塑料包装容器的测试研究三

2007/8/10 15:04:24

三、弯曲强度试验1基本原理弯曲强度是指采用简支梁法，将试样放在两支点上，在两支点间的试样上施加集中载荷，使试样变形直至破裂时的强度。σ f=×10 4(Pa)(4)式中：σ j—弯曲应力(Pa)P—破坏载荷(N)；L—试验时试样跨度(cm)；b—试样宽度(cm)；h—试样厚度(cm)。弯曲屈服强度是指某些非脆性材料，当载荷达到某一值时，其变形继续增加，而载荷不增加时的强度，即为破坏载荷。可按式(4)计算屈服强度。弯曲强度严格讲应指绕弯曲下的强度。但是，上面介绍的测试方法(所谓“三点式”)是存在剪力影响的。为了解决这个问题，有人提出“四点式”加载方式测定弯曲强度和弯曲弹性模量。“三点式”加载方式弯矩、剪力分布如图15所示：“四点式”（如图16）所示。从弯矩、剪力图可看出，“四点式”加载方式试样中间部分为纯弯曲剪力为零。2影响弯曲强度的主要因素①试样的影响试样的加工：试样最大厚度在标准中规定为10mm。板材试样的厚度大于10mm时，用机械加工成10mm。加工方法基本上有两种，即单面加工和双面加工。对于双面加工的试样，测试结果会受到影响，若采用单面加工，在试验时将加工面朝上压头就会接受消除或消除其影响。试样厚度：试样最大厚度国外有的标准中可允许到35～50mm。根据用有机玻璃试验，也得出不同厚度对弯曲强度影响不大的结果。但是，试样过厚对材料浪费太大，所以在一般情况下，规定最大厚度为10mm。试样宽度：试样宽度一般对测试性能影响不大。如果试样厚度大于10mm，为了使试样具有平稳状态，应随着试样厚度增大而宽度也相应增大。②应变率对弯曲强度的影响试样受力弯曲变形时，横截面上边缘点处有最大的压缩变形，所谓外层纤维应变速率(Sr)是指在单位时间内外层纤维相对变形的改变量。以每分钟变形百分率表示。根据材料力学的推导，压头处的弯曲应变速率与压头移动速度(亦称试验速度)有以下关系：V=(5)当x=a时，则“四点式”弯曲试验速度如下式：V f4=(6)当式(6)中a=L/2时，就变为“三点式”弯曲试验速度：V β=(7)式中：a—“四点式”试样支承点至加载点间距离(mm)；Sr—外层纤维应变速率(％/min)。从上面公式看出，试验速度与应变速率、试样厚度、试验跨度有关。因此，必须对此有所控制。但是，弯曲应变速率在测试过程中是不能直接观察的，所以我们只能根据上述公式通过控制上下压头向下移动速度(V f)来实现。Vj称为试验速度。③试验跨度的影响弯曲试验大多采用“三点式”方式进行。这种方式在受力过程中，除受弯矩作用外，还受剪力的作用。故采用“三点式”方式进行测试，对于反映塑料材料的真实性能是存在一定问题的。因此，国内外有人提出采用“四点式”方式进行测试。目前进行工作较多的还是采用“三点式”方式，用合理的选择跨度和试样厚度比(L/d)来达到消除剪力影响的目的。试样跨度与厚度比目前基本上有两种情况，一种是L/d=10；另一种是L/d=16。从理论上看，最大剪应力与最大正应力之比为：　　　　　(8)从式中看出，L/d愈大，剪力所占的比愈小，当L/d=10～4时，其剪力分配为5～12.5％。可见剪力效应对试样弯曲强度的影响是随着试样所采用跨度与试样厚度比值的增大而减小的。但是，跨度太大则挠度也增大，且试样两个支承点的滑移也影响其测试结果。图16所示是几种塑料材料试验跨度和试样厚度比不同与弯曲强度的关系。由图看出，随着L/d的增大，不同其弯曲强度的变化规律是不一样的。其中对3号和4号试样L/d在10以下，随着L/d减小弯曲强度降低，其他材料则在L/d为6～20之间基本上没有变化。(待续)

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