[实用新型]复杂条件下可调式挠度和模量测试仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及复杂条件下可调式挠度和模量测试仪。

背景技术

在一定的温度和恒定应力作用下，材料的应变随时间的延长而逐渐增大的现象称为蠕变，其中应力还包括拉伸应力、剪切应力或压缩应力。聚合物在常温下蠕变现象是黏弹性材料的主要表象之一，高聚物是典型的粘弹性材料，因此，木质材料、高分子材料、木质复合材料、纤维复合材料等都具有蠕变的特点。在受外力的作用下，由于黏弹性而产生3种变形：瞬时弹性变形、黏弹性变形及塑性变形。根据材料蠕变的一般规律及蠕变变形与时间的关系，材料蠕变可分为初期阶段、稳定阶段和最后阶段。在初期阶段，蠕变速率随时间的增加而逐渐减小；稳定阶段时，蠕变速率是常数；最后阶段中，蠕变速率不断增加，直至发生蠕变断裂。材料的黏弹性主要依赖于温度、负荷时间、外力大小、加荷速率和应变幅值等条件，其中温度和时间的影响尤为重要。聚合物复合材料在常温下就有蠕变，承受拉伸时蠕变小，承受弯曲和剪切时蠕变大。温度升高、外力加大，随着时间的延长，材料的蠕变速率逐渐增大。

在材料的设计及使用过程中，材料在恒定载荷、一定温度范围条件下，所产生的弯曲蠕变变形及断裂破坏是十分常见的。在对木材的蠕变性能研究中，有学者通过实验证明得出，若木梁承受恒载为最大瞬时荷载能力的60％，受蠕变影响，大约一年就破坏了。在实际使用过程中，材料制品经常要服役于高温、长期载荷等工作环境中，易受到各种环境因素的影响，诸如热、光、氧、臭氧等，这些环境因素均能降低材料的强度。所以，通过实验测试材料的蠕变特性，分析材料的蠕变变化规律及其影响因素，对合理选择和使用材料、通过改性处理来提高材料的抗蠕变性有着重要的作用。

目前，虽然人们做了大量试验企图把蠕变现象的本质与温度、湿度、应力和加载方式、不同自然条件下有机结合起来，但至今对材料蠕变现象及其与影响因素的关系的解释仍不完善。

根据黏弹体在受外力作用下的弯曲蠕变机理得，测试材料的蠕变性能的方法主要是能够在不同环境条件下同时测定其载荷、挠度、加载时间。目前，主要利用万能力学试验机或自制测试设备来测定蠕变性能。其中，万能力学试验机只能做到短时间的测量，且加载方式为连续加载，不能做到固定载荷下的弯曲蠕变性能测试，且测试试验数量较少。蒋永涛等人(稻壳/HDPE木塑复合材料蠕变性能的研究.包装工程,29(8):4-6.)利用自动控制电子万能力学试验机，采用3点弯曲加载方式研究了不同温度和不同应力水平条件下，稻壳/HDPE木塑复合材料的短期蠕变性能。利用时间温度应力等效原理,得到55℃温度条件下的蠕变柔量主曲线。采用十元件力学模型,结果显示十元件模型可以很好地拟合试验得到的蠕变柔量主曲线。虽然上述实验条件，可以测定材料的短期蠕变，然后采用力学模型来进行分析拟合。但实验过程中，并不能够保持恒定的载荷的条件，且试样测试数量少，严格意义上讲，并不能弯曲模拟并测定实际的蠕变现象。在上述实验中，采用外置的加热装置来控制温度条件，操作起来很不方便。长春机械科学研究院有限公司自主研发生产的ZRDL-W系列电子弯曲蠕变试验机，可用于玻璃钢在各种温度环境下进行弯曲蠕变试验，其测试范围较小，跨距不可调整；所能单次测量的试样数量少，不能实现在定载荷条件下测定材料的弯曲蠕变性能。

对于自制蠕变测试设备而言，存在测量精度低、不能在不同条件下(温度、湿度、气氛条件)等缺点。佳木斯大学的王静等人设计了一种可测定弯曲蠕变性能的变距式蠕变实验架(实用新型专利号201120513872.X)，该设备没有在不同环境条件下(温度、湿度、气氛及接触方式)测量材料弯曲蠕变性能的功能，只有定载荷下测量材料挠度的功能。实验过程中，温度和湿度对弯曲蠕变的测定结果是有很显著的影响，采用上面的设备来进行是测试，是不能够达到精确的测试效果。北京化工大学的薛菁在硕士毕业论文HDPE/木粉复合材料抗蠕变性能中，自制了一台，采用三点加载方式，用于测试木塑复合材料弯曲蠕变性能的蠕变试验仪。此试验仪在对实验样条进行加载时，并能不够直观的提供所加载荷的质量。这样会导致操作上难以控制，且实验误差较大。同时，该试验机 不能够在不同环境条件下(温度、湿度、气氛)测试材料的弯曲蠕变性能。在放置试样的平台上，并没有设置夹持装置，在实验过程中容易产生左右晃动，甚至是移动，从而增加了实验的测量误差。

面对如此复杂的影响因素，对材料的蠕变现象的研究非常有必要关注实验过程中的环境条件、接触方式、温湿度变化情况，因此，研究材料蠕变性能的首要条件是要具备一种能测量其蠕变性能的变化情况，并且外界实验条件可以变化的装置。

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