[发明专利]材料高速拉伸试验样条及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料高速拉伸试验样条及试验方法，特别是一种应用线性冲击设备测试硬塑材料机械性能参数的材料高速拉伸试验样条及试验方法。

背景技术

目前比较常用的是通过高速拉伸试验机来获取硬塑材料在高应变率情况下的机械性能参数，对于塑料材料而言，高速拉伸试验的最大拉伸速度至少大于1000毫米/分钟，如图1所示，高速拉伸试验机一般采用直线型试验样条。但是高速拉伸试验机非常昂贵，且每次试验的费用高、周期长，对试验人员要求也较高，在实际产品开发中其使用频率很低，因此有能力进行高速拉伸试验的单位很少，为产品开发过程中获得准确的材料参数造成了困难。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种材料高速拉伸试验样条及试验方法，可以应用线性冲击设备对硬塑材料样条进行高速拉伸试验从而获得硬塑材料在高应变率情况下的机械性能参数，且减少试验时间和费用。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种材料高速拉伸试验样条，包括夹持段、冲击段、以及拉伸段，其特征在于，该样条为U型，U型两端为夹持段，U型底部为冲击段，夹持段与冲击段之间为拉伸段，所述冲击段和夹持段的横截面积大于或等于拉伸段横截面积的三倍。

所述冲击段与拉伸段之间，以及夹持段与拉伸段之间均有过渡圆角。

所述拉伸段与冲击段的对称中心线方向的夹角不超过30°，优选为不超过5°。

一种材料高速拉伸试验方法，应用上述的U型样条进行高速拉伸，包括如下步骤：

(1)将所述U型样条的夹持段夹在线性冲击设备的夹头内；

(2)使线性冲击设备冲头匀速冲击U型样条的冲击段；

(3)通过计算得到被测样条的标距处工程应力σ_E和工程应变ε_E。

步骤(2)中，冲头匀速冲击的行程至少是样条拉伸段长度的20％。

冲击过程中冲头的速度减少不超过10％。

步骤(3)包括：

①把冲头加速度a对时间进行两次积分获得冲头位移D；

②获得样条拉伸力F与冲头位移D的F-D关系曲线；

③通过有限元分析定义样条拉伸段伸长量d与冲头位移D之间的比例系数k，把F-D关系曲线转化为样条拉伸力F与拉伸段伸长量d的F-d关系曲线；

④义样条拉伸段原长为l₀，计算出样条拉伸段的工程应变ε_E＝d/l₀。

⑤样条拉伸段截面积为A，可以得到拉伸段工程应力σ_E＝F/A。

采用本发明的U型材料高速拉伸试验样条以及试验方法，可应用线性冲击设备进行硬塑材料的高速拉伸试验，将大大减少每次试验的时间和费用，并可获得精确的硬塑材料在高应变率情况下的机械性能参数。

附图说明

图1是现有技术的高速拉伸试验机进行高速拉伸试验示意图；

图2为本发明通过线性冲击设备进行高速拉伸试验示意图；

图3a-3d为本发明的多种型号的U型样条展开图；

图4为本发明的样条拉伸力与冲头位移曲线示意图；

图5为本发明的线性冲击头的结构示意图。

具体实施方式

下面根据图2至图5，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。

线性冲击设备在企业中使用比较普遍，其基本原理是通过压缩气体或者液压作用对一定质量的冲头产生一个瞬时的推力，能够很容易产生一个高速且稳定的冲击，是一种理想的动态物理试验设备。

材料高速拉伸试验要求样条在拉伸过程中尽可能的处于一种单向拉伸的简单应力状态，并且冲头的速度在拉伸过程中尽可能保持稳定。为此，本发明设计了一种U型硬塑材料样条，如图2所示，包括夹持段1、冲击段4、以及拉伸段6。U型的两顶端部为夹持段1，U型中间底部部分为冲击段4，拉伸段6则位于冲击段4和夹持段1之间，并且所述冲击段4、夹持段1与拉伸段6之间均具有过渡圆角3。为获得理想拉伸的最基本要求就是要求冲击段4和夹持段1样条的横截面积大于或等于拉伸段6的横截面积的三倍，以使冲击段和夹持段保持相对高的刚度，在拉伸段承受理想的拉伸变形。