《材料物理性能》课程教学资源（讲义）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 变曲是试样在弯曲应力作田下的形变行为。弯曲负载所产生的盈利是压缩应力知拉伸应 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。 负载 玉缩力 张力 图！支柔受到力的作用而弯曲的情况 弯曲强度。，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5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(m)。弯曲应变￡，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：5=￡，L2/6h(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。 试样尺寸和加 。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。支座表面半径会彩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

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 ，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  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： s f L 6h 2 =  （ 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/T9341-180)长度80m:宽度10m 厚度4m。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1/3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10m的，精确到0.02m:大于10m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 可按试样厚度h换算而得：L=16±1h 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 “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4一6，测量下一个试样。 8.试验结東后，按“数据管理”键，查看数据结果。 思考愿： 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？

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 1 3 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： L = (16 1)h。 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？