專利名稱：一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變測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)性能測試器械，用于橡膠塑料片材拉伸應(yīng)力應(yīng)變測
試，屬于物理性能及儀表自動化測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是材料的一項重要的性能。目前對塑料橡膠的拉伸力學(xué)試驗，大都采用單向拉伸測試機來進行，單向拉伸測試技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得非常成熟。但是，單向拉伸時，在與受力方向相垂直的方向上會產(chǎn)生嚴重的收縮，而且塑料橡膠的實際應(yīng)用的受力狀態(tài)是復(fù)雜的，因此，單向拉伸應(yīng)力測試的實際意義有限。 雙軸拉伸是使材料在X與Y方向上同時受到均勻的拉力，關(guān)于拉伸應(yīng)力應(yīng)變測試的器械也有很多，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)展起來的，但在X、 Y方向進行拉伸時，在圓角處會出現(xiàn)很大的應(yīng)力集中；方形和圓形試樣雖然能克服此缺點，但所使用的施力機構(gòu)復(fù)雜，施力效果不盡理想，因此給測試帶來一定的誤差。 K. Easterbrook和R. J. Grieve于1985年提出的測試裝置(結(jié)構(gòu)見于二鈞，李素梅.雙向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線的測定原理和方法[J].試驗技術(shù)與試驗機.1989，5 :11-18)，
能均勻地測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，在試樣破裂時會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量勢必會引起測量誤差。另外，塑料橡膠對溫度變化敏感，在進行應(yīng)力應(yīng)變測試時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，提供一種拉伸應(yīng)力應(yīng)變的測試方法及裝置，能方便、準確、清潔地測試塑膠片材的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。 本發(fā)明一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變的測試方法，采用了包括壓緊系統(tǒng)、拉伸系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的測試裝置，測試采用了非接觸式的測量方法，還考慮了溫度的影響，具體的測量步驟如下 (1)在圓片形試樣的中心與以中心為圓心、測量標距為直徑的圓周的任意一點分別粘貼一個標記物或做一個標記，將處理好的試樣通過壓緊系統(tǒng)裝在測試儀上；
(2)設(shè)定溫度值，開啟溫控系統(tǒng)的加熱裝置開關(guān)，等待溫度維持恒定；
(3)打開拉伸系統(tǒng)的氣壓調(diào)節(jié)控制裝置開關(guān)，使試樣變形； (4)通過測量系統(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記物或標記的位置來得到標距圓直徑、拱高和內(nèi)部壓力； (5)將測量系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)和圖形進行處理和轉(zhuǎn)換，輸入至微機處理系統(tǒng)進行計算，得到被測試樣的應(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)變的測試方法的塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變測試裝置，包括有壓緊系統(tǒng)、拉伸系統(tǒng)、測量系統(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)控制裝置可手動和自動控制。 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，可以是四個或以上，支架通過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)。 實驗用高壓氣體可以是空氣、氮氣、二氧化碳或惰性氣體，常溫時可以直接采用空氣作為實驗介質(zhì)，非常溫下根據(jù)測試樣品的特點選用其它氣體。 工作時，首先對圓片形試樣進行先處理。在試樣的中心與以中心為圓心、測量標距為直徑的圓周的任意一點分別粘貼一個標記物或做一個標記。然后將處理好的圓片形試樣通過壓緊裝置固定于高壓氣杯杯口上，放置試樣時應(yīng)注意通過可視化玻璃要保證試樣標記物可見。打開溫控系統(tǒng)，將溫度調(diào)節(jié)至某一值，穩(wěn)定一段時間，以使試樣溫度均勻。通過溫度傳感器檢測實時溫度來反饋控制加熱裝置的通斷來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，打開氣泵，調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)控制裝置，通過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)高壓氣杯中壓力達到一定值時，圓片形試樣就會向上鼓起，在標距范圍內(nèi)，圓片形試樣的變形接近于等曲率球面。此時，快速拍照系統(tǒng)透過可視化玻璃跟蹤標記物或標記的位置，經(jīng)過圖像處理，就可得到變形后標距圓直徑與拱高；通過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)輸入至微機處理系統(tǒng)，通過計算，就可得到即時的應(yīng)力應(yīng)變值。通過記錄不同時刻的應(yīng)力應(yīng)變，就可得到材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線。當(dāng)試驗結(jié)束時，通過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，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——標距圓范圍內(nèi)變形的拱高t?！獪y試試樣的原始厚度；d?！獦司鄨A的原始直徑；d——變形后標距圓的直徑；
測出標距圓范圍內(nèi)變形的拱高、變形后標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)點如下(l)考慮了溫度對試樣力學(xué)性能的影響，測試范圍更寬；
(2) 應(yīng)用于輪胎、壓力容器、輸送管道等情況時，測量方法與實際受力狀態(tài)更接近，由此得到的數(shù)據(jù)使模擬分析變得更加準確；(3)施力機構(gòu)簡單，施力均勻，所充的高壓氣體可以是空氣，簡便易得；(4)由于所充的是氣體，相比液體來說，安全方便，不會造成試件及環(huán)境的污染；(5)測量系統(tǒng)為非接觸式測量，不會影響試樣的受力狀態(tài)，測試也不會產(chǎn)生誤差。


圖1本實用新型一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變測試裝置的主視圖。
