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材料的拉伸試驗報告
材料的拉伸試驗報告
一、 實(shí)驗目的
1. 進(jìn)一步熟悉電子萬(wàn)能實(shí)驗機操作以及拉伸實(shí)驗的基本操作過(guò)程；
2. 通過(guò)橡膠材料的拉伸實(shí)驗，理解高分子材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能，觀(guān)察橡膠拉伸時(shí)的變形特點(diǎn)，測定橡膠材料的彈性模量E，強度極限σb，伸長(cháng)率δ和截面收縮率Ψ
二、 實(shí)驗設備
1. WDW3050型 50kN電子萬(wàn)能實(shí)驗機；
2. 游標卡尺；
3. 橡膠材料試件一件。
三、 實(shí)驗原理
拉伸橡膠試件時(shí)，實(shí)驗機可自動(dòng)繪出橡膠的拉伸應力-應變曲線(xiàn)。圖中曲線(xiàn)的最初階段會(huì )呈曲線(xiàn)，這是由于試樣頭部在夾具內有滑動(dòng)及實(shí)驗機存在間隙等原因造成的。分析時(shí)應將圖中的直線(xiàn)段延長(cháng)與橫坐標相交于O點(diǎn)，作為其坐標原點(diǎn)。橡膠的拉伸只有彈性階段。拉伸曲線(xiàn)可以直觀(guān)而又比較準確地反映出橡膠拉伸時(shí)的變形特征及受力和變形間的關(guān)系。
橡膠拉伸時(shí)，基本滿(mǎn)足胡克定律，在應力-應變曲線(xiàn)上大致為一段直線(xiàn)，因此可以用這一段直線(xiàn)的斜率tanα來(lái)表示彈性模量E。為了更準確地計算出彈性模量的值，可以用Matlab對比例極限內的數據進(jìn)行直線(xiàn)擬合，得到擬合直線(xiàn)的斜率，即為彈性模量的值。
四、 實(shí)驗過(guò)程
1. 用游標卡尺測量橡膠試件實(shí)驗段的寬度h和厚度b，并標注一個(gè)20 mm的`標距，并做記錄；
2. 打開(kāi)實(shí)驗機主機及計算機等實(shí)驗設備，安裝試件；
3. 打開(kāi)計算機上的實(shí)驗軟件，進(jìn)入實(shí)驗程序界面，選擇聯(lián)機，進(jìn)行式樣錄入和參數設置，輸入相關(guān)數據并保存；
4. 再認真檢查試件安裝等實(shí)驗準備工作，并對實(shí)驗程序界面上的負荷、軸向變形和位橡膠材料拉伸實(shí)驗報告移進(jìn)行清零，確保沒(méi)有失誤；、
5. 點(diǎn)擊程序界面上的實(shí)驗開(kāi)始按鈕，開(kāi)始實(shí)驗；
6. 試件被拉斷后，根據實(shí)驗程序界面的提示，測量相關(guān)數據并輸入，點(diǎn)擊實(shí)驗結束；
7. 從實(shí)驗程序的數據管理選項中，調出相關(guān)實(shí)驗數據，以備之后處理數據使用。
五、 實(shí)驗注意事項
1. 在實(shí)驗開(kāi)始前，必須檢查橫梁移動(dòng)速度設定，嚴禁設定高速度進(jìn)行實(shí)驗。在實(shí)驗進(jìn)行中禁止在▲、▼方向鍵之間直接切換，需要改變方向時(shí)，應先按停止鍵；
2. 安裝試件時(shí)，要注意不能把試件直接放在下側夾口處，而是應該用手將試件提起，觀(guān)察夾口下降的高度是否合適，之后再將試件夾緊、固定；
3. 橫梁速度v=10m/s，最大載荷為500N，最大位移400mm；
4. 實(shí)驗過(guò)程中不能點(diǎn)“停止”，而是“實(shí)驗結束”，否則將不能保存已經(jīng)產(chǎn)生的數據；
5. 安裝試件時(shí)橫梁的速度要調整好，不能太快，試件安裝完成后，要確認橫梁是否停止運動(dòng)，以免造成事故。
六、 實(shí)驗數據記錄
七、 數據處理
1. 由于橡膠材料試件的厚度與寬度在不斷變化，這里只能用試件的初始橫截面積來(lái)大致計算應力與應變，圖像如下：
圖2 橡膠材料拉伸的大致應力-應變曲線(xiàn)
2. 彈性模量。選取應力-應變曲線(xiàn)中部較為接近直線(xiàn)的數據，擬合后得到的直線(xiàn)圖像如下圖所示：
圖3 應力-應變擬合曲線(xiàn)
由直線(xiàn)的斜率可得到橡膠材料的大致彈性模量E =7.906 MPa。
4. 強度極限約為： σb=Fb=12.1875MPa A0
5. 斷裂前后試件的寬度與厚度沒(méi)有發(fā)生變化，即橫截面積沒(méi)有發(fā)生變化，故斷裂伸長(cháng)率和截面伸縮率均為0。
八、 思考題：
1. 說(shuō)明橡膠拉伸有什么特點(diǎn)？
答： 橡膠材料在拉伸時(shí)，只有彈性變形階段，沒(méi)有屈服階段、強化階段和局部收縮階段。在彈性變形階段中，除拉伸剛開(kāi)始的部分外，負荷-位移曲線(xiàn)、應力-應變曲線(xiàn)基本為一條直線(xiàn)。橡膠材料被拉斷后，斷口截面均勻，沒(méi)有較為明顯的特征。
2. 為了更加準確地利用實(shí)驗數據計算材料的彈性模量E ，需要采取哪些措施？
答：數據處理中使用Matlab軟件對彈性階段的數據進(jìn)行直線(xiàn)擬合，理論上數據越多結果越精確。但橡膠在被拉伸時(shí)，彈性階段并不是一直保持正比關(guān)系并滿(mǎn)足胡克定律。在彈性階段的初期，應力應變圖像是曲線(xiàn)，將這一階段的數據用到直線(xiàn)擬合中會(huì )帶來(lái)較大的誤差。所以在選擇數據時(shí)，選用拉伸曲線(xiàn)中部較為接近直線(xiàn)的部分。
3. 橡膠的彈性模量很小，為什么會(huì )有很大的變形量？
答：橡膠是由線(xiàn)型的長(cháng)鏈分子組成的。由于熱運動(dòng)，這種長(cháng)鏈分子在不斷地改變著(zhù)形狀，變量很大的特點(diǎn)。當外力使蜷曲的分子拉直時(shí)，由于分子鏈中各個(gè)環(huán)節的熱運動(dòng)，力圖恢復原來(lái)比較自然的蜷曲，形成了對抗外力的回縮力。正是這種力促使像膠形變的自發(fā)回復，造成形變的可逆性。但是這種回縮力畢竟是不大的，所以橡膠在外力不大時(shí)就可以發(fā)生較大的形變，因而彈性模量很小。
九、 實(shí)驗經(jīng)驗教訓總結：
1. 安裝試件時(shí)橫梁的速度要調整好，不能太快；試件安裝完成后，要確認橫梁是否停止運動(dòng)，以免造成事故；
2. 確保將試件夾緊、固定，以免在拉伸過(guò)程中試件滑出夾口，無(wú)法完成實(shí)驗；
3. 實(shí)驗過(guò)程中不能輕易地點(diǎn)“停止”，而是“實(shí)驗結束”，否則將不能保存已經(jīng)產(chǎn)生的數據。
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