材料物理性能 实验一材料弯曲强度测试

实验一 复合材料弯曲强度测定

一、实验目的

了解复合材料弯曲强度的意义和测试方法，掌握用电子万能试验机测试聚合物材料弯曲性能的实验技术。

二、实验原理

弯曲是试样在弯曲应力作用下的形变行为。弯曲负载所产生的盈利是压缩应力和拉伸应力的组合，其作用情况见图1所示。表征弯曲形变行为的指标有弯曲应力、弯曲强度、弯曲模量及挠度等。

弯曲强度f σ，也称挠曲强度（单位MPa ），是试样在弯曲负荷下破裂或达到规定挠度时能承受的最大应力。挠度s 是指试样弯曲过程中，试样跨距中心的顶面或底面偏离原始位置的距离（㎜）。弯曲应变f ε是试样跨度中心外表面上单元长度的微量变化，用无量纲的比值或百分数表示。挠度和应变的关系为：h L s f 62ε=（L 为试样跨度，h 为试样厚度）。 当试样弯曲形变产生断裂时，材料的极限弯曲强度就是弯曲强度，但是，有些聚合物在发生很大的形变时也不发生破坏或断裂，这样就不能测定其极限弯曲强度，这时，通常是以试样外层纤维的最大应变达到5%时的应力作为弯曲屈服强度。

与拉伸试验相比，弯曲试验有以下优点。假如有一种用做梁的材料可能在弯曲时破坏，那么对于设计或确定技术特性来说，弯曲试验要比拉伸试验更适用。制备没有残余应变的弯曲试样是比较容易的，但在拉伸试样中试样的校直就比较困难。弯曲试验的另一优点是在小应变下，实际的形变测量大的足以精确进行。

弯曲性能测试有以下主要影响因素。

① 试样尺寸和加工。试样的厚度和宽度都与弯曲强度和挠度有关。

② 加载压头半径和支座表面半径。如果加载压头半径很小，对试样容易引起较大的剪切力而影响弯曲强度。支座表面半径会影响试样跨度的准确性。

③ 应变速率。弯曲强度与应变速率有关，应变速率较低时，其弯曲强度也偏低。 ④ 试验跨度。当跨厚比增大时，各种材料均显示剪切力的降低，可见用增大跨厚比可减少剪切应力，使三点弯曲更接近纯弯曲。

⑤ 温度。就同一种材料来说，屈服强度受温度的影响比脆性强度大。

三、实验仪器

WDW1020型电子万能试验机 图1 支梁受到力的作用而弯曲的情况

四、试样制备

弯曲试验所用试样是矩形截面的棒，可从板材、片材上切割，或由模塑加工制备。一般是把试样模压成所需尺寸。常用试样尺寸为（GB/T9341－1800）长度80㎜；宽度10㎜；厚度4㎜。每组试样应不少于5个。试验前，需对试样的外观进行检查，试样表面平整，无气泡、裂纹、分层和机械损伤等缺陷。另外，在测试前应将试样在测试环境中放置一定时间，使试样与测试环境达到平衡。 取合格的试样进行编号，在试样中间的31跨度内任意取3点测量试样的宽度和厚度，取算术平均值。试样尺寸小于或等于10㎜的，精确到0.02㎜；大于10㎜的，精确到0.05㎜。

五、实验步骤

1. 接通试验机电源。

2. 安装三点弯曲支座，调整跨度L 及加载压头位置。加载压头位于支座中间。跨度L

可按试样厚度h 换算而得：()h L 116±=。

3. 进入试验程序。录入试样信息，然后联机。进行参数设置，选择试验速度。

4. 将试样放置在样品支座上，按下降键将压头调整至刚好与试样接触。

5. 然后对，“实验力”、“位移”、“变形”清零。

6. 点击“试验开始”键，试验开始进行，直至试样断裂试验自动结束。

7. 按上升键，使移动横梁回复原来位置。重复实验步骤4～6，测量下一个试样。

8. 试验结束后，按“数据管理”键，查看数据结果。

思考题：

1． 试样的尺寸对测试结果有何影响？

2． 在弯曲实验中，如何测定和计算弯曲模量？