材料的拉伸試驗報告

　　材料的拉伸試驗報告

一、 實驗目的

1. 進一步熟悉電子萬能實驗機操作以及拉伸實驗的基本操作過程；

2. 通過橡膠材料的拉伸實驗，理解高分子材料拉伸時的力學性能，觀察橡膠拉伸時的變形特點，測定橡膠材料的彈性模量E，強度極限σb，伸長率δ和截面收縮率Ψ

二、 實驗設備

1. WDW3050型 50kN電子萬能實驗機；

2. 遊標卡尺；

3. 橡膠材料試件一件。

三、 實驗原理

拉伸橡膠試件時，實驗機可自動繪出橡膠的拉伸應力-應變曲線。圖中曲線的最初階段會呈曲線，這是由於試樣頭部在夾具內有滑動及實驗機存在間隙等原因造成的。分析時應將圖中的直線段延長與橫座標相交於O點，作爲其座標原點。橡膠的拉伸只有彈性階段。拉伸曲線可以直觀而又比較準確地反映出橡膠拉伸時的.變形特徵及受力和變形間的關係。

橡膠拉伸時，基本滿足胡克定律，在應力-應變曲線上大致爲一段直線，因此可以用這一段直線的斜率tanα來表示彈性模量E。爲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行直線擬合，得到擬合直線的斜率，即爲彈性模量的值。

四、 實驗過程

1. 用遊標卡尺測量橡膠試件實驗段的寬度h和厚度b，並標註一個20 mm的標距，並做記錄；

2. 打開實驗機主機及計算機等實驗設備，安裝試件；

3. 打開計算機上的實驗軟件，進入實驗程序界面，選擇聯機，進行式樣錄入和參數設置，輸入相關數據並保存；

4. 再認真檢查試件安裝等實驗準備工作，並對實驗程序界面上的負荷、軸向變形和位橡膠材料拉伸實驗報告移進行清零，確保沒有失誤；、

5. 點擊程序界面上的實驗開始按鈕，開始實驗；

6. 試件被拉斷後，根據實驗程序界面的提示，測量相關數據並輸入，點擊實驗結束；

7. 從實驗程序的數據管理選項中，調出相關實驗數據，以備之後處理數據使用。

五、 實驗注意事項

1. 在實驗開始前，必須檢查橫樑移動速度設定，嚴禁設定高速度進行實驗。在實驗進行中禁止在▲、?方向鍵之間直接切換，需要改變方向時，應先按停止鍵；

2. 安裝試件時，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，觀察夾口下降的高度是否合適，之後再將試件夾緊、固定；

3. 橫樑速度v=10m/s，最大載荷爲500N，最大位移400mm；

4. 實驗過程中不能點“停止”，而是“實驗結束”，否則將不能保存已經產生的數據；

5. 安裝試件時橫樑的速度要調整好，不能太快，試件安裝完成後，要確認橫樑是否停止運動，以免造成事故。

六、 實驗數據記錄

七、 數據處理

1. 由於橡膠材料試件的厚度與寬度在不斷變化，這裏只能用試件的初始橫截面積來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

2. 彈性模量。選取應力-應變曲線中部較爲接近直線的數據，擬合後得到的直線圖像如下圖所示：

圖3 應力-應變擬合曲線

由直線的斜率可得到橡膠材料的大致彈性模量E =7.906 MPa。

4. 強度極限約爲： σb=Fb=12.1875MPa A0

5. 斷裂前後試件的寬度與厚度沒有發生變化，即橫截面積沒有發生變化，故斷裂伸長率和截面伸縮率均爲0。

八、 思考題：

1. 說明橡膠拉伸有什麼特點？

答： 橡膠材料在拉伸時，只有彈性變形階段，沒有屈服階段、強化階段和局部收縮階段。在彈性變形階段中，除拉伸剛開始的部分外，負荷-位移曲線、應力-應變曲線基本爲一條直線。橡膠材料被拉斷後，斷口截面均勻，沒有較爲明顯的特徵。

2. 爲了更加準確地利用實驗數據計算材料的彈性模量E ，需要採取哪些措施？

答：數據處理中使用Matlab軟件對彈性階段的數據進行直線擬合，理論上數據越多結果越精確。但橡膠在被拉伸時，彈性階段並不是一直保持正比關係並滿足胡克定律。在彈性階段的初期，應力應變圖像是曲線，將這一階段的數據用到直線擬閤中會帶來較大的誤差。所以在選擇數據時，選用拉伸曲線中部較爲接近直線的部分。

3. 橡膠的彈性模量很小，爲什麼會有很大的變形量？

答：橡膠是由線型的長鏈分子組成的。由於熱運動，這種長鏈分子在不斷地改變着形狀，變量很大的特點。當外力使蜷曲的分子拉直時，由於分子鏈中各個環節的熱運動，力圖恢復原來比較自然的蜷曲，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回覆，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就可以發生較大的形變，因而彈性模量很小。

九、 實驗經驗教訓總結：

1. 安裝試件時橫樑的速度要調整好，不能太快；試件安裝完成後，要確認橫樑是否停止運動，以免造成事故；

2. 確保將試件夾緊、固定，以免在拉伸過程中試件滑出夾口，無法完成實驗；

3. 實驗過程中不能輕易地點“停止”，而是“實驗結束”，否則將不能保存已經產生的數據。