氣杯1上；氣壓調(diào)節(jié)控制裝置4可手動(dòng)和自動(dòng)控制。 壓緊裝置包括壓具支架10、支架螺母8、支架墊片9、壓緊螺釘12、手柄11和壓緊
圈13，均勻分布于高壓氣杯1的邊緣，可以是四個(gè)或以上，支架10通過(guò)支架螺母8和支架墊
片9與高壓氣杯1的邊緣固結(jié)，壓緊螺釘12與支架10通過(guò)螺紋連接，螺釘頭與壓緊圈13
相接觸；壓緊圈13接觸試樣14變形的一側(cè)的倒角為圓角。 溫控系統(tǒng)的加熱裝置2可以是電加熱、遠(yuǎn)紅外加熱或者是微波加熱。 溫控系統(tǒng)的溫度傳感器7可以是熱電偶或紅外線測(cè)溫器。 溫控系統(tǒng)的保溫層16可以在高壓氣杯1與儀器罩17里側(cè)或外側(cè)。 實(shí)驗(yàn)用高壓氣體可以是空氣、氮?dú)?、二氧化碳或惰性氣體。 如圖2所示，快速拍照系統(tǒng)19設(shè)置于儀器罩17外與可視化玻璃15對(duì)應(yīng)處，透過(guò)可視化玻璃15，快速拍照系統(tǒng)19就可以跟蹤圓片形試樣14上標(biāo)記物的位置，得到變形后標(biāo)距圓的直徑與拱高。 本發(fā)明一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)試方法，采用了由壓緊系統(tǒng)、拉伸系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成了測(cè)試裝置，測(cè)試采用了非接觸式的測(cè)量方法，還考慮了溫度的影響，具體的測(cè)量步驟如下 (1)在圓片形試樣14的中心與以中心為圓心、測(cè)量標(biāo)距為直徑的圓周的任意一點(diǎn)分別粘貼一個(gè)標(biāo)記物或做一個(gè)標(biāo)記，將處理好的試樣通過(guò)壓緊系統(tǒng)裝在測(cè)試儀上； (2)設(shè)定溫度值，開(kāi)啟溫控系統(tǒng)的加熱裝置2開(kāi)關(guān)，等待溫度維持恒定； (3)打開(kāi)拉伸系統(tǒng)的氣壓調(diào)節(jié)控制裝置4開(kāi)關(guān)，使試樣14變形； (4)通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)的快速拍照系統(tǒng)19和壓力傳感器6采集不同變形下圓片形試樣
標(biāo)記物或標(biāo)記的位置來(lái)得到標(biāo)距圓直徑、拱高和內(nèi)部壓力； (5)將測(cè)量系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)和圖形進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換，輸入至微機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，得到被測(cè)試樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線。 工作時(shí)，首先對(duì)圓片形試樣14進(jìn)行先處理。在試樣14的中心與以中心為圓心、測(cè)量標(biāo)距為直徑的圓周的任意一點(diǎn)分別粘貼一個(gè)標(biāo)記物或做一個(gè)標(biāo)記。然后將處理好的圓片形試樣14通過(guò)壓緊裝置固定于高壓氣杯1杯口上，放置試樣14時(shí)應(yīng)注意通過(guò)可視化玻璃15要保證試樣標(biāo)記物可見(jiàn)。打開(kāi)溫控系統(tǒng)，將溫度調(diào)節(jié)至某一值，穩(wěn)定一段時(shí)間，以使試樣14溫度均勻。通過(guò)溫度傳感器7檢測(cè)實(shí)時(shí)溫度來(lái)反饋控制加熱裝置2的通斷來(lái)控制圓片形試樣14的溫度狀態(tài)。待圓片形試樣14的溫度均一后，打開(kāi)氣泵5，調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)控制裝置4，通過(guò)一定的方式向高壓氣杯1里充入與試樣14等溫度的高壓氣體。當(dāng)高壓氣杯1中壓力達(dá)到一定值時(shí)，圓片形試樣14就會(huì)向上鼓起，在標(biāo)距范圍內(nèi)，圓片形試樣14的變形接近于等曲率球面。此時(shí)，快速拍照系統(tǒng)19透過(guò)可視化玻璃15跟蹤標(biāo)記物或標(biāo)記的位置，經(jīng)過(guò)圖像處理，就可得到變形后標(biāo)距圓直徑與拱高；通過(guò)壓力傳感器6可記錄高壓氣杯1中的壓力值，最后將得到的數(shù)據(jù)輸入至微機(jī)處理系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算，就可得到即時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變值。通過(guò)記錄不同時(shí)刻的應(yīng)力應(yīng)變，就可得到材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，通過(guò)卸壓閥18即可將高壓杯1里的壓力卸盡，保證安全。
權(quán)利要求
