力学性能是塑料材料的重要性能之一,包括拉伸强度,断裂伸长率,弯曲强度,弯曲模量,冲击强度等等力学性能指标,都是表征塑料材料基本特性的指标.通过比较这些性能参数,人们可以大致判断每种材料的基本属性,即判断材料的软,硬,脆,韧,强,弱等。下面是材料力学论文8篇，供大家借鉴参考。
材料力学论文第一篇：材料力学性能的精确测量技术及其应用
摘要：随着材料科学发展，出现了一些非常有用的新型材料，这些材料包括光导纤维成形记忆合金非结晶物质。除了材料科学迅速进步外，使用者对材料使用中的性能及外界条件都提出了更严格要求。各种材料广泛用于精密机械和测量仪器。这些材料正处于开发过程中，促进了科学进步，同时提高了使用性能。首先，介绍了力学性能的精确测量技术，并深入探讨了测量的实际应用，以促进测量工作发展。
关键词：精密仪器;材料力学;测试技术;
Research on Measurement Technology of Mechanical Properties of Materials for Precision Machinery
SONG Wei
Zibo Quality Supervision and Inspection Institute
Abstract：With the development of materials science, some very useful new materials have emerged, including noncrystalline materials of optical fiber-forming memory alloys. In addition to the rapid advancement of materials science, users have put forward stricter requirements on the performance and external conditions of materials. Various materials are widely used in precision machinery and measuring instruments. These materials are in the process of being developed, promoting scientific advancement while improving performance. Firstly, the precise measurement technology of mechanical properties is introduced, and the practical application of measurement is discussed in depth to promote the development of measurement work.
1 测量的技术与方式
1.1 对尺寸的稳定性测量方法
当前对于精密型机器进行相关测量时，首先需要对测量稳定性进行确定。依据标准的测量程序对机器尺寸加以确定，并且要确保测量出的尺寸能够依据时间变化以及温度变化而发生相应转变。而且在测量中，要求非常严格谨慎，一般情况下，要测量稳定的主要因素，并且依据某些特点细节变化以及温度变化进一步进行测量。在测量时，一是要保证测量尺寸稳定性，在测量时不能受外来因素而对测量造成严重影响；在对尺寸进行测量过程中，对于不同类型材料而言，其测量条件与要求存在很大不同点。例如一部分新型材料、膨胀材料和陶瓷玻璃类等方面的材料。
在测量时，对温度变化的要求也存在很大的不同，在温度变化下其长度也会随着时间而变化，所以在对这此材料进行测量时，应当做出补偿测量。另外，需要注意在测量时，大部分固体类型材料会具有热胀冷缩情况出现，所以在测量过程中，对测量温度发生的变化要精准检测。由于发生变化温度而造成测量出现移位，那么在测量时必须确保浏览量温度保持在稳定状态下，并且依据标准测量在材料抛光面以及平行平面中对测量方位加以确定。当前对于热胀冷缩进行测量的技术主要是运用激光干涉仪进行测量，该方面的发展非常完善，并且应用范围特别广；热膨胀测量主是在支架上先用一段将螺丝有效固定，然后对支架与底板两者之间在连接时间与效率方面进行明确，配合好相关端口固定工作，对于材料的同一个地方测量时，必须确保两个反射器之间的表面距离符合标准距离。由此在同一平台进行测量时就能达到测量标准要求，由此准确测量出受到温度变化而发生变化尺寸大小，从而有效保证测量材料尺寸准确性。另外，在测量时如果出现弯曲情况，也必须进行精确测量。