圖2本實用新型一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變測試裝置的俯視圖。 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)
具體實施方法 如圖1、圖2所示，一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變測試裝置，包括有壓緊系統(tǒng)、拉伸系統(tǒng)、測量系統(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可手動和自動控制。 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，可以是四個或以上，支架10通過支架螺母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)。 實驗用高壓氣體可以是空氣、氮氣、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對應(yīng)處，透過可視化玻璃15，快速拍照系統(tǒng)19就可以跟蹤圓片形試樣14上標記物的位置，得到變形后標距圓的直徑與拱高。 本發(fā)明一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變的測試方法，采用了由壓緊系統(tǒng)、拉伸系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成了測試裝置，測試采用了非接觸式的測量方法，還考慮了溫度的影響，具體的測量步驟如下 (1)在圓片形試樣14的中心與以中心為圓心、測量標距為直徑的圓周的任意一點分別粘貼一個標記物或做一個標記，將處理好的試樣通過壓緊系統(tǒng)裝在測試儀上； (2)設(shè)定溫度值，開啟溫控系統(tǒng)的加熱裝置2開關(guān)，等待溫度維持恒定； (3)打開拉伸系統(tǒng)的氣壓調(diào)節(jié)控制裝置4開關(guān)，使試樣14變形； (4)通過測量系統(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
標記物或標記的位置來得到標距圓直徑、拱高和內(nèi)部壓力； (5)將測量系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)和圖形進行處理和轉(zhuǎn)換，輸入至微機處理系統(tǒng)進行計算，得到被測試樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線。 工作時，首先對圓片形試樣14進行先處理。在試樣14的中心與以中心為圓心、測量標距為直徑的圓周的任意一點分別粘貼一個標記物或做一個標記。然后將處理好的圓片形試樣14通過壓緊裝置固定于高壓氣杯1杯口上，放置試樣14時應(yīng)注意通過可視化玻璃15要保證試樣標記物可見。打開溫控系統(tǒng)，將溫度調(diào)節(jié)至某一值，穩(wěn)定一段時間，以使試樣14溫度均勻。通過溫度傳感器7檢測實時溫度來反饋控制加熱裝置2的通斷來控制圓片形試樣14的溫度狀態(tài)。待圓片形試樣14的溫度均一后，打開氣泵5，調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)控制裝置4，通過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中壓力達到一定值時，圓片形試樣14就會向上鼓起，在標距范圍內(nèi)，圓片形試樣14的變形接近于等曲率球面。此時，快速拍照系統(tǒng)19透過可視化玻璃15跟蹤標記物或標記的位置，經(jīng)過圖像處理，就可得到變形后標距圓直徑與拱高；通過壓力傳感器6可記錄高壓氣杯1中的壓力值，最后將得到的數(shù)據(jù)輸入至微機處理系統(tǒng)，通過計算，就可得到即時的應(yīng)力應(yīng)變值。通過記錄不同時刻的應(yīng)力應(yīng)變，就可得到材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線。當(dāng)試驗結(jié)束時，通過卸壓閥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)變的測試方法，其特征在于包括壓緊系統(tǒng)、拉伸系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的測試裝置，測試采用了非接觸式的測量方法，具體的測量步驟如下(1)在圓片形試樣的中心與以中心為圓心、測量標距為直徑的圓周的任意一點分別粘貼一個標記物或做一個標記，將處理好的試樣通過壓緊系統(tǒng)裝在測試儀上；(2)設(shè)定溫度值，開啟溫控系統(tǒng)的加熱裝置開關(guān)，等待溫度維持恒定；(3)打開拉伸系統(tǒng)的氣壓調(diào)節(jié)控制裝置開關(guān)，使試樣變形；(4)通過測量系統(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記物的位置來得到標距圓直徑、拱高和內(nèi)部壓力；(5)將測量系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)和圖形進行處理和轉(zhuǎn)換，輸入至微機處理系統(tǒng)進行計算，得到被測試樣的應(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)變的測試方法的塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變測 試裝置，其特征在于包括有壓緊系統(tǒng)、拉伸系統(tǒng)、測量系統(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)控制裝置可手動和自動控制。
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， 可以是四個或以上，支架通過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)變測試裝置 加熱裝置可以是電加熱、遠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)變測試裝置 溫度傳感器可以是熱電偶或紅外線測溫器。
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)變測試裝置 氣體可以是空氣、氮氣、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 ，其特征在于實驗用高壓
全文摘要
一種塑膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變測試方法及裝置，屬物理性能及儀表自動化測量技術(shù)領(lǐng)域。該裝置由壓緊系統(tǒng)、拉伸系統(tǒng)、測量系統(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)能保證測試在恒溫的條件下進行，考慮了溫度對塑料橡膠性能的影響；測量系統(tǒng)采用非接觸式的測量裝置，測試精準，而且不會引起試樣破壞；測試結(jié)果能夠更真實地反映材料在實際使用中的力學(xué)狀態(tài)。
文檔編號G01N19/00GK101762682SQ20081024045
公開日2010年6月30日 申請日期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 申請人:北京化工大學(xué)