一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)試方法，其特征在于包括壓緊系統(tǒng)、拉伸系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的測(cè)試裝置，測(cè)試采用了非接觸式的測(cè)量方法，具體的測(cè)量步驟如下(1)在圓片形試樣的中心與以中心為圓心、測(cè)量標(biāo)距為直徑的圓周的任意一點(diǎn)分別粘貼一個(gè)標(biāo)記物或做一個(gè)標(biāo)記，將處理好的試樣通過(guò)壓緊系統(tǒng)裝在測(cè)試儀上；(2)設(shè)定溫度值，開(kāi)啟溫控系統(tǒng)的加熱裝置開(kāi)關(guān)，等待溫度維持恒定；(3)打開(kāi)拉伸系統(tǒng)的氣壓調(diào)節(jié)控制裝置開(kāi)關(guān)，使試樣變形；(4)通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)的快速拍照系統(tǒng)和壓力傳感器采集不同變形下圓片形試樣標(biāo)記物的位置來(lái)得到標(biāo)距圓直徑、拱高和內(nèi)部壓力；(5)將測(cè)量系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)和圖形進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換，輸入至微機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，得到被測(cè)試樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)試方法的塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變測(cè) 試裝置，其特征在于包括有壓緊系統(tǒng)、拉伸系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，拉 伸系統(tǒng)由高壓氣杯、氣泵、氣壓調(diào)節(jié)控制裝置、通氣管、卸壓閥、儀器罩與可視化玻璃組成， 氣泵通過(guò)通氣管與高壓氣杯相連，通氣管上設(shè)置有氣壓調(diào)節(jié)控制裝置，高壓氣杯的一側(cè)設(shè) 置卸壓閥，儀器罩扣在高壓氣杯上，平面的可視化玻璃鑲嵌在儀器罩上；溫控系統(tǒng)包括保溫 層、加熱裝置、熱傳感器，儀器罩內(nèi)和高壓氣杯內(nèi)都設(shè)置有溫控系統(tǒng)；測(cè)量系統(tǒng)由具有跟蹤 功能的快速拍照系統(tǒng)與壓力傳感器組成，快速拍照系統(tǒng)設(shè)置于儀器罩外與可視化玻璃對(duì)應(yīng) 處，壓力傳感器設(shè)置于通氣管或高壓氣杯上；氣壓調(diào)節(jié)控制裝置可手動(dòng)和自動(dòng)控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試裝置，其特征在于壓緊裝置包 括壓具支架、支架螺母、支架墊片、旋緊螺釘、手柄和壓緊圈，均勻分布于高壓氣杯的邊緣， 可以是四個(gè)或以上，支架通過(guò)支架螺母和支架墊片與高壓氣杯的邊緣固結(jié)，旋緊螺釘與支 架通過(guò)螺紋連接，螺釘頭與壓緊圈相接觸；壓緊圈接觸試樣變形的一側(cè)的倒角為圓角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試裝置 加熱裝置可以是電加熱、遠(yuǎn)紅外加熱或者是微波加熱。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試裝置 溫度傳感器可以是熱電偶或紅外線測(cè)溫器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試裝置 保溫層可以在高壓氣杯與儀器罩里側(cè)或外側(cè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試裝置 氣體可以是空氣、氮?dú)?、二氧化碳或惰性氣體。，其特征在于溫控系統(tǒng)的 ，其特征在于溫控系統(tǒng)的 ，其特征在于溫控系統(tǒng)的 ，其特征在于實(shí)驗(yàn)用高壓
全文摘要
一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試方法及裝置，屬物理性能及儀表自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。該裝置由壓緊系統(tǒng)、拉伸系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。本發(fā)明通過(guò)拉伸系統(tǒng)，使試樣產(chǎn)生均勻的拉伸變形；溫控系統(tǒng)能保證測(cè)試在恒溫的條件下進(jìn)行，考慮了溫度對(duì)塑料橡膠性能的影響；測(cè)量系統(tǒng)采用非接觸式的測(cè)量裝置，測(cè)試精準(zhǔn)，而且不會(huì)引起試樣破壞；測(cè)試結(jié)果能夠更真實(shí)地反映材料在實(shí)際使用中的力學(xué)狀態(tài)。
文檔編號(hào)G01N19/00GK101762682SQ20081024045
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2008年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者丁玉梅, 安瑛, 楊衛(wèi)民, 焦志偉, 謝鵬程, 閻華 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)