1.2 弹性
对开发设计出的零件尺寸进行测量时，应当重视对测量时材料的弹性进行分析研究。对于弹性而言，其有静态与动态两种体现方式，在对材料进行测量时，必须依据材料不同而设置弹性系数。例如，对刚性与体积模量进行测量时，其测量系数必须考虑到测量时的温度、时间以及特性这三方面联系，这是因为温度与时间的变化会造成弹性出现变化。另外可以使用杨氏模量法进行测量，对材料膨胀光学系统加以明确，并对轮滑负重在测量中需要张力检测进行确定。
检测时，首先对材料弯曲模式与方法进行确定。在对材料进行测量过程中，首先要对测量数据加以明确，与此同时确保零件和测量时负载部件。在正式测量中可以对平台滑轮出现的摩擦忽略不计。在对材料测量时，依据尺寸开展拉伸弯曲方法进行测量，该方法可以测量时运用较为普通的实验便可以测量；测量时，使用三点弯曲法对材料进行测量，同时应用弯曲方程、明确观测和杨氏衡量法，提高计算准确性。
1.3 强度
测量材料过程当中，首先确定在测量时材料的应力模式以及状态；在对材料测量时，必须准确找出测量中的强度，并对弯曲强度系数进行有效确定。在测量中出现的强度差，并不确保材料测量实际准确度，这是因为测量时的动态参数容易引起测量过程中材料发生形式改变。另外，在测量中，材料应力发生变化以及随着时间变化而致使测量过程中出现曲线偏差。此时有必要使用新的测量方法来执行线性回归分析。
2 测量的实际应用
根据以上测量方法与技术内容，其能够有效提高精密机械以及相关仪器所运用材料的性质，并在测量时对测量方法以及物理性质特点加以明确。对于朔胶磨钢板儿的测量会使用任务里的性质对其展开测量。首先使用衡量拉深以及弯曲测量方法对展开测量，需要注意在测量时出现弯曲程度，及时测量。最后明确测量结果与计算数值以及在测量中出现的方法是否满足标准需求；在测量螺丝弹簧间产生的弹性系数时，由于各不相同，因此测量过程中需要对原件弹性进行确定，并对测量性能以及弹性模型和温度间存在关系加以明确。依据相对应变量系统性展开测量与评定，从而建立温度性质测量模型。
对于具有力学特性的复合型材料，在测量时需要对测量相应指标以及信号源间的差值加以明确。系统测量过程中的接收信号存在较大不同，因此测量时系统也会由于不同模型而造成结果出现一定差异。并且测量元件以及反射的标准模型时也会出现一些误差。由于这些误差，在测量时，模式存在一些差异；不完美的反射标准当明确次反射标准，有必要选择最佳高反射标准。在测量过程中，辐射热能或某种积分球测量可用于确定过程中产生的损耗。另外，在测量过程中，必须在测量点处进行精确，然后依据标准对测量反射系数进行确定。
2.1 系数之间的存在差值
对材料进行检测与测量时，无论信号源开关处于什么状态，测量系数差异都会连续变化，依据测量需求确定测量中的可用功率。另外，在进行测量时以及测量相应系数，运用开关对反设计源开展相应测量，从而确定测量系数变化情况。
2.2 系数常数随连接器不断变化
测量时标准反射与原部件再一次接入定向耦合器会出现不同测量系数，并且在进行测量时会受到由连接器所产生的影响，导致数据之间出现不同结果，因此在测量时，对不同连接器需要确定其反射标准。依据提供的有利数字进行检测时，可以对系数间出现的差异进行忽略；在测量反射物质时，会出现一些差距。因此在测量相应系数过程中，会被连接器造成一定影响；在测量反射标准时，会产生差异，导致测量精度存在某些差异。因此，为了确保测量准确性，有必要阐明反射标准和检查质量。
3 结语
为了确保测量过程中反应的准确性和光源测量，可以使用双反射法测量，然后对信号源锁进行测量方法与幅度进行确定。从理论角度出发，运用这种相干源测量方法在没有有利条件下是无法进行系统测量的，并且当前技术条件也不太成熟，特别是测量中需要对系统加以分布，此时才是测量最大的问题所在。因此，对测量系统而言，需要不断升级与完善，对测量常数与系数不断加以改进升级，从而有效保证测量结果具备较高精准性。
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材料力学论文第二篇：不同因素对铁晶砂混合相似材料力学性能的作用
摘要：选取模型试验中常用的铁晶砂混合相似材料制作试件, 将相似材料试件置于不同压实次数、分层次数、界面处理方式条件下进行单轴压缩试验, 得到单轴抗压强度和弹性模量, 分析不同因素对相似材料力学性能的影响规律。结果表明:压实次数由1次增加至2次、4次、6次, 材料的单轴抗压强度分别提高了4.7%, 12.1%, 13.9%, 材料的弹性模量分别提高了37.1%, 60.1%, 65.3%;分层次数由1次增加至2次、3次、4次, 材料的单轴抗压强度分别减少了15.8%, 19.2%, 25.7%, 材料的弹性模量分别减少了17.3%, 27.6%, 37.5%;相比于使用松香酒精溶液处理分层界面, 使用酒精处理和无处理时材料的单轴抗压强度分别减少了8.5%和26.8%, 弹性模量分别减少了1.9%和6.1%。这些研究成果对提高模型试验精度具有一定意义。
