一種橡膠手套拉伸檢測裝置項目成員

田雪偉

試驗中所采用的試樣要么具有圓形橫截面，要么具有矩形橫截面，試樣兩端尺寸通常要加大，以保證夾持部位具有更大的面積，從而避免試樣在夾持部位發(fā)生斷裂。圖1和圖2所示為幾種金屬材料和高分子材料試驗前和試驗后的試樣照片。

試樣兩端的夾持方法隨著試樣的幾何形狀而變化。圖3所示為帶有螺紋試樣的典型布置圖。可以注意到，每端都使用球形軸承來提供一個純粹的拉伸載荷，沒有不合需要的彎曲。進行試驗的一般方式就是以一個恒定速度使試樣發(fā)生變形。例如，在圖4所示的萬能試驗機上，固定十字頭和驅(qū)動十字頭之間的運動可以控制成一種恒定速度。因此，圖4中的距離h是變化的，因而dh/dt=h為常數(shù)。

在進行試驗的過程中，為獲得這一位移速率而必須施加的軸向載荷是變化的。載荷P除以橫截面面積A_i就可以獲得試樣在試驗過程中任意時刻的應(yīng)力，則有：

σ=P/A_{i （1）}

試樣的位移是在標(biāo)距長度L_i上具有恒定橫截面面積的中間直線部分測得的，如圖3所示。應(yīng)變ε可以由這個標(biāo)距長度變化△L計算出來，則有：

ε=△L/L_{i （2）}

就像前面所描述的一樣，以原始尺寸(未變形時的尺寸)A_i和L_i為基礎(chǔ)計算的應(yīng)力和應(yīng)變稱為工程應(yīng)力和工程應(yīng)變。

有時假設(shè)所有夾持部分和試樣末端幾乎都是剛性的，這是合理的。在該種情況下，十字頭運動中發(fā)生的大部分變化是由于試樣直線部分的變形而引起的，因而△L與h的變化△h幾乎相同，因而可以將應(yīng)變估算為ε=△h/L_i。然而，實際測量的△L值是優(yōu)先選用的，因為使用△h可能會導(dǎo)致所測應(yīng)變值產(chǎn)生很大的誤差。

從式(2)中所計算的應(yīng)變ε是無量綱的。為了方便起見，應(yīng)變有時會以百分?jǐn)?shù)的形式給出，此時ε_%=100_ε。應(yīng)變也可以用百萬分之一表示，稱為微應(yīng)變，此時ε_μ=10⁶ε。如果應(yīng)變是以百分?jǐn)?shù)或者微應(yīng)變的形式給出的，則對于大多數(shù)計算來說，在使用該值之前，有必要將其轉(zhuǎn)換成無量綱的ε形式。

由拉伸試驗所獲得的主要結(jié)果就是整個試驗的工程應(yīng)力，工程應(yīng)變曲線圖，稱為應(yīng)力一應(yīng)變曲線。由于在實驗室中使用數(shù)字計算機，數(shù)據(jù)的形式就是一個應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)值列表，是在試驗期間以很短的時間間隔取樣而獲得的。應(yīng)力一應(yīng)變曲線因材料不同而變化很大。在拉伸試驗中的脆性行為就是材料沒有發(fā)生大的變形就失效了?；诣T鐵、玻璃和一些高分子材料(如PMMA)就是脆性材料的例子。圖5所示為灰鑄鐵的應(yīng)力一應(yīng)變曲線。其他的材料則表現(xiàn)出了塑性行為，在拉伸加載中只有在發(fā)生很大的變形之后才失效。工程金屬材料和一些高分子材料的塑性行為的應(yīng)力一應(yīng)變曲線如圖6和圖7所示 。