實驗講義沖擊強(qiáng)度測定

實驗講義沖擊強(qiáng)度測定東華大學(xué)材料學(xué)院沖擊實驗是用來衡量復(fù)合材料在經(jīng)受高速沖擊狀態(tài)下的韌性或?qū)嗔训牡挚鼓芰Φ脑囼灧椒?。對于研究各向異性?fù)合材料在經(jīng)受沖擊時的力學(xué)行為具有一定的實際意義。沖擊實驗的方法很多，一般沖擊實驗可分為以下三種：擺錘式(包括簡支梁型和懸臂梁型的標(biāo)準(zhǔn)沖擊實驗)、落球式和高速拉伸沖擊實驗等。簡支梁型沖擊試驗是擺錘打擊簡支梁試樣的中央，懸臂梁法則是用擺錘打擊有缺口的懸臂梁試樣的自由端。擺錘式?jīng)_擊試驗試樣破壞所需的能量實際上無法測定，試樣所測得的除了產(chǎn)生裂縫所需的能量及使裂縫擴(kuò)展到整個試樣所需的能量外，還要加上使材料永久變形的能量和把斷裂的試樣碎片拋出去的能量。把斷裂試樣碎片拋出去的能量與材料的韌性完全無關(guān)，但它卻占據(jù)了所測總能量中一部分。實驗證明，對同一跨度的實驗，試樣越厚消耗在碎片拋出的的能量越大。所以不同尺寸試樣的實驗結(jié)果不好相互比較。但由于擺錘式實驗方法簡單方便,所以在材料質(zhì)量控制、篩選等方面使用較多。本實驗為擺錘式懸臂梁型的標(biāo)準(zhǔn)沖擊實驗。一、實驗?zāi)康?、了解XJJUD-50Q多功能組合沖擊試驗機(jī)的使用方法2、掌握用擺錘式?jīng)_擊試驗測定沖擊韌性的原理3、測定復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度，了解其對制品使用的重要性二、實驗儀器和設(shè)備XJJUD-50Q多功能組合沖擊試驗機(jī)萬能制樣機(jī)三、試驗原理擺錘式?jīng)_擊實驗是將具有規(guī)定形狀和尺寸的試樣固定在沖擊儀的試樣支座上，使之處于懸臂梁狀態(tài)，然后使規(guī)定高度的擺錘下落，產(chǎn)生沖擊載荷將試樣沖斷。實質(zhì)上就是通過能量轉(zhuǎn)換過程，測定試樣在這種沖擊載荷作用下沖斷時所吸收的功。設(shè)擺錘的重力為F(N),擺錘旋轉(zhuǎn)軸線到擺錘重心的距離為L(m),若設(shè)其抬起的高度為H(m),則此時擺錘所具有的能量為：Eo=FH=FL(1—cosa)若擺錘下落沖斷試樣后擺錘的高度變?yōu)閔,則擺錘剩余能量為E=Fh=FL(1—cosp)這兩部分能量之差，即為試樣在沖擊載荷作用下沖斷所吸收的的功AkoAk=FH—Fh=FL(cosp—cosa)其中，Ak的單位為N-m,通常用J表示。式中，a和。分別是試樣沖斷前后擺錘揚(yáng)起的最大角度。若a為固定值(本實驗中a為150°),則試樣的沖擊吸收功Ak就決定于擺錘沖斷試樣后揚(yáng)起的角度0。沖擊韌性按下式計算：ak=Ak/BH式中：otk一沖擊韌性，J/cm2Ak一試樣沖斷所吸收的功，JB一試樣缺口處剩余寬度，cmH—試樣厚度，cmak值作為材料的沖擊韌性指標(biāo)，不僅與材料的性質(zhì)有關(guān)，試樣的形狀、尺寸、缺口形式等都會對其產(chǎn)生很大的影響，因此ak只是材料抗沖擊斷裂的一個參考性指標(biāo)，只能在規(guī)定條件下進(jìn)行相對比較，而不能代換到具體零件上進(jìn)行定量計算。四、試樣準(zhǔn)備本實驗中沖擊試樣為玻璃纖維增強(qiáng)塑料層壓板，試樣為矩形桿，并在表面開有缺口。開缺口的目的是為了使試樣在承受沖擊時在缺口附近產(chǎn)生應(yīng)力集中，保證試樣一次就被沖斷且使斷裂發(fā)生在缺口處。根據(jù)材料對缺口的敏感程度，缺口的形狀有V型缺口和U型缺口?？紤]到一般沖擊實驗的結(jié)果分散性很大，沖擊試樣每組至少準(zhǔn)備5個。注意，同種材料用不同缺口試樣測定的ak值不能相互換算和直接比較。本實驗所選試樣為懸臂梁沖擊試樣類型3o22.5±0.5°圖1沖擊試樣示意圖表1懸臂梁沖擊試樣類型表 單位：mm試樣類型長度（L）寬度（B）厚度（H）163.5±210±0.24±0.2263.5±212.7+0.212.7+0.5363.5±212.7±0.26.4±0.3463.5±212.7+0.23.2±0.2表2簡支梁沖擊試樣類型表 單位：mm試樣類型長度（L）寬度（B）厚度（H）支座跨度（b）180±210±0.54±0.260250±16±0.54±0.2403120±215±0.510±0.5704125±213±0.513±0.595五、實驗步驟1、試樣前的準(zhǔn)備（1）首先將被測試的試樣制成標(biāo)準(zhǔn)試樣（見試樣類型表），根據(jù)試樣類型選擇相應(yīng)的固定鉗口。