关键词：模型试验; 相似材料; 力学性能; 压实次数; 分层次数; 界面处理方式;
Experimental Study on Influencing Factors of Mechanical Properties for Iron-barite-sand Mixed Similar Material
XUE Tian'en YANG Yunqi LI Tingchun ZHU Qingwen WANG Xiao ZHANG Hao
Shandong Provincial Key Laboratory of Civil Engineering Disaster Prevention and Mitigation, Shandong University of Science and Technology
Abstract：The iron-barite-sand mixed similar materials commonly used in the model test were selected to prepare specimens, and the uniaxial compression tests were conducted on these specimens of similar materials under different compaction times, stratification times, and interface treatments.Based on this, uniaxial compressive strength and elastic modulus were obtained, so as the influence of different factors on the mechanical properties of similar materials was analyzed.The results were concluded as follows.Firstly, when the times of compaction increased from 1 time to 2, 4 and 6 times, the uniaxial compressive strength of the material increased by 4.7%, 12.1%, and 13.9%, and the elastic modulus of the material increased by 37.1%, 60.1% and 65.3%.Secondly, when the number of stratification increased from 1 time to 2, 3 and 4 times, the uniaxial compressive strength of the materials decreased by 15.8%, 19.2%, and 25.7%, respectively, and the elastic modulus of the materials decreased by 17.3%, 27.6% and 37.5%.Thirdly, compared to the interface treatment with rosin-alcohol solution, the uniaxial compressive strength of the material treated with and without alcohol was reduced by 8.5% and 26.8%, respectively, and the elastic modulus of the material was reduced by 1.9%and 6.1%, respectively.These research results had a certain significance for improving the accuracy of model tests.
0 引言
