力學仿真基礎：材料力學性能試驗介紹（內附高清動圖）

材料力學性能又稱機械性能,任何材料受力后都要產生變形,變形到一定程度即發(fā)生斷裂。這種在外載作用下材料所表現(xiàn)的變形與斷裂的行為叫力學行為,它是由材料內部的物質結構決定的,是材料固有的屬性。

—— 材料力學性能試驗簡介 ——

拉伸試驗是其中一種最常用的試驗方法,用于測定試樣在受到軸向拉伸載荷后的行為。這些試驗類型可在室溫或受控(加熱或制冷)條件下進行,以確定材料的拉伸性能。

適用材料:

金屬、塑料、彈性體、紙張、復合材料、橡膠、紡織品、粘合劑、薄膜等。

常見的拉伸試驗結果:

試驗儀器:萬能試驗機,高速試驗機等

圖一 金屬鋁拉伸強度

部分測試標準:

GB/T 6397-1986《金屬拉伸試驗試樣》

ASTM D3039-76用于測定高模量纖維增強聚合物復合材料面內拉伸性能

ASTM D638用于測定試件的拉伸強度和拉伸模量

壓縮試驗是一種常用于測定材料的壓縮負載或抗壓性的試驗方法,同時也用于測定材料在受到一個特定的壓縮負載并保持一段設定時間后的恢復能力。壓縮試驗用于測定材料在加載下的行為。此外也可測定一段時間內材料在(恒定或遞增)載荷下可承受的最大應力。

適用材料:

金屬、塑料、彈性體、紙張、復合材料、橡膠、紡織品、粘合劑、薄膜等。

試驗儀器:萬能試驗機,高速試驗機、壓縮試驗機等

圖二 壓縮實驗演示

注意事項:

(1)壓縮試驗主要適用于脆性材料,如鑄鐵、軸承合金和建筑材料等;

(2)對于塑性材料,無法測出壓縮強度極限,但可以測量出彈性模量、比例極限和屈服強度等。

部分測試標準

GB/T7314-2005《金屬壓縮實驗試樣》

ASTM D3410-75(剪切荷載法測定帶無支撐標準截面的聚合體母體復合材料壓縮特性的試驗方法)

GB/T7314-2005《金屬材料室溫壓縮試驗方法》

材料機械性能試驗的基本方法之一,測定材料承受彎曲載荷時的力學特性的試驗。

適用材料:多種不同的材料,包括金屬、塑料、木材、層壓板、刨花板、清水墻、瓷磚和玻璃等。

試驗儀器:萬能試驗機,高速試驗機

圖三 彎曲試驗

應用范圍:主要有三點彎曲和四點彎曲兩種加載荷方式,

• 測定灰鑄鐵的抗彎強度

• 測定硬質合金的抗彎強度

• 測量陶瓷材料、工具鋼的抗彎強度

• 檢測和比較表面熱處理層的質量和性能

• 檢測材料在受彎曲載荷下作用下的性能

部分測試標準:

ASTM D7624用于測定聚合物基復合材料的彎曲剛度與強度性能

GB/T232-2010《金屬材料彎曲試驗方法》

剪切強度是指材料承受剪切力的能力,指外力與材料軸線垂直,并對材料呈剪切作用時的強度極限。

適用材料:多種材料,高分子,復合材料,金屬,木材,陶瓷,玻璃,等等

試驗儀器:萬能試驗機,微小強度試驗機等

圖四 萬能試驗機

操作方法:將萬能試驗機彎曲、壓縮輔具拆下,安裝剪切輔具,試驗軟件中選擇 剪切試驗標準,然后像做彎曲試驗時一樣操作。

部分測試標準:

ASTM D5379適用大部分的纖維增強型復合材料。

GB/T 18747.2-2002 厭氧膠粘劑剪切強度的測定(軸和套環(huán)試驗法)

GB/T 10007-2008 硬質泡沫塑料 剪切強度試驗方法

GB/T 3903.21-2008 鞋類 粘扣帶試驗方法 反復開合前后的剪切強度

GB/T 7124-2008膠粘劑 拉伸剪切強度的測定(剛性材料對剛性材料)

沖擊試驗一般是確定軍用、民用設備在經受外力沖撞或作用時產品的安全性、可靠性和有效性的一種試驗方法。

適用材料:多種材料,高分子,復合材料,金屬,木材,陶瓷,玻璃,紡織品等等

試驗儀器:沖擊試驗機(擺錘式和落錘式) :手動沖擊試驗機、半自動沖擊試驗機、全自動沖擊試驗機。

圖五 沖擊試驗過程

常用技術指標:峰值加速度、脈沖持續(xù)時間、速度變化量(半正弦波、后峰鋸齒波、梯形波)和波形選擇。

部分測試標準:

ISO 179-1-2010塑料.擺式沖擊性能的測定.

GB/T 17599-1998 防護服用織物 防熱性能 抗熔融金屬滴沖擊性能的測定

GB/T 15231.5-1994 玻璃纖維增強水泥性能試驗方法 抗沖擊性能

GB/T 14152-2001 熱塑性塑料管材耐性外沖擊性能

GB/T 21239-2007 纖維增強塑料層合板沖擊后壓縮性能試驗方

BS EN 950-1999 門扇.耐堅硬物體沖擊性能的測定

DIN ISO 2747-1999 瓷釉和搪瓷.搪瓷烹調器具.耐熱沖擊性能的測定

GB/T 3917.1-2009 紡織品織物撕破性能

BS EN ISO 6603-1-2000塑料 硬質塑料沖孔性能的測定

疲勞試驗用以測定材料或結構疲勞應力或應變循環(huán)數(shù)的過程。疲勞是循環(huán)加載條件下,發(fā)生在材料某點處局部的、永久性的損傷遞增過程。

適用材料:多種材料,包括高分子,復合材料,金屬等

試驗儀器:電液伺服疲勞試驗機等

圖六 汽車零件疲勞試驗

部分測試標準:

ISO 12108 金屬材料 疲勞試驗 疲勞裂紋擴展方法

GB/T 6398 金屬材料疲勞裂紋擴展速率試驗方法

ASTM E2207-02 薄壁管應變控制軸向扭轉疲勞試驗方法

ASTM E1949-03 粘貼金屬電阻應變片室溫疲勞壽命試驗方法

GB/T 3075-2008 金屬材料 疲勞試驗 軸向力控制方法 標準

GB/T 4337-2008 金屬材料 疲勞試驗 旋轉彎曲方法 標準