（2）根據(jù)試樣的沖擊韌性，選擇適當(dāng)動能的沖擊擺，正確的安裝在擺軸上。（3）檢查試驗機(jī)的水平是否正確。2、沖擊擺及試樣支座的選擇與安裝（1）沖擊錘的選擇：試樣斷裂所吸收能量在沖擊擺總能量的10%?90%以內(nèi)。在試樣前不知道試樣強(qiáng)度的條件下，應(yīng)選擇最大沖擊能量的沖擊擺沖擊，得出實驗數(shù)值后，再根據(jù)以上原則選擇沖擊擺。(2)更換或安裝沖擊擺時，先將沖擊擺上連接套的緊固螺釘松開，取下沖擊擺將其全部零件放入附件箱中。再將所選的沖擊擺的上連接套內(nèi)的定位軸插入擺軸上的定位孔，然后蓋上壓蓋，并使其與上連接套對齊，同時鎖緊上連接套上的的緊固螺釘，擺錘的安裝到此就完成了。(3)懸臂梁鉗口調(diào)整方法：根據(jù)試樣類型選擇固定鉗口，緊固在鉗口座上，將鉗口座平放入機(jī)體上的燕尾槽中靠實，用扳手緊固燕尾即將鉗口支座與機(jī)體禁固在一起3、試樣的放置：首先用六角扳手松開鉗口，將試樣插入鉗口中，使用懸臂梁試樣對中樣板將試樣對中后，加緊試樣，應(yīng)保證每次裝夾試樣時試樣所受的夾持力相同，確保試驗結(jié)果不因試樣夾持力的不同而不同。4、試驗過程中的操作方法(1)沖擊試驗機(jī)做好上述工作后，就可以進(jìn)行試驗。首先接通220V的電源，打開電源開關(guān)，預(yù)熱5分鐘(也可在打開電源后預(yù)熱5分鐘的期間做上述準(zhǔn)備工作)。(2)當(dāng)打開電源后顯示器顯示“考思科學(xué)檢測有限公司”標(biāo)志，然后進(jìn)入主界面:a.按下F0后進(jìn)入測試擺錘角度界面。主要用于測試擺錘仰角。將擺錘鉛垂放下,直擺錘靜止為止，按下F1角度清零。將擺錘向右側(cè)揚(yáng)起，拉開放錘鎖扭將擺錘鎖定，此時的仰角應(yīng)為150±l°o測試完畢后按F0返回主菜單。b.按下F1后進(jìn)入懸臂梁沖擊模式(簡支梁F2鍵同懸臂梁F1鍵操作相同)，擺錘能量值與實際安裝的擺錘一致時按F2進(jìn)入下級菜單；不一致時按F1更改擺錘能量，通過左右鍵選擇數(shù)位，通過上下鍵更改數(shù)值，一致后按ENTER；如果選擇錯誤或要返回上一級時按FOo按下F1鍵后進(jìn)入設(shè)定界面，其中UP力口1,DOWN減1,LEFT左移，RIGHT右移，ENTER確認(rèn)，輸入擺錘能量后如果下次實驗擺錘能量不變可直接按F2鍵進(jìn)入下級菜單。c.選擇空沖擊還是試樣沖擊。在第一次試驗時應(yīng)該選擇空沖擊，目的是要測試儀器的能量損失，如果一把擺錘進(jìn)行過一次或多次空沖擊試驗，再次試驗時可不進(jìn)行空沖擊（在不斷電的情況下），直接按F2沖擊試樣。按F1進(jìn)入空沖擊界面，注意此時的擺錘位置應(yīng)為鉛垂?fàn)顟B(tài)！角度為零。開始沖擊后會顯示出空沖擊的能量損失，按F1時再次空沖擊或按F2沖擊試樣。d.按F2進(jìn)入沖擊試樣界面，然后按下F1輸入試樣的長度和按F2輸入試樣的寬度后，按F3進(jìn)入下級菜單。e.按Fl開始沖擊試樣。顯示屏上將出現(xiàn)實驗結(jié)果和次數(shù)，按F1再次沖擊直到試驗結(jié)束，按F2可查閱沖擊結(jié)果。本機(jī)可儲存10次實驗結(jié)果并自動計算平均值。六、數(shù)據(jù)記錄與處理1、缺口試樣的沖擊強(qiáng)度按下式計算：otk=Ak/bh式中：ak--沖擊韌性，J/cm2Ak-試樣沖斷所吸收的功，Jb--試樣缺口處剩余寬度，cmh-試樣厚度，cm2、計算缺口沖擊強(qiáng)度的算術(shù)平均值，然后由下式求得標(biāo)準(zhǔn)偏差S：s、”-對Vn-1式中：X—單個測定值G—一組測定值的算術(shù)平均值n-測定值個數(shù)3、變異系數(shù)CV%按下式計