地质力学模型试验是研究大型岩土工程问题的重要手段, 在满足相似原理的条件下, 能真实地反映地质构造和工程结构的空间关系, 准确地模拟施工过程和影响[1]。要进行地质力学模型试验, 必须有与岩土介质物理力学特性保持相似的相似材料[2]。对相似材料力学性能的研究是模型试验有效进行的基础。为获取满足工程需要的相似材料, 研究人员首先会制作一系列原料配比不同的标准相似材料试件, 进行相关物理力学试验, 通过分析试验结果找到符合试验要求的配比[3]。在大型相似材料模型制作过程中, 除了成分、配比等材料自身条件之外, 一些制作过程中的其他因素也会影响相似材料的物理力学性质:张绪涛[4]研究了成型压力对铁晶砂胶结岩土相似材料力学性能的影响;袁璞[5]开展了养护时间对胶结砂相似材料抗压性能的影响试验;任大瑞[3]研究了不同尺寸、温度、含水率及加载速度对相似材料力学性质的影响规律;林海飞[6]开展了不同冲击次数、骨料粒径、油含量试件力学性质测试试验。
除上述因素外, 在制作大型相似材料模型时, 相似材料一般需要分多层填入模型架内夯实、风干, 且每层材料填筑时需要分数次压实, 这一系列的操作导致模型材料的力学性能与实验室条件下相似材料试件测得的数据有差别。此外, 填料时由于下层已风干, 材料丧失胶结能力, 风干的下层材料与新料之间界面的处理方式, 也会影响模型材料的力学性能。但是, 目前很少有人研究压实次数、分层次数、界面处理方式对相似材料力学性能的影响。本文选取地质力学模型试验中常用的铁晶砂、重晶石粉、石英砂作为骨料, 松香酒精溶液作为胶结剂制作相似材料试件。将相似材料试件置于不同压实次数、分层次数、界面处理方式条件下进行单轴压缩试验, 得到单轴抗压强度和弹性模量, 分析不同因素对相似材料力学性能的影响规律。从而达到提高模型试验精度, 保证试验有效进行的目的。
1 试验方案设计
选择压实次数, 分层次数和界面处理方式作为影响因素, 研究这些因素对相似材料力学性能的影响。采用控制变量的研究方法, 根据3种不同的影响因素设置3组试验, 每组设置3～4个水平, 每个水平至少制作3个试件。
研究压实次数的影响时, 将称量好的材料分若干次倒入模具内分别压实, 成型压力为3MPa, 压实次数取1, 2, 4, 6次;
研究分层次数的影响时, 分层制作试件, 先压制下层, 待完全风干后将下层试件装回模具内, 再倒入上层材料压实, 分层次数取1, 2, 3, 4次;
研究界面处理方式的影响时, 分层制作试件, 对层间界面分别采取无处理、喷洒酒精处理、喷洒同浓度的松香酒精溶液处理。
具体试验设计情况见表1。
表1 试验设计
2 试验过程
2.1 相似材料的选择
模型试验相似材料的选择至关重要。依据前人大量的实践经验, 岩性相似材料的选择应满足如下几条原则[7]:
(1) 材料的某些性质与岩石相似;
(2) 模拟过程中材料的力学性能比较稳定;
(3) 改变材料配比可使材料的力学性质变动范围较大;
(4) 原料来源广泛, 成本低廉, 凝固时间短, 便于制作模型。
本次试验选取山东大学研制的铁晶砂混合材料作为相似材料, 其中铁精粉、重晶石粉和石英砂为骨料, 松香酒精溶液为胶结剂, 该相似材料具有可模拟参数范围广、力学参数调节容易、材料易得价格低廉、无毒副作用等优点, 已在多个大型模型试验中应用[1,2]。
本次试验选用的铁晶砂混合相似材料原料具体参数及配比如表2所示。
表2 相似材料原料参数
2.2 相似材料试件制作
先把铁精粉、石英砂、重晶石粉按规定配比称量后充分搅拌均匀, 加入松香酒精溶液进一步拌和, 将拌和好的混合料倒入钢制模具内, 使用SANS万能试验机以3 MPa的压力进行压实, 最后将模具拆开、取出压制成型的试件, 并放置在常温下干燥, 制作完成的试件如图1所示。对完全干燥的各组试件进行单轴压缩试验, 得到单轴抗压强度和弹性模量, 分析不同因素对相似材料力学性能的影响规律, 试验破坏后的试件如图2所示。
图1 制作完成的试件
图2 破坏后试件
3 试验结果及分析
通过对3组相似材料试件进行单轴压缩试验, 得到了各组材料的单轴抗压强度和弹性模量。
3.1 压实次数对相似材料力学性能的影响
以压实次数作为自变量, 相似材料的力学性质作为因变量, 分别作单轴抗压强度σc与压实次数N的关系曲线及弹性模量E与压实次数N的关系曲线, 并对试验数据进行拟合:
式中, N为压实次数, 次;σc为单轴抗压强度, MPa;E为弹性模量, MPa。单轴抗压强度与压实次数拟合的相关系数R的平方值为0.9982, 弹性模量与压实次数拟合的相关系数R的平方值为0.9783。试验数据及拟合曲线见图3所示。
