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一、背景
因公司客户要求,需要对产品进行弯曲弹性模量这个指标进行测试,以此来评判材料的刚度。但是我们自己实验室测试结果整体偏小,且和第三方实验室测试结果差异较大。因此需寻找有效方法,解决这个问题。
二、弹性模量
弹性模量的一般定义是:应力除以应变。材料在弹性变形阶段,其应力和应变成正比例关系,技符合胡克定律。包括杨氏模量、剪切模量、体积模量等。
弹性模量的意义:是工程材料的重要的性能参数。弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标,其值越大,使材料发生一定弹性变形的应力也越大,即材料刚度越大。
三、测试标准
GB 1449-2005《纤维增强塑料弯曲性能》。弹性模量计算公式:
1、采用分级加载时,弯曲弹性模量计算公式:
式中:
: 弯曲弹性模量,单位为兆帕(MPa);
:载荷-挠度曲线上初始直线段的载荷增量,单位为牛顿(N);
:与载荷增量
对应的跨距中点处的挠度增量,单位为毫米(mm);
b:样品宽度,mm;
h:样品厚度,mm。
1、采用自动记录装置时,对于给定的应变
、
,弯曲弹性模量计算公式:
式中:
:弯曲弹性模量,单位为兆帕(MPa);
:应变
时测得的弯曲应力,单位为兆帕(MPa);
:应变为
时测得的弯曲应力,单位为兆帕(MPa)。
(如材料说明或技术说明中另有规定,
、
可取其他值。)
四、初始测量图谱及测试值
1、测试原始结果及谱图
样品编号 | 序号 | 弹性模量(MPa) | 平均值(MPa) |
1#-横向 | 1 | 2054 | 2969 |
2 | 3320 |
3 | 3533 |
1#-纵向 | 1 | 3898 | 3817 |
2 | 3545 |
3 | 4008 |
2#-横向 | 1 | 4587 | 3718 |
2 | 2890 |
3 | 3678 |
2#-纵向 | 1 | 4782 | 3855 |
2 | 3765 |
3 | 3018 |
因为我们有自动记录装置,软件中文件的模量计算方式用的是方法2的计算方法。我们自己测试的结果模量在3000-4000MPa之间,第三方测试结果在6000MPa左右,客户要求弹性模量在5000以上。也就是按照第三方测试结果,我们的产品是满足客户要求的,但是我们自己测试结果却不满足,考虑到不同的计算方法对模量结果影响较大,初步怀疑我们的计算方法有问题。
后续我们把测试谱图拉出来,发现取的两个点
和
之间,不一定是上升的直线部分(见谱图红色圈内部),而第三方测试谱图的初始直线即处于上升的趋势。我们推测,可能是取的点有问题,按照正常思路来说,这两个点之间的部分应该是弹性变形部分,那么是倾斜的直线,但是实际谱图发现,两点之间有些是平的直线,有些已是曲线。因为测试软件里的点是设置好的,不好进行更改。问题在这儿卡着了。那么如何取点呢?怎么能得到更有价值的数据呢?
后续想到,找和我们合作的高校测试看看,后面通过联系,做了3组样品,送到高校进行测试。高校的研究生很热情,听了我们的问题后,他们介绍他们是将测试数据拷贝出来,通过自己作图,用标准中的公式一来计算弹性模量。听他们一说,有种豁然开朗的感觉。是啊,何不自己作图,找出直线部分的点,进行计算呢。
四、修正后的测试结果
根据在高校的测试,导出测试结果并作图(载荷-挠度曲线)得到的结果,但是计算方法已同第一种不一样。
1、弯曲模量计算结果:
弯曲模量计算结果说明 |
样品编号 | 序号 | 斜率(△P/△S) | 系数(l3/(4bh3)) | 模量(MPa) | 平均值(MPa) | 模量计算说明 |
1#-横向 | 1 | 60.463 | 100 | 6046 | 5488 | 根据测试数据,取直线段部分, 根据斜率计算材料的弯曲模量。 斜线段部分取位移在0.5至1.0之间, 此段的线性相关性较高! |
2 | 50.957 | 100 | 5095 |
3 | 53.213 | 100 | 5321 |
1#-纵向 | 1 | 62.812 | 100 | 6281 | 6695 |
2 | 71.091 | 100 | 7109 |
3 | / | 100 | #VALUE! |
2#-横向 | 1 | 67.146 | 100 | 6714 | 6728 |
2 | 69.986 | 100 | 6998 |
3 | 64.7 | 100 | 6470 |
2#-纵向 | 1 | 68.174 | 100 | 6817 | 6190 |
2 | 55.632 | 100 | 5563 |
3 | / | 100 | #VALUE! |
3#-横向 | 1 | 60.917 | 100 | 6091 | 6212 |
2 | 57.921 | 100 | 5792 |
3 | 67.513 | 100 | 6751 |
3#-纵向 | 1 | 68.273 | 100 | 6827 | 6223 |
2 | 63.513 | 100 | 6351 |
3 | 54.902 | 100 | 5490 |
2、弯曲测试原始数据处理后的直线图:
从谱图可以看出,直线的线性相关性都比较好,所取的数据点真实有效。弹性模量值也相对稳定。
结束语:目前对弹性模量测试这一块,不同的方法测试出来的模量结果也有较大的差异性,且模量数据的重现性不是很高。写出来同大家交流一下,看看各位实验室测试弯曲弹性模量是如何测试的?对我们这样的数据处理方式评价如何?
计算公式传上去就黑色图片,图片也很小,不知道怎么修改?