从图3关系曲线可以发现, 相似材料试件的单轴抗压强度和弹性模量均会随压实次数的增加而增加, 压实次数由1次增加至2次、4次、6次, 材料的单轴抗压强度分别提高了4.7%, 12.1%, 13.9%, 材料的弹性模量分别提高了37.1%, 60.1%, 65.3%。根据拟合曲线, 当压实次数增加到5次左右时, 随着压实次数的增加, 试件的单轴抗压强度和弹性模量增加不大。
图3 压实次数对相似材料力学性能的影响
在重塑土制备过程中, 重塑土的密度与对其施加的压实功能有关[8], 压实次数增加使得作用在材料上的压实功能增加, 密度随之增大。同样, 相似材料的力学性能随压实次数的变化也可以这样解释, 材料由骨料胶结而成, 压实次数的增加, 使得材料密实度提高、孔隙比变小, 同时避免出现上紧下松的现象[9], 均质性提高, 从而力学性能得到提高。
因此, 在制作相似材料试件时, 保证压实次数在5次左右;在铺设大型相似材料模型时, 应控制单次填料的压实次数, 确保模型与试件的密度相同。
3.2 分层次数对相似材料力学性能的影响
以分层次数作为自变量, 相似材料的力学性质作为因变量, 分别作单轴抗压强度σc与分层次数n的关系曲线及弹性模量E与分层次数n的关系曲线, 并对试验数据进行拟合:
单轴抗压强度与压实次数拟合的相关系数R的平方值为0.9982, 弹性模量与压实次数拟合的相关系数R的平方值为0.9783。试验数据及拟合曲线见图4。
图4 分层次数对相似材料力学性能的影响
由图4可知, 相似材料的单轴抗压强度σc及弹性模量E均会随分层次数的增加而不断降低。分层次数由1次增加至2次、3次、4次, 材料的单轴抗压强度分别减少了15.8%, 19.2%, 25.7%, 材料的弹性模量分别减少了17.3%, 27.6%, 37.5%。
在分层面上, 层与层之间会形成结构面[10], 造成相似材料呈现不连续性和各向异性[11], 使材料力学性能弱化。随着分层次数的增加, 弱化现象更加严重, 导致相似材料的变形增加, 强度降低。
在制作大型相似材料模型时, 应在保证材料风干的前提下提高单次填料量, 从而减少分层次数;同时, 在每次填料前对界面进行粗糙处理, 提高接触面的粗糙度。
3.3 界面处理方式对相似材料力学性能的影响
通过单轴压缩试验, 得到无处理、酒精处理、松香酒精溶液处理条件下的相似材料的单轴抗压强度和弹性模量, 并与一次成型的完整试件的单轴抗压强度和弹性模量进行对比 (见表3) 。
表3 试验结果
根据试验结果, 分别作单轴抗压强度与界面处理方式的关系曲线及弹性模量与界面处理方式的关系曲线, 如图5所示。
图5 界面处理方式对相似材料力学性能的影响
由图5可知, 当界面处理方式依次为无处理、酒精处理、松香酒精溶液处理时, 单轴抗压强度和弹性模量均逐渐增大。相比于使用松香酒精溶液处理分层界面, 使用酒精处理和无处理时材料的单轴抗压强度分别减少了8.5%和26.8%, 弹性模量分别减少了1.9%和6.1%。通过对比完整试件, 分层试件的力学性能有所降低, 采用松香酒精溶液处理分层界面的试件强度和弹性模量分别为完整试件的90%和95%左右。
出现上述现象主要是由胶结剂松香酒精溶液的特性所导致, 在分层填料时, 下层材料经过风干, 胶结剂中的酒精挥发, 剩余的固体松香基本丧失胶结能力;同时, 酒精挥发使得松香直接暴露在空气中, 容易氧化形成氧化膜[12], 影响上下层材料之间的胶结。
在分层制作大型相似材料模型时, 需对下层材料上表面进行喷洒松香酒精溶液处理, 从而保证材料强度要求。
4 结论
选用铁精粉、重晶石粉和石英砂作为骨料, 松香酒精溶液作为胶结剂制作相似材料, 选择压实次数、分层次数、界面处理方式作为影响因素, 研究其对相似材料力学性能的影响, 得出以下结论。
(1) 在单次填料过程中, 压实次数对材料的力学性能有明显影响, 随着压实次数的增加, 材料的单轴抗压强度和弹性模量均有提高, 当压实次数增加到一定次数后, 材料单轴力学性能提高不明显。
(2) 在分层制作相似材料试件时, 相比完整试件材料的力学性能明显降低, 随分层次数的增加, 材料的单轴抗压强度和弹性模量均有下降;采用喷洒同浓度的松香酒精溶液处理层间界面的方式比不采取措施更能提高材料的力学性能。
(3) 在制作大型相似材料模型时, 应控制单次填料的压实次数, 确保模型与试件的密度相同;在保证材料风干的前提下提高单次填料量, 减少分层次数;在每次填料前对层间界面进行粗糙处理, 对下层材料上表面喷洒松香酒精溶液, 保证材料强度要求。
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